本書是作者二十余年路面顆粒體系研究成果的總結(jié)。為了探究瀝青路面在交通荷載作用下的服役行為和設(shè)計理論，本書借助計算路面材料學(xué)方法對路面顆粒體系的幾何問題、界面問題、堆積問題、流變問題等進(jìn)行系統(tǒng)介紹。本書從路面顆粒體系的角度出發(fā)，采用多尺度聯(lián)合表征手段進(jìn)行了包括集料顆粒幾何特性和物化特性、顆粒和空隙空間分布、顆粒運動規(guī)律等在內(nèi)的路面顆粒材料試驗研究和數(shù)值模擬，闡述了顆粒材料的形態(tài)、特性、級配和顆粒間界面等微細(xì)觀特性與路用性能、病害機(jī)理間的相關(guān)關(guān)系及影響機(jī)制，旨在從顆粒角度認(rèn)識和理解瀝青混合料，從而闡釋瀝青混合料的物質(zhì)屬性和服役行為，以更好地完善瀝青混合料的設(shè)計理論。
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目錄
前言
0 緒論 1
0.1 基本概念 1
0.2 基本問題 3
0.2.1 幾何問題 3
0.2.2 堆積問題 4
0.2.3 界面問題 4
0.2.4 流變問題 5
0.3 基本特性 6
0.4 工程效應(yīng) 8
0.4.1 多尺度 8
0.4.2 多相態(tài) 10
0.4.3 多物理場 10
0.4.4 非平衡態(tài) 11
參考文獻(xiàn) 12
第一篇 路面材料計算方法
第1章 分子動力學(xué)方法 17
1.1 基本原理 17
1.2 計算分析方法 19
1.3 路面材料分子模型 21
1.3.1 瀝青分子模型 21
1.3.2 集料分子模型 22
1.3.3 瀝青-集料界面模型 23
1.4 路面材料中的分子動力學(xué)模擬 23
參考文獻(xiàn) 26
第2章 離散元方法 27
2.1 基本原理 27
2.2 計算分析方法 28
2.3 路面材料離散元試件的構(gòu)建 32
2.3.1 路面材料結(jié)構(gòu)特征 32
2.3.2 構(gòu)建方法 33
2.4 路面材料離散元分析 43
2.4.1 顆粒接觸模型 43
2.4.2 接觸參數(shù)及其確定方法 45
參考文獻(xiàn) 48
第3章 有限元方法 51
3.1 基本原理 51
3.2 計算分析方法 51
3.3 瀝青材料本構(gòu)模型 54
3.3.1 黏彈性本構(gòu)模型 54
3.3.2 黏彈塑性本構(gòu)模型 61
3.4 瀝青材料損傷模型 63
3.4.1 損傷變量與有效應(yīng)力 63
3.4.2 損傷演變規(guī)律 64
參考文獻(xiàn) 66
第4章 路面材料計算關(guān)聯(lián)技術(shù)與理論 67
4.1 數(shù)字圖像處理技術(shù) 67
4.1.1 概念及特點 67
4.1.2 在顆粒路面材料中的應(yīng)用 68
4.2 分形理論 71
4.2.1 概念及特點 71
4.2.2 在顆粒路面材料中的應(yīng)用 73
參考文獻(xiàn) 74
第5章 路面材料學(xué)多尺度計算模擬 75
5.1 混合料開裂行為的多尺度計算模擬 75
5.1.1 有限元開裂行為分析方法 75
5.1.2 分子動力學(xué)微觀開裂行為分析方法 80
5.1.3 FEM-MD耦合開裂行為分析方法 81
5.2 混合料強(qiáng)度形成的多尺度計算模擬 83
5.2.1 離散元方法 84
5.2.2 分子動力學(xué)方法 91
5.2.3 量子化學(xué)方法 93
參考文獻(xiàn) 94
第二篇 幾何問題
第6章 集料單體幾何特征 99
6.1 形狀 99
6.2 棱角 100
6.3 紋理 101
6.4 形貌 102
參考文獻(xiàn) 103
第7章 集料的形狀特征 105
