改性沥青混凝土疲劳性能评价新方法研究

A number of factors can affect the fatigue property of asphalt concrete pavement, among which the properties of asphalt and asphalt mixture are the most significant ones. The selection of asphalt to resist fatigue issue is highly depending on laboratory performance evaluation. However, the evaluation method that used for asphalt binder fatigue property testing (G*Sinδ) was developed based on unmodified asphalt decades ago, and is no longer working well with the increasing use of modified asphalt binder. In addition, the application of current fatigue testing of asphalt mixture has being limited due to its obvious drawbacks, including time and cost consuming, high variation, etc. To solve the two issues listed above, this study was proposed to evaluate the current methods for asphalt binder fatigue evaluation. The key factors that affect modified asphalt will be identified and quantified. In addition, this study will borrow a dissipated energy-based method from asphalt mixture testing, to develop a faster and more accurate methodology, which can be applied for fatigue property evaluation of modified asphalt. Considering the asphalt binder testing cost less time and material, this study will also construct a modified asphalt-based model to predict the fatigue property of asphalt concrete. In this case, only through asphalt binder testing, the fatigue property of asphalt concrete pavement can be well evaluated.

影响沥青混凝土路面疲劳特性的因素很多，其中沥青和沥青混合料本身抵抗疲劳的能力是非常关键的因素。沥青材料的选择，很大程度上依赖于室内试验的评价结果。然而，随着改性沥青的大范围使用，现有沥青规范中基于非改性沥青的评价指标(G*Sinδ)已经不再适用。另一方面，大部分沥青混合料的疲劳评价方法耗时长、变异性大、成本高，限制了它们的推广和使用。为解决上述两方面问题，本研究拟对现有方法进行较为全面的评价，找出能够准确描述改性沥青疲劳性能的指标与方法。此外，本研究还将借用沥青混合料耗散能能量平台理论，建立改性沥青的疲劳评价新方法，以加速试验进程，实现沥青疲劳的高效评价。考虑到沥青疲劳的试验要比沥青混合料简单且更易操作，本研究将根据数学统计方法，建立基于改性沥青属性的改性沥青混合料疲劳预测模型，这样只需要通过沥青疲劳试验，便可以全面地对沥青混凝土路面的疲劳性能进行评价。

疲劳裂缝是沥青路面常见的病害形式，是路面进行大修和养护的主要诱因之一。本研究对常用改性沥青及改性沥青混合料进行了抗裂性能评价。通过统计方法，找出了影响沥青路面疲劳性能的关键因素，确定了关键影响参数与疲劳性能的相关趋势，给出了通过参数调整提高抗裂性能的方法。推荐的适当的影响疲劳性能评价方法。开发了基于能量理论的工作密度断裂能。建立了包含材料、结构层厚度、交通量荷载和温度荷载等多个因素在内的裂缝预测模型，并得到了较好的验证。模型包括2类：一类模型用于预测裂缝的数量，即对于已经存在裂缝的路面，预测裂缝的发展趋势；另一列用于预测裂缝的产生概率，即对于没有存在裂缝的路面，预测裂缝的产生概率。所开发的模型对原有研究中的目标进行了一定程度的拔高。. 本研究的关键数据包括（a）基质沥青及改性沥青的关键抗疲劳性能参数； (b)改性沥青混合料抗疲劳性能关键参数；(b)国内多条高速公路的现场取芯信息，以及裂缝的现状；(c)针对国内道路结构和材料的大型数值模型。. 本研究提高道路质量和实现长寿命服役是我国“生态文明建设”战略决策与“交通强国建设”战略目标的核心组成。我国高速公路里程突破14万公里、规律世界第一的同时，每年由于道路开裂需要进行体量巨大的维修改造工程，导致资源消耗与环境保护压力巨大，严重制约交通行业可持续发展，显著影响国家生态文明与交通强国的建设。本项目针对改性沥青的疲劳性能展开研究，对比了不同改性沥青的抗裂性能，为选取合适的改性沥青种类提供了依据；对改性沥青在服役期间的老化规律进行归纳总结，明确了老化在裂缝扩展中的作用；发现了国内高速公路常见的新型反射裂缝类型，从机理角度揭示了该型裂缝的产生和扩展机理，为道路结构、材料设计以及养护方案制定提供了支撑；开发了基于裂缝扩展和裂缝启裂的模型，可以为提高沥青路面抗裂缝能力提供指导。