掺沥青铣刨料再生混凝土二维四相细观建模方法技术

本发明专利技术提供了属于材料仿真技术领域的掺沥青铣刨料再生混凝土二维四相细观建模方法，其基于随机骨料模型构建了考虑沥青铣刨料再生集料取代率的掺沥青铣刨料再生混凝土二维四相细观模型，最大程度上模拟了掺沥青铣刨料再生混凝土真实结构特征，能够更准确地反映掺沥青铣刨料再生混凝土宏观性能演化机理，同时具有提高掺沥青铣刨料再生混凝土细观模型生成效率的特点。成效率的特点。成效率的特点。

【技术实现步骤摘要】
掺沥青铣刨料再生混凝土二维四相细观建模方法


[0001]本专利技术属于材料仿真
，特别涉及基于随机骨料模型的掺沥青铣刨料再生混凝土二维四相细观建模方法。

技术介绍

[0002]《2020年交通运输行业发展统计公报》显示，截至2020年底全国公路总里程519.81万公里，养护里程514.40万公里，占公路总里程99.0％。沥青路面是我国高速公路的主要路面型式，在“以养护为主”时期需要及时对沥青路面进行预防性、经常性和周期性养护。在养护过程中，必然会产生大量的沥青路面铣刨料，不仅会占用大量场地，还会污染土壤和环境。因此，如何科学合理地处理沥青铣刨料是成为亟待解决的问题。将沥青铣刨料作为天然碎石的替代品用于生产低标号水泥混凝土，就近用于临建工程的硬化场地、中分带封闭层、边沟盖板等附属设施，成为实现沥青铣刨料利用和缓解砂石困境的一种有效途径。
[0003]目前，针对含沥青铣刨料再生现浇砼的研究鲜有报道。然而，沥青铣刨料与天然碎石在外观形貌、物理力学指标方面存在很大的差异：
①
用于水泥混凝土的常用天然碎石为亲水性材料，有利于与水泥浆体的粘结，而沥青铣刨料表现往往粘有沥青，具有一定的憎水性，不利于与水泥浆体的粘结；
②
沥青铣刨料在铣刨过程中会造成碎石内部损伤产生微裂缝，其自身力学性能要远弱于天然碎石。由于沥青铣刨料与天然碎石性能差异较大，从而也会造成含沥青铣刨料再生现浇砼与普通现浇砼的性能相差很大。
[0004]近年来，众多学者偏重于针对掺混凝土类再生集料的再生混凝土的宏观性能、细观模型、微观结构开展研究，而对掺沥青铣刨料再生混凝土研究甚少，而对于掺沥青铣刨料再生混凝土细观模型构建的研究尚未见诸报道。目前，国内外学者仅针对掺混凝土类再生集料的再生混凝土的细观模型进行了相关研究，尽管取得了一定的成果，但仍存在许多不足，如：格构模型在模拟受情形不甚理想；随机粒子模型不适合轻骨料再生混凝土；大多模型仅将再生混凝土设定为与普通混凝土一样的三相结构，与掺沥青铣刨料再生混凝土包含天然集料、沥青层、界面区和硬化砂浆的四相结构不匹配。
[0005]综上所述，现有的再生混凝土细观模型无法真实地模拟实际环境中掺沥青铣刨料再生混凝土的工况，因此，亟需寻求一种掺沥青铣刨料再生混凝土二维四相细观模型建立方法，能够实现各种工况条件下符合真实骨料细观结构的掺沥青铣刨料再生混凝土的模拟。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术提供一种基于随机骨料模型的掺沥青铣刨料再生混凝土二维四相细观建模方法，用于模拟各种工况条件下符合掺沥青铣刨料再生混凝土真实细观结构的模型。
[0007]掺沥青铣刨料再生混凝土二维四相细观建模方法，包括以下步骤：
[0008]S1，根据富勒级配曲线和瓦拉文公式确定集料投放区域内集料总数目，根据预设
沥青铣刨料再生集料取代率确定沥青铣刨料再生集料和天然集料的数目；
[0009]S2，输入基本参数，包括掺沥青铣刨料再生混凝土生成区域、沥青铣刨料再生集料粒径及数目、天然集料粒径及数目；
[0010]S3，基于蒙特卡罗法随机生成集料；
[0011]S4，进行边界不相容准则判别，若不满足准则，返回S3；
[0012]S5，投放集料，进行投放数目判别：若投放数目不等于集料总数目，返回S3；若等于集料总数目，投放完毕；
[0013]S6，对投放区域进行网格划分，定义掺沥青铣刨料再生混凝土四相材料属性，对四相材料对应区域单元进行赋值，输出生成掺沥青铣刨料再生混凝土细观模型。
[0014]进一步的，所述S1的具体做法是：通过富勒级配曲线和瓦拉文公式计算出各个级配区间集料的数目及总数目，根据模型所需的沥青铣刨料再生集料取代率计算出各个级配区间沥青铣刨料再生集料、天然集料的数目。
[0015]进一步的，所述S3的具体做法是：先进行大粒径集料的随机生成和投放，后进行小粒径集料的随机生成和投放。
