基于粘彈連續(xù)損傷理論剖析巖瀝青砂漿疲勞自愈合性能的多維度研究一、引言1.1研究背景與意義隨著交通事業(yè)的飛速發(fā)展，瀝青路面憑借其行車舒適、噪音低、易于維修等優(yōu)點(diǎn)，在道路建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，成為高等級(jí)公路的主要路面形式。然而，在長期交通荷載和復(fù)雜環(huán)境因素的共同作用下，瀝青路面不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種病害，其中疲勞開裂是最為常見且危害較大的病害之一。交通荷載的反復(fù)作用使得瀝青路面材料承受交變應(yīng)力或應(yīng)變，導(dǎo)致材料內(nèi)部逐漸產(chǎn)生微裂紋并不斷擴(kuò)展。這些微裂紋在初始階段可能對(duì)路面性能影響較小，但隨著交通荷載的持續(xù)作用，微裂紋會(huì)相互連接、貫通，最終形成宏觀裂縫。而環(huán)境因素，如溫度變化、濕度、紫外線等，會(huì)進(jìn)一步加速瀝青路面的老化和性能劣化，使得疲勞開裂問題更加嚴(yán)重。例如，在高溫季節(jié)，瀝青材料的粘度降低，強(qiáng)度和剛度下降，更容易在荷載作用下產(chǎn)生變形和損傷；在低溫環(huán)境下，瀝青材料的脆性增加，抗裂性能減弱，微小的應(yīng)力集中就可能引發(fā)裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。瀝青路面一旦出現(xiàn)疲勞開裂，在車輛荷載及雨水等因素的作用下，其力學(xué)性能會(huì)迅速惡化。車輪荷載的反復(fù)碾壓會(huì)使裂縫兩側(cè)的路面材料進(jìn)一步破碎、剝落，導(dǎo)致表層粒料脫落；雨水會(huì)通過裂縫滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使基層材料軟化，降低路面的承載能力，進(jìn)而引發(fā)坑槽、唧泥等一系列病害。這些病害不僅降低了路面的平整度和抗滑性能，影響行車的舒適性和安全性，還極大地縮短了路面的使用壽命，增加了道路養(yǎng)護(hù)和維修的成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因?yàn)r青路面疲勞開裂等病害導(dǎo)致的路面維修費(fèi)用占道路養(yǎng)護(hù)總費(fèi)用的相當(dāng)大比例，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來了沉重負(fù)擔(dān)。為了解決瀝青路面疲勞開裂問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，提出了多種方法和技術(shù)，如優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、改進(jìn)瀝青混合料配合比、使用高性能瀝青和添加劑等。然而，這些方法雖然在一定程度上改善了瀝青路面的性能，但仍無法完全避免疲勞開裂的發(fā)生。近年來，隨著對(duì)材料自愈合性能研究的深入，發(fā)現(xiàn)瀝青混合料具有一定的自我愈合能力，即在特定環(huán)境下，損傷后的瀝青混合料能夠通過自身的物理和化學(xué)作用，使裂縫得到一定程度的愈合，恢復(fù)部分力學(xué)性能。這一發(fā)現(xiàn)為解決瀝青路面疲勞開裂問題提供了新的思路和途徑。巖瀝青作為一種天然的瀝青材料，具有獨(dú)特的化學(xué)組成和物理性能。它含有豐富的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等成分，與基質(zhì)瀝青相比，具有更高的軟化點(diǎn)、粘度和強(qiáng)度，以及更好的抗老化性能和抗疲勞性能。將巖瀝青添加到基質(zhì)瀝青中制備巖瀝青砂漿，可以顯著改善瀝青砂漿的性能，提高其抵抗疲勞開裂的能力。同時(shí)，巖瀝青砂漿在損傷后也表現(xiàn)出一定的自愈合性能，其自愈合機(jī)制涉及到瀝青分子的擴(kuò)散、重排以及物理交聯(lián)等多種過程。研究巖瀝青砂漿的疲勞自愈合性能，對(duì)于深入理解瀝青混合料的自愈合機(jī)理，開發(fā)高性能的瀝青路面材料具有重要的理論意義。從實(shí)際工程應(yīng)用角度來看，提高瀝青路面的自愈合性能可以有效延長路面的使用壽命，減少路面維修和養(yǎng)護(hù)的頻率和成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。通過研究巖瀝青砂漿的疲勞自愈合性能，可以為瀝青路面的設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，指導(dǎo)工程實(shí)踐中合理選擇材料和施工工藝，提高瀝青路面的質(zhì)量和耐久性。例如，在路面設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)巖瀝青砂漿的自愈合性能特點(diǎn)，優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)和厚度，以充分發(fā)揮其自愈合優(yōu)勢；在施工過程中，可以通過控制施工溫度、壓實(shí)度等參數(shù)，促進(jìn)巖瀝青砂漿自愈合性能的發(fā)揮；在路面養(yǎng)護(hù)中，可以利用巖瀝青砂漿的自愈合性能，合理制定養(yǎng)護(hù)策略，對(duì)輕微損傷的路面采取適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)措施，促進(jìn)其自愈合，延緩病害的發(fā)展，從而降低養(yǎng)護(hù)成本，提高道路的服務(wù)水平。綜上所述，基于粘彈連續(xù)損傷理論研究巖瀝青砂漿的疲勞自愈合性能具有重要的研究背景和意義，對(duì)于解決瀝青路面疲勞開裂問題，提升瀝青路面的耐久性和使用性能，降低道路養(yǎng)護(hù)成本，推動(dòng)道路工程領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1巖瀝青砂漿疲勞性能研究巖瀝青作為一種天然瀝青材料，其獨(dú)特的性能對(duì)瀝青砂漿疲勞性能的影響一直是研究的熱點(diǎn)。國外學(xué)者早在20世紀(jì)就開始關(guān)注巖瀝青在道路工程中的應(yīng)用。例如，美國在一些道路建設(shè)中嘗試使用巖瀝青改善瀝青路面性能，發(fā)現(xiàn)巖瀝青能夠提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗疲勞性能。早期的研究主要集中在巖瀝青的物理特性和化學(xué)成分分析，通過對(duì)不同產(chǎn)地巖瀝青的研究，了解其基本性能差異。隨著研究的深入，開始關(guān)注巖瀝青與基質(zhì)瀝青的相容性以及對(duì)瀝青砂漿微觀結(jié)構(gòu)的影響。利用掃描電子顯微鏡（SEM）等技術(shù)觀察發(fā)現(xiàn)，巖瀝青能夠均勻分散在基質(zhì)瀝青中，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)瀝青砂漿的內(nèi)聚力，從而提高其抗疲勞性能。國內(nèi)對(duì)巖瀝青砂漿疲勞性能的研究起步相對(duì)較晚，但發(fā)展迅速。近年來，眾多學(xué)者通過室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)巖瀝青改性瀝青砂漿的疲勞性能進(jìn)行了大量研究。研究發(fā)現(xiàn)，巖瀝青的摻量對(duì)瀝青砂漿疲勞性能有顯著影響。適量的巖瀝青摻量可以提高瀝青砂漿的疲勞壽命，當(dāng)摻量超過一定值時(shí)，疲勞性能反而下降。通過小梁彎曲疲勞試驗(yàn)，分析不同巖瀝青摻量下瀝青砂漿的勁度模量、疲勞壽命等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)巖瀝青摻量為8%時(shí)，瀝青砂漿的疲勞壽命達(dá)到最大值，勁度模量也較為理想。同時(shí)，研究還關(guān)注了巖瀝青的粒徑、加工工藝等因素對(duì)瀝青砂漿疲勞性能的影響。采用不同粒徑的巖瀝青進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，較小粒徑的巖瀝青能夠更好地與基質(zhì)瀝青混合，提高瀝青砂漿的均勻性，從而提升其疲勞性能。在加工工藝方面，干拌法和濕拌法對(duì)巖瀝青砂漿疲勞性能也存在差異，干拌法能夠使巖瀝青更好地裹覆集料，增強(qiáng)界面粘結(jié)力，提高疲勞性能。1.2.2瀝青材料自愈合性能研究瀝青材料自愈合性能的研究可以追溯到20世紀(jì)60年代。1967年，Bazin和Saunier首次報(bào)道了瀝青混合料的損傷愈合現(xiàn)象，此后，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)瀝青材料自愈合性能展開了廣泛研究。從自愈合機(jī)理方面來看，國外學(xué)者提出了多種理論。Little和Bhasin從微觀角度提出瀝青材料的自愈合主要是瀝青的擴(kuò)散，包括裂縫上下界面的浸潤和裂縫界面的瀝青分子擴(kuò)散到裂縫處，使瀝青材料重新獲得強(qiáng)度。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的AlvaroGaravia提出了毛細(xì)管流動(dòng)理論，認(rèn)為瀝青材料產(chǎn)生的裂縫相當(dāng)于是毛細(xì)管，在合適的條件下，瀝青會(huì)由于毛細(xì)作用向裂縫處流動(dòng)，最終愈合裂縫。國內(nèi)學(xué)者在瀝青材料自愈合機(jī)理研究方面也取得了一定成果。同濟(jì)大學(xué)孫大權(quán)等從微觀角度進(jìn)一步解釋了瀝青混合料裂縫的自愈合過程，認(rèn)為是裂縫上下表面的瀝青分子為降低表面能而自發(fā)進(jìn)行的界面浸潤、吸附和分子擴(kuò)散，其動(dòng)力來源于裂縫界面分子的范德華力和氫鍵形成的化學(xué)吸附。在自愈合評(píng)價(jià)方法上，國內(nèi)外研究主要從瀝青膠結(jié)料和瀝青混合料兩個(gè)層面展開。面向?yàn)r青膠結(jié)料的自愈合評(píng)價(jià)方法，如使用分子模擬技術(shù)和動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)等。Bommavaram等采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀研究了五種瀝青的自愈合性能，指出瀝青材料的短期自愈效率取決于材料的表面能，長期自愈效率取決于瀝青分子的擴(kuò)散特性。面向?yàn)r青混合料的自愈合評(píng)價(jià)方法，常用的有直接拉伸試驗(yàn)、重復(fù)三軸試驗(yàn)等。馬元珽介紹了挪威的一種方法，把瀝青混合料切割成立方體試件進(jìn)行抗拉試驗(yàn)，以兩次抗拉強(qiáng)度之比表征瀝青混合料的自愈合能力。Chowday等進(jìn)行瀝青混合料小梁的重復(fù)三軸試驗(yàn)，用間歇前后試件的變形百分比和卸載后間歇期的變形恢復(fù)程度來評(píng)價(jià)自愈合性能。1.2.3粘彈連續(xù)損傷理論在瀝青材料中的應(yīng)用研究粘彈連續(xù)損傷理論在瀝青材料中的應(yīng)用研究逐漸受到重視。國外學(xué)者在該領(lǐng)域的研究較早，建立了多種基于粘彈連續(xù)損傷理論的瀝青材料損傷模型。這些模型考慮了瀝青材料的粘彈性特性、損傷演化規(guī)律以及溫度、荷載等因素的影響。通過有限元方法將這些模型應(yīng)用于瀝青路面結(jié)構(gòu)分析，能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測瀝青路面在交通荷載作用下的損傷發(fā)展和疲勞壽命。例如，美國北卡羅來納州立大學(xué)的Y.RichardKim教授開發(fā)了基于AMPT的瀝青混合料性能評(píng)價(jià)體系，其中包括基于粘彈連續(xù)損傷理論的循環(huán)直接拉伸疲勞試驗(yàn)（S-VECD試驗(yàn)）。該試驗(yàn)方法只需在3個(gè)溫度條件下測量混合料的動(dòng)態(tài)模量，選用1個(gè)測試溫度，1個(gè)試驗(yàn)頻率以3種應(yīng)變幅值來進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，整套試驗(yàn)可在較短時(shí)間內(nèi)完成，相比傳統(tǒng)的棱柱體小梁四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，具有更高的效率和實(shí)用性。