沥青混合料压实过程动态堆积机理及压实质量调控研究

The early damage caused by insufficient compaction of asphalt pavement is a major problem faced by highway construction in China. Accurate and effective compaction quality control model is the way to alleviate this problem. However, the mechanism of compaction quality control is not clear dur to the complex coupling factors and dynamic packing characteristics, which have become a theoretical difficulty restricting the establishment of control model..In this project, the three-dimensional dynamic packing characteristics (void characteristics and contact network) of asphalt mixture during compaction are taken as the research object, and the coupling characteristics of material-environment-load and the compaction quality adjust and control during compaction are going to study. The contents include: using three-dimensional fractal and size distribution characterization to study the impact mechanism of multi-factor coupling on dynamic packing characteristics of mixtures in compaction process; using multi-scale translation theory and Discrete Element Method-Finite Difference Method coupling technology to study the influence of various factors on compaction quality during compaction process; based on the relationship between three-dimensional dynamic packing characteristics and macroscopic properties, a compaction sensitivity parameter system of asphalt mixture is proposed, and a compaction quality adjust and control model based on three-dimensional dynamic packing characteristics is further established..This project provides a theoretical basis for solving the key technology of mixture compaction, it can significantly improve the compaction quality of asphalt pavement, and can effectively improve the scientific and technological level of road construction in China.

沥青路面压实不足造成的早期损害是我国公路建设面临的重大问题，精确有效的压实质量调控模型是缓解该问题的途径。然而，由于压实过程耦合因素繁多且动态堆积特性复杂导致压实质量调控机理不明，成为制约调控模型建立的理论难点。.本项目以压实过程中混合料三维动态堆积特性（空隙特性和接触网络）为研究对象，对压实过程中材料-环境-荷载多因素耦合特征及压实质量调控规律进行基础科学研究。内容包括：利用三维分形和尺度分布表征，研究压实过程中多因素耦合对混合料的动态堆积特性影响机理；利用多尺度转译理论、离散元-有限差分法耦合技术，开展压实过程动态堆积特性各因素对压实质量的影响规律研究；基于三维动态堆积特性与宏观性能之间的作用机理，提出混合料压实敏感性参数体系，并进一步建立基于三维动态堆积特性的压实质量调控模型。.本项目为解决混合料压实关键技术提供理论基础，能显著提高沥青路面压实质量，可有效提高我国道路建设科技水平。

沥青混合料在压实过程中受温度、荷载、堆集状态、施工方式等多因素影响，本研究根据研究目标和基本技术要求和思路，从以下方面开展了研究：（1）压实过程中沥青混合料的多相材料-复杂荷载-多元环境耦合机理研究；通过国内外文献资料和工程调研，从沥青混合料的多相材料、压实过程所对应的复杂荷载方式、多元环境等因素出发，对影响沥青混合料压实的各种主要因素进行详细分析并识别显著敏感性参数。在总结已有多因素耦合实验经验的基础上，建立正交实验体系，制定详细实验方案并开展多因素耦合实验研究。（2）沥青混合料集料堆集理论及试验研究；根据耦合机理和实验分析结果，在堆集理论的基础上研究沥青混合料施工过程中集料堆集特性，并对混合料空隙生成的三维体积分形和尺度分布进行研究。为了保证实验室和现场实验的一致性，针对现场压实、旋转压实、马歇尔压实等不同压实方法进行综合比较与评估。（3）压实过程基于多尺度的细观-宏观的渐进演化机理；由于混合料宏观力学特征与集料的细观特征密切相关，因此从沥青混合料压实过程中的细观特征出发，结合沥青混合料堆集特性，开展基于多尺度研究方法的三维离散元-有限差分耦合模型，利用PFC3D离散元分析软件与FLAC3D有限差分模拟软件耦合分析，并根据实验结果对耦合模型进行校核。从分析和处理细观特性到耦合处理宏观动态大变形，研究沥青混合料多相材料高温条件下黏塑性大变形问题。（4）集料动态互锁机理及其表征研究；基于细观宏观的渐进演化机理，建立集料接触的三维表征体系来描述颗粒运动过程中的强烈不均匀性与随机性，进而研究压实过程中不同层位集料的迁移特性与迁移机理，通过建立压实过程的参数表征体系，研究压实动态互锁影响因子，并通过现场传感器网络与实验室实验进行验证。.本研究结果对于解决沥青混合料压实过程的理论指导统一性与工程特异性的矛盾具有重要的意义。