7.1 集料形狀評價方法 105
7.1.1 量化評價指標(biāo) 105
7.1.2 測量技術(shù)手段 107
7.2 集料形狀特征的二維解析 107
7.2.1 粗集料形狀特征的二維解析 107
7.2.2 細(xì)集料形狀特征的二維解析 111
7.3 集料形狀特征的三維解析 115
7.4 集料形狀特征影響分析 118
7.4.1 不同巖性集料形狀影響分析 118
7.4.2 不同粒徑集料形狀影響分析 124
參考文獻(xiàn) 128
第8章 集料的棱角特征 129
8.1 集料棱角評價方法 129
8.1.1 量化評價指標(biāo) 129
8.1.2 測量技術(shù)手段 130
8.2 粗集料棱角特征的二維解析 133
8.2.1 投影面A的棱角性 133
8.2.2 基于最大半徑的棱角性 135
8.2.3 基于周長的棱角性 138
8.3 細(xì)集料棱角特征的二維解析 140
8.4 集料棱角特征影響因素 142
8.4.1 集料來源特征對棱角性的影響 142
8.4.2 集料組成對棱角性的影響 142
參考文獻(xiàn) 142
第9章 集料的紋理特征 143
9.1 集料紋理評價方法 143
9.1.1 量化評價指標(biāo) 143
9.1.2 測量技術(shù)手段 146
9.2 基于分?jǐn)?shù)布朗隨機(jī)場模型的集料紋理特征 150
9.2.1 玄武巖的表面紋理 151
9.2.2 各粒徑玄武巖表面紋理變化規(guī)律 159
9.3 基于輪廓算術(shù)平均偏差的集料紋理特征 160
9.3.1 玄武巖表面紋理特征評定 160
9.3.2 玄武巖表面紋理評定指標(biāo)的內(nèi)在聯(lián)系 163
9.4 集料紋理特征影響因素 164
9.4.1 集料來源特征對紋理的影響 164
9.4.2 集料加工特征對紋理的影響 165
參考文獻(xiàn) 166
第10章 集料的形貌特征 167
10.1 集料形貌評價方法 167
10.1.1 量化評價指標(biāo) 167
10.1.2 測量技術(shù)手段 169
10.2 集料表面形貌特征的二維解析 175
10.2.1 粗集料表面形貌的分析 175
10.2.2 細(xì)集料表面形貌的分析 178
10.3 集料表面形貌特征的三維解析 182
10.4 集料形貌特征影響因素 184
10.4.1 方向性的影響 184
10.4.2 量測區(qū)域的影響 184
參考文獻(xiàn) 184
第三篇 界面問題
第11章 瀝青-集料界面問題 187
11.1 基本概念 187
11.2 瀝青-集料界面性能評價 187
11.3 瀝青-集料界面復(fù)雜性 188
11.3.1 材料性狀及工況環(huán)境的多樣性 189
11.3.2 多尺度特性 189
參考文獻(xiàn) 190
第12章 瀝青-填料界面的交互作用 192
12.1 瀝青-填料界面交互作用評價 192
12.1.1 復(fù)數(shù)黏度 192
12.1.2 復(fù)數(shù)模量 194
12.1.3 相位角 196
12.1.4 評價方法比選 198
12.2 試驗條件對瀝青-填料界面交互作用的影響 204
12.2.1 試驗條件對瀝青膠漿流變特性的影響 204
12.2.2 試驗溫度對瀝青-填料界面交互作用的影響 210
12.2.3 加載頻率對瀝青-填料界面交互作用的影響 212
12.3 填料特性對瀝青-填料界面交互作用的影響 215
12.3.1 填料特性對瀝青膠漿流變性能的影響 215
12.3.2 填料體積分?jǐn)?shù)對瀝青-填料界面交互作用的影響 216
12.3.3 填料粒度對瀝青-填料界面交互作用的影響 218
12.3.4 SiO2含量對瀝青-填料界面交互作用的影響 219