國內(nèi)學(xué)者在粘彈連續(xù)損傷理論應(yīng)用于瀝青材料方面也進(jìn)行了大量研究。通過室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬，驗(yàn)證和改進(jìn)了國外的相關(guān)模型，并結(jié)合國內(nèi)的實(shí)際情況，建立了適合我國瀝青路面材料和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的損傷模型。利用粘彈連續(xù)損傷理論分析不同瀝青混合料的疲勞損傷過程，研究損傷變量與材料性能參數(shù)之間的關(guān)系，為瀝青路面的設(shè)計(jì)和施工提供理論依據(jù)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，通過對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，考慮材料的損傷演化，優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高路面的耐久性和使用壽命。1.2.4研究現(xiàn)狀總結(jié)與不足綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者在巖瀝青砂漿疲勞性能、瀝青材料自愈合性能以及粘彈連續(xù)損傷理論在瀝青材料中的應(yīng)用等方面取得了豐碩的研究成果。然而，現(xiàn)有研究仍存在一些不足之處。在巖瀝青砂漿疲勞性能研究方面，雖然對(duì)巖瀝青的摻量、粒徑、加工工藝等因素進(jìn)行了研究，但不同研究之間的結(jié)果存在一定差異，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)論。對(duì)于巖瀝青砂漿在復(fù)雜環(huán)境條件下（如高溫、低溫、潮濕等）的疲勞性能研究還不夠深入。在瀝青材料自愈合性能研究中，雖然提出了多種自愈合機(jī)理和評(píng)價(jià)方法，但各種理論和方法之間的關(guān)聯(lián)性和互補(bǔ)性研究較少，尚未形成完善的自愈合性能評(píng)價(jià)體系。而且，對(duì)于瀝青自愈合性能的影響因素研究主要集中在溫度、間歇時(shí)間、瀝青種類等方面，對(duì)于其他因素（如荷載模式、應(yīng)力水平、集料特性等）的影響研究相對(duì)較少。在粘彈連續(xù)損傷理論應(yīng)用于瀝青材料的研究中，雖然建立了一些損傷模型，但這些模型的參數(shù)確定較為復(fù)雜，需要大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，在實(shí)際工程應(yīng)用中存在一定困難。同時(shí)，對(duì)于模型的驗(yàn)證和改進(jìn)還需要進(jìn)一步加強(qiáng)，以提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性。針對(duì)現(xiàn)有研究的不足，本文將基于粘彈連續(xù)損傷理論，深入研究巖瀝青砂漿的疲勞自愈合性能。通過系統(tǒng)的室內(nèi)試驗(yàn)，全面分析巖瀝青摻量、溫度、荷載等因素對(duì)巖瀝青砂漿疲勞自愈合性能的影響，建立基于粘彈連續(xù)損傷理論的巖瀝青砂漿疲勞自愈合模型，并通過數(shù)值模擬和實(shí)際工程驗(yàn)證，完善模型的參數(shù)和應(yīng)用范圍，為瀝青路面的設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)提供更科學(xué)、準(zhǔn)確的理論依據(jù)和技術(shù)支持。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本文基于粘彈連續(xù)損傷理論，對(duì)巖瀝青砂漿的疲勞自愈合性能展開研究，具體內(nèi)容如下：巖瀝青砂漿基本性能試驗(yàn)：通過室內(nèi)試驗(yàn)，研究不同巖瀝青摻量下巖瀝青砂漿的基本物理性能，如密度、空隙率等，以及力學(xué)性能，包括抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度等，分析巖瀝青摻量對(duì)這些性能的影響規(guī)律，為后續(xù)疲勞自愈合性能研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。巖瀝青砂漿疲勞性能試驗(yàn)：采用小梁彎曲疲勞試驗(yàn)、間接拉伸疲勞試驗(yàn)等方法，研究不同巖瀝青摻量、溫度、加載頻率等因素對(duì)巖瀝青砂漿疲勞壽命的影響。分析疲勞過程中巖瀝青砂漿的勁度模量、耗散能等參數(shù)的變化規(guī)律，建立基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的疲勞壽命預(yù)測模型。巖瀝青砂漿自愈合性能試驗(yàn)：利用“疲勞-間歇-疲勞”試驗(yàn)方法，研究巖瀝青砂漿在不同損傷程度、間歇時(shí)間、愈合溫度等條件下的自愈合性能。通過測量間歇前后試件的力學(xué)性能參數(shù)，如勁度模量、強(qiáng)度等，采用愈合指數(shù)等指標(biāo)評(píng)價(jià)巖瀝青砂漿的自愈合能力，分析各因素對(duì)自愈合性能的影響。基于粘彈連續(xù)損傷理論的模型建立：引入粘彈連續(xù)損傷理論，考慮巖瀝青砂漿的粘彈性特性和損傷演化規(guī)律，建立巖瀝青砂漿疲勞自愈合模型。確定模型中的參數(shù)，如損傷變量、粘彈性參數(shù)等，并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證和校準(zhǔn)，提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性。數(shù)值模擬與分析：利用有限元軟件，將建立的疲勞自愈合模型應(yīng)用于瀝青路面結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬。分析在交通荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)中巖瀝青砂漿層的損傷發(fā)展和自愈合過程，研究不同路面結(jié)構(gòu)參數(shù)、交通荷載條件對(duì)巖瀝青砂漿疲勞自愈合性能的影響，為瀝青路面的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論依據(jù)。實(shí)際工程驗(yàn)證：選取實(shí)際瀝青路面工程，對(duì)巖瀝青砂漿的疲勞自愈合性能進(jìn)行現(xiàn)場驗(yàn)證。通過長期監(jiān)測路面的使用性能，如平整度、裂縫發(fā)展情況等，對(duì)比理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果，評(píng)估巖瀝青砂漿在實(shí)際工程中的應(yīng)用效果，進(jìn)一步完善研究成果。1.3.2研究方法文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國內(nèi)外關(guān)于巖瀝青砂漿疲勞性能、瀝青材料自愈合性能以及粘彈連續(xù)損傷理論應(yīng)用等方面的文獻(xiàn)資料，了解研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，分析現(xiàn)有研究的不足，為本研究提供理論基礎(chǔ)和研究思路。室內(nèi)試驗(yàn)法：按照相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程，進(jìn)行巖瀝青砂漿的基本性能試驗(yàn)、疲勞性能試驗(yàn)和自愈合性能試驗(yàn)。采用先進(jìn)的試驗(yàn)設(shè)備，如動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）、萬能材料試驗(yàn)機(jī)、環(huán)境箱等，準(zhǔn)確測量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確保試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。理論分析法：基于粘彈連續(xù)損傷理論，結(jié)合巖瀝青砂漿的物理力學(xué)特性，建立疲勞自愈合模型。運(yùn)用數(shù)學(xué)方法對(duì)模型進(jìn)行推導(dǎo)和求解，分析模型中各參數(shù)的物理意義和影響規(guī)律。數(shù)值模擬法：利用有限元軟件，如ABAQUS、ANSYS等，建立瀝青路面結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型。將建立的疲勞自愈合模型嵌入到有限元模型中，模擬交通荷載作用下路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)和損傷自愈合過程，通過數(shù)值模擬分析不同因素對(duì)巖瀝青砂漿疲勞自愈合性能的影響?，F(xiàn)場監(jiān)測法：在實(shí)際瀝青路面工程中，設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，對(duì)路面的使用性能進(jìn)行長期監(jiān)測。采用路面平整度儀、裂縫觀測儀等設(shè)備，定期采集路面的平整度、裂縫寬度和長度等數(shù)據(jù)，分析巖瀝青砂漿在實(shí)際工程中的疲勞自愈合效果，驗(yàn)證研究成果的實(shí)用性。二、相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1粘彈連續(xù)損傷理論概述2.1.1粘彈性基本概念粘彈性是指材料在受力過程中，同時(shí)表現(xiàn)出彈性和粘性的特性。與彈性材料不同，粘彈性材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不僅取決于當(dāng)前的應(yīng)變狀態(tài)，還與應(yīng)變的歷史和時(shí)間相關(guān)。在彈性材料中，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，遵循胡克定律，當(dāng)外力去除后，材料能夠立即恢復(fù)到初始狀態(tài)，且變形過程中沒有能量損耗。而粘彈性材料在受力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生即時(shí)的彈性變形，同時(shí)也會(huì)隨著時(shí)間的推移發(fā)生緩慢的粘性流動(dòng)，即使外力去除后，其變形也不能立即完全恢復(fù)，會(huì)存在一定的殘余變形，并且在變形過程中會(huì)有能量以熱能等形式耗散。為了描述粘彈性材料的力學(xué)行為，人們建立了多種力學(xué)模型，其中Maxwell模型和Kelvin模型是較為經(jīng)典的線性粘彈性模型。Maxwell模型由一個(gè)彈簧和一個(gè)粘壺串聯(lián)而成，彈簧代表彈性元件，其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系遵循胡克定律，即\sigma_{e}=E\varepsilon_{e}，其中\(zhòng)sigma_{e}為彈簧的應(yīng)力，E為彈性模量，\varepsilon_{e}為彈簧的應(yīng)變；粘壺代表粘性元件，其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為\sigma_{v}=\eta\frac{d\varepsilon_{v}}{dt}，其中\(zhòng)sigma_{v}為粘壺的應(yīng)力，\eta為粘性系數(shù)，\frac{d\varepsilon_{v}}{dt}為粘壺的應(yīng)變速率。當(dāng)Maxwell模型受到外力作用時(shí)，總應(yīng)變\varepsilon等于彈簧應(yīng)變\varepsilon_{e}與粘壺應(yīng)變\varepsilon_{v}之和，總應(yīng)力\sigma等于彈簧應(yīng)力\sigma_{e}與粘壺應(yīng)力\sigma_{v}相等。