乳化沥青半柔性路面复合材料细观力学匹配机理及抗裂参数敏感分析

无机（水泥砂浆）-有机（沥青混合料）半柔性路面复合材料兼有刚性和柔性的特点，具备良好的承载力、耐久性和抗高温车辙性能，与多功能长寿命路面对材料性能的需求发展相适应。作为整体特性介于颗粒散体和连续均质之间的多相复合材料，仅从宏观角度单一考虑水泥砂浆收缩徐变对开裂的影响，实践证明抗裂性能仍显不足，从而未能完全实现半柔性路面复合材料的预期优良性能。本项目拟在水泥砂浆中加入乳化沥青改善界面相容性，并进一步从细观定量分析的角度提取半柔性路面复合材料界面形貌特征，应用耦合的离散元与有限元模型分析半柔性路面材料的细观力学匹配机理及薄弱相介质，以提升抗裂性为目标，对集料、乳化沥青、水泥砂浆等材料性能设计参数进行敏感分析，建立多元相关回归模型，并结合宏观试验和试验路段实测数据进行验证，为完善制备方法提供思路。本项目研究可为半柔性路面复合材料的抗裂性能提升和制备方法的完善奠定一定的理论和技术基础。

本项目通过理论及实验研究，提出了水泥乳化沥青混凝土（CEAC）配合比设计的基本方法，分析其微观网络形成强度机理，并测定15℃劈裂抗拉强度及室温下的抗压强度来对其进行性能评价。. 提出了最小风险贝叶斯决策的二值化的断面图像分类（水泥、集料、乳化沥青）识别算法，该算法通过设定图像灰度级的阈值，然后统计其出现的频率，计算其类条件概率密度，利用贝叶斯公式求后验概率获取图像像素。明确了乳化沥青水泥混凝土数值化流程，并编写了二次开发应用程序，处理水泥乳化沥青混凝土CCD界面图像，对其进行数值化图像处理，实现了水泥乳化沥青混凝土界面形貌特征的细观描述。研究发现，细观尺度下的水泥乳化沥青混凝土是一种由骨料、沥青水泥联结料和气孔组成的三相复合材料。矢量化的水泥乳化沥青混凝土CAD图像格式文件是图像数值化处理的阶段性成果。. 设定水泥乳化沥青混凝土三相复合材料为线弹性范围，建立了其细观结构的二维有限元模型。通过合理设置多相材料特性、荷载及边界条件，实现了水泥乳化沥青混凝土圆形试件的虚拟间接拉伸试验（IDT），得到了水泥乳化沥青混凝土细观尺度的应变分布规律，明确了水泥乳化沥青混凝土三相复合材料的薄弱项介质—水泥沥青联结料，真实间接拉伸试验的结果与此相吻合。研究发现在线弹性和短期加载的前提下，水泥乳化沥青混凝土三相复合材料的细观尺度破坏可视为脆性材料破坏。在多相材料特性方面，水泥-乳化沥青联结料的弹性模量变化对细观应变的影响较大，当弹模增长时，水泥-乳化沥青联接料的应变线性减小，而集料的应变则呈增大趋势。水泥沥青联结料的泊松比增大时，集料和水泥沥青联结料的应变均为正线性增长，但相对变化率很小。. 以实际复合式路面宏观分析得到的对应边界位移为边界条件，建立了局部有限元细观尺度模型，分析对比水泥乳化沥青混凝土宏观与细观尺度的应力场分布区别及影响因素。 结果表明，将水泥乳化沥青混凝土设定为非连续均匀多相复合材料，其细观尺度的应力场分布与将其假定为连续均匀介质时有很大区别。研究水泥-乳化沥青联结料弹性模量在实际车轮荷载下的细观尺度影响，水泥-乳化沥青联结料的最大拉、剪应力随着弹性模量的变化而呈线性增长，对集料的应力影响规律也基本相同。. 本项目研究可为水泥乳化沥青混凝土复合材料的抗裂性能提升和制备方法的完善奠定一定的理论和技术基础。