两种不同模式下的沥青混合料断裂过程研究

沥青混合料开裂行为多尺度研究0.引言在“白改黑”路面结构中水泥板充当了半刚性基础，已存在的旧裂缝加剧了沥青路面的反射开裂现象，极大的影响了道路的使用寿命。

对于沥青路面层的开裂行为的研究极为迫切。

通常对开裂行为的研究分为室内实验和数值仿真两种手段，当前的研究重点在找出其混合料内在性质与开裂行为的联系。

本文的主要研究内容是总结归纳国内外对于沥青路面层开裂的研究现状，并分析其使用的方法及指标，得出开裂机理以预防开裂行为。

1.沥青路面开裂行为试验研究沥青混合料的宏观裂纹是细微结构裂纹扩展、局部损伤演化的累积效应，是力学响应的耦合作用。

路面结构内部裂缝的产生可以分为萌生、发展、失稳三个阶段，把握宏观、细观、微观的结构特征对裂缝发展影响机理，实现沥青混合料开裂行为的多尺度研究。

1.1宏观尺度下的开裂研究基于断裂力学理论分析宏观尺度路面结构的力学响应和裂缝扩展规律。

基于常规的沥青混合料试验方法开展劈裂或者小梁弯曲试验，研究可表征宏观开裂行为的特征参数。

Hui Wei[1]等采用声发射仪监测小梁三点弯曲试验，发现声发射特征参数与试件裂纹扩展存在相关性，可用于试件宏观裂缝断裂预警；三维定位可以有效地跟踪试件主裂纹面的位置，反映沥青混凝土低温开裂的动态演化过程。

陈正伟[2]等通过半圆弯拉（SCB）试验分析不同RAP掺量和沥青老化程度的再生沥青混合料抗裂性能，发现高RAP掺量的再生沥青混合料的抗开裂能力较差，采用柔性指数可以评价沥青混合料的抗裂性能。

宋卫民[3]等基于断裂力学理论分析了不同温度和RAP掺量下再生沥青混合料的中低温抗裂性能。

发现-10℃时RAP掺量为25%的沥青混合料应力强度因子()最大，但断裂能随着RAP掺量增加逐渐降低；25℃时可以用等效应力强度因子（）评价沥青混凝土的中温断裂韧性。

杜健欢[4]等通过间接拉伸试验研究骨架结构的沥青混合料低温抗裂性能及裂纹扩展情况。

Zhenghua Lyu[5]借助扫描电镜揭示水泥乳化沥青砂浆的开裂机理，发现在微裂纹形成和现象学的疲劳破坏两个阶段疲劳位移有一个转折点存在，可表征混合料内部损伤的加剧、宏观裂纹的形成和模量的降低。

文章编号:1671-2579(2005)04-0192-03沥青混合料疲劳试验中两种控制模式的选择分析刘 峰,李宇峙,黄云涌(长沙理工大学,湖南长沙 410076)摘 要:通过对壳牌SBS 改性沥青(Caribit)、壳牌宽域沥青(M ultiphalte)及壳牌重交AH -70#3种沥青拌制的AK -13型沥青混合料小梁在两种控制模式下的弯曲疲劳试验和APA 疲劳试验结果加以理论分析、比较,验证了沥青混合料疲劳试验中采用应力控制模式的合理性。

关键词:应力控制;应变控制;疲劳寿命;APA收稿日期:2005-02-28作者简介:刘 峰,男,硕士研究生.沥青混凝土的疲劳寿命直接影响沥青路面的使用寿命及使用性能,是决定沥青混凝土路面工程寿命周期成本的关键因素。

为了模拟沥青路面在车辆荷载作用下的疲劳状态,室内一般是按照应力控制或应变控制的模式进行疲劳试验和疲劳分析。

应力控制的疲劳试验是指沥青混合料试件施加的荷载不变,保持应力为常数,故也称之为常应力疲劳试验。

控制应变试验是试验时保持应变不变,即常应变疲劳试验。

本文首先将壳牌SBS 改性沥青、壳牌宽域沥青及壳牌重交AH -70#3种沥青拌制的AK-13型沥青混合料小梁在材料试验机(M TS-810)上进行了两种控制模式下的弯曲疲劳试验,得出了不同的结果;然后通过沥青路面分析仪(APA)对3种沥青混合料小梁进行疲劳试验,将试验结果与弯曲疲劳试验中两种控制模式下的疲劳试验结果加以分析对比,探讨了在室内疲劳试验中,采取何种控制模式较为合理。

