沥青胶结料疲劳损伤机理研究

ｏｎ
ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｒｏａｄ ｔｒａｆｆｉｃ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅｒｐｅｔｕａｌ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｈａｓ ｍａｄｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｄａｍａｇｅ
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ｍｏｓｔ ｎｅｅｄｅｄ ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｄａｍａｇｅｓ，ＳＯ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ
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ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｔｏ ｓｅｅｋ ａｆｔｅｒ
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ｂｉｎｄｅｒｓ．Ｆａｔｉｇｕｅ
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ＤＳＲ ｔｉｍｅ ｓｗｅｅｐ ｔｅｓｔ，Ｆａｔｉｇｕｅ ｅｑｕａｔｉｏｎ
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武汉理工大学 硕士学位论文 沥青胶浆的疲劳性能研究 姓名：刘全涛 申请学位级别：硕士 专业：材料学 指导教师：吴少鹏 20080501
摘
要
随着交通量的日益增大，疲劳破坏已经成为路面最主要的破坏形式之一。 永久路面的兴起与应用使疲劳破坏成了路面研究与设计最需要预防的破坏模 式，因此加深对沥青及沥青混合料的疲劳性能的认识已经成为客观需要。然而 现有的沥青胶浆疲劳评价方法还存在很多不足，需要探索新的方法评价沥青胶 浆的疲劳性能。 本文引入一种新型实验样品，使用自制的夹具，建立新的实验系统进行动 态剪切流变仪（ＤＳＲ）时间扫描实验，研究沥青胶浆的疲劳性能，解决了沥青胶 浆与ＤＳＲ转子界面粘结破坏问题，同时避免了边缘效应的影响。考虑到沥青胶 浆本身对循环加载的抵抗作用以及循环加载造成的破坏在沥青胶浆样品中发展 过程的速度快慢问题，将复合剪切模量（相位角）．加载循环次数曲线中沥青胶 浆的各种宏观力学性能发生剧烈变化的过渡点定义为疲劳点。针对ＤＳＲ在不同 频率下所施加扭矩的变异性，引入一个与频率ｆ有关的修正因数ＣＦ。 采用应力控制模式首先研究了应力、温度、频率对基质沥青胶浆疲劳性能

沥青混和料的粘弹性疲劳本构模型的研究的开题报告标题：沥青混和料的粘弹性疲劳本构模型的研究一、研究背景与意义随着交通运输的迅速发展，道路的建设和维护成为一个国家基础设施建设的重要分支。

作为道路的重要构成部分，沥青混合料的性能对道路的耐久性和使用寿命有着至关重要的影响。

而沥青混合料在不断地受到车辆荷载、气候环境等外界条件的作用下，难免会发生各种形式的疲劳损伤，这也就需要深入研究沥青混合料的疲劳性能及其本构关系。

在目前的学术研究中，沥青混合料的疲劳本构模型是一个重要的研究内容。

通过建立具有理论基础和实际应用价值的粘弹性疲劳本构模型，可以为沥青混合料的工程设计和材料选用提供更为科学的依据。

二、研究内容和方法1. 研究内容本研究的主要内容是：（1）沥青混合料疲劳本构模型的概述和分类，并结合国内外已有的相关研究成果，总结各种模型的适用范围及优缺点；（2）通过实验测试，获取不同种类的沥青混合料在不同温度和荷载条件下的疲劳试验数据，并进行分析和处理；（3）利用基于粘弹性理论的本构模型，建立沥青混合料的粘弹性疲劳本构模型，并采用数值计算方法对其进行验证和优化。

2. 研究方法本研究采用实验测试和理论计算相结合的方法，具体步骤如下：（1）实验测试：选择不同种类的沥青混合料，分别进行疲劳试验，并测量不同温度下的弹性模量、剪切模量、疲劳寿命等指标；（2）数据分析：对实验测试数据进行分析和处理，研究沥青混合料的疲劳特性和规律；（3）本构模型建立：基于粘弹性理论，建立沥青混合料的粘弹性疲劳本构模型，并通过结合实验测试数据对模型进行优化和验证；（4）数值计算：利用已建立的本构模型，开展数值计算实验，对实验数据和计算结果进行对比分析。

三、预期成果和意义通过本研究的实验测试和理论模型建立，可以获得以下预期成果：（1）根据粘弹性理论，建立沥青混合料的粘弹性疲劳本构模型，实现对其疲劳性能的预测和分析；（2）深入研究沥青混合料的疲劳性能及其本构关系，为道路工程设计和材料选用提供科学依据；（3）积累和整理沥青混合料疲劳试验数据，为相关领域的学术研究提供参考资料。

