基于微观原位测试的沥青混合料老化行为研究

The aging of asphalt pavement seriously deteriorates its performance and reduce its service life. However, existing research on aging behavior of asphalt mixtures are limited due to the lack of a comprehensive experiment system and effective evaluation methods. Existing methods are not able to accurately capture the non-uniformly distributed aging behavior in asphalt mixtures. Nanoindentation is a nondestructive and micromechanical testing method which can retain the microstructure of asphalt mixtures and break the limit and disadvantages of existing methods. Hence, this project intends to use nanoindentation to investigate the micromechanical properties of multiple phases and their non-uniform distribution in aging asphalt mixtures. Discrete element models of aging asphalt mixtures will be established with the mechanical input parameters acquired from the nanoindentation test. A viscoelastic constitutive model of aging asphalt mastic will be developed and incorporated into the discrete element models. Afterwards, the local virtual three-axis shear test will be conducted to investigate the aging behavior of asphalt mixtures. The discrete element simulation can help achieve a precise prediction of the pavement service life and failure patterns. This project can offer important insight into the aging behavior of asphalt mixtures which will significantly improve the reliability of asphalt pavement design and scientificity of maintenance decision.

沥青路面的老化严重影响其路用性能和使用寿命，但目前我国针对沥青混合料老化行为的研究，仍缺乏完善的测试体系和有效的评价手段。由于老化在混合料内部的分布存在极大的不均匀性，而相关研究得到的评判指标偏宏观，难以对这种行为及其规律进行准确表征。因此，本项目拟基于纳米压痕这一微观力学测试技术，在不破坏沥青混合料整体性的条件下，测试和表征混合料中各相材料的老化力学性能及其不均匀分布情况，突破现有研究方法、手段的局限。根据纳米压痕获得的各相材料微观力学指标，本项目拟建立考虑老化的沥青胶浆黏弹性本构模型，进而构建老化沥青混合料离散元模型，通过虚拟局部三轴剪切试验深入探究沥青混合料整体老化行为规律，实现沥青路面寿命和破坏形式的精确预测。本项目对沥青混合料不均匀老化行为及其规律的研究将极大提高我国现有沥青路面设计方法的可靠性，增强养护决策的科学性。

沥青路面的老化严重影响其路用性能和使用寿命，但目前我国针对沥青混合料老化行为的研究，仍缺乏完善的测试体系和有效的评价手段。此外，由于老化在混合料内部的分布存在极大的不均匀性，而相关研究得到的评判指标偏宏观，难以对这种行为及其规律进行准确表征。因此，本项目基于纳米压痕这一微观力学测试技术，在不破坏沥青混合料整体性的条件下，测试和表征混合料中各相材料的老化力学性能及其不均匀分布情况，突破了现有研究方法、手段的局限。根据纳米压痕获得的各相材料微观力学指标，本项目建立了考虑老化的沥青胶浆黏弹性本构模型；在此基础上，结合离散元软件完善了沥青混合料老化行为分析预测模型，深入探究了沥青混合料的不均匀老化行为规律；利用有限元软件构建了实际路面模型，实现了在考虑老化梯度下路面破坏形式和寿命预测。进一步，提出了新的路面老化评价参数和老化系数预测方法，为老化的道路养护方案提供指导。本项目对沥青混合料不均匀老化行为及其规律的研究将极大提高我国现有沥青路面设计方法的可靠性，增强养护决策的科学性。