12.4 瀝青特性對瀝青-填料界面交互作用的影響 220
12.4.1 老化程度對瀝青膠漿流變特性的影響 220
12.4.2 老化程度對瀝青-填料界面交互作用的影響 224
12.4.3 瀝青性質(zhì)對瀝青-填料界面交互作用的影響 224
12.4.4 材料特性影響因素顯著分析 226
參考文獻(xiàn) 227
第13章 瀝青-集料表面潤濕動力學(xué) 228
13.1 瀝青浸潤光滑集料表面 228
13.1.1 瀝青浸潤光滑集料的浸潤模型 228
13.1.2 瀝青浸潤粗糙集料的簡化模型 230
13.1.3 常溫下的浸潤規(guī)律 231
13.2 瀝青浸潤粗糙集料表面 233
13.2.1 浸潤模型的計算參數(shù) 234
13.2.2 浸潤過程 234
13.3 瀝青浸潤過程的影響因素 235
13.3.1 考慮溫度變化的浸潤模型修正 235
13.3.2 瀝青降溫對浸潤過程的影響 236
13.3.3 瀝青起始溫度對浸潤過程的影響 237
13.3.4 集料表面紋理尺寸對浸潤過程的影響 238
參考文獻(xiàn) 239
第14章 瀝青-集料界面行為的表面能特性 240
14.1 瀝青與集料的表面能測試 240
14.1.1 接觸角測試方法及試樣制備 240
14.1.2 接觸角測試結(jié)果與分析 241
14.2 瀝青-集料界面表面能參數(shù) 242
14.3 瀝青-集料界面黏附與剝落過程的表面能評價 243
14.3.1 瀝青-集料黏附功計算及評價 243
14.3.2 瀝青-集料剝落功計算及評價 244
參考文獻(xiàn) 245
第15章 瀝青-集料界面行為的分子動力學(xué)模擬 246
15.1 瀝青-集料分子模型的構(gòu)建 246
15.1.1 老化前后基質(zhì)瀝青分子模型構(gòu)建 246
15.1.2 老化前后膠粉改性瀝青分子模型建立 249
15.1.3 瀝青分子模型合理性驗證 250
15.1.4 集料分子模型選擇 252
15.2 瀝青-集料界面的能量特性 252
15.2.1 瀝青-瀝青黏聚能計算 252
15.2.2 瀝青種類對界面黏聚能的影響 253
15.2.3 瀝青-集料界面黏附性 253
15.3 瀝青老化對界面分子行為及結(jié)構(gòu)性狀的影響 256
15.3.1 瀝青老化對黏聚能的影響 256
15.3.2 瀝青老化對黏附能的影響 257
參考文獻(xiàn) 258
第四篇 堆積問題
第16章 集料群體堆積行為 261
16.1 瀝青混合料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征 261
16.1.1 細(xì)觀結(jié)構(gòu)的劃分層次 261
16.1.2 細(xì)觀結(jié)構(gòu)識別與表征 262
16.2 瀝青混合料的細(xì)觀數(shù)值模擬 267
16.2.1 FEM研究 268
16.2.2 DEM研究 269
16.3 顆粒物質(zhì)力學(xué)研究進(jìn)展 271
16.4 瀝青混合料的顆粒物質(zhì)屬性 273
參考文獻(xiàn) 275
第17章 瀝青混合料堆積結(jié)構(gòu)的數(shù)字化識別 282
17.1 瀝青混合料堆積結(jié)構(gòu)的級配識別 282
17.1.1 體視學(xué)假設(shè)和基本關(guān)系 283
17.1.2 集料三維尺寸確定方法 284
17.1.3 基于施瓦茨-薩爾特科夫法的骨料修正系數(shù)的計算 287
17.1.4 骨料修正系數(shù)驗證 293
17.2 瀝青混合料堆積結(jié)構(gòu)的體積特性識別 294
17.2.1 基于圖像處理的混合料空隙特征 295
17.2.2 瀝青路面芯樣橫向均勻性分析方法 301
17.2.3 瀝青路面芯樣豎向均勻性分析方法 306
