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原文传递 Superpave沥青混合料动态黏弹性模型及约束试件温度应力试验研究

论文题名：	Superpave沥青混合料动态黏弹性模型及约束试件温度应力试验研究
关键词：	沥青路面;Superpave沥青混合料;黏弹性;动态特性;温度应力
摘要：	随着沥青路面的客运量与货运量提升，向大型、重型化发展，近些年Superpave沥青路面被广泛应用于沥青路面建设。本文以内蒙古乌海市省道217线海勃湾绕城段工程为依托工程，进行两种Superpave沥青混合料（sup-13和sup-20）设计、动态模量试验和约束试件温度应力试验（TSRST），建立了两种Superpave沥青混合料的HS动态黏弹性模型，并把HS模型转化为GKV和GM模型。最后，将GM模型应用于Superpave沥青混合料TSRST有限元数值模拟，并与TSRST曲线进行对比验证。本文主要完成的内容和成果如下：　　（1）依据Superpave体积设计法，结合依托工程，对两种混合料设计了三条（粗、中、细）合成级配，确定设计级配及最佳沥青用量。结果表明：sup-13和sup-20两种沥青混合料的设计级配为级配2（中）；sup-13和sup-20沥青混合料的最佳沥青用量分别为4.66%和4.19%；两种沥青混合料的水稳定性均符合Superpave标准。　　（2）在5种试验温度、7个频率下对两种沥青混合料进行了单轴压缩动态模量试验；采用灰色关联度法，分析了两种沥青混合料试验结果影响因素的灰色关联度。结果表明：两种沥青混合料动态模量与存储模量均随频率的增加和温度的降低不断增大，而相位角和损耗模量在不同试验温度下随频率的变化趋势不一致，sup-20的动态模量、存储模量和损耗模量均大于sup-13，两种混合料相位角差距较小；在试验条件下，试验频率是动态模量、存储模量和损耗模量三个指标的主要影响因素，而试验温度是相位角的主要影响因素。　　（3）基于时间-温度等效原理，采用HS黏弹性模型结合WLF移位因子，建立了两种（sup-13和sup-20）沥青混合料的参考温度为20℃时黏弹性主曲线，并利用最小二乘法确定出HS模型参数和WLF移位因子；将HS模型转化为含三种参数个数的GKV和GM广义模型，并与建立的HS模型黏弹性主曲线进行对比分析。结果表明，HS模型能够精确地描述宽温、宽频率范围内的两种沥青混合料动态黏弹性力学行为，且确定模型的实验参数少，得到的拟合参数具有一定的物理意义；通过HS模型可以转化成GKV和GM两种模型，且GKV和GM两种模型含11个参数时能够较好地描述两种沥青混合料黏弹性动态特性。　　（4）对两种沥青混合料进行了约束试件温度应力试验（TSRST）研究，结果表明：两种沥青混合料TSRST的组间变异性较小，sup-13沥青混合料在伴随应力松弛的第一阶段松弛能力优于sup-20沥青混合料，相同温度下sup-20的温度应力大于sup-13沥青混合料。　　（5）采用ABAQUS软件对TSRST建立有限元模型，通过GM模型计算获得的prony级数作为黏弹性输入参数，进行三种降温速率下的有限元数值计算，并与TSRST测得结果进行对比分析。结果表明：两种沥青混合料在持续降温过程中TSRST曲线与数值模拟曲线在有应力松弛的第一阶段吻合较好，由于数值模拟过程中未考虑试件内外温度差导致在无应力松弛的第二阶段TSRST曲线斜率与数值结果产生有微小差异。且降温速率越大，沥青混合料的松弛能力越弱，应力累积越快，而降温速率变化对无应力松弛阶段斜率影响较小，从而验证了HS模型。
作者：	邹建伟
专业：	环境工程
导师：	银花
授予学位：	硕士
授予学位单位：	内蒙古大学
学位年度：	2022