基于表面能理论的沥青－集料体系界面微观开裂机理研究

选取国内常用沥青和集料分别利用Wilhelmy 插板法和USD吸附实验测试不同温度下沥青和集料表面能，改进沥青表面能测试方法。根据表面能理论分析不同温度和干湿条件下沥青－集料－水体系粘（胶）结强度、愈合能的变化。采用应变（应力）控制拉伸疲劳实验测试沥青混合料在温度、干湿和沥青膜厚度变化下的疲劳开裂特性，利用非线性粘弹性材料滞回曲线虚应变耗散能和微观力学开裂模型，分析温度、水份和沥青膜厚度对沥青－集料体系微开裂的影响，完善基于表面能理论的沥青集料开裂模型；研究成果对分析沥青路面早期破坏具有重要理论意义。

沥青混合料疲劳破坏是沥青路面研究的重要问题之一。沥青混合料疲劳是沥青－集料体系内微裂缝在重复荷载作用下不断积累、扩展形成更大开裂并最终导致破坏的过程。沥青混合料疲劳性能与荷载和沥青－集料体系的内在性质有关，即应考虑沥青混合料内沥青与集料之间的粘结强度与沥青胶结料自身的胶结强度、水损害影响、沥青老化、沥青愈合能力、混合料内部结构和应力分布等因素。近年来表面能理论的发展带动了沥青混合料在上述方面的研究。.本课题在吸收国外已有研究成果的基础上，针对国内高速公路沥青路面最常用沥青（含改性沥青）和集料，分别利用Wilhelmy 插板法和接触角仪测试了沥青和集料表面能组成参数，根据试验原理和沥青试验特点改进了沥青表面能的测试方法、提高了其测试精度。通过测试在不同温度下沥青材料的表面能参数的变化规律，计算和比较了不同沥青－集料组合体系和温度下的粘（胶）结强度。通过应变控制拉伸实验，利用非线性粘弹性材料滞回曲线虚应变耗散能和微观力学开裂模型，分析温度、水份和沥青老化对沥青－集料体系微开裂的影响，完善了基于表面能理论的沥青集料开裂模型。用表面能理论研究沥青混合料微观疲劳开裂在国际上属于新的领域，越来越引起大家研究的关注。通过本课题在国内引入这方面的研究，将为我国在沥青路面水损坏分析和沥青疲劳模型提供的理论基础，为本学科研究发展开拓新的思路和方法。