基于細觀力學的導電瀝青混凝土力學性能及導電機理研究.pdf

1、冬季瀝青混凝土路面的積雪結冰嚴重影響道路交通安全性和行車舒適性，給人們出行帶來了很多不便。融雪化冰研究已經成為當前國內外瀝青混凝土路面領域的研究熱點，導電瀝青混凝土是一種用于融雪化冰較為可行且效果較好的方法。目前，導電瀝青混凝土的大多數(shù)力學性能和導電性能都是通過實驗室試驗進行分析的，而并沒有相關學者進行深入的理論研究和機理研究。因此，本文基于細觀力學預測導電瀝青混凝土彈性模量及電導率，研究導電瀝青混凝土路面導電后力學性能的變化，進一步探

2、索導電瀝青混凝土的內在導電機理，提出真正適用于導電瀝青混凝土路面的導電機理，對于將導電瀝青混凝土應用于具體實際工程中具有重要指導意義。
　　細觀力學理論中Voigt-Reuss上下限可以較好的預測導電瀝青混凝土有效彈性模量的范圍，比較各種細觀力學方法，選取廣義自洽法和纖維簡化理論得到的模型可以較好的預測導電瀝青混凝土的彈性性能。
　　借鑒導電復合材料的導電機理，滲流模型只能預測導電顆粒體積分數(shù)大于滲流閾值時的電導率。有效介質

3、EMT模型采用一種平均場理論，因此預測的滲流閾值往往高于試驗的滲流閾值，電導率預測值遠遠大于試驗值。基于滲流理論和有效介質理論的GEM模型，可以較好地預測具有不同顆粒形狀和分布的兩相導電復合材料的電導率，但是其滲流閾值仍然需要通過試驗來確定，存在一定的局限性。考慮到導電顆粒與絕緣基體之間存在較大的電導率差異性，提出了簡化GEM模型。
　　Hashin-Shtrikman(H-S)模型只能給出電導率的大致范圍，并不能較為準確地預測電

4、導率。依據(jù)導電顆粒形狀，利用扁平橢球夾雜和多邊形夾雜的Eshelby張量，我們可以采用自洽模型分析含有隨機分布的不同形狀導電顆粒的導電復合材料的導電性能。由于自洽模型滲流閾值和試驗值有較大的偏差，借鑒GEM模型，在滲流理論和自洽理論基礎上，建立修正自洽模型?？紤]到鱗片狀石墨顆粒屬于六方晶系，因此選取導電顆粒為六邊形夾雜更符合實際，同時不需要預先假定滲流閾值，因此具有更廣的普適性。分析比較各種導電機理，提出基于細觀力學的導電機理能夠更好的

5、解釋導電瀝青混凝土的導電行為。
　　利用彈性模量預測值進行導電瀝青混凝土力學性能有限元數(shù)值模擬，計算在不同導電顆粒含量并考慮標準軸載和超載情況下，導電瀝青混凝土路面的彎沉、導電層層底拉應力及層間剪應力，從而得出導電瀝青混凝土路面力學性能與導電顆粒含量的關系。進一步，利用電導率預測值進行導電瀝青混凝土導電性能有限元數(shù)值模擬，研究在不同環(huán)境溫度、輸入功率、風速及導電顆粒含量等因素的影響下，導電瀝青混凝土路面融雪化冰的效果及其輸入的功率