沥青路面细观结构特性与衰变行为 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:裴建中

出品人:

页数:255

译者:

出版时间:2010-1

价格:50.00元

装帧:

isbn号码:9787030263216

丛书系列:

图书标签:

• 沥青路面
• 细观结构
• 衰变行为
• 材料科学
• 路面工程
• 耐久性
• 力学性能
• 微观力学
• 老化
• 损伤分析

沥青路面细观结构特性与衰变行为 内容简介 沥青路面作为现代交通基础设施的关键组成部分，其性能的持久性和可靠性直接关系到行车安全、舒适度以及交通运输的经济效益。然而，沥青路面并非静态不变的材料，其内部结构在复杂的环境因素和荷载作用下会发生一系列微妙而又关键的变化，这些变化统称为“衰变”。理解沥青路面细观结构特性及其衰变行为，是提升路面设计理论、优化养护策略、延长路面使用寿命的基石。本书正是聚焦于此，深入剖析沥青路面内部细观尺度的组成、相互作用以及在服役过程中发生的时空演变。 本书内容丰富，体系完整，涵盖了从材料的微观世界到宏观性能的传递，从沥青混合料的组成设计到路面整体的服役寿命预测，旨在为从事道路工程、材料科学、岩土工程等领域的科研人员、工程师以及相关专业学生提供一套详实、系统的理论指导和研究参考。 第一章 绪论 本章首先阐述了沥青路面作为一种复杂功能材料的重要性，强调了其在现代社会中的不可替代性。随后，引出了沥青路面细观结构的概念，将其定义为介于宏观路面和微观材料分子之间的尺度，重点关注沥青、矿料（粗集料、细集料、填料）及其相互作用。在此基础上，强调了研究细观结构特性的必要性，解释了为何单一的宏观参数往往不足以全面描述和预测路面的真实性能。 接着，详细阐述了沥青路面衰变的概念，将其定义为路面在长期服役过程中，由于外部环境（温度、湿度、紫外线、氧气等）和内部因素（重复荷载、化学侵蚀等）的综合作用，导致其材料特性和结构状态发生不可逆变化的过程。衰变不仅包括沥青老化、矿料磨损等材料层面的退化，也包括细观结构中颗粒间的联系减弱、孔隙率改变等结构层面的演变。 最后，指明了本书的研究目标和意义，即通过深入研究沥青路面细观结构的组成、形态、相互作用以及衰变机理，揭示细观结构变化与宏观路面性能退化之间的内在联系，从而为沥青路面的性能评估、寿命预测和养护决策提供科学依据。 第二章 沥青路面细观组成与结构表征 本章是对沥青路面细观结构进行“画像”的基础。首先，详细介绍了沥青材料在细观尺度上的形态，包括其粘稠度、弹性、黏塑性等本构关系，以及受温度影响的显著变化。重点讨论了沥青在细观尺度上的分布状态，如包裹骨料的薄膜厚度、空隙中的填充情况等。 随后，深入分析了矿料在细观尺度上的特性。这部分内容包括： 粗集料： 介绍了粗集料的形状、尺寸、表面纹理、强度、磨损性等对沥青混合料细观结构和宏观性能的影响。例如，棱角状的骨料有利于骨架的形成，而圆滑的骨料则可能导致稳定性不足。 细集料： 阐述了细集料在填充空隙、增大沥青膜厚度、提高混合料粘附性等方面的作用，并讨论了其粒径分布对细观结构的影响。 填料： 强调了填料在沥青混合料中的关键作用，包括其细度、比表面积、矿物成分等如何影响沥青的粘度、触变性以及最终的沥青膜性质，进而影响混合料的整体强度和耐久性。 