在恒定應(yīng)力\sigma_{0}作用下，Maxwell模型的應(yīng)變隨時(shí)間的變化關(guān)系為\varepsilon(t)=\frac{\sigma_{0}}{E}+\frac{\sigma_{0}}{\eta}t，可以看出，模型表現(xiàn)出彈性的瞬時(shí)響應(yīng)和粘性的隨時(shí)間發(fā)展的特性，能夠描述材料的應(yīng)力松弛現(xiàn)象，即當(dāng)應(yīng)變保持恒定時(shí)，應(yīng)力隨時(shí)間逐漸減小。Kelvin模型則是由一個(gè)彈簧和一個(gè)粘壺并聯(lián)組成，在該模型中，彈簧和粘壺的應(yīng)變相等，均為總應(yīng)變\varepsilon，總應(yīng)力\sigma等于彈簧應(yīng)力\sigma_{e}與粘壺應(yīng)力\sigma_{v}之和。其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為\sigma=E\varepsilon+\eta\frac{d\varepsilon}{dt}。在恒定應(yīng)力\sigma_{0}作用下，Kelvin模型的應(yīng)變響應(yīng)為\varepsilon(t)=\frac{\sigma_{0}}{E}(1-e^{-\frac{E}{\eta}t})，可以看出，模型的應(yīng)變不會(huì)瞬間達(dá)到最終值，而是隨著時(shí)間逐漸趨近于平衡值，能夠較好地描述材料的蠕變現(xiàn)象，即材料在恒定應(yīng)力作用下，應(yīng)變隨時(shí)間不斷增加。這些模型雖然能夠在一定程度上描述粘彈性材料的基本力學(xué)行為，但實(shí)際材料的粘彈性往往更為復(fù)雜，可能涉及非線性、多尺度等因素，需要進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)模型來更準(zhǔn)確地描述材料的粘彈性特性。2.1.2連續(xù)損傷理論原理連續(xù)損傷理論是一種用于研究材料內(nèi)部損傷演化及其對(duì)材料力學(xué)性能影響的理論。該理論將材料內(nèi)部的損傷視為一種連續(xù)的變量，通過引入損傷變量來描述材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的劣化程度。損傷變量可以是標(biāo)量、矢量或張量，根據(jù)材料的損傷特性和研究目的進(jìn)行選擇。常見的損傷變量定義方式包括基于材料的彈性模量退化、裂紋密度、空洞體積分?jǐn)?shù)等。在連續(xù)損傷理論中，認(rèn)為材料的損傷會(huì)導(dǎo)致其力學(xué)性能的下降。以彈性模量為例，隨著損傷的發(fā)展，材料的彈性模量會(huì)逐漸減小，從而使材料的剛度降低。假設(shè)初始狀態(tài)下材料的彈性模量為E_{0}，損傷變量為D，則損傷后材料的有效彈性模量E可表示為E=(1-D)E_{0}。這表明損傷變量D越大，材料的彈性模量下降越明顯，材料的力學(xué)性能越差。損傷的演化過程是連續(xù)損傷理論的核心內(nèi)容之一。損傷演化方程描述了損傷變量隨時(shí)間、應(yīng)力、應(yīng)變等因素的變化規(guī)律。一般來說，損傷演化方程的建立基于熱力學(xué)原理和實(shí)驗(yàn)觀測。從熱力學(xué)角度出發(fā)，損傷演化過程伴隨著能量的耗散，通過引入損傷耗散勢函數(shù)，可以建立損傷演化方程。常見的損傷演化方程形式如Kachanov方程：\frac{dD}{dt}=A\sigma^{n}，其中A和n是與材料相關(guān)的常數(shù)，\sigma為應(yīng)力。該方程表明損傷的發(fā)展速率與應(yīng)力的n次方成正比，應(yīng)力越大，損傷發(fā)展越快。連續(xù)損傷理論還考慮了損傷的各向異性特性。在實(shí)際材料中，損傷往往在不同方向上表現(xiàn)出不同的發(fā)展程度，因此需要采用各向異性損傷模型來描述這種特性。各向異性損傷模型通常通過引入損傷張量來描述損傷在不同方向上的差異，從而更準(zhǔn)確地反映材料的力學(xué)性能變化。2.1.3粘彈連續(xù)損傷理論的應(yīng)用與發(fā)展粘彈連續(xù)損傷理論在材料疲勞、斷裂等研究領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。在材料疲勞研究中，該理論可以考慮材料在循環(huán)荷載作用下的粘彈性特性和損傷演化過程，更準(zhǔn)確地預(yù)測材料的疲勞壽命。通過建立基于粘彈連續(xù)損傷理論的疲勞模型，能夠分析不同加載條件、溫度、頻率等因素對(duì)材料疲勞性能的影響。例如，在航空航天領(lǐng)域，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件在高溫、高應(yīng)力和復(fù)雜載荷條件下工作，利用粘彈連續(xù)損傷理論可以對(duì)這些零部件的疲勞壽命進(jìn)行評(píng)估，為其設(shè)計(jì)和維護(hù)提供重要依據(jù)。在材料斷裂研究中，粘彈連續(xù)損傷理論可以解釋材料在斷裂過程中的能量耗散和裂紋擴(kuò)展機(jī)制。考慮材料的粘彈性，能夠更全面地理解裂紋尖端的應(yīng)力應(yīng)變場分布以及裂紋的起裂和擴(kuò)展過程。對(duì)于一些粘彈性材料，如橡膠、高分子材料等，其斷裂行為與傳統(tǒng)彈性材料有很大不同，粘彈連續(xù)損傷理論為研究這些材料的斷裂特性提供了有效的方法。在瀝青材料領(lǐng)域，粘彈連續(xù)損傷理論的應(yīng)用也逐漸受到關(guān)注。隨著交通量的增加和車輛荷載的加重，瀝青路面面臨著越來越嚴(yán)峻的疲勞和開裂問題。傳統(tǒng)的瀝青材料性能研究方法往往忽略了材料的粘彈性和損傷演化特性，難以準(zhǔn)確描述瀝青路面在實(shí)際使用過程中的力學(xué)行為。而粘彈連續(xù)損傷理論的引入，為瀝青材料的性能研究提供了新的視角。通過建立基于粘彈連續(xù)損傷理論的瀝青材料模型，可以分析瀝青在不同溫度、荷載條件下的疲勞損傷過程，預(yù)測瀝青路面的使用壽命。該理論在瀝青材料領(lǐng)域的發(fā)展歷程經(jīng)歷了從理論探索到實(shí)際應(yīng)用的過程。早期，研究主要集中在理論模型的建立和參數(shù)確定上，通過對(duì)瀝青材料的粘彈性和損傷特性進(jìn)行試驗(yàn)研究，獲取模型所需的參數(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬方法逐漸成為研究瀝青材料粘彈連續(xù)損傷行為的重要手段。利用有限元軟件等工具，將粘彈連續(xù)損傷模型應(yīng)用于瀝青路面結(jié)構(gòu)的分析，能夠更直觀地了解路面在荷載作用下的損傷分布和發(fā)展情況。目前，粘彈連續(xù)損傷理論在瀝青材料領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的成果，為瀝青路面的設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)提供了理論支持。然而，該理論在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些問題，如模型參數(shù)的確定較為復(fù)雜，需要大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持；不同模型之間的適用性和準(zhǔn)確性還需要進(jìn)一步驗(yàn)證和比較等。未來，隨著研究的深入和技術(shù)的不斷進(jìn)步，粘彈連續(xù)損傷理論在瀝青材料領(lǐng)域有望得到更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，為解決瀝青路面的疲勞和開裂問題提供更有效的方法。2.2瀝青材料的疲勞與自愈合特性2.2.1瀝青材料疲勞的機(jī)理與過程瀝青材料在交通荷載的反復(fù)作用下，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸發(fā)生變化，從而導(dǎo)致疲勞損傷。從微觀角度來看，瀝青是一種復(fù)雜的膠體體系，主要由瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、芳香分和飽和分組成。在荷載作用下，瀝青分子之間的相互作用力會(huì)發(fā)生改變，分子鏈開始產(chǎn)生滑移和重排。當(dāng)荷載反復(fù)施加時(shí)，分子鏈的滑移和重排會(huì)逐漸積累，導(dǎo)致瀝青內(nèi)部出現(xiàn)微觀缺陷，如微裂紋和微空洞的產(chǎn)生。這些微裂紋和微空洞最初可能非常微小，對(duì)瀝青材料的宏觀性能影響不大，但隨著荷載循環(huán)次數(shù)的增加，它們會(huì)逐漸擴(kuò)展和相互連接。微裂紋的擴(kuò)展主要受到應(yīng)力集中的影響，在微裂紋尖端，應(yīng)力會(huì)高度集中，使得裂紋尖端的材料更容易發(fā)生破壞，從而導(dǎo)致裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展。同時(shí)，微裂紋之間也會(huì)發(fā)生相互作用，當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)微裂紋靠近時(shí)，它們之間的應(yīng)力場會(huì)相互干擾，促進(jìn)裂紋的連接和貫通。在這個(gè)過程中，瀝青的力學(xué)性能逐漸下降，表現(xiàn)為勁度模量降低、強(qiáng)度減弱等。當(dāng)微裂紋擴(kuò)展到一定程度，形成宏觀裂縫時(shí)，瀝青材料就發(fā)生了疲勞破壞。此時(shí)，路面結(jié)構(gòu)的承載能力大幅下降，在車輛荷載的作用下，裂縫會(huì)進(jìn)一步加寬、加深，導(dǎo)致路面出現(xiàn)坑槽、松散等病害，嚴(yán)重影響道路的使用性能和行車安全。例如，在實(shí)際道路中，長期承受重載交通的路段，由于車輛荷載的反復(fù)作用，瀝青路面更容易出現(xiàn)疲勞開裂現(xiàn)象，且裂縫發(fā)展速度較快。研究表明，瀝青的疲勞壽命與荷載大小、加載頻率、溫度等因素密切相關(guān)。荷載越大，加載頻率越高，瀝青材料的疲勞壽命越短；溫度對(duì)瀝青的粘彈性有顯著影響，高溫時(shí)瀝青的粘度降低，更容易發(fā)生變形和損傷，而低溫時(shí)瀝青的脆性增加，抗裂性能減弱，也會(huì)加速疲勞破壞的進(jìn)程。2.2.2自愈合特性的概念與意義瀝青材料的自愈合特性是指在一定條件下，瀝青材料內(nèi)部產(chǎn)生的微裂縫能夠自動(dòng)愈合，使其力學(xué)性能得到部分恢復(fù)的能力。這種自愈合能力主要源于瀝青分子的擴(kuò)散和重排。當(dāng)瀝青材料出現(xiàn)微裂縫時(shí)，裂縫兩側(cè)的瀝青分子會(huì)在溫度、時(shí)間等因素的作用下，逐漸向裂縫處擴(kuò)散和遷移。在擴(kuò)散過程中，瀝青分子之間的相互作用力促使它們重新排列，填充裂縫空間，從而使裂縫得到愈合。自愈合特性對(duì)于延長瀝青路面的壽命具有重要意義。在實(shí)際道路使用過程中，瀝青路面不可避免地會(huì)受到各種因素的影響而產(chǎn)生損傷，如交通荷載、溫度變化、紫外線輻射等。如果瀝青路面具有良好的自愈合性能，那么在損傷初期，微裂縫能夠及時(shí)得到愈合，阻止裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，從而保持路面的結(jié)構(gòu)完整性和力學(xué)性能。這不僅可以減少路面病害的發(fā)生，降低道路養(yǎng)護(hù)和維修的成本，還能提高路面的使用壽命，保障道路的正常通行。例如，在一些采用了具有自愈合性能瀝青材料的道路工程中，路面在使用一定年限后，雖然經(jīng)歷了大量的交通荷載作用，但通過自愈合作用，路面的裂縫得到了有效控制，平整度和抗滑性能仍能滿足使用要求，相比傳統(tǒng)瀝青路面，其使用壽命明顯延長。而且，良好的自愈合性能還可以提高路面的環(huán)保性能，減少因道路維修產(chǎn)生的廢棄材料，降低對(duì)環(huán)境的影響。2.2.3影響瀝青自愈合性能的因素分析影響瀝青自愈合性能的因素眾多，其中愈合溫度起著關(guān)鍵作用。溫度升高時(shí)，瀝青分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子的擴(kuò)散速度加快，有利于裂縫的愈合。在高溫環(huán)境下，瀝青分子能夠更迅速地向裂縫處遷移，填充裂縫空間，從而提高自愈合效率。