2020年5月上Communication Field251沥青混合料疲劳损伤自愈合性能研究综述袁颖(重庆交通大学土木工程学院，重庆400074)摘要：由于沥青路面受到许多不利环境因素的影响，如冰冻日晒和车辆累积荷载，疲劳开裂是沥青路面尤其是柔性基层沥青路面的主要破坏模式之一#沥青路面的裂缝不仅影响路面平整度，甚至可能影响行车#沥青混合料疲劳自愈合性能的行的下，对混合料自愈机理、定量评价标、影响因素、自愈合性能等分析，仅#关键词:沥青混合料；自愈合机理；评价标；影响因素；中图分类号:U416.217文献标志码：A文章编号:1672-3872(2020)09-0251-01如何更好的利用沥青混合料的自愈合性能，创造一种更加智能、经济、高效的沥青混凝土路面困扰着许多学者#1沥青混合料自愈合机理沥青混合料疲劳损伤自愈合机理实质上是沥青混合料裂缝界面上的沥青分子在裂缝界面处氢键和分子范德华力形成的化学吸附的驱动下，自发降低表面能而进行的界面浸润与吸附和分子扩散从而达到裂缝修复的行为$2自愈合评价指标与测试方法目前，国内外针对沥青混合料自愈合的测试方法主要有动实验、直接拉伸试验、间接拉伸试验、四点弯曲疲劳、利用CT扫描沥青内部，的沥青混合料的、疲劳、$3自愈合的影响因素3.1沥青种类分子扩散理论，沥青疲劳开裂后愈合的原动力主要来源于裂缝界面分子范德华力和氢键形成的吸附用$沥青料自愈的一与沥青的理化学性质$3.2沥青含量黄卫东等卩]通过四点弯曲疲劳试验，比较了不同SBS沥青含的的复和疲劳复$,高沥青，高裂的沥青含，减小裂扩的沥青的损伤，高沥青的愈合$3.3空隙率加学伯克利分校的研究者[2]通过验证分析!发现空隙率与疲劳自对，种对经分处理对，从学对疲劳寿命的化速率$3.4休息时间问通过实验发现沥青混合料的自愈合行为在休息期和材料加载过程中都会发生，但两者的愈合速率明显不同，休息期对沥青混合料疲劳自愈性能的更为显著$3.5损伤程度通过间接拉伸试验,Zhang【4]指出沥青混凝土存在一个损伤临界点,在该临界点之前为损伤，损伤愈合，而在该临界点之后为宏观损伤，损伤不可愈合$3.6温度Dong Yang Wu等同将愈合定义为:高于其玻璃化转变温度作者简介：袁颖(1996—),女，重庆长寿人，硕士，研究方向：道路与铁道工时,2种相同材料的界面接触时，其边界会逐渐消失，由于界面处分子的扩散运动，会使裂缝愈合使得界面处的机械增加$该定义出温是发生愈合的一个重条件$4提高沥青混合料自愈合潜能措施4.1加入微胶囊根据Whited的思想，微胶囊可以用作沥青和沥青混凝土中的自愈合成分$在沥青混凝土中掺入胶囊是恢复沥青混凝土始性能的效之一$该的理是在环氧树脂基体中加入微囊化愈合剂(DCPD)催化化学触发剂Grubbs来实现自愈合#4.2电磁感应加热根据已有的，足够的高温可以促进沥青的快速愈合#目前提高沥青愈合温的最效方法是利用电磁感应产生的能#种是在沥青混合料中掺入导电纤维形成电磁反应，然后进行电能向热能的转换，从而高沥青混合料温度,促进沥青混合料自愈#5结语1)在影响沥青混合料自愈性的因素中:沥青种类和温度对沥青混合料自愈合能力的显著，沥青用量与沥青混合料自愈合能力呈正相关，休息时间与沥青混合料自愈合能力呈正相,与沥青混合料自愈合能力，损伤与沥青混合料的自愈合能力#2)自愈合沥青混合料具行性,而由于沥青混合料组成的复杂性与所处环境的复杂性，沥青自愈合技术需断实践和完善#参考文献：[1]黄卫东，林鹏，郑茂，等.SBS沥青混合料疲劳自愈合影响因素分析[J],建筑材料学报,2)16,19(5)：951-956.[2]University of Canifomia.Fatigue Response of Asphalt—aggregateMixes[M].Washington DC:Strategic Highway Research Pro gram,National Research Council,1994.⑶杨军,王昊鹏，廖辉•沥青混合料疲劳自愈性能关键影响因素[J].东南大学学报(自然科学版),2)16,46(1):196—2)1.[4]ZHANG Z W.Identification of Suitable Crack Growth Law forAsphalt Mixtures Using the Superpave Indifect Tensile Test[D].Gainesville:University of Flrorida,2000.[5]Wu D Y,Meure S,Solomon D.Self-healing polymeric materials:a review of recent developments[J].Progress in Polymer Sci ence,200&33(5):479—522.[6]White S R.Autonomic Healing of Polymer Composites[J].Nature,2001,409:794797.。

