基于宏细观力学相结合的温拌沥青混和料设计

霍轶珍 王俊 王志华 张霄

摘要：本文针对传统温拌沥青混和料设计方法存在的问题，提出基于宏细观力学方法相结合的温拌沥青混和料设计方法，对温拌沥青混和料的力学性能和破坏过程开展研究。这种方法综合应用数字图像处理技术、计算机模拟实验与传统室内实验相结合的手段，重点分析细观结构与温拌沥青混合料的宏细观力学性能及路用性能之间的关系，创新温拌沥青混和料设计方法，探索有效提高温拌沥青混和料路用性能的措施。

关键词：沥青混和料；再生技术；细观力学；CT技术

1.温拌再生沥青混合料传统设计方法

1.1传统的沥青混合料设计方法存在的问题

我国现行的沥青混合料设计方法主要包括Marshall设计法和Superpave设计体系。Superpave设计体系是基于体积法来进行沥青混合料设计，较传统的 Marshall设计法有较大进步，但仍缺乏有效的验证手段。目前，采用这两种方法设计的沥青路面都存在较多工程病害。原因是 Marshall设计法与Superpave设计体系都局限于研究沥青混合料宏观品质与路用性能的相关性，基本上是按照宏观的体积指标和路用性能指标作为设计的主要指标。但在路面使用过程中，出现了沥青混和料宏观体积指标相近，但路用性能相差较大的矛盾现象，究其原因，就是这两种设计方法均忽略了沥青混合料细观结构组成（集料形状、空隙特征、尺寸、沥青薄膜厚度和沥青砂浆的空间分布等）对沥青混合料性能的影响。而沥青混合料的力学性能相当复杂，其细观结构是决定其宏观性质的关键因素，因此，单纯从宏观角度无法清晰地分析清楚其复杂的力学行为及路用性能。

1.2温拌再生沥青混合料设计方法

温拌沥青混合料（WMA）技术是一种能够实现在相对较低的温度下拌和与成型，有效解决热拌沥青技术中出现的废气排放、燃油消耗、且减少材料性能损伤的新技术，它产生于90年代的欧洲，由英国的Shell和Kolo-veidekkew公司研制出来，并在国外逐步开始应用。但温拌再生沥青混和料技术的研究与应用在我国还处于初步阶段，我国大部分采用Evotherm方法，也有用Sasobit法生產温拌沥青混合料，但是Sasobit法侧重于对沥青及沥青混合料改性效果的评价，多以直接应用为目的，如温拌沥青混合料的制备过程、配合比设计、拌合方法、路用性能评价等，少有人结合宏观路用性能对温拌再生沥青混凝土的细观力学性能开展研究。

2.基于CT技术的细观力学研究方法

细观力学的研究从材料内部细观结构层次上对材料进行损伤识别，从而预测其宏观力学特征，而CT技术（Computerized Tomograph）的发展为细观力学研究提供了技术支持，利用CT检测可以识别材料每一层面的信息并以高分辨率的数字图像显示出来，还可确定检测材料损伤缺陷的具体位置并进行定量分析，这样不仅有助于对材料开裂破坏过程有一个本质认识，也为数字图像和数值模拟的结合提供了一个平台，克服了传统意义上沥青混合料设计方法的局限性，并可减少大量的试验工作。

美国SIMAP研究计划的重要成员Masad坚持基于数字图像技术研究沥青混合料细观结构的技术路线，采用CT技术取得了大量研究成果。国内道路行业目前己经有多家科研机构配置工业CT设备对沥青混合料开展基于细观力学方法的研究。

3.宏细观力学相结合的设计方法

大量研究表明，沥青混合料作为一种具有非均质、不等向的多相混合材料，宏观结构的破坏是细观结构变化累积的外在表现。基于此，本文提出采用宏细观力学方法相结合的方法，对温拌沥青混凝土材料的力学性能和破坏过程进行研究，创新温拌沥青混凝土设计的研究方法。该研究方法在进行温拌再生沥青混合料宏观路用性能研究时仍然采用沥青混和料传统的室内试验设备和方法；而进行细观结构研究时，则重在将试验观测、数值模拟和计算分析综合应用。

4.结束语

本文在分析传统再生沥青混合料设计方法存在的问题的基础上，提出采用宏细观力学相结合的方法进行温拌沥青再生混合料设计。该方法将宏细观力学方法及图像处理技术综合应用，深入探讨温拌沥青混合料细观结构与宏细观力学性能及路用性能之间的关系，以优化温拌沥青混合料设计方法，促进温拌再生沥青混合料这种绿色环保材料的研究、应用与推广。

【参考文献】

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[3]余寿文，冯西桥.损伤力学[M].北京：清华大学出版社，1997.

基金项目：内蒙古自治区教育厅自然科学基金项目（编号：NJZY260）。内蒙古自治区高等学校创新团队发展计划（编号：NMGIRT-B1611）。