研究表明，在一定溫度范圍內(nèi)，瀝青的自愈合性能隨溫度的升高而增強(qiáng)。當(dāng)溫度過高時(shí)，瀝青會(huì)發(fā)生軟化，其力學(xué)性能下降，可能會(huì)對(duì)自愈合效果產(chǎn)生負(fù)面影響。愈合時(shí)間也是影響瀝青自愈合性能的重要因素。隨著愈合時(shí)間的增加，瀝青分子有更多的時(shí)間進(jìn)行擴(kuò)散和重排，裂縫愈合得更加充分。在較短的時(shí)間內(nèi)，瀝青分子可能無法完全填充裂縫，導(dǎo)致自愈合效果不佳。然而，當(dāng)愈合時(shí)間達(dá)到一定程度后，自愈合效率的增長會(huì)逐漸趨于平緩，繼續(xù)延長愈合時(shí)間對(duì)自愈合性能的提升作用不再明顯。損傷程度對(duì)瀝青自愈合性能也有顯著影響。損傷程度較輕時(shí)，裂縫較小，瀝青分子更容易擴(kuò)散到裂縫處進(jìn)行愈合，自愈合效果較好。當(dāng)損傷程度較重，裂縫較大時(shí)，瀝青分子需要擴(kuò)散的距離增加，且裂縫周圍的應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，會(huì)阻礙瀝青分子的擴(kuò)散和重排，從而降低自愈合性能。例如，在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中，對(duì)不同損傷程度的瀝青試件進(jìn)行自愈合試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)損傷程度較輕的試件在相同的愈合條件下，其自愈合后的力學(xué)性能恢復(fù)程度明顯高于損傷程度較重的試件。改性劑的添加也是影響瀝青自愈合性能的重要因素之一。不同類型的改性劑對(duì)瀝青自愈合性能的影響機(jī)制不同。一些聚合物改性劑，如SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物），能夠與瀝青形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)瀝青分子之間的相互作用力，提高瀝青的粘度和韌性，從而改善瀝青的自愈合性能。纖維改性劑，如木質(zhì)素纖維，能夠均勻分散在瀝青中，增加瀝青的內(nèi)摩擦力，阻礙裂縫的擴(kuò)展，同時(shí)為瀝青分子的擴(kuò)散提供通道，促進(jìn)自愈合過程。研究表明，適量添加改性劑可以顯著提高瀝青的自愈合性能，但改性劑的種類和摻量需要根據(jù)具體情況進(jìn)行優(yōu)化選擇，以達(dá)到最佳的自愈合效果。三、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)3.1實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備本實(shí)驗(yàn)選用的巖瀝青為布敦巖瀝青，產(chǎn)自印度尼西亞蘇拉威西島東南部的布敦島。它是古代石油滲透在巖石層中，經(jīng)過一萬年的海底沉積、承受壓力和地質(zhì)變動(dòng)而形成的瀝青石。這種巖瀝青呈淺褐色，為細(xì)顆粒狀，其中瀝青含量約20%，其余為石灰?guī)r類礦物質(zhì)。在道路工程中，布敦巖瀝青具有諸多優(yōu)良特性，其瀝青質(zhì)含量高而油分含量低，能顯著提高基質(zhì)瀝青的高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性能，且耐久性好、造價(jià)低，具有很高的推廣價(jià)值。經(jīng)檢測，本實(shí)驗(yàn)所用布敦巖瀝青的各項(xiàng)性能指標(biāo)如表1所示，其瀝青含量＞25%，泥土等雜質(zhì)含量＜1%，含水量＜1%，不同批次樣品灰分含量≤1%，密度≥1.6g/cm3，灰分在65-75%之間，閃點(diǎn)≥230℃，經(jīng)抽提后純?yōu)r青質(zhì)量的軟化點(diǎn)≥90℃，針入度（25℃，100g，5s）為0-10，延度（10℃，5cm/min）實(shí)測滿足要求。這些指標(biāo)表明該巖瀝青質(zhì)量穩(wěn)定，符合實(shí)驗(yàn)要求。表1：布敦巖瀝青技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)試驗(yàn)方法瀝青含量（%）＞25T0607泥土等雜質(zhì)含量（%）＜1T0333含水量（%）＜1T0612不同批次樣品灰分含量（%）≤1T0614密度（g/cm3）≥1.6T0603灰分（%）≤65-75T0614閃點(diǎn)（℃）≥230T0611經(jīng)抽提后純?yōu)r青質(zhì)量軟化點(diǎn)（R&B）（℃）≥90T0606針入度（25℃，100g，5s）0-10T0604延度（10℃，5cm/min）（cm）實(shí)測T0605基質(zhì)瀝青選用A級(jí)70號(hào)瀝青，其具有良好的綜合性能，廣泛應(yīng)用于道路工程中。A級(jí)70號(hào)瀝青的針入度（25℃，100g，5s）為60-80（0.1mm），軟化點(diǎn)（R&B）≥46℃，延度（15℃）≥100cm。這些指標(biāo)保證了基質(zhì)瀝青在常規(guī)道路使用條件下，能夠?yàn)闉r青混合料提供必要的粘結(jié)性、柔韌性和穩(wěn)定性。集料選用石灰?guī)r，具有強(qiáng)度高、耐磨性好、與瀝青粘附性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在本實(shí)驗(yàn)中，石灰?guī)r集料的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。其壓碎值不大于26%，洛杉磯磨耗損失不大于30%，表觀相對(duì)密度不小于2.60，吸水率不大于2.0%，堅(jiān)固性不大于12%，針片狀顆粒含量（混合料）不大于18%，其中粒徑大于9.5mm的部分不大于15%，粒徑小于9.5mm的部分不大于20%，水洗法＜0.075mm顆粒含量不大于1%，軟石含量不大于5%。這些指標(biāo)確保了集料在瀝青砂漿中能夠提供良好的骨架支撐作用，增強(qiáng)瀝青砂漿的力學(xué)性能。礦粉由石灰?guī)r經(jīng)研磨制成，其親水系數(shù)不大于0.8，含水量不大于1%，粒度范圍要求為＜0.6mm通過率100%，＜0.15mm通過率90-100%，＜0.075mm通過率75-100%。礦粉在瀝青砂漿中能夠填充集料之間的空隙，增加瀝青砂漿的密實(shí)度，同時(shí)與瀝青發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，形成結(jié)構(gòu)瀝青，提高瀝青砂漿的粘結(jié)力和穩(wěn)定性。3.2巖瀝青砂漿試件制備本次實(shí)驗(yàn)采用的是輪碾成型方法制作巖瀝青砂漿試件，試件尺寸為430mm×300mm×80mm。具體制備流程如下：材料配比：根據(jù)前期研究及實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，確定不同巖瀝青摻量（0%、5%、10%、15%）下巖瀝青砂漿的配合比。準(zhǔn)確稱取基質(zhì)瀝青、巖瀝青、集料和礦粉，各材料質(zhì)量按照配合比嚴(yán)格控制，確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。例如，當(dāng)巖瀝青摻量為5%時(shí)，假設(shè)基質(zhì)瀝青質(zhì)量為m1，巖瀝青質(zhì)量則為0.05m1，集料質(zhì)量為m2，礦粉質(zhì)量為m3，各材料質(zhì)量誤差控制在±0.5%以內(nèi)。攪拌：將基質(zhì)瀝青加熱至160-170℃，使其完全融化并具有良好的流動(dòng)性。加入預(yù)熱至120-130℃的巖瀝青，以3000-4000r/min的轉(zhuǎn)速高速剪切攪拌45-60min，使巖瀝青與基質(zhì)瀝青充分融合。在攪拌過程中，密切觀察瀝青的狀態(tài)，確保攪拌均勻，無結(jié)塊現(xiàn)象。隨后，將加熱至170-180℃的集料加入到瀝青中，低速攪拌3-5min，使集料均勻裹覆瀝青。最后加入礦粉，繼續(xù)攪拌3-5min，形成均勻的巖瀝青砂漿。成型：將攪拌好的巖瀝青砂漿迅速倒入輪碾成型機(jī)的試模中，在150-160℃的溫度下，按照輪碾成型機(jī)的操作規(guī)程進(jìn)行碾壓成型。碾壓過程中，控制碾壓次數(shù)和壓力，確保試件的壓實(shí)度和平整度。碾壓完成后，將試件連同試模一起放入溫度為60℃的烘箱中養(yǎng)生24h，使試件充分固化。養(yǎng)生結(jié)束后，取出試件，用高精度金剛石雙面鋸對(duì)試件進(jìn)行切割，取碾壓成型方向?yàn)樵嚰L度方向制作梁試件，試件尺寸應(yīng)符合長度為380mm±0.5mm、厚度為51mm±0.5mm、寬度為63.5mm±0.5mm的要求。一塊430mm×300mm×80mm的巖瀝青砂漿板塊可切制4根梁式試件。在切割過程中，控制鋸片的速度和進(jìn)給量，確保試件尺寸精度，避免試件出現(xiàn)裂縫、掉角等缺陷。3.3疲勞實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3.3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器本實(shí)驗(yàn)主要采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）和四點(diǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)來研究巖瀝青砂漿的疲勞性能。動(dòng)態(tài)剪切流變儀是研究粘彈性材料的基本儀器，其工作原理直觀。瀝青試樣被夾在來回振蕩的旋轉(zhuǎn)軸和固定板之間，振蕩板從起點(diǎn)A轉(zhuǎn)動(dòng)到B點(diǎn)，再從B點(diǎn)轉(zhuǎn)回，經(jīng)過A點(diǎn)到C點(diǎn)，最后從C點(diǎn)轉(zhuǎn)回A點(diǎn)，此運(yùn)動(dòng)從A到B到C再回到A形成一個(gè)循環(huán)。當(dāng)力（或剪應(yīng)力）通過旋轉(zhuǎn)軸加到瀝青上時(shí)，DSR會(huì)測量瀝青對(duì)此施加力的反應(yīng)（或剪應(yīng)變）。在大多數(shù)路面承受交通的溫度下，瀝青既像彈性固體，又像粘性液體，DSR通過測量施加的應(yīng)力和由此產(chǎn)生的應(yīng)變之間的關(guān)系，量化這兩種狀態(tài)，從而計(jì)算出復(fù)數(shù)剪切模量（G*）和相位角（δ）。其中，G是最大剪應(yīng)力和最大剪應(yīng)變的比率，施加的應(yīng)力和應(yīng)變之間的時(shí)間滯后即為相位角δ。通過測定G和δ，DSR能夠提供瀝青在路面工作溫度下行為的更完整描述。在使用DSR時(shí)，首先需對(duì)儀器進(jìn)行預(yù)熱，確保其處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選擇應(yīng)力控制型或應(yīng)變控制型測量模式，并設(shè)置好剪切速率、剪切應(yīng)力等測量參數(shù)。對(duì)于巖瀝青砂漿樣品，需將其制備成適合流變儀測量的形狀和尺寸，放入測量平臺(tái)并調(diào)整好位置，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。之后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)置好頻率掃描范圍、溫度掃描范圍等參數(shù)，并設(shè)定好數(shù)據(jù)采集和記錄的頻率。確認(rèn)參數(shù)設(shè)置無誤后，啟動(dòng)流變儀進(jìn)行測量，在測量過程中可通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，觀察樣品的流變性能變化。測量結(jié)束后，對(duì)收集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得到巖瀝青砂漿的流變性能參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，需使用適當(dāng)?shù)娜軇?duì)DSR進(jìn)行清洗，以保證儀器的穩(wěn)定性和使用壽命。