多孔沥青混合料抗冻性能分析 二、空隙率控制指标与分布规律
日本铺装规范——空隙率大约为20% 美国路面规范——空隙率大约为18-22% 我国《公路沥青路面施工技术规范》——空隙率大约为18-25% ——体积法设计，包含表面粗糙
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中加寒区道路运营技术国际研讨会
多孔沥青混合料抗冻性能分析 二、空隙率控制指标与分布规律
中加寒区道路运营技术国际研讨会
主要内容
• 研究背景 • 多孔沥青混合料抗冻性能分析 • 宏观唯象多孔沥青混合料冻融损伤力学分析 • 沥青与集料界面粘结力学性能 • 界面粘结性能与混合料冻融耐久性
15
中加寒区道路运营技术国际研讨会
多孔沥青混合料抗冻性能分析 一、空隙率与冻融耐久性
筛孔 尺寸 (mm)
OGFC-16空隙率
平均体积变化
OGFC-16体积变化 18
中加寒区道路运营技术国际研讨会
多孔沥青混合料抗冻性能分析
沥青混合料的冻融损伤是一个空隙率和体积逐渐增大，内 部宏观、微观裂纹增多，材料性能衰减的演变过程，其冻 融损伤过程可以分为三个阶段：
第Ⅰ阶段：开口空隙内水分冻结膨胀，对空隙壁形成冻胀拉应力
中加寒区道路运营技术国际研讨会
背景及国内外研究现状 需要回答的问题：
• 是否存在冻融耐久性问题？
• 冻融作用下，混合料的损伤特点如何？如何提高抗冻融破坏能 力？
M. Huurman. Lifetime Optimisation Tool, LOT, Main Report, Report 7-07-170-1[R], Laboratory of Road and 14 Railway Engineering, Delft University of Technology, Delft, 2008.1.

经过对系数张量的分析，得到式（12）～（14）的级 数表达形式：
弹性应变能
N 1 2 ( ij , D) ij ij [1 D ] ( kk ) [1 ( n ) D n ] 2 n 1 n 1 (n) n N
（15）
应力－应变本构关系
N n 1
ij 0）可得 应变弹性本构律： 定义损伤度本构律：
ij ij D0 ij D
（6） （7） （8）
ij / ij Y / D
因而式（6）变为：
交通部重点科技项目
沥青路面疲劳损伤特性及抗 疲劳破坏的措施与方法研究
长沙理工大学 周志刚教授、博导
一、课题主要研究内容
1、各向同性弹性损伤理论研究 2、沥青混合料疲劳损伤特性试验研究 3、沥青路面抗疲劳破坏措施及方法研究 4、路面结构疲劳损伤理论的试验路验证
二、主要研究成果
1、各向同性弹性损伤理论研究
五、沥青混合料疲劳损伤特性的试验 研究
1、Burgers粘弹性模型应用于沥青混合料疲劳特 性分析
（1）由正弦波荷载函数 P(t ) P0 sin t 激发的梁端最大 位移D(t)以及最大应力点的应变ε （t）分别为：
D(t ) Pm P0 | J * | sin( t )
其中， J *
(n) n (n) ij ij n N N
（11） （12）
上式可简化为：
1 N (n) ( ij , D) Aijkl ij kl D n 2 n 0
(n) ij Aijkl kl D n n 0 N
（13）
（14）
1 N (n) Y Aijkl ij kl nD n 1 2 n 1

时间扫描试验 试验温度： 最高设计温度及最低设计温度的平均值 以上４℃。 试验设备： 动态剪切流变仪（DSR）
试验方法： ①先经过RTFOT (旋转薄膜烘箱老化) 混和料热拌 短期老化 ②再将残留沥青经过PAV (压力老化仪) 路面使用期 长期老化。 ③然后将PAV残留沥青进行动力剪切试 验，DSR自动测定G*sinδ
评价指标：
①.损失模量：G″= G*sinδ 反映变形过程中由于内部摩擦产生的 以热的形式失能量
G*：
复数剪切劲度模量
相位角δ：反映粘弹性中粘性与弹性成分的 比例与影响程度 缺点：相关性较差
能量耗散比法（ ②. DER能量耗散比法（消散能变化率） 能量耗散比法 消散能变化率）
影响因素：温度
载荷频率（试验频率）
沥青结合料的抗疲劳性能
张天波10908079 董芃伯10902005
沥青结合料
Asphalt binder—沥青结合料 Asphalt mixture—沥青混合料 沥青混合料的疲劳性能的影响因素： 荷载条件 材料性质 环境变化 试验方法：各国均无标准试验方法
沥青结合料的抗疲劳性能
疲劳：交变荷载作用下沥青结合料的强度降低 疲劳“强度”：载荷循环达到规定次数时引起疲劳 破坏的应力
工程意义及总结
１.控制和改善沥青混合料的疲劳性能 ２.疲劳性能直接影响到耐久性能 ３.相位角δ越大，沥青抗疲劳性能越差
４.DER方法与路面服务不同阶段的疲劳破坏 ５.选用复数模量Ｇ*越小，相位角δ越大的沥青 结合料
THIS IS IT
谢谢大家~

