沥青混合料细观力学探究浅谈

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1、沥青混合料细观力学探究浅谈　　摘要：沥青混合料是一种典型的非均质复合材料，主要由集料、胶浆和孔隙组成，其内部细观结构在很大程度上控制了它们的宏观力学行为。本文首先讨论了复合材料细观力学的相关知识；然后介绍了沥青混合料细观力学的相关知识，并简要分析了沥青混合料界面局部细观损伤对弹性性能的影响。关键词：沥青混合料，细观力学，数值模拟，损伤力学中图分类号：TV431文献标识码：A文章编号：0引言8复合材料力学研究具有宏细观两个层次。传统的宏观力学方法从唯象学的观点出发，将复合材料当作宏观均匀介质，视增强相和基体为

2、一体，不考虑组分相的相互影响，仅考虑复合材料的平均表现性能。宏观力学分析方法忽略了复合材料的细观结构特点，没有考虑复合材料的细观破坏形态，因此，难以反映深层次的物理机制。而细观力学的核心任务是建立复合材料宏观性能与其组分性能及其细观结构之间的定量关系，揭示材料及结构在一定工况下的响应规律及其本质。细观力学在复合材料宏观弹性性能预测、弹塑性变形、损伤破坏分析等方面具有宏观力学无可比拟的优势。因此，越来越多的研究者投身于复合材料细观力学的研究。沥青混合料作为道路工程界的一种重要复合材料，其细观力学的研究自然广受

3、业内研究工作者的重视。1沥青混合料的细观力学研究沥青混合料是具有复杂结构的非均质、多相（气相、液相、固相）和多层次（微观、细观、宏观）的复合材料体系，其宏观行为所表现出的不规则性、不确定性、模糊性、非线性等特征，正是其细观结构复杂性的反映。细观力学认为，通过电镜观察到一个画面或用其它方法确定一个典型的细观单元，比如通过力学模型对所有组成整体的各单元的性质作统计分析后得到，或通过力学试验直接测量得到。如果一个细观单元总的几何特性，如增强体的体分比、增强体分布的概率统计值(一次矩阵、二次矩阵)都为常数，且与细观

4、单元的位置无关，则称为一个代表体元。通过代表体元的均匀边界条件所形成的统计均匀场的分析，得到代表体元的平均应力和应变特性。由于代表体元的普遍性，故可推求得沥青混合料的宏观应变和应力，从而推求出沥青混合料的宏观性能。1.1沥青混合料细观力学研究的主要内容目前，沥青混合料细观力学研究的主要内容包括：1）沥青混合料体积特征的研究8沥青混合料体积特征的研究首先是对粗集料的形态特征分析，比如粗集料的周长、直径、针状质量分数和长轴取向等；然后是沥青混合料的组成特性研究，如沥青混合料的空隙率、级配组成状况和离析状况等。对

5、沥青混合料组成特性的研究，可以更为方便、直观地了解沥青混合料内部结构的空间分布、初始损伤，同时也使原先的定性观察研究转为定量计算研究，其研究成果能更好的指导工程实践。但是，沥青混合料体积特征的研究亦存在以下局限性：目前的混合料内部细观研究多是二维识别与分析。因为不能完全考虑集料、胶浆及空隙的三维体积特征，所以在考虑某个单元体时，具有一定的随机性与变异性；由于检测设备、数据处理系统的软硬件的限制，沥青混合料细观结构研究仍处于理论研究阶段；研究沥青混合料的级配特征时，集料的二维面积级配与三维体积级配间存在差异。

6、2）沥青混合料试件动态加载时的内部结构研究在静态研究沥青混合料内部结构形态、尺寸和分布等体积特征的基础上，对沥青混合料试件在动态加载时内部结构的变化做定量研究。台湾国立成功大学黄隆升[1]运用数字图像技术对不同类型沥青混合料的粗集料在高温碾压状态下的行为轨迹进行了定量分析，分析不同级配类型对高温抗车辙能力的影响效应。华南理工大学李晓军[2]利用CT技术对SGC成型的沥青混合料试件在动态加载状态下的内部损伤行为进行了实时测量，结果令人满意。HartmanA8M[3]等运用数字图像技术，分析沥青混合料小梁四分点

7、试验的疲劳性能，通过图像采集系统，研究实时加载过程中小梁的变形及破坏特征，并采用了数字图像与内置位移传感器相结合的对比分析方法，二者结果吻合度较高。1.2沥青混合料细观力学研究的实现手段目前，研究人员主要采用以下两种方法来获取沥青混合料的细观结构信息[4]．1）X-rayCT无损伤扫描利用CT技术对沥青混合料试件内部细观结构进行扫描研究的特点主要是：成像精度较高，在研究沥青混合料时间内部细观结构时，宜采用工业CT。比如俄罗斯生产的BT500型工业CT机，其最大工作电压为450kV，检测的几何灵敏度可达到0.

8、05mm，成像的图片为100×像素；在检测中，不会破坏样品的整体性，同时可多次对试件的不同层面（包括横向与纵向）重复扫描。2）CCD数码相机拍照采用数码相机拍照技术对沥青混合料结构进行识别与分析时，主要是利用各种材料具有不同的色彩来区分。从沥青混合料色彩来看，集料呈现为灰色或者白色，沥青胶浆接近黑色，而空隙通常为深黑色。8在数码拍照前，需要将沥青混合料时间按指定位置切开，获取其内部细观结构信息。通常情况下，集料颗