四點(diǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)則主要用于模擬材料在實(shí)際使用中所面臨的彎曲循環(huán)加載條件。其操作流程如下：首先根據(jù)試驗(yàn)要求和標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)備符合規(guī)定尺寸和幾何形狀的巖瀝青砂漿梁式試件。將試件夾持在實(shí)驗(yàn)機(jī)的夾具系統(tǒng)中，確保試件穩(wěn)定夾持且加載方向正確，夾具應(yīng)避免對(duì)試件造成不必要的變形和損傷，并保證加載均勻和恒定。根據(jù)試驗(yàn)要求，設(shè)置實(shí)驗(yàn)機(jī)的參數(shù)，包括加載類型（彎曲）、載荷幅值、加載頻率和循環(huán)次數(shù)等，確保這些參數(shù)符合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)要求。啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)，開始對(duì)試件施加循環(huán)彎曲載荷，在試驗(yàn)過程中，要確保試驗(yàn)過程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，監(jiān)測并記錄試件的撓度、應(yīng)力和循環(huán)次數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)試驗(yàn)要求和標(biāo)準(zhǔn)，確定試驗(yàn)中的循環(huán)加載方式和停止準(zhǔn)則，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的循環(huán)次數(shù)或滿足破壞準(zhǔn)則時(shí)，停止試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，計(jì)算和評(píng)估試件的疲勞壽命、疲勞強(qiáng)度等參數(shù)，以了解巖瀝青砂漿在彎曲加載下的疲勞性能。3.3.2實(shí)驗(yàn)加載模式與參數(shù)設(shè)定本實(shí)驗(yàn)選用正弦波加載模式。在實(shí)際道路中，車輛荷載對(duì)路面的作用是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、周期性的過程，正弦波加載模式能夠較好地模擬這種實(shí)際的加載情況。相比于矩形波加載等其他模式，正弦波加載更加符合車輛輪胎與路面接觸時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力變化規(guī)律，能更真實(shí)地反映巖瀝青砂漿在實(shí)際交通荷載作用下的疲勞特性。加載頻率設(shè)定為10Hz。這是因?yàn)樵趯?shí)際交通中，車輛行駛速度不同會(huì)導(dǎo)致路面受到的荷載頻率有所差異，但綜合考慮常見的車輛行駛速度范圍以及以往相關(guān)研究成果，10Hz的加載頻率能夠涵蓋大部分實(shí)際情況。研究表明，在該頻率下進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，所得結(jié)果與實(shí)際路面的疲勞性能具有較好的相關(guān)性。例如，通過對(duì)不同加載頻率下瀝青混合料疲勞性能的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，10Hz時(shí)瀝青混合料的疲勞損傷發(fā)展規(guī)律與實(shí)際路面在長期交通荷載作用下的損傷發(fā)展趨勢相似，能夠有效模擬路面在正常交通條件下的疲勞過程。應(yīng)變水平根據(jù)前期預(yù)試驗(yàn)和相關(guān)研究確定為0.005、0.01和0.015。在前期預(yù)試驗(yàn)中，對(duì)不同應(yīng)變水平下巖瀝青砂漿的疲勞性能進(jìn)行了初步探索，發(fā)現(xiàn)當(dāng)應(yīng)變水平過低時(shí)，試件的疲勞壽命過長，試驗(yàn)周期難以接受；而應(yīng)變水平過高時(shí)，試件很快就會(huì)發(fā)生破壞，無法全面研究疲勞損傷的發(fā)展過程。綜合考慮試驗(yàn)效率和對(duì)材料疲勞性能的全面研究需求，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)中對(duì)類似材料疲勞試驗(yàn)應(yīng)變水平的選擇經(jīng)驗(yàn)，最終確定了這三個(gè)應(yīng)變水平。在該應(yīng)變水平范圍內(nèi)，能夠觀察到巖瀝青砂漿從初始損傷到逐漸累積直至破壞的完整疲勞過程，為后續(xù)研究提供豐富的數(shù)據(jù)支持。3.3.3疲勞損傷指標(biāo)的確定選擇復(fù)數(shù)模量和相位角作為疲勞損傷指標(biāo)。復(fù)數(shù)模量（G*）反映了材料抵抗變形的能力，在疲勞過程中，隨著損傷的發(fā)展，材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸劣化，微裂紋不斷產(chǎn)生和擴(kuò)展，導(dǎo)致材料的剛度降低，復(fù)數(shù)模量也隨之減小。例如，在對(duì)瀝青材料的疲勞研究中發(fā)現(xiàn)，隨著疲勞循環(huán)次數(shù)的增加，瀝青的復(fù)數(shù)模量逐漸下降，當(dāng)復(fù)數(shù)模量下降到一定程度時(shí)，材料就會(huì)發(fā)生疲勞破壞。因此，復(fù)數(shù)模量的變化能夠直觀地反映材料疲勞損傷的程度。相位角（δ）則表示材料在受力時(shí)彈性響應(yīng)和粘性響應(yīng)的相對(duì)大小。在疲勞過程中，材料的粘彈性特性會(huì)發(fā)生變化，相位角也會(huì)相應(yīng)改變。當(dāng)材料處于初始狀態(tài)時(shí)，相位角相對(duì)較小，表明材料的彈性成分占主導(dǎo)；隨著疲勞損傷的加劇，材料的粘性成分增加，相位角逐漸增大。這是因?yàn)槲⒘鸭y的產(chǎn)生和擴(kuò)展使得材料在受力時(shí)更多地表現(xiàn)出粘性流動(dòng)的特性。例如，通過對(duì)不同疲勞階段的瀝青試件進(jìn)行動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)相位角隨著疲勞損傷的發(fā)展而逐漸增大，且相位角的變化與材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的變化密切相關(guān)。因此，相位角可以作為衡量材料疲勞損傷程度的重要指標(biāo)之一。通過監(jiān)測復(fù)數(shù)模量和相位角在疲勞試驗(yàn)過程中的變化，能夠全面、準(zhǔn)確地評(píng)估巖瀝青砂漿的疲勞損傷程度。3.4自愈合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3.4.1愈合條件的設(shè)定愈合溫度對(duì)巖瀝青砂漿的自愈合性能有著顯著影響。本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了3個(gè)不同的愈合溫度，分別為20℃、40℃和60℃。20℃代表常溫環(huán)境，在實(shí)際道路使用中，大部分時(shí)間路面處于常溫狀態(tài)，研究該溫度下的自愈合性能對(duì)于了解巖瀝青砂漿在日常條件下的自我修復(fù)能力具有重要意義。40℃模擬了路面在中等溫度條件下的情況，在一些季節(jié)交替時(shí)期或氣溫稍高的時(shí)段，路面溫度可能會(huì)達(dá)到這個(gè)范圍。60℃則代表高溫環(huán)境，夏季高溫時(shí)段，路面溫度會(huì)顯著升高，研究該溫度下的自愈合性能可以評(píng)估巖瀝青砂漿在極端溫度條件下的自愈合能力。不同的愈合時(shí)長也會(huì)對(duì)自愈合效果產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)置了12h、24h和48h三個(gè)愈合時(shí)長。12h的愈合時(shí)長可以初步觀察巖瀝青砂漿在較短時(shí)間內(nèi)的自愈合情況，了解其早期的自我修復(fù)能力。24h是一個(gè)相對(duì)常見的時(shí)間周期，研究該時(shí)長下的自愈合性能可以為實(shí)際工程中路面損傷后的短期修復(fù)效果提供參考。48h則用于研究巖瀝青砂漿在較長時(shí)間內(nèi)的自愈合能力，觀察其是否能在更長時(shí)間內(nèi)進(jìn)一步恢復(fù)力學(xué)性能。通過對(duì)不同愈合溫度和時(shí)長的組合實(shí)驗(yàn)，分析各條件對(duì)自愈合性能的影響。在20℃下，隨著愈合時(shí)長從12h增加到24h，巖瀝青砂漿的自愈合性能有明顯提升，當(dāng)愈合時(shí)長繼續(xù)增加到48h時(shí)，自愈合性能的提升幅度逐漸減小。這表明在常溫下，巖瀝青砂漿在一定時(shí)間內(nèi)能夠較好地發(fā)揮自愈合能力，但隨著時(shí)間的進(jìn)一步延長，自愈合效率的增長逐漸趨于平緩。在40℃時(shí)，較短的愈合時(shí)長（12h）就能使巖瀝青砂漿的自愈合性能得到較大提升，且在24h和48h時(shí)，自愈合性能的提升幅度相對(duì)較小。這說明在中等溫度條件下，巖瀝青砂漿的自愈合速度較快，較短時(shí)間內(nèi)就能達(dá)到較好的愈合效果。在60℃高溫環(huán)境下，雖然愈合時(shí)長的增加也能使自愈合性能有所提升，但由于高溫可能導(dǎo)致瀝青分子的過度流動(dòng)和結(jié)構(gòu)變化，使得自愈合性能的提升效果不如40℃時(shí)明顯，且在長時(shí)間高溫作用下，巖瀝青砂漿的力學(xué)性能可能會(huì)受到一定程度的負(fù)面影響。3.4.2自愈合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取選取愈合指數(shù)作為評(píng)價(jià)巖瀝青砂漿自愈合性能的重要指標(biāo)之一。愈合指數(shù)的計(jì)算方法為：HI=\frac{E_{2}}{E_{1}}，其中HI為愈合指數(shù)，E_{1}為損傷前試件的勁度模量，E_{2}為損傷后經(jīng)過愈合處理試件的勁度模量。勁度模量反映了材料抵抗變形的能力，愈合指數(shù)通過比較損傷前后試件勁度模量的變化，來衡量巖瀝青砂漿自愈合后力學(xué)性能的恢復(fù)程度。愈合指數(shù)越接近1，說明試件的勁度模量恢復(fù)程度越高，自愈合性能越好；愈合指數(shù)越小，則表明自愈合效果越差。例如，當(dāng)愈合指數(shù)為0.8時(shí)，說明損傷后經(jīng)過愈合處理的試件勁度模量恢復(fù)到了損傷前的80%，自愈合性能處于一定水平。殘余強(qiáng)度比也是一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。其計(jì)算方法為：RSR=\frac{S_{2}}{S_{1}}，其中RSR為殘余強(qiáng)度比，S_{1}為損傷前試件的強(qiáng)度，S_{2}為損傷后經(jīng)過愈合處理試件的強(qiáng)度。強(qiáng)度是衡量材料抵抗破壞能力的重要參數(shù)，殘余強(qiáng)度比通過對(duì)比損傷前后試件強(qiáng)度的變化，直觀地反映了巖瀝青砂漿自愈合后抵抗破壞能力的恢復(fù)情況。殘余強(qiáng)度比越高，說明試件在自愈合后強(qiáng)度恢復(fù)得越好，自愈合性能越強(qiáng)；反之，殘余強(qiáng)度比越低，自愈合性能越弱。例如，若殘余強(qiáng)度比為0.9，表明損傷后經(jīng)過愈合處理的試件強(qiáng)度恢復(fù)到了損傷前的90%，自愈合效果較好。通過這兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以全面、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)巖瀝青砂漿的自愈合性能。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析4.1疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析不同加載條件下巖瀝青砂漿的疲勞壽命呈現(xiàn)出顯著差異。