摘 要

本篇论文借助ansys软件对再生沥青混凝土试件进行细观尺度的二维有限元模拟，并通过比较标准沥青混凝土马歇尔试件的宏观细观特性，为目前我国沥青混凝土早期破坏机理提供了参考。

论文主要研究了沥青混凝土在已知约束条件下的细观结构破坏截面形式，比较细观模型中集料与沥青联结料的计算云图，分析沥青混凝土的危险截面。同时通过与宏观计算结果的对比分析，比较二者之间应力应变关系的差异和联系。另外，对再生沥青混凝土试件进行宏观尺度上的劈裂模拟实验，比对宏观条件下的破坏形式与细观角度的应变分布状态，从而为沥青混凝土的破坏提供理论依据。

研究结果表明，在细观尺度上，沥青混凝土的破坏主要发生在沥青联结料之间，由于联结料和集料之间在车辆荷载等各种因素作用下连接力的不足导致沥青联结料的破坏，从而致使整个试件发生扩展的裂缝。

本文的特色是以ansys软件模拟沥青混凝土的宏观细观尺度内力分析，同时进行沥青混凝土宏观劈裂试验，对比二者之间的关系，将理论与试验结果联系起来，从而得到沥青混凝土破坏的真正原因。

关键词：沥青混凝土；早期破坏；有限元模拟；宏观-细观分析

ABSTRACT

This paper with the help of ansys software, the regenerative asphalt concrete specimen meso-scale two-dimensional finite element simulation, and by comparing the standard macro mesoscopic characteristic of asphalt concrete Marshall specimen, as at present, the asphalt concrete early failure mechanism provides the reference.

Thesis mainly studied the asphalt concrete under the condition of known constraints of mesoscopic structure damage section form, Comparison of calculation nephogram of microscopic model of aggregate and asphalt bonding material, analysis of the dangerous section of asphalt concrete. At the same time, through the comparison of the results of the macro calculation, the differences and relations between the stress and strain of the two are compared. In addition, the recycled asphalt concrete specimens for macro scale fracturing simulation experiment, comparing angle of macroscopic and mesoscopic damage form under the condition of stress distribution of the state, to provide theoretical basis for the damage of asphalt concrete.

Research results show that the mesoscopic scale, the destruction of the asphalt concrete mainly occurs between asphalt coupling, because the link between the material and aggregate in the vehicle load under the action of various factors such as the relay connection led to the deficiency of the asphalt material damage, causing the whole specimen crack extension.

Characteristic of this paper is based on ansys software to simulate macroscopic meso-scale internal force analysis of asphalt concrete, asphalt concrete macroscopic splitting experiment was carried out at the same time, the contrast between the two relations, link theory with experiment results, the real reason of the asphalt concrete are achieved.

key word： asphalt concrete；early damage；finite element modelling；Macro - mesoscopic analysis

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究的背景和意义 1

1.1.1 研究的背景 1

1.1.2 研究的意义 1

1.2 国内外相关文件综述 2

1.2.1 国内相关文件综述 2

1.2.2 国外相关文件综述 3

1.3研究的主要内容 3

第二章 再生沥青混凝土的制备 4

2.1 再生沥青混凝土原材料 4

2.1.1废弃沥青混合料 4

2.1.2 再生剂 5

2.1.3 其他原材料 6

2.2 再生沥青混凝土的制备 9

第三章 Ansys软件简介与有限元模型建立 12

3.1 Ansys软件简介 12

3.2 有限元模型建立 12

从上图我们可以看出，在这个模块中，应变云图、应力云图均可以再模型中表达出来。经过以上处理后，我们就可以开始分析了。 15

第四章 再生沥青混凝土劈裂试验宏观-细观分析 16

4.1 实验分析理论基础 16

4.1.1 复合材料细观力学的引入 16

4.1.2 复合材料细观力学内容简介 16

4.2 宏观界面有限元分析 16

4.3 细观界面有限元分析 17

4.4 宏观与细观计算结果对比分析 20

第五章 宏观尺度劈裂试验与试验分析 22

第六章 结论与展望 24

6.1 结论 24

6.2 展望 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 绪论

引言

沥青混凝土（bituminous concrete）俗称沥青砼，是由骨料联结料两部分组成的混合料，性能相比其他混凝土而言更为优秀。不过由于研究方法的不足，导致所使用的沥青混凝土路面的使用年限不能够维持很长的时间，所废弃的沥青等材料也会污染环境与造成经济的损失。对沥青混凝土的早期破坏的研究希望能够解决这类问题，从而达到环保和节约经济的目的。同时，开发再生沥青混凝土的使用也能对此类的问题作出解答。

1.1 研究的背景和意义

1.1.1 研究的背景

据数据统计，我国绝大多数高速公路均采用了沥青混凝土路面。目前已有90％以上的新建路面均采用了沥青混凝土作为道路面层的主要结构材料。我国公路交通总里程位居世界第二，截至2014年，总里程数已达到423.8万公里，沥青路面占318.7万公里，其中，服役超过5年的沥青道路达286.4万公里，超过10年的达到145万公里，按我国规范要求的设计使用寿命为15年计算，在未来几年，我国各等级路面将逐渐达到使用寿命。而一旦达到使用期限，就会有数量极大的路面需要进行维修，这将导致巨大的经济压力。而由于车辆等交通工具的发达与日渐普及，导致这一问题显现的更为明显。

随着道路建设的不断发展，我国的公路桥梁逐渐采用了以沥青混凝土为基本结构材料的路面形式^[1]。但是由于研究设计方法的不足，沥青混凝土路面也给世界各地的专家学者带来了难题。诸如开裂、剥落、泛油、水破坏等等一系列问题都成为研究沥青混凝土的重要研究课题。据报告显示，有的沥青路面在投入使用后的很短时间内，就因为各种各样的因素发生了破坏，成为道路维修部门眼中的“钉子户”，不得不进行翻新维修。而翻修所留下的废旧沥青却得不到很好的处理方法，如果直接掩埋，会造成资源的巨大浪费和环境污染。