数字图像处理在沥青混合料均匀性评价中的应用

为了探讨沥青混合料均匀性定量研究方法,本文基于数字图像处理技术,直接对混合料中集料的分布状态,即沥青混合料均匀性进行研究。研究结果显示,基于数字图像处理技术所计算的结果与主观上的观测结果基本一致。研究结果表明:基于数字图像处理技术,选用数量分布和位置分布这2个集料的分布状态参数可以定量地评价沥青混合料的均匀性;沥青混合料均匀性可以通过沥青混合料均匀性指标来反映;随着公称最大集料粒径的增大,沥青混合料均匀性变差。     

用数字图像处理技术评价沥青混合料均匀性

用数字图像处理技术获得试件截面图像,通过集料的分布状态研究了沥青混合料的均匀性。研究结果表明,使用彩色石料区分粗、细集料,并利用彩色阈值直接分割图像,可以消除在试件截面剖分过程中颗粒位置的随机分布造成的影响;选取5种典型的沥青混合料级配,采用颗粒面积比的变异系数作为均匀性评价指标,能够定量评价沥青混合料的均匀性;对各级配的均匀性指标与各档粗集料分计筛余百分率进行线性回归,其复相关系数为0.976。     

基于集料分形特征的沥青混合料配合比设计

为了使沥青混合料配合比设计更具针对性,基于集料分形特征,探讨了集料粒径分维值与沥青混合料体积参数的关系,在此基础上,确定出满足规范要求的沥青混合料体积指标对应的最佳沥青用量和矿料级配,并通过路用性能的测试检验了设计混合料.结果表明:集料粒径分维值与沥青混合料体积指标有很强的线性相关性,利用该相关关系可以对混合料的体积参数进行预估,快速确定最佳沥青用量、矿料级配.     

沥青混合料级配分形研究

分形理论作为一种非线性的研究方法,被应用到了许多领域,特别是在材料学方面应用广泛.沥青混合料存在着空隙、集料粒径以及级配等分形,对AC-13、SMA-13、SUPER-13 3种类型沥青混合料的级配分形和分维数范围进行研究.通过研究获得用分维数表征上述3种沥青混合料级配的结果,研究结果表明,分维数和级配的相关性很好,且可以通过维数值反映间断级配或连续级配的特征;可以通过分维数值的大小判定沥青混合料的级配组成,从而对沥青混合料拌合中对配合比控制和检验提供一种新的方法.     

沥青混合料均匀性与材料力学性能关系

为研究沥青混合料均匀性与材料力学性能的关系,基于数字图像处理技术,通过沥青混合料均匀性指标,对沥青混合料均匀性与材料单轴抗压强度、劈裂强度以及抗剪强度间相互关系展开定量地研究.研究结果显示:沥青混合料均匀性与材料力学性能的绝对数值间没有直接的、明显的相关性,而与材料力学性能变异性间却有.均匀性较差的沥青混合料,其力学性能的变异性较大;均匀性较好的沥青混合料,其力学性能的变异性稍小.这表明控制沥青混合料的均匀性对控制材料力学性能变异性有着重要意义.     

设计沥青混合料

“设计沥青混合料”与路用沥青混合料组成设计具有本质的差别。尽管国内外在沥青混合料组成设计方面进行了广泛的研究，但距离“设计沥青混合料”仍存在较大差距。本文根据以往的研究成果和对于国内外研究趋势的分析明确提出了设计沥青混合料的概念，重点分析了按体积设计沥青混合料、材料组成与沥青混合料路用性能关系等问题，并根据目前科学技术发展水平预测了这一研究领域未来十年的技术进展。     

级配集料的分形特性研究AC-16C

为了研究沥青混合料微观结构不均匀性的分布规律,基于分形的理论方法,从沥青混合料中集料的分布状态入手,对10组AC-16C级配类型的沥青混合料采用双对数坐标的方法计算其级配质量分形维数,研究沥青混合料级配质量分形维数的规律.研究结果表明:随着集料级配质量分形维数的增大,集料的空间填充能力增强,沥青混合料的空隙率也越来越小;随着粗集料中针片状含量的减小,集料颗粒被压碎或断裂的机率减小,从而提高了沥青混合料的均匀性.     

橡胶颗粒沥青混合料矿料级配的分形评价

橡胶颗粒沥青混合料集料分布具有明显的分形特征,建立了橡胶颗粒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。验证了集料体积参数与混合料空隙率的强相关性,空隙率随着矿料级配分维值D的增加而减小。与橡胶颗粒沥青混合料对应的级配范围集料粒径分维值D范围为2.54～2.59。间断级配JAC-16适用于二重分形评价,采用二重分形计算的相关系数较高,说明该级配的实际组成与级配分形理想模型拟合的程度较高。     

基于CT图像的沥青混合料分形特征的研究

采用分形理论对沥青混合料内部结构的复杂程度进行了量化研究.对沥青混合料内部断面的CT图像,用差分盒维数法得到其断面形貌的分形维数,再通过分形维数的大小描述沥青混合料内部结构的复杂程度.对沥青混合料试件和沥青路面芯样分形维数的比较表明,混合料试件内部结构复杂程度更高;采用相同的试件加工方法在试验室获得三种不同类型的沥青混合料(SM A,AC-20G,AC-25G),得到的分形维数相差不大,但该分形维数与路面芯样相比却有较大差异,说明试件加工方法对沥青混合料内部结构形貌特征有较大影响.分形理论结合CT图像对研究定量描述沥青混合料内部结构特征是一种十分有效的方法.     

