【摘要】：瀝青路面表面的集料是影響道路抗滑性能和耐久性能的重要因素。因此對瀝青路面表面集料的磨損演化過程進(jìn)行研究,建立評價準(zhǔn)則和綜合評價模型,為道路設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)與行車安全提供理論和方法支撐,對交通安全、能源消耗及環(huán)境保護(hù)有著重大意義。本論文通過激光掃描逆向建模、有限元數(shù)值模擬、分子動力學(xué)模擬、MATLAB圖像分析等方法,借助集料加速磨光試驗、狄法爾磨耗試驗、光學(xué)表面輪廓采集、掃描電子顯微鏡、X射線衍射試驗等手段,從宏觀到微觀再到分子納米等多個尺度,對瀝青路面的表面構(gòu)造、抗滑性能影響因素、集料的磨損退化機(jī)理和綜合評價方法等進(jìn)行系統(tǒng)性研究。主要研究內(nèi)容與所取得成果如下:(1)在宏觀尺度下,使用激光三維掃描儀,基于真實路面的宏觀構(gòu)造形貌逆向建模。將路面構(gòu)造模型應(yīng)用于有限元軟件ANSYS中進(jìn)行胎-路接觸應(yīng)力計算,得到了輪胎微觀滑移時路面表面宏觀構(gòu)造的應(yīng)力分布結(jié)果�；谟邢拊膽�(yīng)力分析結(jié)果,結(jié)合巖石疲勞損傷理論,使用疲勞分析軟件FE-SAFE計算路面宏觀構(gòu)造疲勞壽命分布結(jié)果,對路面宏觀構(gòu)造的演化進(jìn)行預(yù)測。同時,參考體積法測量路面構(gòu)造深度的原理,提出了一種路面宏觀構(gòu)造的三維表征方法。根據(jù)不同深度下的模型體積和深度的比值計算三維特征參數(shù)ω,能夠準(zhǔn)確反映路面宏觀構(gòu)造特征隨構(gòu)造深度的變化情況。與現(xiàn)有的三維評價方法相比,結(jié)果準(zhǔn)確的同時還能夠包含更多三維特征信息,有助于分析和評價不同路面的表面抗滑性能。(2)在微觀尺度下,對3種道路工程中常見的集料巖石進(jìn)行了Wehner/Schulze加速磨光試驗,得到了這些集料的抗滑性能試驗結(jié)果。在磨光過程中使用光學(xué)表面輪廓儀測量了集料的表面微觀構(gòu)造形貌,根據(jù)測量結(jié)果計算了 12種反映不同紋理構(gòu)造特征的形貌參數(shù)。比較不同集料形貌參數(shù)之間的差異,同時將集料不同磨光階段的形貌參數(shù)與抗滑性能指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析,建立二次多項式回歸模型,描述了集料的表面微觀構(gòu)造形貌特征與抗滑性能之間的關(guān)系。(3)對4種道路工程集料進(jìn)行狄法爾磨耗試驗,在試驗過程中,將不同磨耗程度的集料拼接制作成PSV試件。使用擺式摩擦儀測量集料此時的磨光值,得到每種集料的磨光值隨磨耗次數(shù)的變化趨勢。通過對試驗結(jié)果的處理和分析,提出了綜合集料抗磨光性能和抗磨耗性能的評價方法,能夠根據(jù)集料的試驗結(jié)果,將集料的性能區(qū)分評價為良好,合理和較差,從而為道路工程中的集料篩選和集料摻配提供參考。(4)使用X射線衍射法對3種集料的主要礦物組分進(jìn)行物相定量分析,比較了這幾種集料中的礦物成分差異。結(jié)合這3種集料的加速磨光試驗和狄法爾磨耗試驗結(jié)果,基于灰色關(guān)聯(lián)理論,分析集料的礦物組成與集料性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明集料中鈣鎂組分礦物的組成比例對集料的抗滑性能和抗磨耗性能影響很大,在工程集料選擇時可以通過比較集料中鈣鎂組分礦物的含量,定性地分析集料的性能。(5)根據(jù)由X射線衍射試驗獲得的集料礦物組成,建立能夠代表集料材料的礦物分子模型,使用分子動力學(xué)模擬軟件LAMMPS模擬了Wehner/Schulze磨光試驗中,石英砂分子與集料礦物分子發(fā)生的粘著磨損現(xiàn)象。模擬結(jié)果與宏觀的磨光試驗結(jié)果保持一致,說明在分子尺度下集料表面礦物分子的粘著破壞磨損與集料宏觀的抗滑性能和抗磨損性能有著密切的關(guān)系。研究成果細(xì)化了不同尺度下路面集料磨損演化的機(jī)理,能夠?qū)F(xiàn)有的對瀝青路面抗滑性能的認(rèn)識和評價向更深層次推進(jìn),為道路設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)與行車安全提供理論和方法支撐。
【圖文】：

