沥青混合料弯曲疲劳性能演化规律的宏细观试验表征

作者：冯卫东^*; 菅永明; 龚华勇

来源：铁道科学与工程学报, 2022, 19(10): 2984-2994.

DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20211267

• 沥青混合料
• 四点弯曲疲劳试验
• 劲度模量
• 离散元法
• 疲劳开裂

沥青混合料疲劳寿命是表征沥青路面性能的重要指标。为了揭示沥青混合料在弯拉应力作用下的疲劳开裂演化规律，基于室内四点弯曲疲劳试验，考虑5种应变水平，研究沥青混合料劲度模量随疲劳寿命比的衰减规律。定量分析不同应变水平下劲度模量衰减的三阶段特征，即疲劳寿命比少于10%的劲度模量迅速衰减阶段、劲度模量呈现线性下降趋势阶段以及疲劳寿命比大于90%的快速下降阶段。基于室内四点弯曲试验，采用离散元技术建立沥青混合料三维小梁弯曲模型。同时开展间接拉伸与蠕变试验获取了离散元模型材料参数，并实现宏观材料参数与细观参数转换。通过离散元计算获得劲度模量和相位角的衰变曲线，与室内试验结果进行对比，验证了本文模型的正确性。通过分析沥青混合料弯曲疲劳过程中力链的发展表明，在疲劳寿命比达到0.7～0.8，集料和沥青砂浆之间的最大接触力超过该点的黏结力，力链发生断裂，造成裂缝贯通，使得沥青混合料发生断裂。通过分析沥青混合料裂隙碎片的生成和发育，结果表明在疲劳寿命比0～0.2之间，裂隙碎片只有少量生成，在疲劳寿命比0.2～0.8之间，裂隙碎片个数呈线性快速增加，随后裂隙碎片增加的速度逐渐降低，裂隙碎片逐渐贯通形成宏观断裂裂缝。研究结果为全面了解沥青混合料的疲劳破坏机理提供理论依据。