老國健

(大廣高速公路有限公司，廣州 510055)

瀝青混合料破壞模式的研究

老國健

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為了探究瀝青混合料的破壞模式，研究從粘彈性材料的破壞理論為出發(fā)點，通過Maxwell元件分析瀝青混合料與能量之間的平衡關(guān)系，得出了瀝青混合料破壞模式取決于加載時間t和材料固有時間之間的比例關(guān)系的結(jié)論。

瀝青混合料；力學(xué)損傷、破壞模式

0引言

瀝青路面在使用過程中會出現(xiàn)各種各樣的破壞以及損傷，對于傳統(tǒng)材料的破壞研究大都基于水泥混凝土的脆性破壞以及軟鋼的延性破壞兩大代表性破壞模式。然而瀝青混合料屬于粘彈性材料，其強度特性在不同溫度、不同加載速度的條件下表現(xiàn)的較為復(fù)雜所以，對于該類粘彈性材料不能硬性的套用脆性破壞及延性破壞的模式。本文以現(xiàn)有的粘彈性材料的破壞損傷理論為出發(fā)點，研究瀝青混合料的破壞模式。

1粘彈性材料破壞理論

在眾多的粘彈性材料破壞理論中，以相同的加載速度，不同的溫度范圍的條件下產(chǎn)生的不同破壞模式作為分類的理論適合類似于瀝青混合料等無定型聚合物的工程特性及力學(xué)特點。破壞模式示意圖如下圖1所示

粘彈性材料在不同的溫度下，破壞階段與類型大體可以分為硬玻璃態(tài)、軟玻璃態(tài)、皮革態(tài)、橡膠態(tài)和半固態(tài)等。具體特點如下所示：

硬玻璃態(tài)階段：材料在拉伸時應(yīng)力迅速增加到最大值，斷裂隨即發(fā)生，所以斷裂應(yīng)變很小，拉伸破壞斷面一般與軸線垂直。

軟玻璃態(tài)階段：材料表現(xiàn)為高彈變形，其斷裂應(yīng)變略大于硬玻璃態(tài)，但破壞以脆性為主。

皮革態(tài)階段：該破壞模式發(fā)生了鏈段運動，材料分子在應(yīng)力作用下發(fā)生取向、伸長、或者是流動，其破壞具有明顯的塑性。

橡膠態(tài)階段：材料鏈段能夠自由的運動，破壞應(yīng)變達1000%。

半固態(tài)階段：當材料溫度達到一定水平時，材料破壞表現(xiàn)為半固態(tài)，如上圖1中曲線e所示。

2瀝青混合料的破壞模式分析

根據(jù)上述粘彈性材料的破壞理論，結(jié)合瀝青混合料的工作溫度范圍，不難得出瀝青混合料是一個能量平衡的過程。在整個破壞過程中，外力做功的一部分作為了彈性應(yīng)變儲存，另外一部分則伴隨著流動變形的熱能被消耗。其中當材料表面發(fā)生微笑裂縫時，進而轉(zhuǎn)化為表面能。如此一來，當彈性應(yīng)變能累積并超過材料的容許極限，材料則會發(fā)生斷裂，形成新的表面能。

這里可以采用Maxwell元件分析瀝青混合料與能量之間的平衡關(guān)系。假定Maxwell元件被以應(yīng)變速度∈拉伸，從時刻t=t0開始，固定應(yīng)變?yōu)槌?shù)，則當∈=∈0時，Maxwell元件內(nèi)的應(yīng)力為：

Maxwell元件的總能量可以表示為：

元件損耗能量只與粘度有關(guān)，且可以按照下式進行計算：

將Maxwell元件內(nèi)的應(yīng)力帶入上式：

能量損耗隨時間的增加而增加。假設(shè)材料在t=t0時刻破壞，能量損耗僅與的比例相關(guān)。當ffffd5時，輸入的能量全部消耗與流動變形，材料基本上呈流動性破壞。

瀝青混合料破壞模式取決于加載時間t和材料固有時間之間的比例關(guān)系。假定瀝青混凝土在一定的應(yīng)變水平破壞，高水平的應(yīng)變速率代表的加載時間較短，瀝青混合料發(fā)生脆性破壞，低水平的應(yīng)變速率對應(yīng)的加載時間長，瀝青混合料呈流動性破壞。所以加載速度是瀝青混合料破壞模式

3 瀝青混合料破壞模式

根據(jù)上面的分析與總結(jié)，現(xiàn)得出瀝青混合料的破壞模式，如下圖2所示。

圖2 瀝青混合料的破壞模式

[1] 李娜, 韓森, 王海峰. 瀝青混合料抗剪強度參數(shù)影響因素分析研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報, 2010, 32(2)∶ 41-45.

[2] 呂文江, 韓君良, 郭平等. 瀝青混合料抗剪強度的影響因素分析[J].公路, 2010, 11∶ 81-85.

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1007-6344（2015）06-0046-02