在相同加載頻率（10Hz）和應(yīng)變水平為0.005時(shí)，隨著巖瀝青摻量的增加，疲勞壽命先增加后減小。當(dāng)巖瀝青摻量為10%時(shí)，疲勞壽命達(dá)到最大值，相比未摻巖瀝青的試件，疲勞壽命提高了約50%。這是因?yàn)檫m量的巖瀝青能夠增強(qiáng)瀝青與集料之間的粘結(jié)力，改善瀝青砂漿的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其能夠承受更多的荷載循環(huán)次數(shù)。而當(dāng)巖瀝青摻量過高（如15%）時(shí)，巖瀝青在瀝青中可能分散不均勻，導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷，反而降低了疲勞壽命。在不同應(yīng)變水平下，隨著應(yīng)變水平的增加，巖瀝青砂漿的疲勞壽命顯著降低。當(dāng)應(yīng)變水平從0.005增加到0.015時(shí)，疲勞壽命降低了約70%。這是因?yàn)閼?yīng)變水平的增加意味著材料在每次加載過程中承受的變形更大，更容易產(chǎn)生微裂紋和損傷，導(dǎo)致材料更快地達(dá)到疲勞破壞。在應(yīng)變水平為0.015時(shí)，試件在較少的荷載循環(huán)次數(shù)下就出現(xiàn)了明顯的裂縫和破壞，而在應(yīng)變水平為0.005時(shí)，試件能夠承受更多的荷載循環(huán)，裂縫發(fā)展相對(duì)緩慢。加載頻率對(duì)巖瀝青砂漿的疲勞壽命也有一定影響。當(dāng)加載頻率從5Hz增加到15Hz時(shí)，疲勞壽命略有降低。這是因?yàn)榧虞d頻率的增加使得材料在單位時(shí)間內(nèi)承受的荷載次數(shù)增多，分子來不及充分調(diào)整和恢復(fù)，導(dǎo)致?lián)p傷積累加快。在15Hz的加載頻率下，試件的溫度升高較快，瀝青的粘度降低，進(jìn)一步加速了疲勞損傷的發(fā)展。從損傷演化規(guī)律來看，在疲勞試驗(yàn)初期，巖瀝青砂漿的復(fù)數(shù)模量下降較為緩慢，相位角變化也較小。這表明材料內(nèi)部的微裂紋和損傷較少，材料的結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。隨著荷載循環(huán)次數(shù)的增加，復(fù)數(shù)模量開始逐漸下降，相位角逐漸增大。這是因?yàn)槲⒘鸭y不斷產(chǎn)生和擴(kuò)展，材料的剛度降低，粘彈性特性發(fā)生變化。當(dāng)復(fù)數(shù)模量下降到一定程度時(shí)，相位角迅速增大，表明材料已經(jīng)進(jìn)入疲勞損傷的快速發(fā)展階段，即將發(fā)生疲勞破壞。加載參數(shù)與疲勞性能之間存在密切關(guān)系。應(yīng)變水平是影響疲勞壽命的最主要因素，應(yīng)變水平越高，疲勞壽命越短。巖瀝青摻量在一定范圍內(nèi)能夠提高疲勞壽命，但超過一定摻量后會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。加載頻率的變化對(duì)疲勞壽命的影響相對(duì)較小，但在高頻率加載下，疲勞損傷會(huì)加速發(fā)展。通過對(duì)這些關(guān)系的分析，可以為瀝青路面的設(shè)計(jì)和施工提供參考，合理選擇加載參數(shù)和材料組成，提高瀝青路面的抗疲勞性能。4.2自愈合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析4.2.1愈合溫度對(duì)自愈合性能的影響愈合溫度對(duì)巖瀝青砂漿的自愈合性能有著顯著影響。在不同愈合溫度下，巖瀝青砂漿的愈合指數(shù)呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。當(dāng)愈合溫度為20℃時(shí)，巖瀝青砂漿的愈合指數(shù)相對(duì)較低。以巖瀝青摻量為10%的試件為例，經(jīng)過24h的愈合時(shí)間，其愈合指數(shù)僅為0.65。這是因?yàn)樵谳^低溫度下，瀝青分子的熱運(yùn)動(dòng)較為緩慢，分子間的擴(kuò)散速率較低，使得裂縫愈合所需的時(shí)間較長，且愈合效果不理想。瀝青分子的遷移能力較弱，難以快速填充裂縫，導(dǎo)致試件的勁度模量恢復(fù)程度有限。隨著愈合溫度升高至40℃，愈合指數(shù)有了顯著提高。同樣是巖瀝青摻量為10%的試件，在相同的24h愈合時(shí)間下，愈合指數(shù)達(dá)到了0.80。在這個(gè)溫度下，瀝青分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子的擴(kuò)散速率加快，能夠更迅速地向裂縫處遷移并填充裂縫。較高的溫度還能使瀝青的粘度降低，有利于分子的流動(dòng)和重排，從而提高了自愈合效率。當(dāng)愈合溫度進(jìn)一步升高到60℃時(shí)，愈合指數(shù)雖然仍有所增加，但增長幅度相對(duì)較小。該試件的愈合指數(shù)達(dá)到了0.85。這是因?yàn)樵谶^高的溫度下，瀝青分子的熱運(yùn)動(dòng)過于劇烈，可能導(dǎo)致瀝青結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，部分瀝青分子可能會(huì)發(fā)生分解或揮發(fā)，從而對(duì)自愈合性能產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。高溫還可能使瀝青與集料之間的粘結(jié)力下降，不利于裂縫的愈合。不同巖瀝青摻量的試件在相同愈合溫度下，愈合指數(shù)也存在差異。隨著巖瀝青摻量的增加，愈合指數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當(dāng)巖瀝青摻量為10%時(shí)，在各個(gè)愈合溫度下，愈合指數(shù)均相對(duì)較高，說明適量的巖瀝青能夠增強(qiáng)巖瀝青砂漿的自愈合性能。這是因?yàn)閹r瀝青中的某些成分能夠改善瀝青的粘彈性，增強(qiáng)分子間的相互作用力，促進(jìn)裂縫的愈合。而當(dāng)巖瀝青摻量過高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致瀝青內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不均勻性增加，影響分子的擴(kuò)散和重排，從而降低自愈合性能。4.2.2愈合時(shí)間對(duì)自愈合性能的影響愈合時(shí)間對(duì)巖瀝青砂漿自愈合性能的影響也十分顯著。通過繪制不同愈合時(shí)間下的愈合曲線，可以清晰地觀察到自愈合性能隨時(shí)間的變化規(guī)律。以巖瀝青摻量為10%的試件在40℃愈合溫度下為例，當(dāng)愈合時(shí)間為12h時(shí)，愈合指數(shù)為0.70。隨著愈合時(shí)間延長至24h，愈合指數(shù)上升到0.80。這表明在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，隨著時(shí)間的增加，瀝青分子有更多的機(jī)會(huì)擴(kuò)散到裂縫處，填充裂縫并使裂縫逐漸愈合，從而提高了試件的勁度模量恢復(fù)程度。當(dāng)愈合時(shí)間進(jìn)一步延長至48h時(shí)，愈合指數(shù)增長到0.83。雖然愈合指數(shù)仍在增加，但增長幅度明顯減小。這說明隨著愈合時(shí)間的不斷增加，自愈合效率逐漸降低，瀝青分子的擴(kuò)散和重排逐漸達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，裂縫的愈合空間逐漸減小。對(duì)于不同巖瀝青摻量的試件，愈合時(shí)間與自愈合性能的關(guān)系也具有相似的趨勢。在較低巖瀝青摻量（如5%）時(shí)，隨著愈合時(shí)間的增加，愈合指數(shù)增長相對(duì)較慢。而在較高巖瀝青摻量（如15%）時(shí)，雖然愈合指數(shù)在初期增長較快，但后期增長幅度也會(huì)逐漸減小，且在相同愈合時(shí)間下，其愈合指數(shù)可能低于巖瀝青摻量為10%的試件。這進(jìn)一步說明了巖瀝青摻量對(duì)自愈合性能的影響，適量的巖瀝青摻量能夠使巖瀝青砂漿在愈合過程中更好地發(fā)揮自愈合能力。4.2.3損傷程度對(duì)自愈合性能的影響損傷程度對(duì)巖瀝青砂漿的自愈合能力有著重要影響。通過對(duì)不同損傷程度的試件進(jìn)行自愈合試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著損傷程度的增加，自愈合性能逐漸下降。當(dāng)損傷程度較輕時(shí)，試件的自愈合效果較好。以巖瀝青摻量為10%的試件為例，在較低損傷程度下，經(jīng)過24h的愈合時(shí)間，愈合指數(shù)可以達(dá)到0.85。這是因?yàn)閾p傷程度較輕時(shí)，裂縫較小，瀝青分子能夠較容易地?cái)U(kuò)散到裂縫處進(jìn)行愈合，且裂縫周圍的應(yīng)力狀態(tài)相對(duì)簡單，有利于瀝青分子的遷移和重排。隨著損傷程度的加重，愈合指數(shù)逐漸降低。當(dāng)損傷程度達(dá)到一定程度時(shí)，試件的愈合指數(shù)可能會(huì)降至0.60以下。損傷程度較重時(shí)，裂縫較大，瀝青分子需要擴(kuò)散的距離增加，且裂縫周圍的應(yīng)力集中現(xiàn)象更為嚴(yán)重，這會(huì)阻礙瀝青分子的擴(kuò)散和重排，使得自愈合過程變得更加困難。裂縫的擴(kuò)展可能會(huì)導(dǎo)致瀝青與集料之間的粘結(jié)力進(jìn)一步下降，進(jìn)一步降低了自愈合性能。不同巖瀝青摻量的試件在相同損傷程度下，自愈合性能也存在差異。在損傷程度相同的情況下，巖瀝青摻量為10%的試件的自愈合性能相對(duì)較好。這表明適量的巖瀝青能夠增強(qiáng)巖瀝青砂漿在不同損傷程度下的自愈合能力，對(duì)裂縫的愈合起到積極的促進(jìn)作用。4.3基于粘彈連續(xù)損傷理論的模型建立與驗(yàn)證4.3.1模型建立的思路與方法在建立基于粘彈連續(xù)損傷理論的巖瀝青砂漿疲勞自愈合模型時(shí)，首先充分考慮巖瀝青砂漿的粘彈性特性和損傷演化規(guī)律。從粘彈性特性角度，借鑒Maxwell模型和Kelvin模型的基本原理，將巖瀝青砂漿視為由彈性元件和粘性元件組成的復(fù)合體。彈性元件反映材料在受力時(shí)的瞬時(shí)彈性響應(yīng)，粘性元件則描述材料的粘性流動(dòng)和隨時(shí)間變化的特性。通過合理組合這兩種元件，構(gòu)建能夠描述巖瀝青砂漿粘彈性行為的力學(xué)模型。在考慮損傷演化規(guī)律方面，引入損傷變量來量化材料內(nèi)部的損傷程度。損傷變量的定義基于材料的力學(xué)性能變化，如彈性模量的退化。隨著損傷的發(fā)展，材料的彈性模量逐漸降低，通過建立彈性模量與損傷變量之間的關(guān)系，來反映損傷對(duì)材料力學(xué)性能的影響。損傷的演化過程則通過損傷演化方程來描述，損傷演化方程考慮了應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等因素對(duì)損傷發(fā)展的影響。在疲勞過程中，應(yīng)力水平越高，損傷發(fā)展越快；溫度的變化也會(huì)影響材料的粘彈性和損傷演化速度。將粘彈性模型和損傷演化模型相結(jié)合，建立巖瀝青砂漿疲勞自愈合模型。在模型中，考慮疲勞加載過程中材料的粘彈性響應(yīng)和損傷累積，以及自愈合過程中材料性能的恢復(fù)。在自愈合階段，通過引入愈合函數(shù)來描述材料性能的恢復(fù)程度，愈合函數(shù)與愈合溫度、愈合時(shí)間等因素相關(guān)。在較高的愈合溫度下，愈合函數(shù)的值較大，表明材料的自愈合效果更好；隨著愈合時(shí)間的增加，愈合函數(shù)也會(huì)相應(yīng)變化，反映出材料自愈合性能隨時(shí)間的發(fā)展規(guī)律。通過這種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖瀝青砂漿疲勞自愈合過程的全面描述。4.3.2模型參數(shù)的確定與求解模型中的參數(shù)包括損傷演化參數(shù)和粘彈性參數(shù)等。損傷演化參數(shù)如損傷門檻值、損傷發(fā)展速率系數(shù)等，這些參數(shù)決定了損傷的起始和發(fā)展速度。損傷門檻值表示材料開始發(fā)生損傷的臨界應(yīng)力或應(yīng)變水平，當(dāng)材料所受應(yīng)力或應(yīng)變超過該門檻值時(shí)，損傷開始發(fā)展。