基于数字图像的沥青混合料离散元几何建模方法

沥青混合料的性能与其细观结构密切相关,离散元方法在解决沥青混合料这种复杂、多相、不连续介质材料的细观问题时,具有很大优势。针对以往沥青混合料离散元建模不能较好模拟集料颗粒形状的问题,结合数字图像处理技术,提出了一种新的沥青混合料离散元几何建模方法,主要有3个步骤：1)使用特征聚类方法,将沥青混合料切片图像中的集料与沥青砂浆分离;2)并利用链码边界跟踪和线段表算法将分离的集料区域填充为离散元中的“聚粒”;3)用离散元的圆盘单元填充沥青胶砂区域,实现沥青混合料切片图像的二维离散元几何建模。利用该模型,较好地模拟了沥青混合料在贯入荷载作用下变形的动态过程。     

沥青混合料永久变形过程中粗集料空间运动分析

编写了三维不规则多面体粗集料的随机生成程序,重构了包含粗集料、沥青砂浆及空隙的沥青混合料车辙试件的三维离散元模型.通过对三维离散元模型进行数字切割获取了沥青混合料车辙试件的二维离散元模型,对沥青混合料车辙试件二维离散元模型中微观组成结构之间的接触赋予了相应的微观接触模型及模型参数.进行了沥青混合料车辙试验的二维离散元模拟,分析了沥青混合料永久变形过程中粗集料的平动和转动.结果表明:二维离散元模型能够较为精确地描述粗集料在沥青混合料永久变形过程中的空间运动情况,从而为今后沥青混合料车辙形成机理的探讨提供新的研究方式.     

沥青混合料集料离析的数值模拟与分析

采用颗粒力学的基本理论分析了颗粒相互作用时的运动规律及沥青混合料集料离析的机理,提出以混合料中滚落距离大的集料颗粒比例判断集料离析的模型。利用离散元颗粒流计算软件PFC2D对沥青混合集料离析进行数值模拟,验证了集料离析模型的合理性。以沥青混合料集料料仓的实际尺寸为依据,对AC-13、AC-20沥青混合料集料进行下落试验,试验结果与理论分析及数值模拟结果吻合,并表明密级配沥青混合料集料粒径分布范围广、公称粒径大,集料易产生离析。沥青混合料生产过程中,应严格控制粗、细颗粒粒径大小及其级配含量,以避免混合料集料离析的产生。     

集料分布特征对混合料疲劳性能的影响分析

根据建立的集料三维体积级配与二维数量级配关系式,编制了沥青混合料二维数字试件生成程序;结合离散元基本原理,建立了包括沥青混合料离散元模型、离散单元接触模式选择和疲劳失效判断标准在内的一整套沥青混合料虚拟疲劳试验方法;通过沥青混合料小梁虚拟疲劳试验,分析了集料分布特征对混合料疲劳性能的影响.结果表明:沥青混合料虚拟疲劳试验能真实模拟其疲劳过程,虚拟试验结果与真实试验结果相差无几,所建立的虚拟疲劳试验方法可以作为沥青混合料疲劳性能分析的辅助手段;集料分布均匀性对混合料疲劳寿命影响较大,混合料内粗集料分布较为密集的区域是最易疲劳损坏之处.     

沥青混合料三维离散元几何模型重构研究

离散元数值模拟在沥青混合料试验中得到了越来越多的应用,随着科学设备的发展及学者对数值模拟与真实情况相吻合程度的要求越来越高,将CT扫描技术与三维离散元数值模拟相结合受到了很多学者的关注。文中依托PFC3D基于CT技术,建立沥青混合料三维离散元几何模型。     

硫磺沥青混合料水稳定性分析

为了分析硫磺沥青混合料的水稳定性,寻找改善硫磺沥青混合料水稳定性的方法,采用改进水煮法检测了硫化沥青与集料的黏附性,通过四组分分析和接触角分析研究了硫化沥青与集料的黏附性;采用冻融劈裂强度试验、车辙试验以及低温弯曲试验研究了硫磺用量、空隙率以及抗剥落剂对硫磺沥青混合料水稳定性的影响.结果表明,在一定条件下,硫磺可改变沥青的组成,并改善沥青与集料的黏附性;硫磺用量、空隙率及抗剥落剂对硫磺沥青混合料的水稳定性具有非常大的影响.     