接着，重点阐述了沥青与矿料的相互作用，即“沥青-骨料界面”。这被视为沥青路面细观结构中的关键环节。详细介绍了沥青在矿料表面的吸附、润湿和附着机理，以及由此形成的界面层。讨论了界面层的厚度、成分、微观形态以及其对沥青混合料粘结强度、抗水损害能力和耐久性的重要影响。 为了量化和表征这些细观结构特征，本章还介绍了一系列先进的分析测试技术，包括： 显微成像技术： 如扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜，用于观察沥青膜的形态、骨料的表面纹理以及它们的相互接触情况。 图像分析技术： 通过对显微图像进行处理，可以量化骨料的尺寸分布、形状参数、沥青膜厚度、空隙率等几何特征。 X射线计算机断层扫描（CT）： 能够无损地获取沥青混合料的三维细观结构信息，包括骨料的三维分布、孔隙连通性以及沥青的填充状况。 力学测试： 如微观力学测试，用于评估沥青膜、界面层以及骨料本身的力学性能。 第三章 沥青路面细观结构衰变机理 本章是本书的核心内容之一，专注于探讨沥青路面在服役过程中，其细观结构是如何发生衰变的。衰变是一个多因素、多过程耦合作用的结果，本章从不同维度进行剖析。 3.1 沥青老化及其在细观尺度上的表现 沥青老化是沥青路面衰变中最普遍、最主要的表现之一。本章详细阐述了沥青老化的内在机理，包括： 氧化作用： 氧气与沥青中的不饱和烃、芳香族化合物等发生化学反应，生成极性官能团（如酮、羧基、羟基等），导致沥青的粘度增加、塑性降低、脆性增大。在细观尺度上，氧化会改变沥青膜的流变性能，使其在低温下更容易开裂，在高温下更容易变形。 挥发作用： 沥青中的轻质组分（如饱和分、芳香分中的低分子量组分）在高温和时间作用下挥发，导致沥青的稠度和粘度增加，沥青膜变薄且更易脆裂。 紫外线辐射： 紫外线能引发沥青分子链的断裂和重组，加速氧化过程，进一步导致沥青性能劣化。 热应力： 温度的周期性变化（日夜温差、季节温差）在沥青膜和骨料界面产生热应力，长期作用下可能导致微裂纹的产生和扩展。 在细观尺度上，沥青的老化不仅仅是沥青本身性能的下降，更体现在其与骨料的相互作用以及在孔隙中的分布状态的变化。老化后的沥青膜会变得更硬、更脆，其对骨料表面的包裹能力减弱，界面粘结力下降，更容易在应力作用下发生剥离。同时，孔隙中的老化沥青也变得更容易断裂，使得原先被沥青填充的微小空隙可能重新暴露，影响路面的整体连通性和防水性。 3.2 矿料与沥青界面的衰变 沥青-骨料界面的强度和耐久性是沥青路面宏观性能的关键。本章深入分析了界面的衰变过程： 水损害（水损害）： 这是影响界面耐久性的最主要因素之一。当水进入沥青混合料的孔隙并到达沥青-骨料界面时，会发生以下情况： 沥青膜的破裂和剥离： 水的毛细作用以及温度变化产生的应力，可能导致沥青膜在骨料表面产生微裂纹，甚至完全剥离。 沥青与矿料的化学作用： 某些矿料（如酸性矿料）的表面可能与沥青中的某些官能团发生化学反应，削弱界面粘结力。 表面吸附水的存在： 矿料表面吸附的水分会降低沥青的粘附性。 水化学侵蚀： 长期水浸泡可能导致某些矿料（如碱性矿料）的表面发生水化学反应，改变其表面性质，进而影响与沥青的粘附。 在细观尺度上，水损害表现为骨料表面沥青膜的缺失、骨料与沥青之间产生空隙、以及沥青颗粒的迁移和团聚。 机械磨损与冲击： 车辆的重复碾压和轮胎与路面表面的摩擦，不仅会引起骨料表面的微观磨损，也可能导致沥青膜的磨损和破坏，尤其是在粗糙的骨料表面。 