矿料/橡胶沥青体系界面行为、迁移特性及强度机制研究

Rubber asphalt mixture is a type of multistage and multiphase particulate composite material composed of aggregate, rubber asphalt and void, and its complex interface behavior and migration characteristics largely determine the strength mechanism and decay process of mixture, which affect the mechanical response and durability of asphalt pavement. In this project, considering rubber asphalt mixture as aggregate/ rubber asphalt composite system and referring the research methods of tribology, interface science and thermodynamics, interface behaviors for aggregate/rubber asphaltsystem such as contact, friction, bonding and lubrication will be researched from a new angle of view, interface effect coupling and bonding/lubrication transformation behavior will be analyzed and the interface behavior model for aggregate/rubber asphalt system will be established. Researchers will develop test device which will be used to study evaluation methods of load migration and dynamic characteristics for aggregate/rubber asphalt system during the compaction process, in a result, the dynamics models of aggregate migration will be established and the effect of different molding methods and compaction degree on aggregate particles migration characteristics will be analyzed; this project also will discuss thermal activation effect of particles migration and damping mechanism of particles and analyze the relevance between interface effect of aggregate, migration load characteristics and deformation behavior of rubber asphalt mixture, so that the mechanism of strength forming and decay will be revealed, and the performance decay model of rubber asphalt mixture will be established, which can provide theoretical basis for design optimization and performance prediction of rubber asphalt mixture.

橡胶沥青混合料是由矿料、橡胶沥青和空隙构成多级多相颗粒性复合材料，其复杂的界面行为与迁移特性在很大程度上决定了混合料的强度机制和衰变进程，进而影响路面力学响应及耐久性。项目将橡胶沥青混合料看作矿料/橡胶沥青复合体系，借鉴摩擦学、界面科学及热力学等学科的研究方法，从新的角度开展矿料/橡胶沥青体系界面接触、摩擦、粘滞、润滑等界面行为，分析界面效应耦合以及粘滞/润滑转变行为，建立矿料/橡胶沥青体系界面行为模型。自行开发试验装置，进行压实态矿料/橡胶沥青体系荷载迁移评价方法及动力学特性研究，建立矿料迁移动力学方程，分析不同成型方式及压实程度对矿料颗粒迁移特性的影响；讨论颗粒迁移的热激活效应和颗粒阻尼机理，分析矿料界面效应、荷载迁移特性与橡胶沥青混合料变形行为的关联性，揭示橡胶沥青混合料的强度形成与衰变机理，建立橡胶沥青混合料性能衰变模型，以期为橡胶沥青混合料优化设计及性能预估提供理论依据。

橡胶沥青混合料(RAM)可以看作表面裹覆橡胶沥青的矿料-橡胶沥青颗粒体系，其具有非均质、非连续及随机性等特点。同时，矿料界面效应及其迁移行为贯穿于橡胶沥青混合料拌和、摊铺、压实及服役全过程，在很大程度上决定了橡胶沥青混合料的形成机理及力学行为。.采用集料图像采集系统（AIMS）测量了单一粒径矿料的几何参数，进一步从矿料周长、表面积和体积三个维度出发，揭示了矿料几何形态和粒径的综合作用机制，构建了多级矿料几何特征的量化表征模型，分别为复合形状指数（CISP）、复合纹理指数（CITX）、复合棱角指数（CIGA）。.针对矿料颗粒接触特性，研发了接触摩擦特性试验仪，实现了矿料颗粒体系及矿料-橡胶沥青颗粒体系在恒体积下的界面效应评价。提出的最大滑移作用力、宏峰及微峰数等指标评价了颗粒体系的接触特性，探究了粗、细集料对颗粒体系接触特性的差异；基于最大滑移作用力与温度的关系模型，界定了橡胶沥青的粘结/润滑转变温度，分析了不同温度域颗粒体系的粘结/润滑效应，提出了骨架粘结指数Fm*VFA和骨架润滑指数Fm/VFA分析矿料-橡胶沥青界面交互作用。.通过旋转粘度与溶胀降解率反应胶粉与沥青交互作用。将橡胶沥青粘度分为基质沥青贡献粘度（BE）、胶粉位阻效应贡献粘度（PE）、胶粉对沥青改性效应贡献粘度（IE），建立了橡胶沥青粘度构成模型，揭示了胶粉与沥青的相互作用机理。.采用颗粒标记、分步压实及CT扫描的方式提出了混合料压实过程中的矿料迁移追踪试验方法及相应表征参数，探究了压实过程中矿料迁移行为。通过离散元模拟，再现了压实过程中矿料迁移轨迹，分析了压实过程中混合料内部矿料迁移演化规律。.针对橡胶沥青混合料的力学特性，研发了竖向剪切滑移和扭转剪切滑移试验装置，分别从竖向和水平两个空间维度模拟矿料-橡胶沥青体系的变形行为，提出了复合滑移剪应力指标，探究了荷载作用下矿料颗粒运动行为，揭示了橡胶沥青混合料强度失效机理，从而为提高橡胶沥青路面的路用性能和耐久性奠定理论基础。