１ ３ １ ２ ４ —５ ．
４ 展 望
磷酸盐基复合材料具有耐高温 、 高强度 、 介电性能优异 、 抗氧 化以及 良好 的结构可设计性 、 膨胀系数小 等特点 。它集 中了金 热 属和陶瓷的优 点 ， 是耐高温低介 电损耗 的理想 材料 。可满足多种 透波材料的发展缘 于其军用 目的， 随着科技 的发 展和人 民生活 但 望远镜的保 护罩 ， 一些诊疗 仪器的透波窗Ｅ ， ８ 以及用 于通讯 系统 、 』
１Ｏ ２
７ ５ ８ ５
１ｏ ０
１０ ｏ ９ ５
６ ０
５ ０ ８ ０
５ ０
４ ０ ２ ０
４ ５
１ ０
［］ 黎 ４
义， 张大海， 英 ， 航天透波 多功 能材料研 究进展 陈 等．
［］ 宇航 材料 工艺，００ ５ ：—． Ｊ． ２ ０ （ ）１５
［ ］ Ｒ． Ｍａａ ｇｅ ， Ｌ Ｂ ｎｏ Ｅ Ｍ ａｏ ｅｉ ｒｔｅ ５ Ｏ． ｇｔ ｒ Ｒ． ． ｕｇ ． Ｃ Ｒ ｄｍｅＤ ｓ ｎｆ ｈ ａ ｎ ｇ ｏ Ａｒｏ Ｅ ｖｒｎ ｎ ［ ］ Ｄ ｆ ｓ ｌ ｔ ｎｃ， ９ ６ １ （ ） ｉ ｍｅ ｎ ｉ ｍｅ ｔＪ ． ｅｅ ｅＥｅ ｒ ｉ １８ ， ８ ９ ： ｂ ｏ ｎ ｃｏ ｓ
第３ ６卷 第 ２ ９期
・
１８ ・ ５
２０１０年 １０月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｌ ． ６ Ｎｏ ２ ０ ３ ．９ 】 Ｏｃ ． ２ １ ｔ ００
文 章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ０ ２ 。１８０ １０ —８ ５ ２ １ ）９０５ ．３
【ｎ ００８ ００５ ０ｏ８ Ｏ０５ ００８ ～ １ ００５ ００５ ． ～ ．３ ｔ ｇ ０～ １ ． ～ ．１ ０ ００５ ． ～ ２ Ｏ ００ ａ ０ ５ １ ０２

路 面 的裂缝 能像 皮 肤 伤 口那样 自愈 合 ， “ 缝 ” 无
沥 青 路 面 或 许 梦 想 成 真 。那 么 ，沥 青 路 面 的
“ 口” 能 自愈合 吗？ 伤
与完 全 弹性材 料不 同 ，沥青 混凝 土在 一定 的
ｚｎ ） ｏｅ 。当停 止 施 加 荷 载后 ，沥 青 混 凝 土 断 裂 发 展 区将 发生 应力 松 弛和 界面 愈合 。对 于粘 弹性材 料 ，应 力松 弛 为界 面愈 合提供 了 良好 的条 件 ，因
沥 青混凝 土 疲劳 损 伤 自愈合 机理研 究 主要 围绕 表 面 能理论 和界 面润 湿与扩 散 理论 开展 研究 。
收稿 日期 ：２ １ ０ １—０ ７—１ 。 ８ 作者简介 ：孙 大权 （ ９ ４ ），男 ，同济 大学 副教 授 ，博 １７ 一 士。主要从 事道 路工 程教 学 与科 研工 作。Ｅ ｉ：ｄ ｓｎ ｍａ ｌ ｑｕ ＠
（） １
根据 能量平 衡理 论 ，裂缝 表 面能等 于产 生裂 缝消 耗 的能量 ，Ｌｔ ｎ （ ９８ 提 出 了基 于 表 面 ｙｏ １９ ） ｔ
能的材料断裂定律¨ 引：
２ ｈ Ｅ Ｈ ｔ） Ｆ ＝ ｆ（
基 于表 面能 的沥青 混凝 土疲 劳损伤 自愈合 理 论 可 以揭示裂 缝愈 合 的动力来 源 ，但是 不能 描述 裂缝 愈合 的进 程 。 同时 ，沥青 混合 料 的愈合 能力 由两种 构成 ：集料 与沥 青界 面间 愈合能力 和 沥青 间的 内聚愈合 能力 ¨ ，标 定公 式 （ ） 中的诸多 １ 参数 ，需 要 同时测 定沥 青 、沥青胶 浆 以及 沥青 一 集 料系统 的物理化 学参 数及 沥青 与集料 两者 间的 相互 作 用机制 ，参 数 的标定需 要进 行大量 基 础性

探讨沥青路面疲劳损伤特性一、引言沥青作为道路施工的主要材料而受到社会各界的广泛关注，同时也是我国现阶段公路施工的重要基础材料。

沥青路面由于其施工周期短、噪声小、路面平整度好等特征为应用广泛。

然而，在沥青路面施工尤其是后续使用阶段，由于公路荷载的不均衡会造成一定的疲劳损伤情况，此种情况在现阶段的施工工艺条件下不可避免；如何降低此种由于载荷而造成的疲劳损伤是国内外学者共同关注的话题。

而在研究工艺改良等有效措施的同时，探究其疲劳损伤产生的根本原因与特征是一种必要方式与前置条件。

现阶段除了较为常见的地质测绘以及质量测绘等传统手段之外，数学模拟也是探究疲劳开裂特征的一种有效手段。

在具体的研究过程中安排不同的荷载条件，对不同的疲劳损伤指标进行监控，利用综合评价的方式对特定路段可能出现的疲劳损伤进行预测具有理论与实践的双重价值。

本文在总结疲劳损伤产生的可能原因的基础上，对多维度视角下的疲劳损伤特性进行试验模拟与总结，并以此为基础提出一定的解决对策。

二、疲劳损伤的危害疲劳损伤是沥青路面最为常见的结构性病害之一，在微观上表现为由于受到不均衡的表面压强而形成的应力差异导致路面开裂或者不遵从沉降；在宏观上则表现为路面不平、开裂甚至是塌陷等病害。

