砂岩冻融劣化机理的多尺度试验研究

在寒区的工程建设中,冷暖交替所产生的冻融循环是寒区岩石材料劣化的主要原因之一。为了得到寒区环境下岩石的冻融劣化机理,选用砂岩作为研究对象,对其开展不同循环次数的冻融循环试验,并进行了一系列宏、细、微观多尺度试验研究。研究结果表明:随着冻融循环次数的增多,砂岩的纵波波速、横波波速与抗压强度均随之降低。冻融循环会粗化砂岩的孔隙结构,循环次数越多,砂岩孔隙粗化的现象越严重,孔隙率也越大。砂岩的孔隙率与孔径分布区间会从0次时的2.17%与0.00028~13.33984μm变为90次时的5.11%与0.00455~43.42236μm。此外,由于孔隙体积的增大,孔隙之间相互连通会致使砂岩中的孔隙数量随着冻融循环次数的增多而减小。正是因为冻融循环劣化了砂岩的孔隙结构,砂岩试样在宏观尺度上会表现出波速与力学性能的劣化,并使得应力应变曲线中的孔隙压密段应变与峰值应变均随着循环次数的增多而增大。综合多尺度试验结果发现,冻融循环对砂岩的劣化速率随着循环次数的增多而不断加剧。研究成果可为寒区的工程建设提供参考。

基于MD模拟的再生沥青混合料微观特性研究

通过分子动力学方法(MD)选取植物油提取物油酸、亚油酸以及石油基提取物乙基四氢化萘三种再生剂成分,SiO2、Al2O3、CaO、MgO四种氧化物,构建沥青粘聚模型以及沥青–集料界面模型,研究不同老化条件下,三种再生剂对沥青粘聚能以及沥青–集料界面粘附能的影响,并构建界面剪切试验模拟沥青–集料界面在剪切加载下的失效过程。结果表明:不同老化程度下4种氧化物集料与沥青之间的粘附能从大到小依次为:CaO > Al2O3 > MgO > SiO2,碱性氧化物与沥青之间的粘附性大于酸性氧化物与沥青之间的粘附性;随着沥青老化程度加深,沥青质聚集程度加强,使其在受到剪切加载时表现出更高的抗剪切性能;相同条件下植物油在改善老化沥青混合料的粘附性能方面优于乙基四氢化萘。