吳峰，李鋼

（信陽職業(yè)技術學院，河南 信陽 464000）

0 引言

瀝青混合料的組成主要有細集料、 礦粉和瀝青等，所以其結構具有較強的隨機性和多相性。 如果從荷載作用角度對其進行分析， 發(fā)現(xiàn)其力學行為是比較復雜的。 因此，需要對瀝青混合料黏彈性力學行為特點進行深入分析，進而改善其性能。

1 瀝青混合料黏彈性力學內容

在我國建筑行業(yè)快速發(fā)展的背景下， 瀝青混合料得到了有效應用。 其中一種典型的多相黏彈性復合材料，已被廣泛應用于路面建設，但受客觀因素和本身因素的影響， 瀝青道路會出現(xiàn)一些難以防治的病害，如裂縫等。 相關研究證實[1]，通過對瀝青混合料黏彈性力學行為和性能的研究， 能夠在明確瀝青混合料作用機理的基礎上， 達到對瀝青路面有效維修的目的，如圖1 所示。

圖1 瀝青混合料的穩(wěn)定度對比

黏彈性力學模型屬于當前瀝青混合材料中的主要內容，相關學者在以往的實驗和理論知識上，建立能夠考慮溫度效應的黏彈性力學模型， 通過對此模型的分析， 了解瀝青混合料黏彈性力學行為表征。 此材料會隨著溫度升高，黏性不斷增強，其彈性也會減弱。 在此基礎上，還要利用現(xiàn)有的實驗數(shù)據(jù)，計算黏彈性的參數(shù)。在不同的溫度下，建立Burgers 模型，然后從黏彈性材料的基本特性出發(fā)，了解耗散能對損傷變量的影響。

2 瀝青混合料黏彈性力學行為的表征研究內容

2.1 建立Burgers 模型

由于瀝青混合料黏彈性力學內容比較復雜，為了對其行為表征進行深入研究， 需要建立Burgers模型。 相關學者在此模型的基礎上，對老化瀝青混合料黏彈性的疲勞損傷程度進行分析，通過直接拉伸試驗，對瀝青混合料黏彈性參數(shù)進行計算，然后求出其損傷函數(shù)。 此外，我們還可以結合疲勞損傷模型推導出瀝青混合料的臨界損傷度和壽命計算公式，進而對瀝青混合材料的黏彈性進行進一步驗證。

與靜態(tài)黏彈性力學比較，瀝青混合料的動態(tài)黏彈性力學行為更能貼合路面的實際受力狀態(tài)， 所以其已經(jīng)受到了研究者的關注。 在此背景下，研究人員也發(fā)展了多種動態(tài)黏彈性能的模型，但是這些模型一般是經(jīng)驗模型，影響了瀝青混合料應用的有效性。 因此，需要從材料的分數(shù)階微分黏彈性理論內容出發(fā)， 將分數(shù)階微分Burgers 模型有效地應用到動態(tài)黏彈性能表征中。 在此基礎上，相關的學者還要建立分數(shù)階微分Zener 模型，然后采用此模型對瀝青混合料的實際黏彈性力學行為表征進行研究，完善模型參數(shù)，保證瀝青混合料應用的有效性[2]。

在對瀝青混合料動態(tài)黏彈性進行分析時，一般都是以動態(tài)模量和相位角對其進行描述，還可通過復模量試驗測得相關參數(shù)。 在此過程中，依據(jù)時間和溫度等效原理，將瀝青混合料在不同溫度及不同荷載頻率下的黏彈性能進行分析。

2.2 復模量試驗

在此實驗中， 研究人員需在瀝青路面的表面層、 聯(lián)結層以及基層分別選取一種黏彈性力學行為，然后結合所加荷載的類型，將其分為靜態(tài)黏彈性力學行為和動態(tài)黏彈性力學行為。在對靜態(tài)黏彈性力學行為進行分析時，主要是用蠕變柔量和松弛模量對其進行描述。同時， 還可以通過蠕變和松弛試驗對其參數(shù)進行檢測，然后從動態(tài)黏彈性力學理論角度對動態(tài)的模量和相位進行分析。 但是，由于在復模量試驗中，會受到蠕變和松弛試驗耗時的影響，所以在具體的實驗中難以獲得更準確的試驗數(shù)據(jù)。

這就需要從Boltzmann 的疊加原理出發(fā)，對其進行深入分析，可以應用松弛模量，計算瀝青混合料黏彈性力學的實際響應。 此外，要想得到更加準確的松弛模量和蠕變柔量， 還要從瀝青混合料的靜、動態(tài)黏彈性力學性能和理論出發(fā)，通過對復模量試驗結果的分析，將其轉換成為松弛模量，從而進一步提高瀝青混合料的應用質量。

