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沥青玛蹄脂粘弹性特性的DSR试验研究

作　者: 冯师蓉
导　师: 冯治安；胡霞光
学　校: 郑州大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 沥青玛蹄脂粘弹性动态剪切流变仪(DSR) Burgers模型数值模拟
分类号: U414
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 280次
引　用: 6次
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内容摘要

胶浆理论认为，沥青吸附在矿粉及部分细集料表面后，形成沥青玛蹄脂，然后才与其它粗、细集料产生吸附和粘结作用，形成具有一定强度和变形能力的沥青混合料，因此，沥青玛蹄脂的性能在很大程度上影响着沥青混合料的路用性能。因此，沥青玛蹄脂是影响混合料性能的关键因素，对沥青玛蹄脂的性能进行研究就显得尤为重要。然而，在工程实践中经常会出现由于玛蹄脂原因而产生的问题，甚至在沥青和矿粉都符合规范要求时，混合料的性能却不尽如人意。以往研究沥青路面材料的思路是，分别对沥青和沥青混合料进行约束，同时对沥青混合料的体积特性和力学特性以及路用性能进行考察，以满足沥青路面的要求。目前对于沥青的研究已经形成了一整套评价体系，包括经验性的评价指标以及美国SHRP计划形成的Superpave-PG沥青结合料评价体系等等。沥青玛蹄脂是一种粘弹性材料，基于流变学原理对其进行的特性研究还比较少，而由于其对沥青混合料及其他材料的特性影响，对沥青玛蹄脂的性能研究具有很重要的意义。沥青玛蹄脂的性能会直接关系到沥青混合料的性能，虽然目前国内外许多科研机构对沥青玛蹄脂的力学性能进行了一些研究，但不够系统化，并且对沥青玛蹄脂的微观机理探讨深度不够，所以关于沥青玛蹄脂的研究仍有大量的工作需要进行。本课题在已有成果基础上，将沥青玛蹄脂作为研究对象，借助于Superpave沥青研究的相关设备动态剪切流变仪(DSR)对试验中工作参数与沥青玛蹄脂流变参数的变化规律进行分析；对沥青玛蹄脂的流变特性与温度、沥青玛蹄脂的流变特性和填料粒径、沥青玛蹄脂的流变特性与填料含量之间的关系进行研究。在此基础上，根据试验结果来拟合求解沥青玛蹄脂的粘弹性力学模型参数，并研究温度、填料粒径和填料含量对其的影响。最后进行了沥青玛蹄脂DSR试验的离散元数值模拟，并与试验数据进行了比较。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-9
第一章绪论  9-20
  1.1 问题的提出  9-10
  1.2 国内外研究概况  10-18
    1.2.1 国外研究概况  10-14
    1.2.2 国内研究概况  14-18
  1.3 目前研究存在的问题  18
  1.4 本课题的意义及主要研究内容  18-20
第二章沥青与沥青玛蹄脂的流变特性  20-35
  2.1 材料的基本力学性质  20-25
    2.1.1 弹性  20-21
    2.1.2 塑性  21
    2.1.3 粘性(牛顿粘性)  21-22
    2.1.4 粘弹性  22-24
    2.1.5 粘弹性体的弹性滞后、阻滞弹性、弹性余效  24-25
  2.2 粘弹性材料的基本特性  25-27
    2.2.1 粘弹性材料的力学响应是一个不可逆的热力学过程  25
    2.2.2 记忆功能  25-26
    2.2.3 时间相关性  26
    2.2.4 温度相关性  26
    2.2.5 蠕变与应力松弛特性  26-27
    2.2.6 沥青与沥青玛蹄脂的粘弹性特征  27
  2.3 线粘弹性本构关系的模型理论  27-34
    2.3.1 粘弹性分析基本元件  27-30
    2.3.2 以模型描述的粘弹性本构方程  30-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章沥青玛蹄脂动静态试验方法研究  35-44
  3.1 概述  35
  3.2 试验的选择  35
  3.3 试验设备与材料  35-38
    3.3.1 试验的设备  35-36
    3.3.2 材料的选择  36
    3.3.3 沥青玛蹄脂试样的制备  36-38
  3.4 试验方案  38-39
  3.5 试验方法  39-43
    3.5.1 方法概述  39-40
    3.5.2 线粘弹性范围  40-41
    3.5.3 沥青玛蹄脂静态剪切蠕变试验  41-42
    3.5.4 沥青玛蹄脂动态剪切频率扫描试验  42-43
  3.6 本章小结  43-44
第四章沥青玛蹄脂力学模型参数研究  44-59
  4.1 概述  44
  4.2 静态粘弹模型的参数拟合  44-49
    4.2.1 现有的拟合方法  44-45
    4.2.2 分段拟合法  45-47
    4.2.3 拟合结果  47-49
  4.3 动态粘弹模型的参数拟合  49-57
    4.3.1 时间温度换算法则  49-51
    4.3.2 粘弹模型参数拟合方法  51-53
    4.3.3 拟合结果分析  53-57
  4.4 动静态粘弹性参数相关性分析  57-58
  4.5 本章小结  58-59
第五章沥青玛蹄脂粘弹性特性分析  59-80
  5.1 温度对沥青玛蹄脂的粘弹性特性影响  59-68
    5.1.1 温度对蠕变柔量的影响  59-64
    5.1.2 温度对动态试验参数的影响  64-66
    5.1.3 温度对Burgers模型参数的影响  66-68
  5.2 不同粉胶比对沥青玛蹄脂的粘弹性特性的影响  68-74
    5.2.1 不同粉胶比对蠕变柔量的影响  68-71
    5.2.2 不同粉胶比对动态参数的影响  71-73
    5.2.3 不同粉胶比对Burgers模型参数的影响  73-74
  5.3 不同矿粉粒径对沥青玛蹄脂的粘弹性特性的影响  74-76
    5.3.1 不同矿粉粒径对蠕变柔量的影响  74-75
    5.3.2 不同矿粉粒径对动态参数的影响  75-76
    5.3.3 不同矿粉粒径对Burgers模型参数的影响  76
  5.4 试件尺寸对沥青玛蹄脂的粘弹性特性的影响  76-79
  5.5 本章小结  79-80
第六章沥青玛蹄脂DSR试验的数值模拟  80-92
  6.1 离散单元方法概述  80-81
  6.2 沥青玛蹄脂微观结构模型的建立  81-84
    6.2.1 Burgers接触模型定义  81-82
    6.2.2 数值算法  82-83
    6.2.3 虚拟试验试件  83-84
    6.2.4 虚拟试验参数  84
  6.3 剪切蠕变虚拟实验  84-87
    6.3.1 室内试验结果  84-85
    6.3.2 剪切蠕变虚拟实验  85-86
    6.3.3 虚拟试验的DSR试验校准  86-87
  6.4 动态剪切虚拟实验  87-91
    6.4.1 室内试验结果  87-88
    6.4.2 DSR动态剪切虚拟实验  88-90
    6.4.3 动态剪切虚拟试验的校准  90-91
  6.5 本章小结  91-92
第七章结论与建议  92-94
  7.1 主要结论  92-93
  7.2 有待进一步深入研究的问题  93-94
参考文献  94-98
致谢  98-99
个人简历  99

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