17.3 多孔瀝青混合料堆積結(jié)構(gòu)的空隙分布特征 310
17.3.1 多孔瀝青混合料空隙分布描述的基本參數(shù) 310
17.3.2 多孔瀝青混合料CT圖像解析 313
17.3.3 空隙級配分析與分形表達(dá) 315
17.3.4 多孔瀝青混合料堆積結(jié)構(gòu)的空隙橫向分布特征 316
17.3.5 多孔瀝青混合料堆積結(jié)構(gòu)的空隙豎向分布特征 319
17.3.6 多孔瀝青混合料堆積結(jié)構(gòu)的空隙空間分布特征 322
17.4 多孔瀝青混合料堆積結(jié)構(gòu)的空隙分布特征影響因素 325
17.4.1 礦料級配對多孔瀝青混合料空隙分布特性的影響 325
17.4.2 壓實功對多孔瀝青空隙分布特性的影響 330
17.4.3 壓實方法對多孔瀝青空隙分布特性的影響 333
參考文獻(xiàn) 335
第18章 瀝青混合料堆積結(jié)構(gòu)的傳荷特性 337
18.1 瀝青混合料堆積結(jié)構(gòu)的數(shù)字化重構(gòu) 337
18.1.1 基于圖像處理技術(shù)的真實瀝青混合料細(xì)觀模型重構(gòu) 337
18.1.2 基于 Monte Carlo方法的二維隨機(jī)瀝青混合料細(xì)觀模型重構(gòu) 348
18.1.3 三維集料顆粒生成與三維隨機(jī)瀝青混合料細(xì)觀模型重構(gòu) 354
18.2 瀝青混合料細(xì)觀顆粒堆積結(jié)構(gòu)與骨架傳荷特性 359
18.2.1 顆粒堆積模擬方法與參數(shù) 359
18.2.2 細(xì)觀堆積結(jié)構(gòu)評價指標(biāo) 361
18.2.3 理想堆積模型的顆粒摩擦與干涉效應(yīng) 364
18.2.4 瀝青混合料堆積模型的級配效應(yīng)與骨架傳荷特性 372
18.2.5 振動壓實對堆積結(jié)構(gòu)的激勵效應(yīng) 382
18.3 常溫下瀝青混合料細(xì)觀黏彈性力學(xué)特性與演化行為 384
18.3.1 瀝青混合料細(xì)觀黏彈性本構(gòu)模型及參數(shù) 385
18.3.2 瀝青砂漿及混合料動態(tài)模量室內(nèi)試驗 390
18.3.3 動態(tài)模量虛擬仿真試驗 397
18.3.4 細(xì)觀黏彈性力學(xué)特性與演化行為 402
18.3.5 細(xì)觀參數(shù)對黏彈性力學(xué)特性的影響 404
18.4 高溫下瀝青混合料細(xì)觀塑性力學(xué)特性與演化行為 408
18.4.1 模擬瀝青混合料塑性變形的細(xì)觀本構(gòu)模型及參數(shù) 409
18.4.2 車轍虛擬仿真試驗 413
18.4.3 車轍試驗過程細(xì)觀塑性變形力學(xué)特性與演化行為 416
18.4.4 細(xì)觀參數(shù)對瀝青混合料永久變形的影響 424
18.5 低溫下瀝青混合料細(xì)觀斷裂力學(xué)特性與演化行為 426
18.5.1 SCB室內(nèi)試驗 427
18.5.2 SCB虛擬仿真試驗 433
18.5.3 細(xì)觀斷裂力學(xué)特性與演化行為 440
18.5.4 細(xì)觀參數(shù)與混合料斷裂力學(xué)行為 443
參考文獻(xiàn) 445
第19章 考慮顆粒相互作用的瀝青混合料細(xì)觀力學(xué)模型 448
19.1 瀝青混合料細(xì)觀力學(xué)模型 448
19.1.1 復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)基本理論 448
19.1.2 單夾雜瀝青混合料細(xì)觀力學(xué)模型 448
19.1.3 多夾雜瀝青混合料細(xì)觀力學(xué)模型 453