此种现象在道路病害中较为常见，对于道路的使用安全与使用寿命形成严重影响。

其具体的危害主要表现为如下三个方面：第一，对道路使用体验的影响。

道路不平，尤其是规则性车辙的出现会使该道路上行使的车辆出现侧滑、偏轮、摆轮等现象。

对于车辆行使的平稳度以及后续的车内体验造成严重的影响，从直观上表现为道路驾驶体验的缺失。

第二，对道路使用安全的影响。

严重的荷载损伤会使得道路出现明显的凹陷甚至是坍塌，不仅会影响车辆轮胎的抓地性能，从而造成包括制动与刹车系统的失效，严重的形成跳车现象，进而对道路行驶车辆的安全造成隐患。

第三，对道路使用寿命的影响。

道路损伤势必会造成公路使用寿命的降低，即使通过后续的维护与保养，新加入的沥青结构由于施工的独立性无法很好的与原有沥青路面保持一致，进而使得维护效果降低。

沥青混合料的疲劳试验及其影响因素沥青混合料的疲劳试验及其影响因素摘要：疲劳特性的研究⽅法概括起来包括两种即现象学法和⼒学近似法。

应⽤现象学法主要是进⾏疲劳试验，得出疲劳寿命与施加应⼒或应变的关系。

⼒学近似法是将应⼒状态的改变作为开裂、⼏何尺⼨及边界条件、材料特性及其统计变异性的结果来考虑，并对裂缝的扩展和材料中疲劳的重分布所起的作⽤进⾏分析，从⽽它有助于⼈们认识破坏的形成和发展的机理。

关键词：沥青混合料疲劳特性现象学法⼒学近似法1 概述路⾯使⽤期间，在⽓侯环境因素和车轮荷载的重复作⽤下，损伤逐渐累积，路⾯结构强度逐渐下降，当荷载作⽤次数超过⼀定次数之后，在荷载作⽤下路⾯内产⽣的应⼒就会超过性能下降后的结构抗⼒，使路⾯出现裂纹，产⽣疲劳断裂破坏。

这是由于材料内部存在缺陷或⾮均匀性，引起应⼒集中⽽出现微裂隙，应⼒的反复作⽤使微裂隙逐渐扩展、汇合，从⽽不断减少有效的承受应⼒的⾯积，造成材料的刚度和强度逐步下降，最终在反复作⽤⼀定次数后导致破坏。

材料抵抗疲劳破坏的能⼒，可⽤达到疲劳破坏时所能经受的重复应⼒⼤⼩(或称疲劳强度)和作⽤次数(称为疲劳寿命)来表⽰。

疲劳破坏是当前沥青路⾯破坏的主要形式之⼀。

沥青路⾯的耐久性是指沥青路⾯在使⽤过程中承受各种外界因素的作⽤，其性质能保持稳定或较⼩发⽣变化的特性。

沥青混合料的抗疲劳性能是评价沥青路⾯耐久性的⼀个重要指标。

2沥青混合料的疲劳试验疲劳破坏作为沥青路⾯的三⼤破坏形式之⼀，⼈们对其试验研究⽅法给予了很⼤的关注，归纳起来可以分为四类：⼀是实际路⾯在真实⾏车荷载作⽤下的疲劳破坏试验，如美国的AASHO试验路，历时三年才完成；⼆是⾜尺路⾯结构在模拟⾏车荷载作⽤下的疲劳试验，包括环道试验和加速加载试验，如南⾮的重型车辆模拟车（HVS ）、澳⼤利亚和新西兰的加速加载设备（ALF ）、美国华盛顿州⽴⼤学的室外⼤型环道、长沙理⼯⼤学的亚洲最⼤的路⾯直道实验中⼼和重庆公路研究所的室内⼤型环道疲劳试验等；三是试板试验法；四是室内⼩型试件的疲劳试验。

沥青胶结料疲劳损伤机理研究摘要：疲劳破坏是沥青路面结构基础理论与设计的本源性问题，因此沥青及沥青混合料的疲劳损伤特性多年来一直倍受研究者们的关注和重视。

本文系统阐述了疲劳损伤机理以及疲劳过程中的自愈与触变现象，对自愈合机理、自愈合评价方法以及自愈合影响因素进行了总结，疲劳的评价指标：初始模量的50%-50%G*、疲劳因子G*sinδ、耗散能变化率DR、累积耗散能比DER。

关键词：沥青胶结料；损伤机理；触变性；自愈性0 引言近年来，随着交通运输事业的快速发展，交通量迅速增加，车辆轴载不断增大，重载交通日益严重，沥青路面的设计、养护和维修面临越来越严峻的考验。

