[發明專利]一種基于顆粒接觸效應的瀝青粘結和潤滑轉變行為判定方法

有效

• 申請號: 202010614824.3
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111665345B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 栗培龍;宿金菲;朱德健;畢嘉宇;魏曉鳳;孫勝飛;朱磊
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01N33/42
• 分類號: G01N33/42
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發明公開了一種基于顆粒接觸效應的瀝青粘結和潤滑轉變行為判定方法，1.對礦料/瀝青體系的混合料在不同溫度、不同瀝青用量下進行界面接觸實驗，得到不同瀝青用量下最大滑移作用力與溫度的關系；2.繪制不同瀝青用量下最大滑移作用力隨溫度的變化曲線，并進行曲線擬合，獲得最大滑移作用力與溫度的關系模型，對關系模型進行求導，得到最大滑移作用力變化的拐點所對應的溫度d1；計算瀝青與常溫下機油粘度的所處溫度d2，小于溫度d1的混合料為粘接狀態；大于溫度d1且小于溫度d2的混合料為粘潤狀態，大于溫度d2的混合料為潤滑狀態。能夠準確的劃分出礦料/瀝青體系在粘結與潤滑的區間拐點，方便礦料/瀝青體系在后續的研究。

技術領域

本發明屬于道路工程領域，涉及一種基于顆粒接觸效應的瀝青粘結和潤滑轉變行為判定方法。

背景技術

瀝青路面具有良好的路用性能，在國內外被廣泛采用。交通量的增長對瀝青混合料的力學強度提出了更高的要求。當前大多采用三軸壓縮試驗、單軸貫入試驗、車轍試驗、蠕變試驗和簡單剪切試驗等評價瀝青混合料的力學特性，從而指導瀝青混合料生產。李權權通過蠕變試驗和車轍試驗揭示了瀝青混合料的變形機理，發現溫度比荷載等級對瀝青混合料蠕變性能受溫度的影響更大。Peng采用單軸貫入試驗與離散元建模相結合的方法，研究了豎直方向上集料的均勻性對貫入強度的影響。瀝青路面在荷載作用下不僅受到壓縮剪切的作用，同時還受到扭轉剪切的作用。謝軍開發了扭轉剪切試驗裝置來模擬瀝青混合料的實際受力狀態。Hou使用Christensen-Anderson-Marasteanu(CAM)模型預測瀝青混合料的動態模量并擬合得主曲線，以預估路面性能。Norambuena-Contrerasca采用超聲波直接測試了瀝青混合料的動態模量，Majhi證明了采用超聲波速度法測定瀝青混合料的動態模量的可靠性。近年來逐漸提出了一些新的瀝青混合料力學性能試驗方法和評價指標。Zhu提出了簡化的三軸重復荷載試驗(STRT)，并采用Stephen Price模型中的回歸參數D1表征瀝青混合料的抗車轍性能。Rueda開發了一種瀝青混合料空心圓筒試驗機(HCT-AM)以測量和評價瀝青混合料在承受軸向荷載和扭轉剪切時的響應，從而表征瀝青混合料的力學特性。

瀝青混合料是由瀝青、集料和空隙構成的多相顆粒性材料，具有顆粒性和粘彈性。瀝青混合料的宏觀力學特性是瀝青的粘結潤滑效應以及不同粒徑材料接觸作用的外在表現。從微細觀水平探究瀝青混合料的強度形成機理逐漸成為道路工程材料領域的研究熱點。Cui采用AIMS系統測試了集料顆粒的幾何特征，研究發現集料的棱角越大、紋理越豐富時，集料與瀝青的粘附性越好，并存在一個最佳棱角度和球度值使得瀝青混合料的馬歇爾穩定度最大。Liu采用FTI圖像采集系統獲得了集料顆粒的紋理、棱角及球度指標，發現集料的棱角和紋理特征可顯著影響SMA瀝青混合料的高溫性能。Li采用CT掃描與MATLAB相結合的方法評價了對瀝青混合料接觸效應對壓實特性的影響，發現松散態瀝青混合料的接觸滑移能可用于預測瀝青混合料的壓實特性。Jiang提出了基于IAS的接觸結構指數和內部結構指數作為車轍評價指標。Wang通過CT技術進行了瀝青混合料的三維模型的重構，進一步研究了礦料顆粒接觸作用對瀝青混合料性能的影響。英紅采用數字圖像技術獲得了級配瀝青混合料中粗集料顆粒的接觸形態，揭示了瀝青混合料的微細觀結構特征。Miao采用離散元法(DEM)研究了不同粒徑集料顆粒的接觸數和接觸力。Ding通過AIMS系統獲取顆粒的形狀特征，采用離散元模型結合圖像處理技術分析了AC-13和SMA-13內部顆粒的接觸形態和骨架結構。

在瀝青混合料的拌和、攤鋪和壓實過程中，礦料/瀝青體系在瀝青的粘結潤滑作用下需要克服集料顆粒的接觸、摩擦效應，通過顆粒的遷移實現結構自組織，從而達到穩定狀態。瀝青的粘結與潤滑的雙重效應顯著地影響著瀝青混合料地壓實質量和力學特性，而且在工程實踐中，礦料/瀝青體系在粘結與潤滑的區間劃分一般通過人為經驗進行劃分，劃分結果不夠準確，不利于礦料/瀝青體系在后續的研究。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種基于顆粒接觸效應的瀝青粘結和潤滑轉變行為判定方法，能夠準確的劃分出礦料/瀝青體系在粘結與潤滑的區間拐點，方便礦料/瀝青體系在后續的研究。