【博士】基于非线性理论的沥青混合料性状研究【2006】

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内容简介

　　学科专业：道路与铁道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：同济大学交通运输工程学院　　学位年度： 2006年　　大自然一切现象都是非线性现象。研究非线性问题共性的科学称为非线性科学。非线性科学经过近半个世纪的研究，目前形成了一门庞大的学科群二一耗散结构理论、突变论、超循环理论、混沌学、分形理论等，均以研究非线性为特征。　　它们的兴起及蓬勃发展，不仅使人类对世界的本质有了更清楚的认识，而且也极大地改变了世界科学图景及当代科学家的思维模式。　　沥青混合料是由沥青结合料、集料(包含矿粉)、孔隙三相构成的三相体。沥青混合料在宏观表现上变异性很大，其根本原因是沥青混合料的三相在微观上．分布的差异。目前所进行的宏观性能研究，是基于沥青混合料是均质材料的假设基础上的，显然这和实际有较大出入。　　对沥青混合料进行微、细观的研究势在必行，然而目前沥青混合料的研究现状是：缺乏定量甚至定性描述，缺乏概括沥青混合料微细观性质的手段，更谈不上沥青混合料微、细观指标的建立、描述、量化了。　　本文首先介绍了分形基本理论，分维数值的求法；分形孔隙和分形粒子的分形分析方法；重正化群方法是研究临界现象的有力工具，因此非常适合研究沥青混合料的渗透性，本文较为系统的介绍了这一方法。　　其次本文对级配理论进行了系统的分析，重点对四种连续级配理论：最大密度曲线理论、最大密度曲线刀幂公式、七法、，法进行了研究，从理论上得出它们均具有分形的性质，并导出其理论分维数值的公式。对规范规定的Ac沥青混合料集料级配进行了研究，得出规范规定的AC沥青混合料集料级配具有良好的分形性质。同时对悬浮密实结构沥青混合料迸行试验分析，得出密级配混合料集料级配的分维值是一个重要的参数，它不仅反映了集料级配(密级配、半密级配等)的类型，而且和沥青混合料的体积参数、力学指标均有密切地联系。　　接着本文对沥青玛蹄脂碎石混合料进行研究，得出沥青玛蹄脂碎石混合料集料级配中粗集料、细集料分别具有分形的特点。粗集料、细集料的分维数值对沥青玛蹄脂碎石混合料物理力学性质有着重要影响。根据对沥青玛蹄脂碎石混合料的研究，提出沥青混合料集料级配设计的两阶段级配理论，参照规范沥青玛蹄脂碎石混合料的级配设计出两阶段级配理论相应的级配，以被工程应用，最后论文证实了两阶段级配理论同样也可用于密级配沥青混合料集料级配的设计。对Superpave集料级配进行了研究，得出了有意义的结论。　　本文同时对骨架空隙结构类型的多孔排水沥青混合料利用分形理论进行了分析研究，得出两阶段级配理论可用于分析OGFC沥青混合料的集料级配，重点分析了级配对oGFC孔隙率的影响最后本文分析了沥青混合料的水损坏，指出沥青混合料的渗透性是其中的关键因素。对集料的孔隙特征进行了研究，文章对颗粒的空间填充进行了较为系统的研究，集料颗粒的空间排列方式对孔隙率的大小有重要影响，同时集料颗粒粒级的增加也使孔隙率有效地减少。利用对颗粒孔隙率的研究结论，分析了目前规范提供的沥青混合料集料级配，同时上述的研究结论可以指导沥青混合料设计时集料级配的确定。利用重正化群方法，对空间集料结构的临界孔隙导通进行研究，求出孔隙导通的概率临界值，并利用空间格子模型，求出沥青混合料孔隙导通的临界孔隙率，并由此进一步分析了多孔排水沥青混合料孔隙率的最小临界值，并指出多孔排水沥青混合料集料VMA的数值要求。根据参考文献分析了沥青混合料渗透性的影响因素。文章重点对最大公称粒径、集料级配、孔隙率三个因素进行研究。　　

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