沥青混合料集料离析的数值模拟与分析.pdf

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1、器工程材料与设备Enginee“ngMaterial&Equipment沥青混合料集料离析的数值模拟与分析贾晓敏，苏丽娜，谢冰(洛阳理工学院，河南洛阳47l009)摘要：采用颗粒力学的基本理论分析了颗粒相互作用时的运动规律及沥青混合料集料离析的机理，提出以混合料中滚落距离大的集料颗粒比例判断集料离析的模型。利用离散元颗粒流计算软件PFC2D对沥青混合集料离析进行数值模拟，验证了集料离析模型的合理性。以沥青混合料集料料仓的实际尺寸为依据，对AC～13、AC一20沥青混合料集料进行下落试验，试验结果与理论分析及数值模拟

2、结果吻合，并表明密级配沥青混合料集料粒径分布范围广、公称粒径大，集料易产生离析。沥青混合料生产过程中，应严格控制粗、细颗粒粒径大小及其级配含量，以避免混合料集料离析的产生。关键词：沥青混合料：集料离析：数值模拟；下落试验中图分类号：U414文献标志码：B文章编号：1009—7767(2014)06一0152—06NumericalSimulationandAnalysisofAggregateSegregationofAsphaltMixtureJiaXiaomin，SuLina，XieBing沥青混合料的离析使沥

3、青路面出现粗细料集中现象，路面孔隙率增大，产生坑槽、水损害等早期病害，是目前国内沥青路面达不到设计使用年限的重要原因⋯。集料分布的不均匀是沥青混合料产生离析的主要因素，沥青混合料由沥青、集料、添加剂和空隙所组成，集料的分布状态决定了其他3类组成成分在混合料中的分布情况【2】。沥青混合料生产过程中，集料级配在堆放和运输环节发生变化．影响了在混合料中的分布状态，成为沥青混合料离析的首要影响因素。笔者在颗粒运动学分析的基础上，结合离散单元计算机模拟技术，研究沥青与集料混合前集料的粒径、级配，以及集料堆放、输送等过程对混合

4、料离析的影响，为工程中解决沥青混合料离析问题提供借鉴。1沥青混合料集料颗粒接触的循环与迭代沥青混合料中的集料为不同粒径的颗粒状混合物，集料与沥青拌和前，其内部以颗粒为基本单元相互碰撞，每个颗粒的运动符合运动定律13J，颗粒间的接触应用力一位移定律．并不断更新墙的位置进行循环迭代[4】。力一位移定律是由2个实体之间的相对位移来获取作用在两实体上的接触力的，接触模型可分为球一球接触和球一墙接触．见图1。对于球一球接触，接触平面的单位法向量定义为：驴掣。(1)d152辛荭笈东2014No．6(Nov．)VoI．32a)球

5、一球接触b)球一墙接触图l接触模型示意图式中：戈尸、石尸]分别为球心的位置向量：d为两球心之间的距离，d=I菇p—zP]l=、／百，j≯又砑虻砑町。法向相对接触扩定义为：，p一严M1+月旧～d(球一球接触)，，'、“一【R【6】一d(球一墙接触)。恤7式中：尺雎}，月嘲，Rf6J为球A，曰．6的半径。接触点的位置为：爿q：戈P】+(R【A】一}驴)膏(球一球接触)菇』～(R虬争泸川球．墙接触)。‘3’接触力矢量可分解为关于接触平面的法向和切向分量：，；=于：“+f?。(4)法向接触力大小可以通过下式计算：P=袷+驴

6、。(5)式中：K”为接触处的法向刚度。此处的法向刚度K“是与总位移和力有关的割线模量，切向刚度袷是与增量位移和力有关的切线模量。剪切接触力是以增量形式计算的。当接触形成时，总的切向力被初始化为零，以后的相对位移所引起的弹性切向接触力累加到现值上，而且随着每一时间步戈；【q与n。的不断更新，接触位置的移动也将被考虑进去。接触处的切向接触速度由下式表示：y‘=(丘』中2l一膏』咖11)￡。一甜3【中21Ix，cJ一咒』圣21I一∞3【中11I戈e【c】一z』中。】J。(6)其中实桫她旷刮揣潆茗嚣江⋯、∞，由吩别为实体中

7、，的位移速度和角速度，￡。=卜凡：，凡，}。在时步△￡内的位移△驴=y逸￡，而切向弹性力增量即可通过下式求得：△P=一K5△驴。(7)2沥青混合料集料离析数值模拟2．1PFC2D数值模拟软件简介PFC2D即二维颗粒流计算程序，是利用离散元计算方法计算圆形颗粒的移动与相互作用。考虑到沥青混合料离析研究中集料的离散行为特征，笔者利用PFC2D对沥青混合料集料离析问题进行数值模拟研究。2．2模型建立1)数值模拟试验套筒利用PFC2D模拟集料在料仓中的堆放、由料仓下落至传送带等工艺过程，建立沥青混合料集料试验套筒设备。由于

8、是二维计算程序，试验中套筒壁以l组标有数字的刚性墙体代表，混合料颗粒在自重的作用下自由下落至下设托盘，见图2。V工程材料与设备器EngineeringMateria}＆Equipment冈3为数值模拟试验中套筒下设置的托盘。其中10、30、40号墙体组成了上托盘，50、60、70号墙体组成了下托盘。上托盘直径为25cm，即10号墙体长度为25cm；下托盘直径