1 试验材料1.1 沥青本研究中所选用的沥青为壳牌SBS 改性沥青、壳牌宽域沥青及壳牌重交AH-70#。

1.2 沥青混合料混合料的矿料级配为AK-13型,粗、细集料为攸县玄武岩,矿粉为石灰石矿粉,用3%的425#普通硅酸盐水泥取代等量矿粉。

试验过程中采用分级筛分,严格按照级配中值配料,马歇尔试验试件及车辙试件成型温度控制在145~155e 。

AC-16沥青混合料抗裂性能评价刘栋;杨朝辉【摘要】Three different types of asphalt mixtures are designed according to the theory of CAM. To evaluate the anti-cracking performance, fatigue test of notched beam of asphalt mixture is proposed by analyzing the types of asphalt pavement fractures. In order to proving the availability of this method,bending test is conducted. The results show that the proposed method is effective. Through the comparative a-nalysis of failure strain, failure stress, bending strain energy and fatigue life, an optimum method is chosen.%基于缓裂沥青混合料(CAM)的设计理论,设计了两组不同级配的混合料.为评价沥青混合料的抗裂性能,通过分析路面裂缝类型,设计了一种预切口小梁的弯曲疲劳试验,采用低温小梁弯曲试验验证了此试验方法.结果表明,两种试验方法所得结论相同,且预切口小梁的弯曲疲劳试验中不同级配的混合料结果差异显著.通过对破坏应变、破坏强度、弯曲应变能临界值和弯曲疲劳次数这4种评价指标的比较分析,从中找出最佳的评价指标.【期刊名称】《公路工程》【年(卷),期】2011(036)006【总页数】5页(P134-137,148)【关键词】沥青混合料;缓裂沥青混合料;抗裂性能;预切口沥青混合料小梁;疲劳试验【作者】刘栋;杨朝辉【作者单位】同济大学道路与交通工程教育部重点试验室,上海201804;同济大学道路与交通工程教育部重点试验室,上海201804【正文语种】中文【中图分类】U414.10 引言沥青路面结构出现裂缝是导致路面早期损害的一个重要原因。

第 55 卷第 2 期2024 年 2 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.55 No.2Feb. 2024基于内聚力模型的再生沥青混合料低温断裂性能研究吴昊，宋卫民，邓子成(中南大学 土木工程学院，湖南 长沙，410075)摘要：内聚力模型(CZM)在沥青混凝土开裂研究中得到了广泛应用，但采用内聚力模型对再生沥青混凝土断裂的研究还很少。

本文采用随机算法和坐标控制法建立包含旧集料和新集料的再生沥青混合料半圆弯拉模型，将模型分为集料同分布模型和集料随机分布模型两类。

研究−10 ℃时不同RAP 掺量(0、25%、50%、75%、100%，质量分数)对再生沥青混合料SCB 试件应力强度因子K IC 、断裂能G F 和抗裂指数I CR 的影响。

研究结果表明：无RAP 掺入的SCB 试件具有较好的断裂性能；随着RAP 掺量增大，应力强度因子K IC 、断裂能G F 和抗裂指数I CR 均减小，表明RAP 的掺入会削弱沥青混合料的低温断裂性能；采用有限元模型得到的断裂参数与室内试验结果一致；相比于集料同分布模型，集料随机分布模型各评价指标的变异性系数整体更大，表明集料分布状态对开裂结果有一定影响；当计算样本足够多时，这两类模型获得的抗裂参数变化规律一致，可有效评价再生沥青混合料断裂性能。

关键词：再生沥青混合料；应力强度因子；断裂能；抗裂指数；内聚力模型中图分类号：U414 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2024）02-0473-12Research of low-temperature fracture performance of reclaimedasphalt mixture based on cohesive zone modelingWU Hao, SONG Weimin, DENG Zicheng(School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)Abstract: Cohesive zone model (CZM) has been widely adopted in the cracking studies of hot mix asphalt, but there are few studies focused on the cracking of reclaimed asphalt mixture based on CZM. In this paper, the stochastic algorithm and the coordinate control method were used to establish the semicircular bending model of the reclaimed asphalt mixture including the RAP aggregate and the virgin aggregate, and the model was divided into two types, i.e., the identical distribution of aggregates and the random distribution of aggregates. The effect of RAP (0, 25%, 50%, 75%, 100%, mass fraction) was investigated on the fracture parameters at −10 ℃, including收稿日期： 2023 −05 −07； 修回日期： 2023 −07 −10基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(52008405)；湖南省自然科学基金资助项目(2021JJ30845) (Project(52008405) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(2021JJ30845) supported by the Natural Science Foundation of Hunan Province)通信作者：宋卫民，博士，副教授，从事路基路面材料性能研究；E-mail:**************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2024.02.003引用格式： 吴昊, 宋卫民, 邓子成. 基于内聚力模型的再生沥青混合料低温断裂性能研究[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2024, 55(2): 473−484.Citation: WU Hao, SONG Weimin, DENG Zicheng. Research of low-temperature fracture performance of reclaimed asphalt mixture based on cohesive zone modeling[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2024, 55(2): 473−484.第 55 卷中南大学学报(自然科学版)stress intensity factor (KIC ), fracture energy (GF) and cracking resistance index (ICR). The results show thatspecimens without the incorporation of RAP exhibit the superior fracture resistance in terms of KIC , GFand ICR.With the increase of RAP mass fraction, KIC , GFand ICRall decrease remarkably, indicating the low-temperaturefracture resistance is degraded. The fracture parameters obtained by using the finite element model are consistent with those of the laboratory tests. Compared with the identical distribution model of aggregates, the variability coefficient of each evaluation index of the random distribution model of aggregates is larger, indicating that the distribution state of aggregates shows a certain influence on the cracking results, and sufficient calculation time is the key to accurate calculation. When there are enough calculation samples, the changes of the fracture parameters of the two types of models are consistent, which can effectively evaluate the fracture performance of recycled asphalt mixture.Key words: reclaimed asphalt mixture; stress intensity factor; fracture energy; cracking resistance index; cohesive zone model沥青混凝土路面是我国路面结构的主要形式，具有施工方便、行车舒适等优点。

