内蒙古西部环境下路用复合胶粉改性沥青流变学及细观力学特性实验研究

复合胶粉改性沥青是将废旧橡胶轮胎磨成粉末与一定比例改性剂一起加入沥青中而制成的复合材料，它既能显著改善传统沥青的性能，又能实现废物利用，减少环境污染，是目前大力发展的新型路用材料。它的物理力学性能已有一些研究，流变学及细观力学性能研究较少。本项目在流变学理论基础上，结合细观力学实验方法，通过材料的微观分析实验、界面力学及流变学特性实验，研究考虑温度、损伤、粘性与脱粘破坏过程的沥青与集料界面力学行为，探求界面粘结-滑移关系，分析界面粘结应力分布规律及脱粘失效破坏机理；研究复合胶粉改性沥青的改性机理；研究材料在不同温度下的流变学特性，建立材料流变参数、细观力学界面参数与宏观力学特性间的相关关系，为这种新型复合材料的应用提供理论依据。该项目既有地区特点，同时对于深入了解复合胶粉改性沥青的宏、细观力学性能和研究方法也具有一定的普遍意义。

针对内蒙古西部地区气候环境对沥青路面材料性能的要求，研制了复合胶粉改性沥青配方，它不仅具有显著的抗低温开裂特性，而且具有较好的抗高温变形、抗紫外线老化和抗疲劳特性，它的应用可有效改善内蒙古西部地区公路路面质量，提高公路的使用寿命。本项目利用流变学原理，将细观力学实验与材料流变性能实验相结合，采用现代实验力学测试技术（数字散斑图像相关技术、扫描电镜），研究沥青改性的内在机理、沥青与集料界面应力、应变分布规律，探讨界面脱粘失效的力学机制；通过DSR、三轴蠕变、小梁弯曲蠕变等实验研究材料的流变学特性；将流变学、细观力学与参数识别技术在整体上结合起来，研究复合胶粉改性沥青及其混合料在内蒙古西部气候环境条件下的宏、细观力学行为，建立有实验支持的考虑温度、紫外线、荷载、粘性、损伤与破坏过程的材料细观力学与宏观流变性能分析方法，分析材料界面应力应变场、强度、流动、破坏模式，进而得到材料宏、细观力学特性的相关关系。本项目实现了将数字图像相关方法与和沥青混合料宏观力学实验方法相结合，对沥青混合料界面力学特性进行研究；通过直接测量沥青胶结料/集料界面的力学行为，分析总结出界面附近的应力应变规律，揭示了沥青混合料开裂和破坏机理，并提出基于模型分析的沥青混凝土裂缝预测方法，研究结论对于沥青混合料的设计和指导工程应用有重要的科学意义和实用价值。