路面在使用过程中，不仅受到车辆荷载的重复作用，还受到环境温度变化所产生的温度应力影响。

在应力应变反复作用下，路面材料的强度逐渐衰减。

本文基于触变性和自愈性对沥青胶结料的损伤机理进行研究。

1 疲劳损伤机理损伤力学的发展为研究材料在重复荷载作用下的力学行为提供了新的手段。

疲劳损伤与疲劳断裂不同，通常很难像材料内部裂纹扩展那样通过精确计算加以描述，而是更加关注研究材料内部缺陷的累积和发展，及其所表现出的宏观物理力学性能的衰变。

疲劳损伤演化的程度用损伤因子D表示，损伤因子D是荷载历程的函数，称为损伤演化函数。

损伤演化本构模型是指损伤影响下的应力、应变关系。

通过损伤演化函数和无损伤影响下的本构关系，建立损伤过程中材料的本构关系。

损伤演化本构模型的优点是可以预测材料的实测性能，减少试验时间和试件数量。

郑健龙等将Burgers模型的本构关系与连续损伤演化模型二者耦合建立了沥青的粘弹性损伤本构模型[1]。

Zhu等将粘弹塑本构关系与损伤函数叠加，得出沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型，该模型可以较好描述沥青混合料三轴蠕变、三轴等应变速率压缩等加载模式下的力学行为[2]。

曾国伟在叶永等提出的粘弹塑性模型的基础上，采用有效应变指数形式的损伤演化函数，建立起了形式简单、能描述不同条件下蠕变全过程的沥青混合料蠕变损伤本构模型[3]。

考 虑二 者对 路 面 的共 同作用 ． 研究 应 力 、 应 变模 式 下 沥青 疲 劳性 能变 化 规 律 以及 疲 劳 破 坏 机 理 ， 建 立 相应 的 沥青疲 劳 方程模 型 ． 沥 青在 拌 和和铺 筑过 程 中由于热 和氧 会发 生 短 期 老化 ， 在 动态 车 载 、 氧、 光 作 用 下 发生 长 期 老 化． 采用 旋 转薄 膜烘 箱实 验 （ Ｒ Ｔ Ｆ ＯＴ） 和压 力老 化 （ Ｐ ＡＶ） 分 别模 拟 沥青 的短期 老 化 和长 期 老化 ｌ ＿ 】 ． 利 用动 态剪 切流 变仪 （ Ｄ Ｓ Ｒ） 对不 同老化 条件 下 的
式下 ， 发现 应力 控 制状 态 下 单位 体 积 耗 散 能 的总 趋 势是增大 的 ， 应 变控制状 态下单位 体积 耗散 能是
减 小 的． 施正银 ｌ ＿ ７ ］ 在 ０ ． １ ～０ ． ５ ＭＰ ａ 应力水 平下 ， 指 出沥青 的疲 劳寿命 随加载 应力 的增加 成 指数 关 系 降低 ． 疲 劳 方程 可 以表 示 为 Ｎｐ 一２ ９ ２ ３ ６ ７ ｅ ． Ａ． Ｓ ｈ ｅ ｎ ｏ ｙ Ｅ 采 用连 续加 载应 变 控制 模 式 ， 发 现 沥
摘要 ： 采 用动态剪切流变仪 （ ＤＳ Ｒ ） 研 究 了短期老 化与 长期老化 的沥青 胶结 料在应 变模 式 ， 应 力 模 式 下 的抗 疲 劳 性 能 ． 实验 中， 采用 了 旋 转 薄 膜 烘 箱 实 验 （ Ｒ Ｔ Ｆ Ｏ Ｔ） 及 压力老化 （ Ｐ ＡＶ） 来 模 拟 沥 青 胶
性 能是 不 利 的． 路 面在受 到 温差 和车 载作 用时 ， 会 处 于应 力一 应 变 同 时存在 的状态 口 ¨ ］ ． 因此 实验 室
在 单一 应 力或应 变 条件 下 ， 研 究 沥青 的疲 劳性 能 ，

过 ５０ ０ｋ ａ的要求 。 ０ Ｐ 也就 是说 ， 当沥青 在试 验过 程 中老 化 ， ｉ３不 断地 增 大 ， Ｇ ｓ ｎ 在达 到 ５０ ０ｋ ａ ０ Ｐ
时 将会 发 生疲 劳破 坏 ， ｉ８越 小 ，表 示其 抗疲 Ｇ ｓ ｎ
收稿 日期 ：２ ０ —６ １ 。 ０ ８０ —８
国缺 乏类 似 的仪器 设 备 ， 以无法 对此 进 行试 验 。 所
一
直 到 美 国 Ｓ Ｐ 引进 动 态 剪 切 试 验的疲 劳 性 能 ，将 指 标 列 入 Ｓ ｐ ｒ ｕ ｅ—
ｐｖ ａ ｅ的沥 青路 用 性能 规 范 ，我 国也 开始 引进 动 态
壳牌 公 司研 究所 ＿最 早 对沥 青 的疲 劳 进行 了 ２ ］
研 究 ，和 其 它许 多材 料一 样 ，反复 地 载荷 能使 沥
青材 料 的强度 降低 ，也 即称为 疲 劳 ，疲 劳 强度 曲 线和 破坏 强度 曲线 是 劲度模 量 的 函数 ，疲 劳 “ 强
方 向为路 面材料 。
疲 劳 “ 度 ” 大约 是 ４ ０ Ｐ 。 强 ×１ ａ ２ 用损 失模 量 评价 疲 劳性能 在 Ｓ Ｐ沥 青路 用 性 能 规 范 中 ， 青 的 疲 劳 ＨＲ 沥 寿 命采 用 ＤＳ Ｒ测 定 ， 所采 用 的 指标 是Ｇ 一Ｇ ｓｎ ｉ３ 即损 失模 量 （ 为复 数模 量 ， 为滞 后 角 ） 其评 Ｇ ， 价 沥青 疲 劳性 能 的试验 温度 相 当于 最 高设计 温度
国 ＴＲＲ 早 就 采 用 沥 青 动 态 剪 切 试 验 方 法 研 Ｉ很
究 沥青 的复 数劲 度模 量 和相 位角 ，并 开发 了多种 多样 的仪 器 设备 ，在 澳大 利亚 的 资料 中对 沥 青结 合料 的疲 劳性 能 也有 不少 这方 面 的论述 。 由于我