沥青混合料半圆弯曲断裂实验和离散元数值分析高虎;杨新华;陈龙【摘要】开展了含不同取向预切口的沥青混合料半圆弯曲试件的断裂实验,发现随着预切口角度的增大,裂纹路径偏转角单调增大,而峰值载荷的变化规律则比较复杂.为了分析现象背后的内在机制,基于图像处理方法建立了试件的几何模型,采用线弹性模型描述骨料–骨料,双线性内聚力模型描述骨料–基体和基体–基体颗粒的接触作用,开展了沥青混合料半圆弯曲断裂的离散元数值模拟,并与实验结果做了比较,发现由于断裂是混合模式的,法向拉接触力和切向接触力在裂纹萌生和扩展中都发挥着非常重要的作用.裂纹倾向于在骨料和基体之间界面萌生和扩展,界面脱粘是沥青混合料中裂纹扩展的一个重要机制.这些工作有助于加深对沥青混合料开裂行为和机理的认识,并为沥青路面设计和管养等提供参考.【期刊名称】《土木工程与管理学报》【年(卷),期】2018(035)004【总页数】7页(P123-129)【关键词】沥青混合料;半圆弯曲断裂;图像处理方法;离散元方法【作者】高虎;杨新华;陈龙【作者单位】华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉 430074;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉 430074;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】U414断裂是寒区沥青路面常见破坏形式之一，随着交通流量和重载车辆的增多，表现得更为突出。

因此，沥青混合料断裂问题近年来吸引了广泛关注。

作为一种复合材料，沥青混合料由沥青基体、孔隙和随机分布的粗细骨料组成。

采用均匀化材料模型预测的开裂路径往往和实际情况存在很大差异[1]。

因此，建立包含组分和微结构信息的异质材料模型是精确研究和分析沥青混合料断裂问题的前提。

目前，建立沥青混合料异质模型的方法主要有两种：一是参数化建模方法，这种方法采用多面体或多边形模拟骨料，根据给定的骨料级配和含量建立沥青混合料几何模型[2]；二是数字图像处理方法，该方法利用高分辨率相机或计算机断层扫描获得数字图像，通过边界识别技术获得骨料信息，从而建立沥青混合料异质模型[3]。

沥青混合料论文：基于扩展有限元法的沥青混合料开裂特性研究【中文摘要】沥青混合料是一种准脆性材料,其断裂行为具有温度和加载速率依赖性。

材料开裂过程中的软化行为与集料的互锁、滑移有关,同时沥青胶浆表现出粘聚性和粘弹性性能。

为了研究沥青混合料断裂过程区(Fracture process zone, FPZ)的开裂软化和粘弹性影响,本文提出了一种改进的内聚力模型(Improved cohesive model)。

利用沥青混合料高温蠕变试验确定了沥青混合料松弛模量主曲线,获得了沥青混合料的粘弹特性参数。

介绍了断裂能的测定方法,并利用三点弯曲梁试验(Single-edge notched beam, SEB)试件对不同温度下的断裂能进行测定,最后对断裂能的变化进行分析。

基于扩展有限元法(Extend finite element method, XFEM)和改进的内聚力模型利用ABAQUS有限元软件对沥青混合料圆盘拉伸试验(Disk-shaped compact tension, DCT)进行模拟,重点分析了基体材料粘弹性(松弛模量)和断裂参数(断裂能)的影响,利用数值分析结果与Wagoner试验结果进行对比,发现改进的CZM本构能够很好的模拟裂纹扩展,同时也表明扩展有限元法在裂纹模拟过程中克服了常规有限元法的缺点,避免常规有限元法在分析裂纹开裂问题时的繁琐前处理,展现扩展有限元法的独特优势。

分别考虑基体材料的弹性和粘弹性,对SEB试验进行模拟,发现基体材料分别看作弹性、粘弹性得到的数值结果均与试验结果吻合较好,并且在-10℃,沥青混凝土的粘弹性影响非常小。

