沥青混合料破坏模式的研究

老国健

(大广高速公路有限公司，广州 510055)

沥青混合料破坏模式的研究

老国健

(大广高速公路有限公司，广州 510055)

为了探究沥青混合料的破坏模式，研究从粘弹性材料的破坏理论为出发点，通过Maxwell元件分析沥青混合料与能量之间的平衡关系，得出了沥青混合料破坏模式取决于加载时间t和材料固有时间之间的比例关系的结论。

沥青混合料；力学损伤、破坏模式

0引言

沥青路面在使用过程中会出现各种各样的破坏以及损伤，对于传统材料的破坏研究大都基于水泥混凝土的脆性破坏以及软钢的延性破坏两大代表性破坏模式。然而沥青混合料属于粘弹性材料，其强度特性在不同温度、不同加载速度的条件下表现的较为复杂所以，对于该类粘弹性材料不能硬性的套用脆性破坏及延性破坏的模式。本文以现有的粘弹性材料的破坏损伤理论为出发点，研究沥青混合料的破坏模式。

1粘弹性材料破坏理论

在众多的粘弹性材料破坏理论中，以相同的加载速度，不同的温度范围的条件下产生的不同破坏模式作为分类的理论适合类似于沥青混合料等无定型聚合物的工程特性及力学特点。破坏模式示意图如下图1所示

粘弹性材料在不同的温度下，破坏阶段与类型大体可以分为硬玻璃态、软玻璃态、皮革态、橡胶态和半固态等。具体特点如下所示：

硬玻璃态阶段：材料在拉伸时应力迅速增加到最大值，断裂随即发生，所以断裂应变很小，拉伸破坏断面一般与轴线垂直。

软玻璃态阶段：材料表现为高弹变形，其断裂应变略大于硬玻璃态，但破坏以脆性为主。

皮革态阶段：该破坏模式发生了链段运动，材料分子在应力作用下发生取向、伸长、或者是流动，其破坏具有明显的塑性。

橡胶态阶段：材料链段能够自由的运动，破坏应变达1000%。

半固态阶段：当材料温度达到一定水平时，材料破坏表现为半固态，如上图1中曲线e所示。

2沥青混合料的破坏模式分析

根据上述粘弹性材料的破坏理论，结合沥青混合料的工作温度范围，不难得出沥青混合料是一个能量平衡的过程。在整个破坏过程中，外力做功的一部分作为了弹性应变储存，另外一部分则伴随着流动变形的热能被消耗。其中当材料表面发生微笑裂缝时，进而转化为表面能。如此一来，当弹性应变能累积并超过材料的容许极限，材料则会发生断裂，形成新的表面能。

这里可以采用Maxwell元件分析沥青混合料与能量之间的平衡关系。假定Maxwell元件被以应变速度∈拉伸，从时刻t=t0开始，固定应变为常数，则当∈=∈0时，Maxwell元件内的应力为：

Maxwell元件的总能量可以表示为：

元件损耗能量只与粘度有关，且可以按照下式进行计算：

将Maxwell元件内的应力带入上式：

能量损耗随时间的增加而增加。假设材料在t=t0时刻破坏，能量损耗仅与的比例相关。当ffffd5时，输入的能量全部消耗与流动变形，材料基本上呈流动性破坏。

沥青混合料破坏模式取决于加载时间t和材料固有时间之间的比例关系。假定沥青混凝土在一定的应变水平破坏，高水平的应变速率代表的加载时间较短，沥青混合料发生脆性破坏，低水平的应变速率对应的加载时间长，沥青混合料呈流动性破坏。所以加载速度是沥青混合料破坏模式

3 沥青混合料破坏模式

根据上面的分析与总结，现得出沥青混合料的破坏模式，如下图2所示。

图2 沥青混合料的破坏模式

[1] 李娜, 韩森, 王海峰. 沥青混合料抗剪强度参数影响因素分析研究[J].武汉理工大学学报, 2010, 32(2)∶ 41-45.

[2] 吕文江, 韩君良, 郭平等. 沥青混合料抗剪强度的影响因素分析[J].公路, 2010, 11∶ 81-85.

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1007-6344（2015）06-0046-02