基于多种路用环境下对布敦岩沥青混凝土低温开裂特性的分析

本研究通过冻断试验和三点弯试验分别对五种路用环境下的布敦岩沥青混凝土、基质沥青混凝土和SBS改性沥青混凝土进行低温抗裂对比分析,并通过数值模拟试验从试件损伤和能量耗散两方面进行布敦岩沥青混凝土低温开裂机理研究。结果表明:布敦岩沥青混凝土具有比其他两种沥青混凝土更高的转化点温度,但在冻结时的断裂强度和冻断温度略低于SBS改性沥青混凝土,而优于基质沥青混凝土。在低温下,布敦岩沥青混凝土的应变能密度大于基质沥青混凝土,略低于SBS改性沥青混凝土,这表明在基质沥青中掺加适量的布敦岩沥青可以提高其抗温缩开裂性能。另外,布敦岩沥青混凝土在低温条件下弯曲破坏过程中只有少部分塑性变形,应变能以塑性变形的方式耗散较少,主要是通过脆性破坏产生的裂隙耗散。

布敦岩沥青混凝土低温宏细观多尺度开裂特性

为了从宏细观多尺度下研究布敦岩沥青混凝土在低温状态下的开裂特性,以施加短期老化(S-A)、长期老化(L-A)、紫外老化(U-A)、冻融循环(F-M)及盐冻融循环(SF-M)这5个不同路用环境因素的低温弯曲试验为基础,通过数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术同步监测试验的开裂过程,从宏细观尺度对比分析了布敦岩沥青混凝土与基质及SBS改性沥青混凝土的低温开裂特性。其中,宏观尺度下采用弯曲应变能密度、弯曲系数来评价低温性能,细观尺度下采用裂纹长度、开裂关键节点来评价低温性能。结果表明:布敦岩沥青混凝土低温弯曲应变能密度大于基质沥青混凝土且接近SBS改性沥青混凝土,说明布敦岩沥青可以改善基质沥青混凝土低温开裂性能。由沥青混凝土的弯曲系数可知,布敦岩沥青混凝土在0℃和-10℃下与SBS改性沥青混凝土相似,属柔性开裂;在-20℃下与基质沥青混凝土相似,属于脆性开裂。通过分析试件的裂纹长度可知,布敦岩沥青混凝土的裂纹扩展长度大于基质沥青混凝土且该裂纹的变化服从三次多项式,对裂纹长度变化曲线进行分析得到其关键开裂长度,并根据反推的关键节点的临界应变能密度进一步确定布敦岩沥青具有延缓沥青混凝土开裂关键节点出现的优势。