程 度奠 定 了基础 。
关键词 ：沥青混合 料 ；沥青 胶浆 ；疲 劳损伤 ；模 型参数 ；实验研究
中图分 类号 ：Ｕ４１４
文 献标 志码 ： Ａ
文章 编号 ：１００９—７７１６（２０１８）０６—０２５４—０４
１ 沥青 混凝土疲 劳损伤 损伤模型 选择
１ （蚩 ） ，式中：Ｂ、卢和 是与温度相关
收 稿 日期 ：２０ｔ８—０２—０８ 作者简介 ：张立文 （１９８６一 ），男 ，山东 日照人 ，工程师 ，从事道 路 工程设计工作 。
的材料参数 ，Ｂ还依赖于平均应力 ，Ｂ＝ （ ）。 １．２ 国 内外 的沥 青 类材 料 疲劳 损 伤 的模 型 探 索
在疲 劳损 伤模 型 的 建 立 与 疲 劳 损 伤 理 论 应 用 于 沥 青路 面结 构 分 析 方 面 ， 国外 已经 做 了不 少 的 工作 ，见表 ２。 １．３ 文章 损伤 模 型 主 要考 虑
２ 沥青混合料 疲劳损伤 模型 参数 实验研究
Ｌｅｍａｉｔｒｅ模 型 中 损 伤 度 的 表 达 式 为 Ｄ＝Ｉ一
（１一 ） ，在后续分析中认为损伤增长速率近
２０１８年 ６月第 ６期
城 市道 桥 与 防 洪
科技研究 ２５５
唐雪松［５１ 沥青混合料疲劳过程 的损伤力学分析
悬壁梁弯 曲疲劳实验
摘 要 ：首 先介 绍疲劳 累积 损伤定 律在 沥青 类 材料 中 的应 用 ，针对 不 同模 型 的特点 及应 用条 件 ，采用 Ｌｅｍａｉｔｒｅ疲 劳 累积损 伤
模 型作 为沥青 混合 料疲 劳损伤 模型 ，通 过进行 疲 劳损 伤实验 设计 ，获得 沥青 类材 料疲 劳损 伤特 性参 数 ，为计 算材 料疲 劳损 伤

沥青混凝土面板疲劳损伤破坏机理沥青混凝土面板疲劳损伤破坏机理？哎呀，这话说起来可真有点儿复杂，但是要是咱们慢慢聊，看看其实背后也没那么高深。

你可能会想，这些大路上的沥青路面，怎么就那么“耐操”呢？车来车往，每天上百万的车轮压过去，居然能挺这么久，看似坚固的面板，居然有那么一天，会因为疲劳而“垮掉”。

说白了，它和咱们人一样，长时间的重复使用，身体也会累，不信你看看运动员，膝盖磨得哪儿都是伤。

沥青混凝土也是，随着时间的推移，积累了无数的“疲劳”，最终导致破坏。

我们先聊聊这些疲劳是怎么来的。

想象一下，咱们去跑步，每一步踩下去，腿上的骨头和肌肉就受到了压力，这样反复多次，骨头就开始有点“裂缝”了。

你还别说，沥青路面也差不多！你每开一次车，轮胎对路面的压迫就会把路面压得更“低”，这压力就像是老天爷给沥青路面“重担”一样，开始让它的结构一点点受到伤害。

特别是像高速公路这种车速高、车流量大的地方，压力更是源源不断地加上去，路面哪顶得住！它不像咱们人，能去按摩、去健身缓解疲劳，沥青面板根本没有办法“放松”，只能继续承受这份压力。

然后呢，路面会出现各种各样的小裂缝，甚至变得像咱们吃过的老饼干一样，干脆“断裂”了。

这些裂缝就是沥青路面疲劳的第一个“信号”。

别看这些裂缝小得很，往往就是最初的“预兆”。

这些裂缝不仅仅是路面外表的裂开，它们其实已经深入到沥青内部，开始影响它的稳定性。

这就像我们身体上有个小伤口，刚开始没觉得疼，时间一长，伤口感染了，整个身体的系统就会受到影响。

每次车轮碾压，这些裂缝就像迎接新的打击一样，一次次承受压力。

久而久之，原本完整的路面就会被一点点“侵蚀”。

不仅如此，水也是沥青混凝土的“死敌”。

你想想，路面上经常有积水，尤其是下完雨以后，这水就渗入到沥青的空隙中，水分一旦进入，沥青的结构就变得松散了。

这时候水像个“小骗子”，悄悄在沥青面板内部扎根，把本来还挺牢固的结构弄得松松垮垮的。

你可能会觉得，水能这么有力量？当然了，水的“破坏力”可大了去了，大家都知道“水滴石穿”的道理嘛。

沥青混凝土路面疲劳破坏与愈合的探讨1 沥青混凝土的愈合效应沥青材料为一种同时具有黏性与弹性性质的黏弹性体，在受高速剪应力时，产生弹性变形，当外力消失后，仍将回复原状；在受低速剪应力时，产生黏性变形，当外力消失后，不易回复原状。