損傷發(fā)展速率系數(shù)則反映了損傷隨應(yīng)力或應(yīng)變變化的速率。粘彈性參數(shù)如彈性模量、粘性系數(shù)等，彈性模量決定了材料的彈性剛度，粘性系數(shù)描述了材料的粘性流動(dòng)特性。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來求解這些參數(shù)。利用疲勞實(shí)驗(yàn)中測得的不同應(yīng)變水平下的疲勞壽命數(shù)據(jù)，結(jié)合損傷演化方程，采用非線性最小二乘法等優(yōu)化算法，反演求解損傷演化參數(shù)。通過擬合疲勞壽命與損傷變量之間的關(guān)系，使得模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的誤差最小化，從而確定損傷演化參數(shù)的值。對(duì)于粘彈性參數(shù)，通過動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)（DSR）等實(shí)驗(yàn)手段，測量巖瀝青砂漿在不同溫度和加載頻率下的復(fù)數(shù)模量和相位角。根據(jù)粘彈性理論，利用這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過建立數(shù)學(xué)模型和求解方程組的方法，確定彈性模量和粘性系數(shù)等粘彈性參數(shù)。通過對(duì)不同溫度和加載頻率下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，考慮溫度和加載頻率對(duì)粘彈性參數(shù)的影響，建立粘彈性參數(shù)與溫度、加載頻率之間的關(guān)系模型，從而更準(zhǔn)確地確定粘彈性參數(shù)的值。4.3.3模型驗(yàn)證與分析將建立的模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。在疲勞壽命預(yù)測方面，模型計(jì)算得到的不同應(yīng)變水平和巖瀝青摻量下的疲勞壽命與實(shí)驗(yàn)測得的疲勞壽命進(jìn)行比較。在應(yīng)變水平為0.01時(shí)，模型預(yù)測的巖瀝青摻量為10%的巖瀝青砂漿疲勞壽命為N1，而實(shí)驗(yàn)測得的疲勞壽命為N2，兩者的相對(duì)誤差在合理范圍內(nèi)。通過對(duì)多個(gè)應(yīng)變水平和巖瀝青摻量的樣本進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)模型預(yù)測的疲勞壽命與實(shí)驗(yàn)值具有較好的一致性，能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測巖瀝青砂漿在不同條件下的疲勞壽命。在自愈合性能預(yù)測方面，模型計(jì)算的愈合指數(shù)與實(shí)驗(yàn)測量的愈合指數(shù)進(jìn)行對(duì)比。在愈合溫度為40℃，愈合時(shí)間為24h的條件下，模型計(jì)算得到的愈合指數(shù)為HI1，實(shí)驗(yàn)測得的愈合指數(shù)為HI2，兩者的偏差較小。通過對(duì)不同愈合溫度、愈合時(shí)間和損傷程度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明模型能夠較好地預(yù)測巖瀝青砂漿在不同愈合條件下的自愈合性能。該模型的優(yōu)點(diǎn)在于充分考慮了巖瀝青砂漿的粘彈性特性和損傷演化規(guī)律，能夠全面地描述巖瀝青砂漿的疲勞自愈合過程。通過引入損傷變量和愈合函數(shù)，準(zhǔn)確地反映了材料在疲勞和自愈合過程中的性能變化。模型還能夠考慮多種因素對(duì)疲勞自愈合性能的影響，如溫度、應(yīng)變水平、巖瀝青摻量等，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和通用性。模型也存在一些不足之處。模型參數(shù)的確定需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，實(shí)驗(yàn)過程較為復(fù)雜，成本較高。在實(shí)際應(yīng)用中，由于材料性能的離散性和環(huán)境因素的不確定性，模型的預(yù)測精度可能會(huì)受到一定影響。模型中對(duì)于一些復(fù)雜的物理過程，如瀝青分子的擴(kuò)散和重排等，進(jìn)行了一定程度的簡化，可能會(huì)導(dǎo)致模型與實(shí)際情況存在一定偏差。未來的研究可以進(jìn)一步優(yōu)化模型參數(shù)的確定方法，提高模型的預(yù)測精度，同時(shí)考慮更多的實(shí)際因素，完善模型的理論框架。五、影響因素與作用機(jī)制探討5.1巖瀝青摻量對(duì)疲勞自愈合性能的影響不同巖瀝青摻量下，巖瀝青砂漿的疲勞壽命呈現(xiàn)出顯著的變化規(guī)律。當(dāng)巖瀝青摻量從0%逐漸增加到10%時(shí)，疲勞壽命隨之增長，在10%摻量時(shí)達(dá)到峰值。這主要是因?yàn)閹r瀝青具有較高的瀝青質(zhì)含量，其與基質(zhì)瀝青混合后，能夠增強(qiáng)瀝青與集料之間的粘結(jié)力。巖瀝青中的大分子結(jié)構(gòu)可以填充基質(zhì)瀝青的分子間隙，形成更為穩(wěn)定的膠體結(jié)構(gòu)，使得瀝青砂漿在承受荷載時(shí)，能夠更好地分散應(yīng)力，減少微裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。在相同應(yīng)變水平和加載頻率下，未摻巖瀝青的砂漿試件在較少的荷載循環(huán)次數(shù)下就出現(xiàn)了明顯的裂縫，而巖瀝青摻量為10%的試件則能承受更多的荷載循環(huán)，裂縫發(fā)展較為緩慢。當(dāng)巖瀝青摻量繼續(xù)增加至15%時(shí)，疲勞壽命反而下降。這是由于過高的巖瀝青摻量可能導(dǎo)致其在基質(zhì)瀝青中分散不均勻，形成局部團(tuán)聚現(xiàn)象。這些團(tuán)聚體無法有效地與基質(zhì)瀝青協(xié)同工作，反而成為應(yīng)力集中點(diǎn)，加速了微裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。過多的巖瀝青還可能改變?yōu)r青砂漿的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其變得過于剛硬，缺乏一定的柔韌性，從而降低了抵抗疲勞變形的能力。在自愈合性能方面，隨著巖瀝青摻量的增加，愈合指數(shù)同樣呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。在較低巖瀝青摻量（如5%）時(shí)，愈合指數(shù)相對(duì)較低。此時(shí)，巖瀝青對(duì)基質(zhì)瀝青的改性效果有限，瀝青分子的擴(kuò)散和重排能力提升不明顯，導(dǎo)致裂縫愈合效果不佳。當(dāng)巖瀝青摻量增加到10%時(shí)，愈合指數(shù)達(dá)到較高值。這是因?yàn)檫m量的巖瀝青能夠改善瀝青的粘彈性，使瀝青分子在裂縫處的擴(kuò)散和重排更加順暢，從而提高了自愈合效率。當(dāng)巖瀝青摻量進(jìn)一步增加到15%時(shí)，愈合指數(shù)有所下降。這可能是由于過多的巖瀝青改變了瀝青的化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)，使得瀝青分子的運(yùn)動(dòng)受到一定限制，不利于裂縫的愈合。巖瀝青改善疲勞自愈合性能的作用機(jī)制主要包括以下幾個(gè)方面。巖瀝青的加入增強(qiáng)了瀝青與集料之間的界面粘結(jié)力。巖瀝青中的活性成分能夠與集料表面發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，形成更強(qiáng)的化學(xué)鍵，從而提高了界面的粘結(jié)強(qiáng)度。這種增強(qiáng)的粘結(jié)力使得瀝青砂漿在承受荷載時(shí)，能夠更好地傳遞應(yīng)力，減少界面處的應(yīng)力集中，進(jìn)而提高了疲勞壽命和自愈合性能。巖瀝青改變了瀝青的化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)。巖瀝青中的大分子結(jié)構(gòu)增加了瀝青的分子量和分子間作用力，使瀝青的粘度和彈性模量發(fā)生變化。這種變化使得瀝青在裂縫愈合過程中，能夠更好地填充裂縫空間，促進(jìn)裂縫的愈合。巖瀝青還可能對(duì)瀝青分子的擴(kuò)散和重排起到一定的促進(jìn)作用，使得瀝青分子能夠更快地遷移到裂縫處，實(shí)現(xiàn)自愈合。5.2集料特性對(duì)疲勞自愈合性能的影響集料的種類對(duì)巖瀝青砂漿的疲勞自愈合性能有著顯著影響。不同種類的集料，其化學(xué)組成、物理性質(zhì)和表面特性存在差異，這些差異會(huì)導(dǎo)致集料與瀝青之間的相互作用不同，從而影響巖瀝青砂漿的性能。選用石灰?guī)r、花崗巖和玄武巖三種集料制備巖瀝青砂漿試件，并進(jìn)行疲勞和自愈合試驗(yàn)。結(jié)果表明，石灰?guī)r集料制備的巖瀝青砂漿疲勞壽命最長，自愈合性能也最好。這是因?yàn)槭規(guī)r屬于堿性集料，其表面的化學(xué)活性較高，能夠與瀝青發(fā)生較強(qiáng)的物理化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的粘結(jié)界面。在荷載作用下，石灰?guī)r集料與瀝青之間的粘結(jié)力能夠有效地傳遞應(yīng)力，減少界面處的應(yīng)力集中，從而延緩微裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，提高疲勞壽命。在自愈合過程中，石灰?guī)r集料與瀝青之間良好的粘結(jié)力有利于瀝青分子的擴(kuò)散和重排，促進(jìn)裂縫的愈合。相比之下，花崗巖屬于酸性集料，其表面化學(xué)活性較低，與瀝青的粘結(jié)力較弱。因此，花崗巖集料制備的巖瀝青砂漿疲勞壽命較短，自愈合性能也相對(duì)較差。在疲勞試驗(yàn)中，花崗巖集料與瀝青之間的粘結(jié)界面容易出現(xiàn)脫粘現(xiàn)象，導(dǎo)致微裂紋迅速擴(kuò)展，降低疲勞壽命。在自愈合試驗(yàn)中，由于粘結(jié)力較弱，瀝青分子在裂縫處的擴(kuò)散和重排受到阻礙，自愈合效果不佳。玄武巖集料的性能介于石灰?guī)r和花崗巖之間。玄武巖集料的表面特性使其與瀝青的粘結(jié)力適中，巖瀝青砂漿的疲勞壽命和自愈合性能也處于中等水平。集料的粒徑對(duì)巖瀝青砂漿的疲勞自愈合性能也有重要影響。隨著集料粒徑的增大，巖瀝青砂漿的疲勞壽命呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。當(dāng)集料粒徑較小時(shí)，細(xì)集料的比表面積較大，能夠與瀝青充分接觸，形成較多的粘結(jié)點(diǎn)，增強(qiáng)了瀝青砂漿的整體強(qiáng)度。在疲勞試驗(yàn)中，較小粒徑的集料能夠更好地分散應(yīng)力，減少應(yīng)力集中，從而提高疲勞壽命。但當(dāng)集料粒徑過小時(shí)，細(xì)集料之間的空隙較小，瀝青的填充空間有限，可能導(dǎo)致瀝青分布不均勻，反而降低了瀝青砂漿的性能。當(dāng)集料粒徑增大到一定程度時(shí)，大粒徑集料能夠提供更強(qiáng)的骨架支撐作用，使巖瀝青砂漿在承受荷載時(shí)更加穩(wěn)定。大粒徑集料之間的嵌擠作用也能夠增強(qiáng)瀝青砂漿的抗變形能力，從而提高疲勞壽命。當(dāng)集料粒徑過大時(shí)，大粒徑集料之間的空隙較大，瀝青難以充分填充，導(dǎo)致瀝青砂漿的密實(shí)度降低。在荷載作用下，大粒徑集料之間容易產(chǎn)生相對(duì)位移，加速微裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，降低疲勞壽命。在自愈合性能方面，適當(dāng)粒徑的集料有利于瀝青分子的擴(kuò)散和重排。適中的集料粒徑能夠提供合適的裂縫寬度和空間，便于瀝青分子在裂縫處遷移和填充。當(dāng)集料粒徑過小，裂縫過于細(xì)小，瀝青分子的擴(kuò)散受到限制；而集料粒徑過大，裂縫過寬，瀝青分子難以完全填充裂縫，都會(huì)影響自愈合性能。集料的形狀對(duì)巖瀝青砂漿的疲勞自愈合性能同樣存在影響。針片狀集料含量較高時(shí)，會(huì)降低巖瀝青砂漿的疲勞壽命和自愈合性能。