3 瀝青混合料靜動態(tài)黏彈性力學性能的轉化方法

3.1 理論基礎

瀝青混合料的應用與受力狀態(tài)和溫度等多種因素有關，并且其本身還具有明顯的各向異性和不連續(xù)性。由于瀝青混合料在受載情況下經(jīng)常會表現(xiàn)出比較明顯的非線性黏彈性，所以過去在對其力學進行分析時，一般局限于線黏彈性，這會導致其優(yōu)良的力學性能得不到充分發(fā)揮。 因此，相關學者從黏彈性理論出發(fā)，整合研究的重點內容，為日后瀝青混合料應用的安全性和有效性提供基礎[3]，各項性能指標如表1 所示。

表1 混合料路用性能指標

從理論角度對瀝青混合料進行分析，發(fā)現(xiàn)其在車載作用下的應變能力是比較小的， 并且其力學影響能夠滿足線黏彈性理論。 在此基礎上，還要分析靜、 動態(tài)黏彈性力學性能的特點，完善相互轉換步驟的方案，促進動態(tài)黏彈性力學性能向靜態(tài)黏彈性力學性能轉換，結合瀝青混合料的特點，對復模量試驗中的數(shù)據(jù)進行整合，然后在此基礎上沿著對數(shù)頻率坐標軸，對其進行適當平移，最后構成黏彈性能的主曲線。在此過程中，還要利用此模型，對黏彈性能的主曲線進行科學模擬，進而得到更加準確的模型參數(shù)，保證各黏彈性能主曲線的完善性。

3.2 配置法

在對瀝青混合料黏彈性力學行為表征進行分析時， 要以瀝青混合料儲能模量主曲線為核心，然后通過對配置方式的合理應用， 確定松弛模量和Prony 級數(shù)表達式中的相關參數(shù)，并且還要對儲能模量和損耗模量主曲線的特點進行分析，結合配置法，確定模型蠕變柔量中的各參數(shù)。 為了加強對配置法有效應用，優(yōu)化上述計算方法的步驟，需要從瀝青混合料黏彈性力學出發(fā)，對配置法進行深入研究[4]。

此方式是一種通過預選配置點，對求解方程組進行計算的方法， 在配置點上， 計算其試驗值。配置法求解松弛模量的步驟和求解蠕變柔量的步驟相似，一般分為以下幾部分內容。

（1）首先研究人員需要利用模型對復模量試驗中的結果進行科學模擬， 主要是為了得到更加準確的儲能模量主曲線，然后再由儲能模量的主曲線對其中的平衡模量進行計算。

（2）設定求解的松弛模量Prony 級數(shù)，保證配置點的科學性，結合儲能模量中的主曲線，將n 個配置點和主曲線有效結合，然后通過對求解方程的分析，得到相關參數(shù)。 因此，在設定配置點時，要提前分析預設配置點與松弛時間之間的關系，最后應用方程組對其進行求解， 進而得到更加準確的參數(shù)。

4 瀝青混合料的黏彈性應用現(xiàn)狀

當前，人們雖然已發(fā)展了大量能夠描述瀝青混合料黏彈性力學行為的模型，但是這些模型本身存在一定的局限性，其只能在一定程度上表征瀝青混合料的靜態(tài)或是動態(tài)黏彈性能，并不能在原有基礎上同時描述瀝青混合料的靜、動態(tài)黏彈性能。因此，需要尋找一個可以對黏彈性力學行為完整描述的模型，從而加強對瀝青混合料性能的研究力度。

由于瀝青混合料在車載作用下所出現(xiàn)的應變比較小， 要想對瀝青混合料力學行為進行分析，需要從線黏彈性理論出發(fā)， 深入研究瀝青混合料的性能。 同時，研究人員還要從此材料的力學行為著手，不斷改善瀝青混合料的黏彈性能。此外，加強對瀝青混合料黏彈性力學行為表征的研究，還能夠減少路面病害的發(fā)生。 但是，目前對黏彈性理論的路用性能研究內容較少，還有待完善[5]。

5 結語

瀝青混合料在道路工程中的應用受到不同溫度和應力水平等多種因素的影響。結合單軸壓縮的蠕變試驗，對數(shù)據(jù)信息進行分析，計算模型參數(shù)，然后在此基礎上預測瀝青混合料在不同溫度和應力水平下的蠕變曲線，強化瀝青混合料黏彈性力學行為的表征，改善瀝青混合料的性能。