对混合模式的SEB试件进行模拟,预测了裂纹扩展路径,与实测结果吻合较好。

【英文摘要】Asphalt mixture is a quasi-brittle meterial that exhibits time and temperature despendent fracture behavior. Softening of the matirial can be associatted to interlocking and sliding between aggregate, while the asphalt mastic display cohesion and viscoelastic properties. To properly account for both progressive softening and vicoelastic effects occurring in a relatively large fracture process zone(FPZ), a improved cohesive zone modelis employed. The viscoelastic parameters of asphalt mixture are calculated by main curve of relaxed modulus, which could obtained by creep test. The methods of detemine of fracture energy were introduced, which were analyzed in different tempratures by single-edge notched beam (SEB). This paper applies extend finite element (XFEM) and cohesive zone model (CZM) to simulate the crack propagation of disk-shaped compact tension of asphalt mixture. Effecting of the bulk properties (e.g. relaxtion modulus) and fracture parameters (e.g. cohesive fracture engergy) had been analyzed. Numerical results and Wagoner testresults were compared to prove that the improved CZM were appropriateness to simulate crack progagation. It also showed that the extend finite element overcomede the shortcomings in crack siumulation, to avoid the tedious pretreatment in crack initiation using conventional finite element, to show the unique adavantages of the extend finite element method considered separately the elastic and viscoelastic of the bulk matirial, it was found that the numerical results were in good agreement with the experiment with the experimental, and at -10℃, the effect of the viscoelastic of asphalt mixture is very small. Simulating of the mixed-mode SEB predicted crack propagation path, which were agreed with experiment.【关键词】沥青混合料粘弹特性改进的内聚力模型扩展有限元法开裂特性【英文关键词】Asphalt mixture Viscoelasticity Improved cohesive zone model Extend finite element method Crack characteristic【目录】基于扩展有限元法的沥青混合料开裂特性研究摘要5-6ABSTRACT6第1章绪论9-16 1.1 研究背景9-10 1.2 国内外研究现状及分析10-14 1.2.1 线弹性断裂力学11-12 1.2.2 内聚力模型研究现状12-13 1.2.3 扩展有限元法研究进展13-14 1.3 主要研究内容和技术路线14-16第2章断裂力学基本原理与内聚力本构模型研究16-42 2.1 断裂力学基本理论16-24 2.1.1 线弹性断裂力学16-21 2.1.2 弹塑性断裂力学21-24 2.2 粘弹性力学基本理论24-31 2.2.1 粘弹性材料的基本特性24-26 2.2.2 粘弹性本构理论26-28 2.2.3 粘弹性本构关系的模型理论28-31 2.3 沥青混合料的断裂特征31-33 2.3.1 准脆性材料行为31-32 2.3.2 断裂行为中的粘弹性32-33 2.4 内聚力本构模型研究33-41 2.4.1 内聚力本构模型的一般性质33-34 2.4.2 内聚力模型有限元基本理论34-35 2.4.3 内聚力模型本构关系35-41 2.5 本章小结41-42第3章沥青混合料内聚力模型参数测定及分析42-58 3.1 试验设计42-45 3.2 沥青混合料抗拉强度的测定45-47 3.3 沥青混合料粘弹性参数的测定47-51 3.4 断裂能的测定51-56 3.5 本章小结56-58第4章扩展有限元法对沥青混合料DCT裂纹开裂数值模拟58-78 4.1 扩展有限元法基本原理58-67 4.1.1 单位分解法58-59 4.1.2 水平集法59 4.1.3 扩展有限元法59-67 4.2 沥青混合料DCT试件开裂扩展有限元数值模拟67-76 4.2.1 DCT几何尺寸及模型参数选择68-70 4.2.2 模型网格划分及扩展有限元单元有效尺寸70-72 4.2.3 有限元与试验结果对比分析72-74 4.2.4 参数敏感性分析74-76 4.3 本章小结76-78第5章沥青混合料带预切口的SEB试验研究78-91 5.1 试验发展78-79 5.2 带预切口的SEB试件数值模拟79-85 5.2.1 试件尺寸和边界条件选择79-80 5.2.2 材料参数选择80-81 5.2.3 数值计算结果81-85 5.3 混合模式的SEB数值模拟85-90 5.3.1 几何模型及材料参数选择87-88 5.3.2 数值分析结果88-90 5.4 本章小结90-91第6章结论与展望91-93 6.1 主要结论91-92 6.2 进一步的研究建议92-93参考文献93-97致谢97-98研究生履历98-99。