[0016]进一步的，所述S4的具体做法是：对生成的集料进行边界不相容准则判别：判断集料是否处于试件截面之内、判断各集料边界之间是否存在相交；为了避免两个集料距离太近，设置集料影响范围为1.05；若满足边界不相容准则，投放集料并记录投放数目；若不满足任一准则，返回S3继续循环。
[0017]进一步的，所述步骤5的具体做法是：对集料投放总数目进行判别：若投放数目等于集料总数目，投放完毕；若不等于总数目，返回步骤3继续循环，直至投放完毕。
[0018]进一步的，所述S6的具体做法是：(1)采用三角形单元或四边形单元对投放区域进行网格划分；(2)分别定义掺沥青铣刨料再生混凝土结构中天然集料、沥青层、界面区和硬化砂浆四相材料的属性；(3)根据划分网格的四个节点的坐标位置来定义该网格单元的材料属性；(4)生成预设沥青铣刨料再生集料取代率的掺沥青铣刨料再生混凝土二维四相细观模型。
[0019]相对现有技术，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：
[0020](1)本专利技术基于随机骨料模型构建了掺沥青铣刨料再生混凝土细观模型，在模型生成过程中保证了沥青铣刨料再生集料位置、粒径大小的随机性，与实际环境中掺沥青铣刨料再生混凝土生产过程中集料工况相一致。
[0021](2)本专利技术建立了考虑沥青铣刨料再生集料取代率的掺沥青铣刨料再生混凝土二维四相细观模型，构建了包括天然集料、沥青层、界面区和硬化砂浆组成四相复合材料，能够最大程度上模拟实际环境中掺沥青铣刨料再生混凝土的真实细观结构；同时，本模型还考虑了沥青铣刨料再生集料取代率因素，能够很好地模拟实际环境中不同再生集料取代率掺沥青铣刨料再生混凝土工况。
[0022](3)本专利技术将掺沥青铣刨料再生混凝土四相结构和沥青铣刨料再生集料取代率因素整合为一个模型中，只需修改相关参数就可进行不同工况下掺沥青铣刨料再生混凝土的数值模拟，为掺沥青铣刨料再生混凝土的数值模拟提供了一种更加便捷有效的方法。
附图说明
[0023]图1是本专利技术的细观模型建立方法的流程图。
[0024]图2是本专利技术的沥青铣刨料再生集料的细观模型图。
[0025]图3是本专利技术的沥青铣刨料再生集料取代率为30％的掺沥青铣刨料再生混凝土模型图。
[0026]图4是本专利技术的沥青铣刨料再生集料取代率为50％的掺沥青铣刨料再生混凝土模型图。
[0027]图5是本专利技术的沥青铣刨料再生集料取代率为100％的掺沥青铣刨料再生混凝土模型图。
[0028]其中：
[0029]硬化砂浆
‑
1、界面区
‑
2、沥青层
‑
3、天然集料
‑
4、沥青铣刨料
‑
5。
具体实施方式
[0030]本专利技术提供了一种基于随机骨料模型的掺沥青铣刨料再生混凝土二维四相细观模型建立方法，包括以下步骤：(1)根据富勒级配曲线和瓦拉文公式确定二维集料总数目，并根据预设沥青铣刨料再生集料取代率确定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.掺沥青铣刨料再生混凝土二维四相细观建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，根据富勒级配曲线和瓦拉文公式确定集料投放区域内集料总数目，根据预设沥青铣刨料再生集料取代率确定沥青铣刨料再生集料和天然集料的数目；S2，输入基本参数，包括掺沥青铣刨料再生混凝土生成区域、沥青铣刨料再生集料粒径及数目、天然集料粒径及数目；S3，基于蒙特卡罗法随机生成集料；S4，进行边界不相容准则判别，若不满足准则，返回S3；S5，投放集料，进行投放数目判别：若投放数目不等于集料总数目，返回S3；若等于集料总数目，投放完毕；S6，对投放区域进行网格划分，定义掺沥青铣刨料再生混凝土四相材料属性，对四相材料对应区域单元进行赋值，输出生成掺沥青铣刨料再生混凝土细观模型。2.根据权利要求1所述的掺沥青铣刨料再生混凝土二维四相细观建模方法，其特征在于，所述S1的具体做法是：通过富勒级配曲线和瓦拉文公式计算出各个级配区间集料的数目及总数目，根据模型所需的沥青铣刨料再生集料取代率计算出各个级配区间沥青铣刨料再生集料、天然集料的数目。3.根据权利要求2所述的掺沥青铣刨料再生混凝土二维四相细观建模方法，其特征在于，所述S3的具体做法是：先进行大粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：边伟，常兴科，彭素良，张建雄，张艳聪，王建文，高晋彪，荣亚鹏，梁建斌，张耀元，刘鹏飞，刘勇峰，贾嘉豪，周新星，李思政，韩杰，
申请(专利权)人：山西大成高速公路有限公司，
类型：发明
国别省市：