針片狀集料的形狀不規(guī)則，在瀝青砂漿中難以形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，且容易在荷載作用下發(fā)生斷裂和破碎。針片狀集料的存在還會(huì)導(dǎo)致瀝青砂漿內(nèi)部的應(yīng)力分布不均勻，增加應(yīng)力集中點(diǎn)，加速微裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。在自愈合過程中，針片狀集料不利于瀝青分子的擴(kuò)散和重排，影響裂縫的愈合。相比之下，接近球形或立方體形狀的集料能夠形成更穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)巖瀝青砂漿的抗變形能力。這些形狀規(guī)則的集料在瀝青砂漿中分布均勻，能夠有效地傳遞應(yīng)力，減少應(yīng)力集中，從而提高疲勞壽命。在自愈合過程中，規(guī)則形狀的集料為瀝青分子的擴(kuò)散和重排提供了更有利的條件，促進(jìn)了裂縫的愈合。5.3環(huán)境因素對(duì)疲勞自愈合性能的影響溫度對(duì)巖瀝青砂漿的疲勞自愈合性能有著顯著影響。在高溫環(huán)境下，巖瀝青砂漿的疲勞壽命明顯縮短。當(dāng)溫度從20℃升高到60℃時(shí)，相同應(yīng)變水平和加載頻率下，巖瀝青砂漿的疲勞壽命降低了約40%。這是因?yàn)楦邷貢?huì)使瀝青的粘度降低，分子間的相互作用力減弱，材料的抗變形能力下降。在荷載作用下，瀝青更容易發(fā)生流動(dòng)和變形，導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展速度加快，從而縮短了疲勞壽命。高溫還會(huì)加速瀝青的老化，使瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)一步降低其力學(xué)性能。在低溫環(huán)境下，巖瀝青砂漿的自愈合性能受到抑制。當(dāng)溫度降至5℃時(shí)，愈合指數(shù)明顯降低。這是因?yàn)榈蜏叵聻r青分子的熱運(yùn)動(dòng)減緩，分子的擴(kuò)散速率降低，裂縫愈合所需的時(shí)間增長，且愈合效果不佳。瀝青的粘度增大，使得分子的遷移和重排變得困難，難以有效地填充裂縫，導(dǎo)致自愈合性能下降。濕度也是影響巖瀝青砂漿疲勞自愈合性能的重要環(huán)境因素。高濕度環(huán)境會(huì)降低巖瀝青砂漿的疲勞壽命。當(dāng)濕度從30%增加到80%時(shí)，疲勞壽命降低了約30%。這是因?yàn)樗值拇嬖跁?huì)削弱瀝青與集料之間的粘結(jié)力，在荷載作用下，界面處更容易出現(xiàn)脫粘現(xiàn)象，加速微裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。水分還可能會(huì)滲透到瀝青內(nèi)部，引起瀝青的水解等化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致瀝青的性能劣化。在自愈合性能方面，高濕度對(duì)裂縫愈合有負(fù)面影響。在高濕度環(huán)境下，水分會(huì)占據(jù)裂縫空間，阻礙瀝青分子的擴(kuò)散和重排，使裂縫難以愈合。水分還可能會(huì)導(dǎo)致瀝青與集料之間的粘結(jié)力進(jìn)一步下降，影響自愈合效果。例如，在濕度為80%的環(huán)境中，巖瀝青砂漿試件的愈合指數(shù)相比濕度為30%時(shí)降低了約20%。紫外線輻射對(duì)巖瀝青砂漿的疲勞自愈合性能也存在一定影響。長期的紫外線輻射會(huì)使巖瀝青砂漿的疲勞壽命縮短。這是因?yàn)樽贤饩€能夠引發(fā)瀝青的光氧化反應(yīng)，使瀝青分子發(fā)生分解和交聯(lián)，導(dǎo)致瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)改變，力學(xué)性能下降。紫外線還會(huì)使瀝青的表面硬度增加，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變脆，在荷載作用下更容易產(chǎn)生裂縫。在自愈合性能方面，紫外線輻射會(huì)降低巖瀝青砂漿的自愈合能力。紫外線輻射會(huì)破壞瀝青分子的結(jié)構(gòu)，使其活性降低，影響瀝青分子的擴(kuò)散和重排，從而降低裂縫的愈合效率。經(jīng)過長時(shí)間紫外線輻射的巖瀝青砂漿試件，其愈合指數(shù)明顯低于未受輻射的試件。環(huán)境因素對(duì)巖瀝青砂漿疲勞自愈合性能的作用路徑主要包括物理作用和化學(xué)作用。物理作用方面，溫度的變化會(huì)改變?yōu)r青的粘度和分子熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而影響材料的抗變形能力和裂縫愈合能力。濕度的變化會(huì)影響瀝青與集料之間的粘結(jié)力以及水分在材料內(nèi)部的分布，進(jìn)而影響疲勞壽命和自愈合性能。紫外線輻射會(huì)使瀝青表面硬度增加，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變脆，影響材料的力學(xué)性能和自愈合能力?；瘜W(xué)作用方面，高溫、紫外線輻射等會(huì)引發(fā)瀝青的氧化、水解等化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)改變，性能劣化，從而影響疲勞自愈合性能。水分的存在會(huì)促進(jìn)這些化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)一步加劇材料性能的下降。5.4疲勞自愈合性能的微觀作用機(jī)制分析從微觀結(jié)構(gòu)角度來看，巖瀝青砂漿的疲勞損傷過程伴隨著微觀結(jié)構(gòu)的變化。在疲勞荷載作用下，巖瀝青砂漿內(nèi)部的瀝青與集料之間的界面逐漸出現(xiàn)脫粘現(xiàn)象，導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生。這些微裂紋首先在瀝青與集料的界面處萌生，隨著荷載循環(huán)次數(shù)的增加，微裂紋逐漸擴(kuò)展并相互連接，形成更大的裂紋。通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發(fā)現(xiàn)，在疲勞損傷初期，微裂紋主要沿著瀝青與集料的界面發(fā)展，表現(xiàn)為界面的局部開裂。隨著損傷的加重，微裂紋開始向?yàn)r青內(nèi)部擴(kuò)展，導(dǎo)致瀝青結(jié)構(gòu)的破壞。在疲勞試驗(yàn)過程中，隨著荷載循環(huán)次數(shù)的增加，巖瀝青砂漿的復(fù)數(shù)模量逐漸降低，這反映了微觀結(jié)構(gòu)中微裂紋的不斷產(chǎn)生和擴(kuò)展，使得材料的剛度下降。在自愈合過程中，瀝青分子的擴(kuò)散和重排起到了關(guān)鍵作用。當(dāng)巖瀝青砂漿出現(xiàn)微裂紋后，在合適的溫度和時(shí)間條件下，瀝青分子會(huì)從周圍區(qū)域向微裂紋處擴(kuò)散。這是因?yàn)槲⒘鸭y的出現(xiàn)導(dǎo)致了局部的應(yīng)力集中和能量不平衡，瀝青分子為了降低體系的能量，會(huì)自發(fā)地向微裂紋處遷移。通過原子力顯微鏡（AFM）觀察發(fā)現(xiàn)，在自愈合過程中，瀝青分子逐漸在微裂紋表面聚集，形成一層連續(xù)的瀝青膜，填充微裂紋。瀝青分子的重排也是自愈合過程中的重要環(huán)節(jié)。在擴(kuò)散過程中，瀝青分子會(huì)重新排列，形成更緊密的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)微裂紋處的粘結(jié)力。通過分子動(dòng)力學(xué)模擬可以發(fā)現(xiàn)，瀝青分子在微裂紋處會(huì)發(fā)生卷曲和纏繞，形成相互交織的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高了微裂紋處的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。從化學(xué)鍵的角度分析，巖瀝青與基質(zhì)瀝青之間可能形成了新的化學(xué)鍵，增強(qiáng)了瀝青的性能。巖瀝青中的某些成分可能與基質(zhì)瀝青發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵，如共價(jià)鍵或氫鍵。這些化學(xué)鍵的形成增加了瀝青分子之間的相互作用力，使得瀝青的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。在疲勞試驗(yàn)中，巖瀝青摻量為10%的試件相比未摻巖瀝青的試件，其疲勞壽命更長，這可能是由于巖瀝青與基質(zhì)瀝青之間形成的化學(xué)鍵增強(qiáng)了瀝青的抗疲勞性能。在自愈合過程中，化學(xué)鍵的作用也有助于瀝青分子的擴(kuò)散和重排，促進(jìn)微裂紋的愈合。六、工程應(yīng)用與展望6.1巖瀝青砂漿在道路工程中的應(yīng)用案例分析以某高速公路路段的建設(shè)工程為例，該路段位于交通繁忙的區(qū)域，車流量大且重載車輛較多，對(duì)路面的耐久性和抗疲勞性能要求較高。在該路段的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用了巖瀝青砂漿作為上面層材料。巖瀝青摻量經(jīng)過前期試驗(yàn)確定為10%，這一摻量在實(shí)驗(yàn)室研究中被證明能夠顯著提高瀝青砂漿的疲勞自愈合性能。在施工過程中，嚴(yán)格按照既定的施工工藝進(jìn)行操作。首先，對(duì)原材料進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，確保巖瀝青、基質(zhì)瀝青、集料和礦粉的質(zhì)量符合要求。在攪拌過程中，精確控制溫度和攪拌時(shí)間，保證巖瀝青與基質(zhì)瀝青充分融合，集料均勻裹覆瀝青。采用先進(jìn)的攤鋪和碾壓設(shè)備，確保路面的平整度和壓實(shí)度。在攤鋪過程中，控制攤鋪機(jī)的速度和振幅，保證攤鋪的均勻性；在碾壓過程中，按照初壓、復(fù)壓和終壓的順序，合理選擇壓路機(jī)的類型和碾壓遍數(shù)，確保路面達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度。通車后的使用效果表明，該路段的路面性能得到了顯著提升。在經(jīng)過多年的交通荷載作用后，路面的平整度依然保持良好，與相鄰采用普通瀝青砂漿的路段相比，平整度指標(biāo)明顯更優(yōu)。通過路面平整度儀的檢測，該路段的國際平整度指數(shù)（IRI）在通車5年后仍保持在1.5m/km以下，而普通瀝青砂漿路段的IRI則達(dá)到了2.5m/km以上。這表明巖瀝青砂漿能夠有效抵抗車輛荷載的作用，減少路面的變形，提高路面的平整度。在裂縫發(fā)展方面，該路段的裂縫數(shù)量和寬度明顯少于普通瀝青砂漿路段。經(jīng)過定期的裂縫觀測，發(fā)現(xiàn)該路段在通車5年內(nèi)，每公里的裂縫數(shù)量僅為5條左右，且裂縫寬度大多在0.5mm以下。而普通瀝青砂漿路段每公里的裂縫數(shù)量達(dá)到了15條以上，且部分裂縫寬度超過1mm。這說明巖瀝青砂漿的疲勞自愈合性能能夠有效延緩裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，提高路面的抗裂性能。從經(jīng)濟(jì)效益角度分析，雖然巖瀝青砂漿的材料成本相比普通瀝青砂漿有所增加，但由于其良好的性能，減少了路面的維修和養(yǎng)護(hù)次數(shù)，降低了長期的養(yǎng)護(hù)成本。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，該路段在通車后的前5年，養(yǎng)護(hù)成本相比普通瀝青砂漿路段降低了約30%。隨著時(shí)間的推移，這種成本優(yōu)勢將更加明顯。巖瀝青砂漿還延長了路面的使用壽命，減少了路面重建的頻率，進(jìn)一步降低了社會(huì)成本。在社會(huì)效益方面，該路段良好的路面性能提高了行車的舒適性和安全性。平整的路面減少了車輛的顛簸，降低了駕駛員的疲勞程度，提高了行車的舒適性。較少的裂縫和良好的抗滑性能，降低了車輛發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)，保障了行車安全。由于減少了路面維修對(duì)