基于宏細觀力學相結合的溫拌瀝青混和料設計

霍軼珍 王俊 王志華 張霄

摘要：本文針對傳統溫拌瀝青混和料設計方法存在的問題，提出基于宏細觀力學方法相結合的溫拌瀝青混和料設計方法，對溫拌瀝青混和料的力學性能和破壞過程開展研究。這種方法綜合應用數字圖像處理技術、計算機模擬實驗與傳統室內實驗相結合的手段，重點分析細觀結構與溫拌瀝青混合料的宏細觀力學性能及路用性能之間的關系，創新溫拌瀝青混和料設計方法，探索有效提高溫拌瀝青混和料路用性能的措施。

關鍵詞：瀝青混和料；再生技術；細觀力學；CT技術

1.溫拌再生瀝青混合料傳統設計方法

1.1傳統的瀝青混合料設計方法存在的問題

我國現行的瀝青混合料設計方法主要包括Marshall設計法和Superpave設計體系。Superpave設計體系是基于體積法來進行瀝青混合料設計，較傳統的 Marshall設計法有較大進步，但仍缺乏有效的驗證手段。目前，采用這兩種方法設計的瀝青路面都存在較多工程病害。原因是 Marshall設計法與Superpave設計體系都局限于研究瀝青混合料宏觀品質與路用性能的相關性，基本上是按照宏觀的體積指標和路用性能指標作為設計的主要指標。但在路面使用過程中，出現了瀝青混和料宏觀體積指標相近，但路用性能相差較大的矛盾現象，究其原因，就是這兩種設計方法均忽略了瀝青混合料細觀結構組成（集料形狀、空隙特征、尺寸、瀝青薄膜厚度和瀝青砂漿的空間分布等）對瀝青混合料性能的影響。而瀝青混合料的力學性能相當復雜，其細觀結構是決定其宏觀性質的關鍵因素，因此，單純從宏觀角度無法清晰地分析清楚其復雜的力學行為及路用性能。

1.2溫拌再生瀝青混合料設計方法

溫拌瀝青混合料（WMA）技術是一種能夠實現在相對較低的溫度下拌和與成型，有效解決熱拌瀝青技術中出現的廢氣排放、燃油消耗、且減少材料性能損傷的新技術，它產生于90年代的歐洲，由英國的Shell和Kolo-veidekkew公司研制出來，并在國外逐步開始應用。但溫拌再生瀝青混和料技術的研究與應用在我國還處于初步階段，我國大部分采用Evotherm方法，也有用Sasobit法生產溫拌瀝青混合料，但是Sasobit法側重于對瀝青及瀝青混合料改性效果的評價，多以直接應用為目的，如溫拌瀝青混合料的制備過程、配合比設計、拌合方法、路用性能評價等，少有人結合宏觀路用性能對溫拌再生瀝青混凝土的細觀力學性能開展研究。

2.基于CT技術的細觀力學研究方法

細觀力學的研究從材料內部細觀結構層次上對材料進行損傷識別，從而預測其宏觀力學特征，而CT技術（Computerized Tomograph）的發展為細觀力學研究提供了技術支持，利用CT檢測可以識別材料每一層面的信息并以高分辨率的數字圖像顯示出來，還可確定檢測材料損傷缺陷的具體位置并進行定量分析，這樣不僅有助于對材料開裂破壞過程有一個本質認識，也為數字圖像和數值模擬的結合提供了一個平臺，克服了傳統意義上瀝青混合料設計方法的局限性，并可減少大量的試驗工作。

美國SIMAP研究計劃的重要成員Masad堅持基于數字圖像技術研究瀝青混合料細觀結構的技術路線，采用CT技術取得了大量研究成果。國內道路行業目前己經有多家科研機構配置工業CT設備對瀝青混合料開展基于細觀力學方法的研究。

3.宏細觀力學相結合的設計方法

大量研究表明，瀝青混合料作為一種具有非均質、不等向的多相混合材料，宏觀結構的破壞是細觀結構變化累積的外在表現。基于此，本文提出采用宏細觀力學方法相結合的方法，對溫拌瀝青混凝土材料的力學性能和破壞過程進行研究，創新溫拌瀝青混凝土設計的研究方法。該研究方法在進行溫拌再生瀝青混合料宏觀路用性能研究時仍然采用瀝青混和料傳統的室內試驗設備和方法；而進行細觀結構研究時，則重在將試驗觀測、數值模擬和計算分析綜合應用。

4.結束語

本文在分析傳統再生瀝青混合料設計方法存在的問題的基礎上，提出采用宏細觀力學相結合的方法進行溫拌瀝青再生混合料設計。該方法將宏細觀力學方法及圖像處理技術綜合應用，深入探討溫拌瀝青混合料細觀結構與宏細觀力學性能及路用性能之間的關系，以優化溫拌瀝青混合料設計方法，促進溫拌再生瀝青混合料這種綠色環保材料的研究、應用與推廣。

【參考文獻】

[1]張方方，張捷，韓光，等.Superpave與馬歇爾兩種瀝青混合料設計方法探討[J].中外公路，2008，28（6）：236-239.

[2]汪海年，郝培文.瀝青混合料微細觀結構的研究進展[J].長安大學學報（自然科學版），2008，28（3）：11一14.

[3]余壽文，馮西橋.損傷力學[M].北京：清華大學出版社，1997.

基金項目：內蒙古自治區教育廳自然科學基金項目（編號：NJZY260）。內蒙古自治區高等學校創新團隊發展計劃（編號：NMGIRT-B1611）。