霍軼珍 王俊 王志華 張霄

摘要：本文針對(duì)傳統(tǒng)溫拌瀝青混和料設(shè)計(jì)方法存在的問題，提出基于宏細(xì)觀力學(xué)方法相結(jié)合的溫拌瀝青混和料設(shè)計(jì)方法，對(duì)溫拌瀝青混和料的力學(xué)性能和破壞過程開展研究。這種方法綜合應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的手段，重點(diǎn)分析細(xì)觀結(jié)構(gòu)與溫拌瀝青混合料的宏細(xì)觀力學(xué)性能及路用性能之間的關(guān)系，創(chuàng)新溫拌瀝青混和料設(shè)計(jì)方法，探索有效提高溫拌瀝青混和料路用性能的措施。

關(guān)鍵詞：瀝青混和料；再生技術(shù)；細(xì)觀力學(xué)；CT技術(shù)

1.溫拌再生瀝青混合料傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

1.1傳統(tǒng)的瀝青混合料設(shè)計(jì)方法存在的問題

我國(guó)現(xiàn)行的瀝青混合料設(shè)計(jì)方法主要包括Marshall設(shè)計(jì)法和Superpave設(shè)計(jì)體系。Superpave設(shè)計(jì)體系是基于體積法來進(jìn)行瀝青混合料設(shè)計(jì)，較傳統(tǒng)的 Marshall設(shè)計(jì)法有較大進(jìn)步，但仍缺乏有效的驗(yàn)證手段。目前，采用這兩種方法設(shè)計(jì)的瀝青路面都存在較多工程病害。原因是 Marshall設(shè)計(jì)法與Superpave設(shè)計(jì)體系都局限于研究瀝青混合料宏觀品質(zhì)與路用性能的相關(guān)性，基本上是按照宏觀的體積指標(biāo)和路用性能指標(biāo)作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。但在路面使用過程中，出現(xiàn)了瀝青混和料宏觀體積指標(biāo)相近，但路用性能相差較大的矛盾現(xiàn)象，究其原因，就是這兩種設(shè)計(jì)方法均忽略了瀝青混合料細(xì)觀結(jié)構(gòu)組成（集料形狀、空隙特征、尺寸、瀝青薄膜厚度和瀝青砂漿的空間分布等）對(duì)瀝青混合料性能的影響。而瀝青混合料的力學(xué)性能相當(dāng)復(fù)雜，其細(xì)觀結(jié)構(gòu)是決定其宏觀性質(zhì)的關(guān)鍵因素，因此，單純從宏觀角度無(wú)法清晰地分析清楚其復(fù)雜的力學(xué)行為及路用性能。

1.2溫拌再生瀝青混合料設(shè)計(jì)方法

溫拌瀝青混合料（WMA）技術(shù)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)在相對(duì)較低的溫度下拌和與成型，有效解決熱拌瀝青技術(shù)中出現(xiàn)的廢氣排放、燃油消耗、且減少材料性能損傷的新技術(shù)，它產(chǎn)生于90年代的歐洲，由英國(guó)的Shell和Kolo-veidekkew公司研制出來，并在國(guó)外逐步開始應(yīng)用。但溫拌再生瀝青混和料技術(shù)的研究與應(yīng)用在我國(guó)還處于初步階段，我國(guó)大部分采用Evotherm方法，也有用Sasobit法生產(chǎn)溫拌瀝青混合料，但是Sasobit法側(cè)重于對(duì)瀝青及瀝青混合料改性效果的評(píng)價(jià)，多以直接應(yīng)用為目的，如溫拌瀝青混合料的制備過程、配合比設(shè)計(jì)、拌合方法、路用性能評(píng)價(jià)等，少有人結(jié)合宏觀路用性能對(duì)溫拌再生瀝青混凝土的細(xì)觀力學(xué)性能開展研究。

2.基于CT技術(shù)的細(xì)觀力學(xué)研究方法

細(xì)觀力學(xué)的研究從材料內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)層次上對(duì)材料進(jìn)行損傷識(shí)別，從而預(yù)測(cè)其宏觀力學(xué)特征，而CT技術(shù)（Computerized Tomograph）的發(fā)展為細(xì)觀力學(xué)研究提供了技術(shù)支持，利用CT檢測(cè)可以識(shí)別材料每一層面的信息并以高分辨率的數(shù)字圖像顯示出來，還可確定檢測(cè)材料損傷缺陷的具體位置并進(jìn)行定量分析，這樣不僅有助于對(duì)材料開裂破壞過程有一個(gè)本質(zhì)認(rèn)識(shí)，也為數(shù)字圖像和數(shù)值模擬的結(jié)合提供了一個(gè)平臺(tái)，克服了傳統(tǒng)意義上瀝青混合料設(shè)計(jì)方法的局限性，并可減少大量的試驗(yàn)工作。

美國(guó)SIMAP研究計(jì)劃的重要成員Masad堅(jiān)持基于數(shù)字圖像技術(shù)研究瀝青混合料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的技術(shù)路線，采用CT技術(shù)取得了大量研究成果。國(guó)內(nèi)道路行業(yè)目前己經(jīng)有多家科研機(jī)構(gòu)配置工業(yè)CT設(shè)備對(duì)瀝青混合料開展基于細(xì)觀力學(xué)方法的研究。

3.宏細(xì)觀力學(xué)相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法

大量研究表明，瀝青混合料作為一種具有非均質(zhì)、不等向的多相混合材料，宏觀結(jié)構(gòu)的破壞是細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化累積的外在表現(xiàn)?；诖耍疚奶岢霾捎煤昙?xì)觀力學(xué)方法相結(jié)合的方法，對(duì)溫拌瀝青混凝土材料的力學(xué)性能和破壞過程進(jìn)行研究，創(chuàng)新溫拌瀝青混凝土設(shè)計(jì)的研究方法。該研究方法在進(jìn)行溫拌再生瀝青混合料宏觀路用性能研究時(shí)仍然采用瀝青混和料傳統(tǒng)的室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備和方法；而進(jìn)行細(xì)觀結(jié)構(gòu)研究時(shí)，則重在將試驗(yàn)觀測(cè)、數(shù)值模擬和計(jì)算分析綜合應(yīng)用。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文在分析傳統(tǒng)再生瀝青混合料設(shè)計(jì)方法存在的問題的基礎(chǔ)上，提出采用宏細(xì)觀力學(xué)相結(jié)合的方法進(jìn)行溫拌瀝青再生混合料設(shè)計(jì)。該方法將宏細(xì)觀力學(xué)方法及圖像處理技術(shù)綜合應(yīng)用，深入探討溫拌瀝青混合料細(xì)觀結(jié)構(gòu)與宏細(xì)觀力學(xué)性能及路用性能之間的關(guān)系，以優(yōu)化溫拌瀝青混合料設(shè)計(jì)方法，促進(jìn)溫拌再生瀝青混合料這種綠色環(huán)保材料的研究、應(yīng)用與推廣。

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基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古自治區(qū)教育廳自然科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：NJZY260）。內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃（編號(hào)：NMGIRT-B1611）。