沥青路面在长期的服役过程中,由于服役环境的复杂多样以及交通量荷载的日益增加,出现了越来越多的路面病害现象,大大缩短了服役寿命,特别是在我国北方等季节冰冻区,气候变化严峻,伴随着交通量、冻融循环及水温耦合等作用,沥青路面会出现严重的损伤且呈加速破坏趋势。沥青路面损伤不仅严重影响其服役性能,缩短服役寿命,还会增加路面维护成本,这将给人们的生活带来种种不便,并造成社会经济损失。因此,有必要改善沥青混合料的抗冻融性能,从宏细观角度明确冻融循环作用下沥青混合料性能衰减规律冻融损伤机理,同时探讨沥青混合料粘弹特性为实际工程中玄武岩纤维增强沥青路面的评估与养护进行指导。本文依托国家自然科学基金“季冻区沥青混凝土冻融循环损伤模型及细观特性研究”,首先基于响应曲面设计方法与旋转压实成型方式制备玄武岩纤维增强沥青混合料试件,开展了玄武岩纤维增强沥青混合料抗冻融性能研究;接着,通过宏观力学性能、声学特性以及细观特征,由宏观唯象到细观机理系统地分析沥青混合料冻融损伤特性及衰减规律;同时,采用静态蠕变及动态模量试验研究沥青混合料的静动态粘弹性力学响应并探讨其冻融损伤影响。本文开展的具体研究工作如下:1、基于响应曲面设计方法优化玄武岩纤维增强沥青混合料试件的制备参数,采用旋转压实成型方式制备玄武岩纤维增强沥青混合料试件;根据冻融循环作用下玄武岩纤维增强沥青混合料SGC试件的宏观力学性能试验来评价玄武岩纤维的改善效果,同时明晰沥青混合料在冻融循环作用下宏观力学性能衰减规律;此外,将声发射技术应用于沥青混合料内部损伤分析中,来表征冻融循环作用下沥青混合料SGC试件的断裂特征。2、借助X-ray CT断层扫描技术获取了冻融循环作用下玄武岩纤维增强沥青混合料SGC试件的细观图像,基于数字图像处理技术提取试件CT图像的细观特征参数,从细观尺度上对玄武岩纤维增强沥青混合料的冻融损伤进行分析;接着,采用灰色关联分析理论探讨了沥青混合料的细观特征参数对其宏观力学性能的影响程度并明确冻融损伤机理。3、基于粘弹性力学基本理论,分别采用单轴压缩静态蠕变试验与动态模量试验对玄武岩纤维增强沥青混合料的静动态粘弹性力学响应进行了研究,通过Burgers模型、广义Maxwell模型、广义Kelvin模型等表征沥青混合料的蠕变与松弛特性,广义Kelvin模型及广义Maxwell模型可以较好地反映沥青混合料粘弹特性并描述其蠕变及松弛行为。利用动态模量、相位角、储能模量与损耗模量及其主曲线,分析其动态粘弹性力学响应。采用广义西格摩德模型绘制了沥青混合料储能模量与损耗模量主曲线,在广泛的时温范围内研究了沥青混合料的弹性及粘性力学行为。4、采用单轴压缩静态蠕变试验对冻融循环作用下玄武岩纤维增强沥青混合料的静态粘弹力学响应进行了分析,通过粘弹性模型模拟其蠕变及松弛特性。借助蠕变柔量Burgers模型的瞬时弹性模量E₁、瞬时粘性系数η₁、延迟弹性模量E₂以及延迟粘性系数η₂探讨了沥青混合料随冻融循环作用下抗变形能力的变化。同时,基于Laplace域内蠕变与松弛关系可以得到冻融循环作用下沥青混合料松弛模量变化结果。5、采用动态模量试验对冻融循环作用下玄武岩纤维增强沥青混合料的动态粘弹力学响应进行了分析,基于沥青混合料动态模量与相位角数据进一步得到了储能模量与损耗模量,从而分析了冻融循环作用下沥青混合料粘弹塑性行为的具体表现。通过建立主曲线模型分析了沥青混合料在模拟实际服役情况下的力学性能随冻融循环作用的变化规律,探讨了交通荷载及路面温度对沥青混合料力学性能的影响,从而对道路设计及养护过程给出相应的指导与建议。