基于图像技术的沥青混合料细观结构研究进展

设计沥青混合料多依据沥青混合料的宏观品质,而沥青混合料的细观结构对宏观性能有着重要影响,基于图像技术的细观研究可深入地解释沥青混合料的路用表现。介绍了数字图像处理技术的定义及利用X-ray CT无损技术获取沥青混合料内部结构的方法,并综述了利用数字图像技术分析沥青混合料内部结构特性,包括集料形状、分布、接触性能及空隙等方面的研究,表明了图像技术研究沥青混合料的可行性。同时,还简要介绍了基于图像处理的沥青混合料细观结构的数值模拟方法,主要讨论了离散元方法和有限元方法的特点。最后提出了目前研究中的几点不足,并展望了沥青混合料细观结构未来的研究方向,为今后沥青混合料的研究提供参考。     

重载排水沥青路面功能性与粗集料压碎值关系研究

粗集料压碎值对排水性沥青混合料性质有着极其重要的影响,对于重载排水沥青路面影响尤甚。通过干料击实模拟试验、对排水性沥青混合料试件成型后进行级配检验、马歇尔试验、冻融劈裂试验,以及飞散试验和车辙试验,得出集料的压碎值会影响排水沥青路面的排水功能以及排水性沥青混合料的抗水损坏性能的结论。     

粗集料对排水沥青混合料性能的影响

排水沥青混合料为骨架空隙结构,其粗集料的骨架结构对排水沥青混合料的稳定性和耐久性至关重要。为了研究粗集料类型对排水沥青混合料体积特性的影响,选择三种岩性的粗集料(S10、S12),一种TPS改性沥青,通过粗集料骨架间隙率VCA、马歇尔试验、车辙试验、间接拉伸试验、冻融劈裂试验,分析了三种不同粗集料对VCA、满足排水沥青混合料设计空隙率20%时各矿料级配组成的影响,结果表明,为满足排水沥青混合料的骨架结构,以及满足规范要求的高温、低温、水稳定性能,两种粗集料S10和S12的相对用量比例应满足在40∶60~50∶50之间。     

沥青混合料三轴剪切试验的离散元模拟研究

为了更好地评价和预估沥青混合料抗车辙能力,基于离散元方法,应用PFC2D软件对沥青混合料的三轴剪切试验进行离散元数值模拟,并将模拟结果与实验室试验结果进行了对比分析.结果表明,离散元模拟结果与实验室试验结果具有较好的相关性,且规律一致,验证了模型的正确性;可基于此模型建立评价和预估沥青混合料抗车辙能力的虚拟试验方法.     

机制砂沥青混合料路用性能的研究

根据《沥青混合料试验规程》的有关实验方法,对细集料为天然砂和机制砂两种组成的沥青混合料的高温稳定性,低温稳定性,水稳定性等路用性能进行了试验研究。实验结果表明机制砂较之天然砂可以显著提高沥青混合料的高温动稳定度、低温极限应变和冻融劈裂试验残留强度比。     

沥青混合料低温裂纹扩展演化行为分析

以悬浮密实、骨架密实和骨架空隙这3种典型骨架结构沥青混合料为试验对象,通过间接拉伸试验(IDT),从宏观角度分析了骨架结构对沥青混合料低温裂纹扩展演化行为的影响;采用颗粒随机生长算法建立了沥青混合料离散元模型,结合数值分析,从裂纹类型、数量、裂纹能量释放率及裂尖应力场等细观尺度,对3种典型骨架结构沥青混合料低温裂纹扩展...     

密级配沥青混合料集料分形分维与路用性能的关系

从集料结构本身出发,利用分形几何的基本理论,建立沥青混合料集料的粒径分布分形模型、集料体积分形模型和集料孔隙分形模型。集料的体积分形维数是一个饱含丰富信息的重要参数,其与沥青混合料的空隙率存在强相关性,建立AC-16密级配沥青混合料集料体积分形维数与沥青混合料空隙率的回归模型。通过大量路用性能试验,得到AC-16密级配沥青混合料集料的体积分形维数与路用性能指标之间的相关变化规律。集料的体积分形维数增大,沥青混合料的高温性能、抗滑性能呈下降趋势,水稳定性、低温抗裂性呈上升趋势。根据密级配沥青混合料集料体积分形维数与各项路用性能的关系,可对具有不同集料体积分形维数的沥青混合料的路用性能进行预估。     

加载角度对弧形加载巴西劈裂试验影响的数值研究

巴西劈裂试验具有试件加工方便、试验易于实现等优点,是测试岩石抗拉强度的主要方法,但是相关规范没有对加载角度作出限定,导致试验的结果较为离散.为研究加载角度对巴西劈裂试验的影响,利用有限元软件ANSYS建立加载角度为0°的集中加载模型,计算得到的应力数值解与理论解误差较小,证明数值模拟的有效性;之后以集中加载模型为原型分...     