化学侵蚀： 除了水，其他化学物质（如融雪剂、油污等）也可能侵蚀沥青膜或矿料表面，破坏界面的稳定性。 3.3 细观结构参数的变化与宏观性能退化 本章的最后部分，重点探讨了细观结构参数在衰变过程中如何变化，以及这些变化如何最终导致宏观路面性能的退化。 孔隙率和连通性： 沥青老化和骨料磨损可能导致原先被沥青填充的微小孔隙重新暴露，沥青混合料的整体孔隙率可能增大。同时，孔隙之间的连通性也可能改变。孔隙率的增加会降低路面的整体强度和稳定性，使其更容易产生变形和破坏。连通性的改变则会影响水分的渗透和滞留，加速水损害的发生。 骨架结构的稳定性： 骨料之间的接触和咬合形成了路面的骨架。沥青膜的老化和磨损会削弱骨料之间的粘结，导致骨架结构的稳定性下降，在荷载作用下更容易发生骨料的位移和重排，从而引起路面的变形（如车辙）。 沥青膜厚度和连续性： 沥青膜是连接骨料的“胶粘剂”。其厚度的不均匀性、膜的连续性以及膜的完整性，都会影响路面的抗裂性能和整体粘结强度。衰变过程可能导致沥青膜变薄、不连续，甚至出现断裂，为微裂纹的产生和扩展提供了条件。 应力集中与微裂纹扩展： 在细观尺度上，骨料棱角、颗粒间接触点、以及沥青膜中的缺陷等都可能成为应力集中源。当这些应力超过材料的局部强度时，就会产生微裂纹。随着服役时间的推移，这些微裂纹会在荷载和环境作用下不断扩展和相互连接，最终汇聚形成宏观的裂缝，导致路面结构的破坏。 第四章 沥青路面细观结构衰变模拟与预测 为了更深入地理解和预测沥青路面细观结构的衰变过程，本章介绍了一系列数值模拟和理论分析方法。 离散元法（DEM）： 详细阐述了DEM在模拟沥青混合料细观结构中的应用。DEM能够将骨料视为独立的离散单元，通过施加接触力来模拟骨料之间的相互作用，从而研究骨架结构的形成、变形以及在荷载作用下的颗粒运动。本章将重点介绍如何将沥青膜的力学性能和老化效应纳入DEM模型，以模拟沥青膜对骨架稳定性的贡献以及沥青老化对颗粒间粘结强度的影响。 有限元法（FEM）： 介绍FEM在细观尺度分析中的应用，特别是如何构建包含沥青、骨料以及界面的精细化三维模型。通过施加不同的边界条件和荷载，可以分析不同细观结构参数（如骨料形状、沥青膜厚度、界面粘结强度等）对路面应力分布、微裂纹萌生与扩展的影响。 多尺度耦合模拟： 探讨如何将微观沥青分子模型、细观沥青混合料模型以及宏观路面模型进行耦合，实现从微观到宏观的性能预测。这种方法能够更全面地反映材料性能在不同尺度上的传递和演变。 衰变模型构建： 基于细观结构分析和模拟结果，本章将介绍如何构建沥青路面细观结构衰变模型。这可能包括： 基于损伤力学的模型： 描述微裂纹的产生和扩展如何导致材料损伤的累积，并与宏观性能退化关联。 基于参数演化的模型： 预测沥青老化、孔隙率变化等细观参数随时间推移的演变规律，并将其与宏观路面性能预测模型联系起来。 寿命预测方法： 探讨如何利用细观结构衰变模拟和模型，对沥青路面的服役寿命进行更精确的预测。这包括考虑各种衰变因素（老化、水损害、疲劳等）的累积效应，以及不同设计参数和养护策略对路面寿命的影响。 第五章 细观结构特性与路面性能的关系 本章将细观结构特性与宏观路面性能之间的内在联系进行了详细的梳理和阐释。 力学性能： 抗压强度与抗拉强度： 详细分析了骨料的级配、形状、以及沥青膜的连续性如何影响混合料的整体强度。