水泥稳定碎石早期微裂愈合特性及力学性能演化机理研究

1、水泥稳定碎石早期微裂愈合特性及力学性能演化机理研究水泥稳定碎石可以通过早期微裂形成的微裂缝来降低材料收缩应力 , 从而有效预防或减轻基层的收缩开裂。在养护后期 , 微裂缝依靠水泥稳定材料自身的愈合特性随龄期的增长逐渐愈合甚至恢复, 不会对路面结构的整体承载力造成严重影响。因此 , 定量表征水泥稳定碎石材料的愈合过程, 掌握不同影响因素下水泥稳定碎石材料的愈合特性及力学性能变化规律, 是本课题的研究重点。本文在探讨水泥稳定碎石早期微裂作用机理的基础上, 对水泥稳定碎石材料愈合过程的力学特征演化、细观结构特征以及耐久性等方面展开研究 , 并依托现场试验路对复杂环境与力学条件下水泥稳定碎石基层早期微

2、裂愈合特性进行了分析。主要研究内容包括:(1) 在探讨半刚性基层收缩裂缝产生规律的基础上 , 对微裂技术减轻水泥稳定碎石收缩开裂的作用机理进行研究,通过ABAQUSF限元软件基于室内收缩试验进行水泥稳定碎石早期微裂数值模拟 , 确定了收缩应力小于材料抗拉强度的临界状态, 同时论证了微裂技术降低半刚性基层收缩应力的有效性。 (2) 通过引入微裂程度的概念来表征水泥稳定碎石早期微裂后材料性能的变化 , 以抗压回弹模量下降百分率表示。合理控制微裂程度是水泥稳定碎石材料实施微裂后能否出现理想微裂缝, 以及出现微裂缝后其力学强度能否自愈的关键。 为实现对水泥稳定碎石微裂过程的有效控制 , 基于响应面法建

3、立了考虑微裂荷载、微裂时间、材料特性等因素耦合工况下的水泥稳定碎石微裂程度控制模型。(3) 通过水泥稳定碎石无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量等力学性 能试验 , 对早期微裂后水泥稳定碎石材料的自愈合过程及力学强度变化规律进行了系统研究, 采用非线性拟合得到不同微裂时间以及不同微裂程度对材料愈合特性的影响规律, 从材料愈合的角度得到了早期微裂对水泥稳定碎石愈合程度影响的临界状态。(4) 在宏观力学性能研究的基础上, 借助数显式裂缝宽度监测仪KON-FK(B对微裂缝宽度值进行检测，基于SPSS的述性统计得到不同工况下裂缝宽度的代表值以及裂缝宽度代表值随龄期的变化规律, 并采用万向体视显微镜X

4、TZ-05T 对裂缝愈合产物成像, 利用图像分割技术得到愈合产物对裂缝的覆盖率通过这一指标来表征早期微裂后水泥稳定碎石的愈合过程, 实现了从细观结构的角度分析水泥稳定碎石微裂缝的愈合特性。(5) 通过水泥稳定碎石干缩、 温缩试验 , 研究了早期微裂对水泥稳定碎石材料收缩特性的影响 , 确定了实施微裂的最佳时机; 通过疲劳试验对水泥稳定碎石早期微裂后的耐久性进行了评价; 在水泥稳定碎石基层温度场测试的基础上 , 通过冻融循环试验研究了早期微裂对水泥稳定碎石抗冻性能的影响 , 为微裂技术在实际工程中的推广提供了全面的理论依据。 (6) 依托 104 国道大修工程进行现场试验 , 通过埋设传感器监测水泥稳定碎石基层内部应力应变及环境温度, 完善了在复杂环境与力学条件下水泥稳定碎石基层早期微裂愈合特性的分析研究, 并通过FWDS沉测试检验了水泥稳定碎石基层的愈合状态。(7) 依据试验路现场检测结果建立半刚性基层沥青路面三维有限元模型, 分别对静载及动载作用下考虑早期微裂的半刚性基层沥青路面进行路面结构组合分析 , 研究结果表明 , 半刚性基层早期微裂后 , 对路面