０．５￣５０ｍｍ，高度方向０．５？２０ｍｍ的構(gòu)造，主要由骨料的形狀、粒徑、排列和逡逑空隙決定，受施工工藝、交通狀況和使用時間的影響［３６］￣［３７］。微觀構(gòu)造與宏觀逡逑構(gòu)造的示意圖見圖２－１。瀝青路面形貌對路面使用性能的影響見圖２－２。逡逑微觀構(gòu)造邐宏觀構(gòu)造逡逑０．００１－０，５００邋ｍｍ邋０．５－２０．０邋ｍｍ逡逑圖２－１微觀構(gòu)造與宏觀構(gòu)造示意圖逡逑0ｎｎＩ邋ｏｎｉ邋ｎ邋１邋ｉ邋ｉｎ邋ｓｏ邐１００邐２５０邋５00逡逑波松（酬１邋ｆN－」１邋Ｊ邋１邐１邋ｗ邐１邐．邋，１．．．．．．．．．．１Ｌ．逡逑形貌范圍邐ｊ邋細(xì)觀紋理邐宏觀紋理邐粗大紋理邐路面平整度逡逑摩檫力邐排水性能邐邐逡逑抗滑性能邐行車的舒適性逡逑面性能的邐邐邐邐邋Ｊ邋邐逡逑影響邋又邐水霧生成逡逑滾動阻力、輪胎面噪音逡逑輪胎磨損邐車輛磨損逡逑圖２－２瀝青路面形貌對路面使用性能的影響逡逑－８－逡逑

０．５￣５０ｍｍ，高度方向０．５？２０ｍｍ的構(gòu)造，，主要由骨料的形狀、粒徑、排列和逡逑空隙決定，受施工工藝、交通狀況和使用時間的影響［３６］￣［３７］。微觀構(gòu)造與宏觀逡逑構(gòu)造的示意圖見圖２－１。瀝青路面形貌對路面使用性能的影響見圖２－２。逡逑微觀構(gòu)造邐宏觀構(gòu)造逡逑０．００１－０，５００邋ｍｍ邋０．５－２０．０邋ｍｍ逡逑圖２－１微觀構(gòu)造與宏觀構(gòu)造示意圖逡逑0ｎｎＩ邋ｏｎｉ邋ｎ邋１邋ｉ邋ｉｎ邋ｓｏ邐１００邐２５０邋５00逡逑波松（酬１邋ｆN－」１邋Ｊ邋１邐１邋ｗ邐１邐．邋，１．．．．．．．．．．１Ｌ．逡逑形貌范圍邐ｊ邋細(xì)觀紋理邐宏觀紋理邐粗大紋理邐路面平整度逡逑摩檫力邐排水性能邐邐逡逑抗滑性能邐行車的舒適性逡逑面性能的邐邐邐邐邋Ｊ邋邐逡逑影響邋又邐水霧生成逡逑滾動阻力、輪胎面噪音逡逑輪胎磨損邐車輛磨損逡逑圖２－２瀝青路面形貌對路面使用性能的影響逡逑－８－逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U414

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本文編號：2610892