一种彩色桥面乳化沥青混合料的路用性能研究

选取瑞晟特牌环氧树脂、聚酰胺固化剂、自制的乳化沥青,通过将不同比例的乳化沥青与环氧树脂混合,配制成不同性能的沥青混合料,再将此混合料与设计级配拌和制成沥青混凝土,通过车辙试验、低温小梁试验等路用性能试验,研究不同环氧树脂掺量下,沥青混合料的路用性能,由试验结果可知,环氧树脂的加入,可以提高沥青混合料的高温稳定性,也可以增加沥青混合料的劈裂强度和沥青与集料之间的粘附性。     

不同等级路面的橡胶颗粒沥青混合料水稳定性试验

基于AC-13连续型级配,将橡胶颗粒等质量替换部分集料内掺入混合料中,通过冻融劈裂试验,研究了橡胶颗粒沥青混合料在不同等级路面条件下的水稳定性。试验结果表明:选择合理的橡胶颗粒掺量可减缓冻融后的劈裂强度损失。与普通沥青混合料相比,橡胶颗粒沥青混合料的空隙率增大,劈裂抗拉强度有所降低,且橡胶颗粒的掺量与粒径对他们影响较大。对于一级公路路面,橡胶颗粒沥青混合料的水稳定性仍可满足工程技术要求;对于低等级公路路面,细集料的增加可以提高橡胶颗粒沥青混合料的水稳定性。     

桥面铺装环氧沥青混合料拌和流变特性研究

通过室内试验,分析了拌和温度、拌和速率及集料几何特性对环氧沥青混合料拌和流变特性的影响规律;并采用灰关联方法对影响环氧沥青混合料拌和流变特性的集料尺寸、棱角性、形状指数、表面纹理进行显著性分析。结果表明:环氧沥青混合料的扭矩增长受环氧树脂固化性能的影响显著;拌和速率对混合料的拌和扭矩影响显著,低拌和速率下的扭矩值大于高拌和速率下的扭矩。灰关联分析结果表明,集料的粒径及形状指数对混合料的拌和流变特性影响显著,棱角性与表面纹理对混合料的拌和流变特性的影响规律性不显著。     

不同离析程度对沥青混合料性能的影响研究

通过室内冻融劈裂、车辙、低温劈裂、四点弯曲疲劳等试验研究分析不同离析程度对AC-20、AC-13沥青混合料工作性及路面性能的影响,试验表明：离析对AC-20、AC-13沥青混合料的和易性、水稳定性、高温稳定性及低温劈裂抗拉强度及抗疲劳能力及均有较大影响。应严格控制沥青混合料离析的发生,避免沥青路面出现损坏。     

氯盐类融雪剂对沥青混凝土性能的影响

为了解氯盐类融雪剂的使用对沥青混凝土路面的影响,通过黏附性试验以及弯曲、劈裂、冻融-弯曲试验,研究了不同状态的氯盐类融雪剂在不同浓度条件下对沥青混凝土的影响.试验结果表明,氯盐类融雪剂对沥青与集料的黏附性没有影响;显著降低了沥青混凝土的抗弯强度、劈裂强度以及冻融抗弯强度等性能,并且随着氯盐浓度的增大,其对沥青混合料的影响也呈增大趋势.     

温拌沥青混合料水稳定性评价研究

从拌和及成型温度出发,采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验对原样沥青及两种温拌沥青混合料的水稳定性进行评价,并结合集料与沥青黏附性试验进行比较分析。研究表明,Evotherm DAT温拌沥青混合料的水稳定性优于原样沥青混合料,Saso WAM温拌沥青混合料的水稳定性略低于原样沥青混合料;冻融劈裂试验与水煮法试验评价的水稳定性相关性较好,浸水马歇尔试验由于试件空隙率低,不能真实反映混合料的水损害,建议以冻融劈裂试验结果为主评价温拌沥青混合料的水稳定性。