在低温时，沥青材料呈现固体性状，当温度逐渐上升时，性状也由黏状而成液状。

在低温固体状下，受长时间荷重，此固体状会发生变形，此为沥青的另一特殊流性。

由此可知，当高温且荷重停止作用时，沥青胶泥的软化流动会使沥青混凝土产生愈合作用。

愈合作用是来自于沥青混凝土本身自愈的能力，因沥青混凝土铺面易受温度，或载重作用的影响，故当温度上升及卸除时的静置期间，沥青混凝土的可流动性会因此而增强，将使已存在的裂缝渐渐闭合裂缝范围减少，此种愈合作用与荷重、温度及静置期间等因素有关。

因此，愈合作用可减缓沥青混凝土铺面中，裂缝的开始、延伸及成长行为。

2 载重对愈合与疲劳破坏的相关性对于非线性粘弹性材料，Schapery 假设一基本方程式同非线性弹性体，认为粘弹体中的应力与位移物理量为非必要的，而是以虚拟应力及虚拟位移来作回旋积分，如下所示及=物理量E（t）及D（t）=松弛模数及潜变柔度ER=参考模数当粘弹性材料受到反复荷重时，可在应力-应变图中观察迟滞回圈，根据非均质应力体的对应原则理论，以含有裂缝的梁试体而言，在荷重历时期间若破坏成长是微量的，在其应力-虚拟应变图中的迟滞循环将不存在，因此，应力与虚拟应变的关系为单值函数，若当愈合发生时，静置期间前后的荷重路径可维持似弹性行为。

非线性弹性-粘弹性对应原则为依据的虚拟应变观念，可表现在损坏过程中微损坏及愈合的特性，虚拟劲度的改变可被使用来定量疲劳试验中的微损坏及愈合，虚拟劲度随荷重次数的增加而减少，由此可知，疲劳试验中有微损坏发生，若在静置期间后虚拟劲度有明显回复，则可证明愈合效应的影响。

损坏及愈合可由消散虚拟应变能量来定量，高程度的累积消散虚拟应变能量表示有高程度的疲劳破坏发生，低程度的累积消散虚拟应变能量表示具疲劳破坏的抵抗性。

天然岩沥青复合改性沥青混合料疲劳性能研究的开题报告一、论文题目天然岩沥青复合改性沥青混合料疲劳性能研究二、研究意义道路是经济发展的重要基础设施，因此道路建设的质量直接关系到城市的经济发展和社会安定。

研究沥青混合料的疲劳性能，对于提高道路使用寿命、减少道路维护费用具有重要意义。

本研究旨在探究天然岩沥青复合改性沥青混合料的疲劳性能，为道路建设提供实用性指导。

三、研究背景沥青混合料作为道路面层的主要材料，其疲劳性能一直是研究的热点之一。

随着交通运输的不断发展和城市化的加速，人们对道路使用寿命的要求也越来越高，因此对沥青混合料的疲劳性能研究越来越迫切。

近年来，越来越多的学者开始从沥青材料本身入手，探索新型沥青材料的疲劳性能。

其中，天然岩沥青复合改性沥青混合料具有优异的力学性能和化学稳定性，在道路建设中得到越来越广泛的应用。

四、研究内容1.收集天然岩沥青复合改性沥青混合料相关资料，确定其性能指标；2.选择适当的试验方法，研究天然岩沥青复合改性沥青混合料的疲劳性能；3.分析试验结果，探究天然岩沥青复合改性沥青混合料疲劳损伤机理；4.对试验结果进行统计处理并对其进行讨论，为道路建设提供技术支持。

五、研究方法本研究采用理论研究和实验研究相结合的方法，首先收集相关资料进行文献综述，确定天然岩沥青复合改性沥青混合料的性能指标。

然后选择适当的试验方法，如动态剪切试验和循环试验等，研究其疲劳性能。

最后对试验结果进行分析、处理和讨论，为道路建设提供实用性指导和技术支持。

六、研究进度安排第一年：收集文献，明确研究目标和研究方法；第二年：进行试验研究，分析试验结果；第三年：对试验结果进行处理和讨论，撰写论文。

七、预期成果本研究将明确天然岩沥青复合改性沥青混合料的疲劳性能指标，并研究其疲劳损伤机理，为道路建设提供实用性指导和技术支持，提高道路使用寿命，减少道路维护费用。

同时，本研究将推动天然岩沥青复合改性沥青混合料在道路建设中的应用，促进道路建设技术的升级和发展。