沥青混合料降温收缩断裂特性研究【摘要】路面是国家的重要设施，我们必须要保证路面的质量才能使得路面能够更好的为我们服务。

然而目前低温收缩开裂是目前沥青路面的主要破坏形式。

为了使得沥青路面能够很好的得到保护，我们必须对沥青混合料降温收缩断裂特性进行研究，从而采取科学有效的措施防止沥青路面的低温收缩开裂。

根据本人的一些相关经验，谈谈对沥青混合料降温收缩断裂特性的一些看法，与大家共同进行交流，希望对大家有所帮助。

【关键词】沥青混合料；降温收缩断裂；特性研究1.前言由于沥青路面有着很多的优点，目前在许多国家都广泛使用。

这些有点主要包括：力学强度相对较高、行车较平稳以及便于维修等优点。

但是近年来随着经济和社会的不断发展，公路作为一项非常重要的设施，目前面临着很大的考验。

随着经济的发展，路面所面临的压力也越来越大，许多路面都受到了不同程度的破坏。

其中路面开裂就是一个非常常见的危害，我们必须要采取科学合理的措施进行处理，才能使得路面更好的为我们服务。

2.沥青路面低温开裂的原因目前造成沥青路面低温开裂的原因相对较多。

影响沥青路面裂缝的原因主要有以下几个。

首先沥青和沥青材料的性质对于路面裂缝的影响有着非常关键的影响。

其次，气候条件、交通量以及车辆等方面的因素也对沥青路面低温开裂有着很大的影响。

由于一些客观因素我们无法进行调整，所以我们只有采取一些科学合理的措施对沥青材料的性质等进行处理，从而使得沥青路面的开裂减少，使得沥青路面的质量得到提高。

提高沥青路面低温下的抗压能力，然而目前沥青混合料低温性能的试验方法和评价指标存在着问题，我们必须采取科学合理的措施进行处理，这样才能有效的防止沥青路面的低温开裂。

