考虑粗集料和空隙的沥青混合料粘弹性细观力学分析

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1、华南理工大学学报(自然科学版)第37卷第7期JournalofSouthChinaUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)Vo1．37No．72009年7月July2009文章编号：1000—565X(2009)07—0031．06考虑粗集料和空隙的沥青混合料粘弹性细观力学分析木黄晓明李汉光张裕卿(东南大学交通学院，江苏南京210096)摘要：为了分析粗集料和空隙对沥青混合料粘弹性能的影响，在Laplace空间域内，利用细观力学的Mori—Tanaka等

2、效夹杂理论解决了沥青混合料的混合夹杂问题．然后基于宏观平均场理论，根据沥青砂浆基体的粘弹性能推导了沥青混合料的粘弹性能．最后以单轴和简单剪切应力下的预测为例，分析了粗集料和空隙对沥青混合料性能的影响．结果发现：沥青混合料粘弹本构方程可以表示为粗集料和空隙的综合影响系数与沥青砂浆粘弹本构方程的乘积形式；空隙和粗集料对沥青混合料的粘弹性分别起到衰减和增强作用，但空隙的衰减作用弱于粗集料的增强作用；粗集料和空隙对沥青砂浆的综合影响体现为对刚度的增强作用，且剪切应力下增强作用近似为单轴应力下的2倍；沥青砂浆基体

3、泊松比对综合影响系数的影响甚微，在以后的研究中可以取定值．关键词：沥青混合料；粘弹性；细观力学；粗集料；空隙；综合影响系数中图分类号：U416．2文献标识码：A粗集料和空隙在沥青混合料的性能中起到重要切模量预测公式进行了简化，获得了沥青混合料剪作用．目前对粗集料的研究主要集中于棱角性和表切模量细观力学预测公式．Li等将沥青混合料看面构造特性等方面对混合料性能的影响，Pan¨利作粗集料和沥青砂浆组成的两相复合材料，进一步用复杂的图像分析仪对集料进行三维成像，定义出将沥青砂浆看成由细集料颗粒和沥青胶浆(沥青

4、与形状特性指标并与现场混合料性能相联系．马林矿粉组成)组成的两相复合材料，由此提出了两步等利用成像技术分析了颗粒形状系数对粗集料法预测沥青混合料模量，预测结果与试验较为吻合．骨架间隙率的影响．对空隙率的研究主要集中于空另外，有些学者。结合微观力学和粘弹性力学理隙率的大小对沥青混合料各种路用性能的影论更加准确地分析了沥青混合料的性能．响4．这些研究虽然已经深入到细观层次，但大多以上利用细观力学理论研究沥青混合料的文献还是停留在经验指标或试验分析上，不仅研究费用主要集中于弹性范围的模量预测，少量对沥青混合高

5、、效率低，且没有形成有效的力学方法，因而从力料粘弹性本构方程的预测也局限于利用弹性一粘弹学机理上无法认清粗集料和空隙的作用．性相应原理直接将已有的微观力学弹性模量预测公这些问题的原因在于细观的分析指标转换到宏式转换成粘弹性公式，研究对象主要是沥青玛蹄脂观力学指标存在困难，故只能进行经验性的应用，而材料．另外已有研究未能利用细观力学考虑空隙的复合材料的细观力学方法为此提供了有力的工具．影响，特别是缺乏对空隙和粗集料作为混合物夹杂Zhu等认为粗集料之问没有接触，而是全部被沥时沥青混合料粘弹性能的分析．因此，

6、文中考虑空隙青砂浆隔离，利用细观力学理论预测的沥青混凝土和粗集料对沥青混合料的综合影响，利用细观力学理模量与实测比较吻合．Shashidhar等对Christensen论直接推导沥青混合料的粘弹性本构方程，为从细观等提出的基于广义自洽理论的复合材料有效剪上对沥青混合料各种性能的分析提供力学基础．收稿日期：2008—04—14基金项目：国家“863”高技术计划项目(2006AA11Z110)；江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目(CX07B一158Z)作者简介：黄晓明(1963一)，男，教授，博士生导

7、师，主要从事路基路面研究．E—mail：huangxm@Sel1．edu．en32华南理工大学学报(自然科学版)第37卷得到式(5)，其中，为Laplace参量，上横线表示La-l沥青混合料各组分的本构方程place空间域内量¨：从复合材料的观点，沥青混合料可看作以沥青or；()=s。()从o(s)6f+2sG。(s)lo『(5)=砂浆为基体，以粗集料和空隙为两类不同的夹杂均C(5)匀无序混和于沥青砂浆基体内，沥青混合料作为混2沥青混合料细观应力应变场及本构合夹杂复合材料的示意见图1．其中，沥青砂浆是指

8、方程沥青、矿粉和细集料组成的混合物．复合材料中的MoilTanaka等效夹杂理论可沥青砂浆基体以有效地考虑不同夹杂物的相互影响作用，且概念明确，因而采用该方法分析沥青混合料的细观应力粗集料夹杂应变场．该理论认为：由于夹杂物(粗集料、空隙)的空隙夹杂存在，实际沥青砂浆基体内的应变场和均匀纯基体内的应变场。相差一个扰动值，假设扰动应变为，相应扰动应力为or，它们是在Moil．Tanaka平均意义下的所有夹杂(包括粗集料夹杂和空隙夹杂)图1视为混