19.2 瀝青混合料細(xì)觀力學(xué)模型多尺度適用性分析 454
19.2.1 細(xì)觀力學(xué)模型多尺度驗證 454
19.2.2 細(xì)觀力學(xué)模型適用性影響分析 458
19.3 考慮顆粒相互作用的瀝青膠漿有效復(fù)數(shù)模量預(yù)測模型 462
19.3.1 考慮顆粒相互作用的細(xì)觀力學(xué)模型 462
19.3.2 瀝青膠漿有效模量預(yù)測與驗證 466
19.4 考慮顆粒相互作用的瀝青混合料動態(tài)模量預(yù)測模型 474
19.4.1 考慮顆粒相互作用的細(xì)觀力學(xué)模型 474
19.4.2 瀝青混合料動態(tài)模量測試 478
19.4.3 瀝青混合料動態(tài)模量預(yù)測與模型驗證 482
參考文獻(xiàn) 483
第20章 瀝青混合料堆積結(jié)構(gòu)的破壞 486
20.1 不同受力模式下瀝青混合料破壞特征 486
20.1.1 瀝青混合料的破壞特點 486
20.1.2 不同受力模式下瀝青混合料的強(qiáng)度 487
20.1.3 不同受力模式下瀝青混合料的破壞特征 489
20.2 瀝青混合料堆積體破壞的細(xì)觀結(jié)構(gòu)信息 492
20.2.1 瀝青混合料破壞的評價指標(biāo) 492
20.2.2 不同受力模式下瀝青混合料破壞的細(xì)觀結(jié)構(gòu) 493
參考文獻(xiàn) 506
第21章 基于集料單體幾何特征的瀝青混合料級配設(shè)計 507
21.1 集料單體幾何特征的分形幾何表達(dá) 507
21.1.1 分形幾何體系下的集料形態(tài)特征 507
21.1.2 集料級配的分形 509
21.2 基于矩陣博弈的瀝青混合料級配設(shè)計方法 514
21.2.1 矩陣博弈級配設(shè)計模型 514
21.2.2 基于矩陣博弈的集料級配設(shè)計 517
21.2.3 集料形態(tài)特征指標(biāo)的引入 523
21.2.4 基于假設(shè)檢驗的設(shè)計結(jié)果可靠性分析 528
21.3 瀝青混合料級配設(shè)計方法的試驗驗證 530
21.3.1 基于CBR試驗的設(shè)計方法驗證 530
21.3.2 基于VCA試驗的設(shè)計方法驗證 534
參考文獻(xiàn) 537
第五篇 流變問題
第22章 拌和階段瀝青混合料的流變特性 541
22.1 松散熱態(tài)瀝青混合料流變特性測試 541
22.1.1 流體流變特性及分類 541
22.1.2 松散熱態(tài)瀝青混合料流變特性 542
22.1.3 瀝青混合料流變測試儀設(shè)計 543
22.1.4 流變特性測試試驗參數(shù) 546
22.1.5 流變特性評價指標(biāo) 547
22.2 拌和階段松散熱態(tài)瀝青混合料的流變特性評價 552
22.2.1 不同瀝青用量下的混合料流變特性 552
22.2.2 不同最大公稱粒徑瀝青混合料流變特性 555
22.2.3 不同級配瀝青混合料的流變特性 557
22.2.4 瀝青混合料流變特性與壓實性能相關(guān)性 559
參考文獻(xiàn) 563
第23章 壓實階段瀝青混合料的流變特性 564
23.1 壓實階段熱拌瀝青混合料的壓實特性 564
23.1.1 基于旋轉(zhuǎn)壓實的熱拌瀝青混合料壓實特性 564
23.1.2 基于馬歇爾擊實的熱拌瀝青混合料壓實特性 570
23.2 熱拌瀝青混合料的溫度演化規(guī)律及壓實工藝 573
23.2.1 碾壓溫度場 573
23.2.2 瀝青混合料的有效壓實時間 584
23.2.3 熱拌瀝青混合料壓實能量 588
23.2.4 基于有效壓實時間的熱拌瀝青混合料現(xiàn)場壓實工藝 593