3.目前沥青路面低温开裂的试验方法有效的防止沥青路面的低温开裂，我们必须要对沥青路面的低温开裂进行研究。

目前研究沥青路面低温开裂的方法主要有以下几个。

3.1 间接拉伸试验间接拉伸试验也就是劈裂试验，通过加载圆柱形试件的轴向，通过一定的速率加载，从而得到沥青及混合材料的劈裂强度以及变形强度。

学报(自然科学版）2017年1月Jan. 2017第38卷 Yol . 38JO U R N A L OF JIA N G SU UNIVERSITY(Natural Science Edition)d oi ： 10.3969/j .iss n . 1671 -7775.2017.01.018不同结构沥青混合料反射裂缝数值模拟与比较曹青青，黄晓明，刘修宇，刘琬辰(东南大学交通学院，江苏南京210096)摘要：为了得到不同结构下的沥青混合料中反射裂缝的发展情况，将密实悬浮、骨架密实和骨架空隙这3种结构的沥青混合料小梁生成数字试件，并运用扩展有限元方法（X F E M )数值模拟进行虚 拟试验，得到裂缝在沥青混合料中自下而上反射扩展的过程，同时选取AC , A TB , S M A 和LS PM 等4 种典型沥青混凝土材料，考察其抵御反射裂缝的能力.通过对比分析4种典型沥青混凝土材料中裂 缝在密实悬浮、骨架密实和骨架空隙3种结构中的扩展路径和沥青混合料在不同裂缝扩展阶段下 的力学响应，发现沥青混合料的骨架结构越明显，裂缝开展的最大位移和最终长度越小，裂缝发展 最后阶段最大主应力越小，裂缝越不能自由发展.因此，骨架结构可以有效减少反射裂缝，提高材料 的抗反射裂缝能力.关键词：典型沥青材料；沥青混合料结构；反射裂缝；数值模拟；扩展有限元中图分类号：U416.217文献标志码：A文章编号：1671 -7775(2017)01 -0103 -06引文格式：曹青青，黄晓明,刘修宇，等.不同结构沥青混合料反射裂缝数值模拟与比较[J ].江苏大学学报（自然科学版），2017,38(1) ： 103 -108.Numerical simulation and comparison of reflective crackingin different structures of asphalt mixtureCAO Qingqing , HUANGXiaoming , LIU Xiuyu , LIU Wanchen(School of Transportation , Southeast University , Nanjing , Jiangsu 210096 , China )A bstract ： I n o r d e r t o g e t th e d e v e lo p m e n t o f r e fle c tiv e c ra c k in g in d iffe r e n t s tr u c tu r e s o f a s p h a lt m ix tu r e ,th e e x te n d e d fin ite e le m e n t w a s u s e d t o re a liz e n u m e r ic a l s im u la tio n o f th r e e ty p ic a l s tr u c tu r e s o fs u s p e n s io n -d e n s e , fr a m e w o r k -d e n s e a n d v o id -s k e le to n . T h e b o tto m -u p p r o c e s s o f c ra c k in g in a s p h a lt m ix tu r e w a s o b ta in e d , w h ile th e a n ti-r e fle c tiv e p r o p e r tie s o f fo u r ty p ic a l c ra c k a s p h a lt m a te r ia ls o f A C ,A T B , S M A a n d L S P M w e r e a n a ly z e d . T h e p r o p a g a tio n p a th s o f c ra c k a n d th e m e c h a n ic a l r e s p o n s e s a t d iffe r e n t c ra c k e x te n s io n s ta g e s in th r e e s tr u c tu r e s w e r e c o m p a r e d . T h e r e s u lts s h o w t h a t th e m o r e o b v io u s th e s k e le to n s tr u c tu r e o f a s p h a lt m ix tu r e is , th e s h o r te r th e c ra c k m o u t h o p e n in g d is p la c e m e n t a n d th e c ra c k le n g th a r e , a n d th e lo w e r th e m a x im u m p r in c ip le o f th e la s t p e r io d is . T h e s k e le to n s tr u c tu r e c a n e ffe c tiv e ly r e d u c e th e r e fle c tiv e c ra c k in g a n d h in d e r c ra c k d e v e lo p m e n t .K ey w ords ： ty p ic a l a s p h a lt m a te ria l ; a s p h a lt m ix tu r e s tru c tu r e ; r e fle c tiv ecra ck in g ；s im u la tio n ； X F E M收稿日期：2016 -04 -24基金项目：国家自然科学基金资助项目（51378121)作者简介：曹青青（1993—），女，安黴铜陵人，硕士研究生（qingqingcao 2014@icloud •em )，主要从事路面力学响应的研究•黄晓明（1963—），男，江苏南京人，教授(huangxm@seu . edu . cn ),主要从事路面新结构与新材料的研究.江亦大学学报（自然科令版）第38卷按照沥青混合料的矿料级配组成，混合料结构可分为悬浮密实、骨架空隙和骨架密实三大类[1].沥青混凝土路面抵御反射裂缝的能力与所用沥青混合料结构有关m.目前对反射裂缝的细观层次的研究主要基于应力强度因子[4_5]、基于内聚力模型C ZM和基于扩展有限元(X F E M)的裂纹扩展等3种模拟方法.文献[6]首次将断裂力学原理应用于沥青路面开裂研究，并将路面破坏分为3个阶段.文献[]利用断裂力学和有限元方法研究了温度和车辆荷载耦合作用下的路面开裂规律.文献[-9]基于A B A Q U S平台编制了裂缝扩展的仿真实用程序.文献[1〇]首次将内聚力模型应用于沥青混凝土的断裂模拟中.相对于前两种方法，扩展有限元法在模拟开裂问题时避开了尖端网格重划的复杂步骤，真实体现裂缝自由扩展.文献[11 ]最早提出无网格单元法.文献[12 -13 ]均采用X F E M对路面材料进行模拟，验证了该方法在裂缝扩展模拟中的适用性和优越性.文献[14]通过自编F o rtra n程序，实际验证了改进X F E M在模拟沥青路面反射裂缝方面的适用性和应力强度因子的精确性.但目前具体结构下的沥青混合料对反射裂缝开展的影响问题尚未得到解决，需要在细观层次对反射裂缝的发展进行比较探究.为此，本研究将采用扩展有限元XFEM的方法，在细观层次上对5种典型路面材料小梁进行虚拟建模，对其中反射裂缝的开展进行模拟，探究不同结构的沥青混合料对裂缝扩展的影响，最后提出路面设计中选择材料的建议.1 ABAQUS中虚拟小梁弯曲试验模型本研究采用5种沥青混合料进行试验，分别为沥青混凝土（A C-13，A C-25)、沥青稳定碎石（A T B-25)、沥青玛蹄脂碎石（S M A-13)和大粒径透水性沥青混合料（L S P M-25).构造沥青混合料小梁，采用二维平面应变模型，梁高20m m,宽90 m m,底部简支端点距边部端点15 m m.采用CCD或C M O S感光元件采集5种沥青混合料小梁断面图像，通过对图像降噪、增强及二值化之后，剔除细集料图像，以提高后续计算运行速度；使用P h o to s h o p软件提取图像边缘，得到的矢量化文件导入A U T O C A D后，进行比例尺校正，最终得到沥青混合料小梁的数字试件.在若干个试件样本中，剔除掉集料分布不佳且存在离析现象的样本，保留较好样本.下面以A C-13为例，说明ABAQ U S中模型的构建.图1为若干A C-13小梁的数字试件.在A U T O C A D中，使用regio n命令将集料轮廓区域设定为待分析面域，得到集料等效圆，以等效直径作为划分集料粒径等级指标，面积作为评价集料比例指标，统计结果如表1所示.表i5种类型混合料材料组份比例%混合料类型集料粒径/m im空隙半[0,4.75)[4.75,9.50](9.50,13.20](13.20, + a )AC-13 2.1049.9920.5618.239.18 SMA-13 2.0236.1125.398.1128.37 AC-25 4.8235.0815.2014.3330.57 ATB-25 5.6328.1013.4511.0341.79 LSPM-2513.6918.94 5.8517.2744.25对比以上几种混合料组分比例可以验证:沥青混凝土（A C-13，A C-25)代表密级配中的密实悬浮结构;沥青稳定碎石（A T B-25)介于密级配的密实悬浮与骨架密实结构之间;沥青玛蹄脂碎石（S M A-13)代表密级配中骨架密实结构；大粒径透水性沥青混合料(L S P M-25)代表开级配中骨架空隙结构.由于试件考虑了沥青砂浆、集料和空隙三相细观结构，在将矢量图形导入A B A Q U S有限元软件建模时，需进行图层划分.首先在pat模块中建立只含沥青砂浆及空隙的二相材料模型，如图2所示.进人p a rtitio n后，导人只含集料边界的矢量图形，如图 3 所示.最终将得到含有沥青砂浆、集料和空隙的三相沥青混合料数字试件，如图4所示.确定材料属性，根据文献[15 ]推荐值，沥青弹性模量取400M P a，泊松比0. 5;集料弹性模量取50 000M P a，泊松比0.2;开裂准则采用最大主应力准则，在A B A Q U S中分别对沥青胶结料和集料定义主应力阙值[15]，损伤积累准则采用裂尖最大张开位• AC-13-13(b ) SM A-13图6裂缝最末扩展阶段由虚拟力学试验可得到以下结果：1)从裂缝扩展路径来看,A C -13混合料里的反射裂缝能够比较顺畅、自由地扩展，可以绕过集料范 围且只在沥青砂浆中扩展.与前种材料存在明显不 同，虽然S M A -13中裂缝也存在绕过集料扩展的趋势,但是其垂直向上发展态势较为明显，裂缝甚至可 以直接穿过集料一角，垂直向上扩展至试件顶面形 成贯穿缝.2)小梁试件支座反力P 与裂缝开口位移的关系变化趋势如图7所示.0 0.51.01.52.0 2.5裂缝开口位移/mm图7沥青混合料小梁P - D 。