例如，良好的骨料级配可以形成稳定的骨架，而充足且连续的沥青膜则能有效传递应力，提高抗压和抗拉强度。 弹性模量与阻尼性能： 沥青的粘弹性特性及其在细观尺度上的分布状态，直接影响着路面的弹性模量和能量耗散能力。老化程度、沥青膜厚度以及骨料的包裹程度都会影响这些参数。 抗疲劳开裂性能： 沥青混合料的抗疲劳性能与微裂纹的萌生和扩展密切相关。本章将分析细观结构中的应力集中区域（如骨料接触点、沥青膜中的缺陷）如何成为疲劳开裂的起点，以及沥青膜的延展性和骨料的分布对疲劳寿命的影响。 抗车辙性能： 路面在重复荷载作用下产生永久变形（车辙）的根本原因在于沥青混合料在高温下的流动性过大或骨架结构不稳定。本章将探讨骨料的级配、形状、以及沥青用量和粘度对抵抗车辙变形的影响。 耐久性： 抗水损害能力： 沥青与矿料的粘附性、沥青膜的完整性、以及混合料的孔隙率和连通性是决定其抗水损害能力的关键。本章将深入分析细观结构中，哪些因素容易导致水分侵入和沥青剥离。 抗冻融性能： 冻融循环过程中，水分在孔隙中的冻结和融化会产生膨胀压力，导致路面产生裂缝。本章将分析沥青混合料的孔隙结构和沥青膜的包裹能力如何影响其抗冻融性能。 抗老化性能： 沥青老化不仅影响其自身性能，也影响其与骨料的粘附性，进而影响整个路面的耐久性。 其他性能： 摩擦性能： 路面表面的骨料形状、尺寸分布以及沥青膜的磨损情况，都直接影响着路面的抗滑性能。 吸声降噪性能： 沥青混合料的孔隙结构（孔隙率、孔径分布、连通性）对路面的吸声降噪效果有着重要影响。 第六章 结论与展望 本章对全书的研究内容进行总结，并对沥青路面细观结构特性与衰变行为的研究方向进行展望。 主要研究成果回顾： 简要概括本书在沥青路面细观组成表征、衰变机理解析、模拟预测方法以及细观结构与宏观性能关联等方面的贡献。 研究局限性： 指出当前研究中存在的不足，例如某些细观参数的精确量化难度、复杂衰变过程的耦合模拟挑战、以及从细观到宏观性能传递的精细化建模等。 未来研究方向： 更精细化的细观结构表征： 发展更先进的无损检测技术，实现对沥青混合料细观结构的更全面、更精确的三维可视化和量化分析。 多物理场耦合的衰变机理研究： 深入研究温度、湿度、荷载、化学物质等多种因素耦合作用下的细观结构衰变机理，特别是沥青老化、水损害、疲劳破坏之间的相互影响。 智能化和大数据驱动的衰变预测： 结合传感器技术、物联网和人工智能，实现沥青路面服役过程中的实时监测，建立基于大数据的细观结构衰变预测模型。 基于细观结构优化的路面设计与养护： 利用细观结构分析和模拟结果，指导沥青混合料的设计和生产，优化骨料级配、沥青用量、改性剂选择等，以及制定更具针对性的路面养护策略。 新材料与新技术的应用： 探索新型沥青材料（如再生沥青、改性沥青）和新兴技术（如智能材料、纳米材料）在改善沥青路面细观结构特性和延缓衰变方面的潜力。 本书的出版，旨在推动沥青路面研究从传统的宏观层面深入到细观层面，为理解和解决沥青路面长期服役过程中出现的各种性能问题提供新的视角和强大的工具。通过对细观结构特性与衰变行为的深刻认识，将有助于提升沥青路面的设计水平、工程质量和使用寿命，为构建更安全、更可靠、更可持续的交通基础设施做出贡献。

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