基于弱边界层理论的沥青路面热灌类灌缝胶失效判别及机理研究

Aiming at the failure of hot-poured bituminous crack sealant for asphalt pavement, the testing equipment for crack sealant will be developed firstly. Then, the changing law of cohesive and adhesive performance parameters with specimen geometry,temperature and loading rate will be analyzed based on FEM analysis and laboratory test. Based on the above research, the unified evaluation index for cohesive and adhesive properties will be presented. Next, the influence of physical, chemical and rheological properties of crack sealant on the unified evaluation index will be analyzed. The physical and chemical properties of crack walls effects will also be investigated. Combining with nondestructive test, theoretical analysis and laboratory test, the relationship between failure degree and the unified evaluation index will be discussed. The threshold value of crack sealant failure will be proposed. In addition ,the discriminant method of failure mode will be built under the coupled action of temperature and load. The relationship between micro-structure and unified evaluation index will be studied. The influence of interface properties on the interface adhesive properties of crack sealant/crack walls will be researched based on Weak Boundary Layer Theory. Finally, failure mechanism intergrating the micro structure and macro performance will be established, followed by the measure of improving the interfacial adhesion. The proposed research will identify the failure mechanism of crack sealant and lay a foundation for accurate choosing crack sealant and improving crack sealant/crack walls adhesion. In addition, the research will promote the development of interface mechanics at a certain extent.

针对沥青路面热灌类灌缝胶的失效问题，基于灌缝胶试验设备的研制，借助有限元分析和室内试验，研究粘聚性、粘附性性能参数随试件尺寸、温度和加载频率等试验参数的变化规律，提出粘聚性-粘附性统一评价方法和指标；分析灌缝胶和裂缝壁的物理化学特性、灌缝胶的流变特性等因素对统一评价指标的影响规律；基于无损检测、理论分析和室内试验相结合的方法，分析失效损伤量与统一评价指标间的关系，提出失效程度判别方法和阈值，进而建立温度和荷载耦合作用下灌缝胶失效模式判别方法；在此基础上，分析微观结构与统一评价指标间的关系，引入弱边界层理论，研究不同界面形式对灌缝胶/裂缝壁粘附性的影响，建立宏观与微观统一的失效机理，最后提出改善界面粘附性的措施。 本研究建立了灌缝胶粘聚性-粘附性统一评价方法，揭示了灌缝胶的失效机理，为合理选择灌缝胶、改善灌缝胶/裂缝壁的界面粘附性提供了依据。研究成果也将对界面力学的发展起到一定的推动作用。

沥青路面灌缝胶在使用过程中普遍出现早期失效问题，尤其是在低温条件下出现以粘附性和粘聚性失效为主的损坏现象，但目前尚未有统一的灌缝胶失效评价体系，并且灌缝胶是否失效也未能合理界定。此外，灌缝胶失效机理不明晰，研究手段单一，缺乏宏-微观统一的失效机理研究。.因此，本项目基于自主研发的灌缝胶低温拉伸试验设备，通过有限元分析、室内试验和现场调研，首先研究了粘聚性、粘附性性能参数随试件尺寸、温度和加载频率等试验参数的变化规律，提出了灌缝胶粘聚性-粘附性统一评价方法和指标，分析了灌缝胶和裂缝壁的物理化学特性、灌缝胶的流变特性等因素对统一评价指标的影响规律；其次，针对不同的施工方式，分析了灌缝胶的典型损坏形式、损坏原因以及失效程度随温度等因素的变化规律，建立了基于无损检测的灌缝胶失效评价方法，分析了灌缝胶失效程度对路面使用性能的影响；提出了用于评价灌缝胶自愈性的力学性自愈指标和功能性自愈指标，并针对每种自愈指标分析了其影响因素，以此为基础确定灌缝胶失效判别指标和标准，进而建立了温度和荷载耦合作用下灌缝胶失效模式判别方法；最后，分析了灌缝胶微观结构与统一评价指标间的关系，引入弱边界层理论，研究了不同界面形式和不同灌缝胶材料组成对灌缝胶/裂缝壁粘附性的影响，结合弱边界层理论及失效形式，建立了宏观与微观统一的失效机理，最后提出改善灌缝胶/裂缝壁界面粘附性能的措施。.本项目最终建立了灌缝胶粘聚性-粘附性统一评价方法，确定了灌缝胶失效的判别标准，基于弱边界层理论揭示了灌缝胶的失效机理，为合理选择灌缝胶、改善灌缝胶/裂缝壁的界面粘附性提供了依据，为延长灌缝胶的使用寿命提供了必要保证。此外，研究成果也将对界面力学的发展起到一定的推动作用。