沥青路面Top-down开裂机理及影响因素试验与数值模拟研究摘要：这篇论文通过试验和数值模拟研究了沥青路面Top-down开裂机理及其影响因素。

采用环割试验和拉伸试验对不同温度下沥青路面的开裂行为进行实验研究，并使用ABAQUS 软件对路面开裂行为进行数值模拟。

研究发现，路面Top-down开裂的机理是由于路面底部的混凝土结构发生变形和开裂，从而导致路面表面的沥青层出现裂纹。

影响Top-down开裂的因素包括路面混凝土的强度、沥青粘度、温度和交通荷载等。

关键词：沥青路面、Top-down开裂、环割试验、拉伸试验、数值模拟一、引言沥青混合料路面在使用过程中容易出现各种病害，其中Top-down开裂是比较常见的一种病害。

Top-down开裂是指路面表面出现由上而下的裂缝，这种裂纹通常表现为有规则的网状裂纹，对路面的使用寿命和安全性产生较大的影响。

因此，Top-down开裂机理的研究和预测对于路面工程的设计和维护至关重要。

二、试验方法本研究采用环割试验和拉伸试验研究了不同温度下沥青路面的开裂机理。

环割试验是用来研究沥青路面表面的破坏形态和破坏力学特性的试验方法。

拉伸试验则是用来研究沥青混合料的拉伸性能和破坏机理的试验方法。

三、数值模拟方法本研究使用ABAQUS软件对路面开裂行为进行数值模拟。

研究采用三维有限元模型，对路面开裂行为进行了模拟。

通过调整路面混凝土的强度、沥青粘度、温度和交通荷载等参数，研究不同因素对路面开裂的影响。

四、结果及分析通过实验和数值模拟，研究发现路面Top-down开裂的机理是由于路面底部的混凝土结构发生变形和开裂，从而导致路面表面的沥青层出现裂纹。

影响Top-down开裂的因素包括路面混凝土的强度、沥青粘度、温度和交通荷载等。

其中，温度和交通荷载是影响Top-down开裂最重要的因素。

五、结论本研究通过试验和数值模拟研究了沥青路面Top-down开裂的机理和影响因素。

研究发现，要减少路面Top-down开裂的发生，可以从改善路面混凝土的强度和沥青粘度、减少交通荷载等方面入手。

纤维沥青混凝土低温开裂的分形研究随着我国城市化程度的不断提高，城市道路建设中使用的混凝土路面材料越来越多，其中纤维沥青混凝土作为一种抗冻性、抗冲击性较强的混凝土材料，受到了广大市场的欢迎和推崇。

然而，由于纤维沥青混凝土在低温下可能会发生开裂，开裂对其性能有很大的影响，所以，研究纤维沥青混凝土低温开裂问题变得越发重要。

纤维沥青混凝土低温开裂发生的机制非常复杂。

首先，水泥胶结材料在低温下，易结冻，影响水膨胀引起渗水性能降低，导致表面积能增加，最终导致开裂。

其次，低温作用使颗粒微细化，表面界面粗糙，抗剪强度降低，引起低温开裂。

最后，孔隙和缺陷，如胶结剂空气孔和杂质粒子，会降低混凝土的破坏抗力，从而导致开裂。

鉴于以上研究，为了研究纤维沥青混凝土低温开裂的机制，科学家开发了一种分形研究方法，他们通过对试样在低温下进行加载，结合分形理论和图形分析，深入了解试样在低温开裂过程中的开裂形状。

