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基于微胶囊沥青混合料抗剪强度宏-细观研究的自修复沥青道路安定分析

批准号:
52108409
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘姝
依托单位:
学科分类:
道路与轨道工程
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘姝

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
微胶囊沥青混合料是路面新材料的研发热点,但微胶囊掺入会削弱沥青混合料抗车辙性能。现有研究大多针对自愈性能展开,微胶囊沥青道路抗车辙性能优化缺少理论依据。本项目从微胶囊沥青混合料宏观抗剪强度的细观构成机理着手,提出不同粒径微胶囊对抗剪强度的作用机制不同的假说;利用图像处理、剪切流变试验、接触角试验、三轴试验,研究不同温度下微胶囊粒径、掺量对细观性能和宏观抗剪强度参数的影响;通过关联性分析,找出影响各抗剪强度参数的主控细观指标,揭示不同微胶囊对抗剪强度的影响机制,验证假说,并基于细观作用机制建立的抗剪强度模型;进而发展新的沥青路面安定分析方法,开发安定极限求解程序,研究细观性能参数对安定极限的影响规律,并用车辙试验验证;最终形成从材料及结构两方面共同优化微胶囊沥青路面抗车辙性能的设计方法。该项目建立的新理论及新方法有助于推进微胶囊沥青道路在实际工程中的应用,具有重要的科学意义和社会经济价值。
英文摘要
Asphalt mixture containing microcapsules, as one of the advanced functional pavement materials, has attracted more and more attention. The incorporation of microcapsules could adversely affect the rutting resistance of asphalt mixtures. However, most of the existing researches focus on the self-healing performance, therefore the optimization of the rutting resistance performance of microcapsule asphalt pavements lacks relevant basis. This project intends to study the formation mechanism of the macroscopic shear strength from mesoscopic aspects. A hypothesis is proposed that microcapsules with different particle sizes may lead to different mesoscopic mechanisms. Image processing approach, dynamic shear rheological tests, contact angle tests, and triaxial compressive tests will be conducted to study the influence of the microcapsule size and content on the microscopic properties and macroscopic shear strength parameters under different temperatures. Combined with the correlation analysis, the main control mesoscopic indexes that could affect the shear strength parameters will be found out, which will help to reveal the impact mechanism of microcapsules on the shear strength and verify the proposed hypothesis. A shear strength model is therefore proposed based on the mesoscopic mechanism. A new shakedown analysis method based on the microscopic mechanism could also be proposed. The influence of the mesoscopic properties on the shakedown limits can be calculated by developing an optimization solving method. A design method is then proposed to optimize the rutting resistance performance from both material and structure aspects. The new theory and the new design method established in this project could promote the application of microcapsule asphalt mixture in the practice. This project has important scientific significance and socio-economic value.
本项目通过宏观和细观试验研究,探讨了传统排水沥青混合料(PAM)及微胶囊沥青混合料(EPAM)的宏观抗剪强度参数及其细观作用机制,为沥青混合料抗车辙性能优化提供理论支持,并基于此构建抗剪强度参数的预测方程并结合安定理论建立材料-结构一体的抗车辙性能快速优化方法。研究主要包括:1)探讨骨料类型、级配、沥青砂浆对PAM抗剪强度参数的影响及细观作用机制;2)研究微胶囊掺量对EPAM抗剪强度参数的影响及细观作用机制;3)建立基于细观性能的宏观抗剪强度参数预测模型;4)开展基于安定理论的材料-结构一体化抗车辙优化模型。通过宏观层面沥青的三轴压缩试验、细观层面颗粒骨架的三轴压缩试验、沥青砂浆的流变性测试及各组成材料(沥青砂浆、骨料、微胶囊外壳等)的表面能测试,获得沥青混合料的宏观抗剪强度和细观性能参数(颗粒骨架抗剪强度参数、复数模量、内聚功等),并基于统计分析和力学理论建立宏观抗剪强度参数的预测模型。研究发现,对于PAM,摩擦角主要受骨架集料的摩擦角和沥青砂浆的复数模量影响,温度降低时,颗粒骨料的效应减弱,内摩擦角减小;PAM的黏聚力主要受沥青砂浆的复数模量、内聚功(2倍表面能)及PAM内摩擦角的综合影响。其中,沥青的复数模量对PAM的黏聚力有正向影响,但对PAM的内摩擦角有负向影响。对于EPAM,微胶囊在拌合过程中发生一定程度的漏油,同时,由于其与骨料存在明显的强度及表面形态差异,微胶囊对沥青混合料的抗剪强度参数值产生影响。微胶囊可提高低温下EPAM的摩擦角,但减小高温条件下的摩擦角;EPAM的黏聚力随油泄漏量或微胶囊掺量的增加而减小。此外,本项目建立的基于细观性能的宏观抗剪强度预测模型,预测结果与实验结果高度吻合(相关系数>0.9)。进一步,将此模型与基于下限安定定理结合安定分析法,可形成材料-结构一体化的沥青道路抗车辙优化模型。本研究为沥青混合料抗剪强度优化提供了理论依据和实验数据,对沥青道路设计,特别是抗车辙性能优化具有重要的科学意义和应用价值。
基于微胶囊沥青混合料抗剪强度宏-细观研究的自修复沥青道路安定分析
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    30万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    刘姝
  • 依托单位:
高温条件下细观层面沥青混合料抗剪强度研究及沥青道路的安定分析
  • 批准号:
    LQ21E080024
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    刘姝
  • 依托单位:
国内基金
海外基金