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几种功能型沥青基复合材料疲劳特性研究

李宁  
【摘要】: 随着现代科学技术的不断进步,沥青混凝土越来越向功能化、智能化发展。尽管功能型沥青基复合材料已被研究开发多年,但是还未被广泛的工程应用,主要问题在于功能型材料在满足特殊功用的同时,其路用性能有不同程度的降低。疲劳损伤是路面破坏的主要形式之一,研究沥青混合料在一定的交通和环境条件下的疲劳特性对于功能型沥青路面设计是十分重要的。本文选取导电、阻燃及层状硅酸盐纳米沥青基复合材料为研究对象,在不同试验条件下研究其疲劳特性,建立疲劳寿命预估方程。 首先在以往的研究基础之上选择最优的制备方法,制备出导电、阻燃及层状硅酸盐纳米沥青基复合材料,检测其沥青及沥青混合料的常规性能。试验表明:掺入阻燃剂及层状硅酸盐对基质沥青进行改性后,针入度及针入度指数降低,沥青的软化点升高,有利于改善沥青的温度敏感性和高温稳定性,但延度降低。功能沥青基复合材料的部分常规路用性能会有所下降,其中导电沥青基复合材料下降的较为明显,导电相材料对于其高温稳定性、强度和水稳定性影响最大。 采用小梁四点弯曲疲劳试验,运用现象学法及耗散能疲劳理论,将三种功能型沥青基复合材料的抗弯曲疲劳特性与普通沥青混凝土进行对比。研究表明:低温时功能型沥青基复合材料的弯曲劲度受应变影响较小,常温时较大,纳米沥青基复合材料在低温下抗弯曲疲劳特性良好,导电沥青基复合材料的极限弯拉应变最小,抗弯曲疲劳性能较差。材料的累积耗散能均与疲劳寿命成正比,低温下纳米沥青基复合材料消耗相同能量时疲劳寿命较高,导电沥青基复合材料疲劳破坏速率最大;常温下阻燃沥青基复合材料累积疲劳破坏速率最小。 采用间接拉伸疲劳试验,研究材料的抗间接拉伸疲劳特性,并建立两种温度下材料的疲劳寿命方程。研究表明:常温时功能型沥青基复合材料的疲劳性能均好于普通沥青混凝土,其中纳米沥青基复合材料疲劳性能最好,但其疲劳寿命受应力大小影响较大。


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