參考文獻(xiàn) 598
第24章 服役階段瀝青混合料的流變特性 599
24.1 評價方法與試件處理 599
24.1.1 評價方法 599
24.1.2 試件處理 599
24.2 斷面顆粒運動規(guī)律 600
24.2.1 基于位移等值線的斷面顆粒運動規(guī)律 600
24.2.2 基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的斷面顆粒運動規(guī)律 608
參考文獻(xiàn) 625
第25章 集料單體幾何特性與瀝青混合料流變特性 626
25.1 集料單體幾何特性的表征 626
25.1.1 集料幾何特性試驗材料 626
25.1.2 集料幾何特性評價指標(biāo) 627
25.1.3 集料幾何特性測試 632
25.2 集料單體幾何特性對拌和階段瀝青混合料流變的影響 644
25.2.1 集料及瀝青混合料拌和流變特性 644
25.2.2 集料幾何特性與集料拌和流變特性關(guān)系 654
25.2.3 集料幾何特性與瀝青混合料拌和流變特性關(guān)系 663
25.3 集料單體幾何特性對壓實階段瀝青混合料流變的影響 667
25.3.1 集料及瀝青混合料壓實流變特性 667
25.3.2 集料及瀝青混合料壓實流變特性測試 669
25.3.3 集料幾何特性與集料壓實流變特性關(guān)系 675
25.3.4 集料幾何特性與瀝青混合料壓實流變特性關(guān)系 684
25.4 集料單體幾何特性對服役階段瀝青混合料流變的影響 688
25.4.1 服役階段瀝青混合料流變特性 688
25.4.2 服役階段瀝青混合料流變特性測試 689
25.4.3 瀝青混合料服役階段流變特性測試結(jié)果及分析 690
25.4.4 集料幾何特性與瀝青混合料服役階段流變特性關(guān)系 694
參考文獻(xiàn) 700
第26章 瀝青混合料的多級分散體系與其流變特性 701
26.1 瀝青結(jié)合料分散尺度的流變特性與關(guān)聯(lián)性 701
26.1.1 瀝青結(jié)合料流變試驗設(shè)計 701
26.1.2 瀝青黏溫曲線及感溫性 703
26.1.3 瀝青高溫線性黏彈特征 705
26.1.4 瀝青高溫重復(fù)蠕變和恢復(fù)流變特性 710
26.1.5 瀝青高溫多重應(yīng)力蠕變恢復(fù)流變特性 716
26.1.6 瀝青低溫線性黏彈特征 719
26.1.7 瀝青中溫疲勞特征 721
26.1.8 瀝青老化敏感性流變指標(biāo) 724
26.2 瀝青膠漿分散尺度的流變特性及影響因素 728
26.2.1 瀝青膠漿流變試驗設(shè)計 728
26.2.2 瀝青膠漿黏溫曲線及影響因素 730
26.2.3 瀝青膠漿高溫線性黏彈特征 733
26.2.4 瀝青膠漿高溫重復(fù)蠕變和恢復(fù)流變特性 742
26.2.5 瀝青膠漿高溫多重應(yīng)力蠕變恢復(fù)流變特性 752
26.2.6 瀝青膠漿低溫線性黏彈特征 762
26.2.7 瀝青膠漿流變特性與瀝青結(jié)合料流變特性相關(guān)性 767
26.3 瀝青混合料分散尺度的流變特性與影響因素 777
26.3.1 瀝青混合料流變試驗及評價指標(biāo) 777
26.3.2 旋轉(zhuǎn)壓實流變特性表征 781
26.3.3 拌和階段集料分散相對瀝青混合料拌和流變特性影響機(jī)制 785
26.3.4 集料分散相幾何特性與混合料拌和流變特性灰色關(guān)聯(lián)分析 790
26.3.5 瀝青膠漿介質(zhì)對瀝青混合料壓實流變特性影響機(jī)理 791
參考文獻(xiàn) 794
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