该研究方法以纤维沥青混凝土的低温开裂问题为主要研究对象，结合样品的实验、试验及分形理论等多学科的交叉研究，有效地研究了纤维沥青混凝土低温开裂的机制。

纤维沥青混凝土低温开裂机制分形研究的研究结果显示，不同温度下纤维沥青混凝土的开裂形状表现出不同的分形行为，其分形特征显示出紊乱和混杂的状态，具有非常复杂的结构。

研究表明，随着温度的下降，纤维沥青混凝土的开裂状况会变得越来越重，而开裂的长度和宽度也会随之增加，从而对混凝土的性能产生负面影响。

此外，研究人员还根据该分形研究方法提出了纤维沥青混凝土低温开裂防控技术。

首先，建议在施工过程中采用低温施工技术，对施工条件进行调整，避免纤维沥青混凝土受到低温冻结的影响。

其次，在减小低温开裂的同时，应尽可能增加试样的抗拉强度，从而获得更好的抗冲性能。

最后，建议在施工过程中采用更多的抗冻措施，比如加入防冻剂、外层保温装置等，以减小纤维沥青混凝土低温开裂的程度。

总之，研究人员利用分形研究方法，研究纤维沥青混凝土低温开裂的机制，探究其开裂形状，并分析相关抗冻措施。

第24卷 第3期2011年5月中 国 公 路 学 报China Journal of Hig hw ay and T ransportVol.24 No.3M ay 2011文章编号:1001-7372(2011)03-0022-07收稿日期:2010-07-17基金项目:国家自然科学基金项目(50878053);/十一五0国家科技支撑计划项目(2009BAG151303)作者简介:闵召辉(1972-),男,安徽宿州人,副研究员,工学博士,E -mail:minzh aohui@ 。

不同沥青体分比环氧树脂沥青混合料的断裂性能闵召辉1,张占军1,2,黄 卫1(1.东南大学智能运输系统研究中心,江苏南京 210096; 2.北京路桥中咨科技有限公司,北京 100176)摘要:采用0.250、0.400、0.500、0.571四种不同沥青体分比的环氧树脂沥青及AH -70普通沥青、SBS 改性沥青制成混合料试件模型,进行-25e 、-15e 、-5e 和5e 温度下的半圆形直裂缝试件三点弯曲对比试验,并通过扫描电镜进行环氧树脂沥青固化物微观结构形态分析。

研究结果表明:3种沥青混合料的断裂性能与锯缝深度关系呈现相同的趋势;沥青体分比大于0.400时,环氧树脂沥青混合料断裂性能随着沥青体分比的提高而大幅度降低,但均高于AH -70普通沥青混合料;SBS 改性沥青混合料的断裂性能基本与沥青体分比为0.500的环氧树脂沥青混合料相当;沥青体分比为0.571时,环氧树脂沥青混合料断裂性能与温度的关系表现和AH -70普通沥青混合料相似;扫描电镜及断裂机理分析显示,环氧树脂沥青的相逆转临界沥青体分比为0.500。

关键词:道路工程;环氧树脂沥青;试验研究;体分比中图分类号:U 414.1 文献标志码:AFracture Performances of Epoxy Resin Asphalt Mixes withDifferent Asphalt Volume FractionsM IN Zhao -hui 1,ZH ANG Zhan -jun1,2,H UANG W ei1(1.Intellig ent T ranspo rtatio n Sy stem Resear ch Center,So ut heast U niv ersity ,N anjing 210096,Jiang su,China;2.Beijing Road &Bridg e CH ECSC Science and T echnolog y Co.,L td,Beijing 100176,China)Abstract:U sing AH -70co nv entio nal asphalt,SBS m odified asphalt,epox y resin asphalt with four kinds of asphalt volume fractions,i.e.0.250,0.400,0.500and 0.571,mix specim en mo del w as made,thr ee -point bending contrast tests w ith the notched sem-i circular specimens w ere performed under -25e ,-15e ,-5e and 5e .Micro -structur e analyses o f phase o f epox yresin asphalt w ere observ ed by scanning electron m icroscope (SEM ).Test results show that the variations of fracture perform ances w ith no tch depths of epo xy resin asphalt mixes are co nsistent w ith those of AH -70co nv entio nal asphalt mixes and SBS mo dified asphalt mix es.T he fracture performances of epoxy resin asphalt m ixes w hich ex ceed the AH -70conv entional asphalt mix es obviously decr ease w ith the increase of asphalt vo lum e fraction when the asphalt v olume fraction surpasses 0.400.The fractur e per for mance of SBS modified asphalt m ixes is similar to that of the epox y r esin asphalt m ix es w ith the asphalt volume fraction of 0.500.Relations betw een fracture performances and temperatur es ex ist similar tendency fo r epox y r esin asphalt mixes and AH -70conventional asphalt mix es w ith the asphalt vo lum e fraction o f 0.571.SEM pho to s and fracturemechanism analysis sho w that the critical asphalt v olum e fraction of epox y resin asphalt is0.500.Key words:road eng ineering;epoxy resin asphalt;ex perimental resear ch;v olume fraction0引言近年来,针对钢桥面铺装、繁重交通路段及长大纵坡等特殊场合,采用环氧树脂沥青作为胶结料的混凝土铺装使用效果较好。