基于分形理论的橡胶沥青混合料级配优化设计

为优化橡胶沥青混合料ARAC-13G集料级配,延长路面面层的使用寿命,对5组ARAC-13G进行路用性能、力学性能以及抗滑性能试验,基于分形理论,将试验得到的一系列宏观性能参数与粗集料分维数、细集料分维数进行线性拟合,从高强相关性角度揭示了集料规格对混合料性能影响的侧重方向,并通过合理的分维值进一步把控ARAC-13G的综合性能。结果表明：不同规格的集料对橡胶沥青混合料各性能的影响程度有所差异,为使混合料满足抗水毁要求的前提下获得更佳的高温稳定性和抗滑性,细集料分维数不宜小于2.53,粗集料分维数应控制在1.89～1.92。     

基于分形理论的沥青路面微观形貌特征描述与求解方法

从分形角度描述沥青路面在垂直方向上的微观形貌特征,并研究了路面构造深度的分形插值方法。利用遗传算法求取迭代函数系统中仿射变换的最佳垂直比例因子,计算分形维数。最后利用高精度激光测距仪获取4种不同沥青路面样块的高程数据,在此基础上分析分形维数与路面平均构造深度、算术平均偏差、均方根偏差的相关关系,并通过插值函数模拟路面构造深度变化的分形曲线。     

沥青混合料劈裂强度的影响因素

选用相同的试验材料,通过室内劈裂试验,研究了常温和低温下级配、油石比、空隙率以及均匀性对沥青混合料劈裂强度的影响规律。研究结果表明:常温下,随着级配变粗,沥青混合料劈裂强度增大;低温下,随着油石比增大,沥青混合料劈裂强度和劲度模量增大,破坏应变减小;随着空隙率的增大,沥青混合料劈裂强度减小;沥青混合料均匀性与劈裂强度间没有直接明显的相关性,但与其变异性间的关系很好。     

沥青混合料GTM设计方法及工程质量研究

在详细分析现行沥青混合料配合比设计方法不足的基础上,提出采用能够模拟现场碾压工况并以力学参数为设计指标的GTM设计方法进行沥青混合料配合比设计,分析对比GTM与马歇尔方法设计结果,提出与GTM方法相匹配的施工工艺。研究结果表明,与马歇尔设计结果相比,GTM方法设计的沥青混合料路用性能大幅度提高。实体工程表明,尽管GTM设计的混合料油石比较低、压实度标准较高,但使用现有的施工设备,施做的路面压实度完伞可以汰到较高标准,现场率隙率可控制在6％以下．     

基于微观力学的沥青混合料黏弹性预测

利用微观力学和逾渗理论预测了沥青混合料的黏弹性能。将沥青混合料看作刚性粗集料颗粒夹杂于黏弹性沥青砂浆基体内的复合材料,在Laplace空间域内利用Mori-Tanaka等效夹杂理论和宏观平均理论,建立了从沥青砂浆黏弹性预报沥青混合料黏弹性的模型。基于逾渗理论修正了模型中的参数,并与静态蠕变试验结果进行了对比。结果发现:粗集料对黏弹性沥青基体性能具有增强作用,沥青混合料黏弹本构方程可以表示为粗集料增强系数与沥青基体黏弹本构方程的乘积形式。微观力学预测的增强系数较试验值偏小,误差分析发现,产生偏差的主要原因是Mori-Tanaka方法考虑集料间相互作用较弱,当粗集料体积分数较大时,预测模型精度下降。通过逾渗理论对粗集料体积分数修正后的结果与试验值较吻合。     

沥青混合料沥青膜厚度的确定

通过对传统方法进行分析,并结合沥青混合料的集料比表面积的实测结果,提出了不同于常用方法的沥青混合料的集料比表面积的确定方法,并确定了集料比表面积的计算公式。在此基础上,通过研究现有的沥青混合料沥青膜厚度计算方法,提出了修正后的沥青混合料沥青膜厚度计算公式。实践证明,这一方法更能反映沥青混合料中集料比表面积的真实情况,确保沥青混合料沥青膜厚度计算的准确性,对沥青混合料配合比设计具有指导意义。     

基于离散元法的沥青混合料虚拟疲劳试验方法

为了从细观角度深入分析沥青混合料疲劳机理,运用离散元方法实现了沥青混合料小梁试件的虚拟疲劳试验。首先,根据概率理论,建立了由混合料三维体积级配至沥青混合料二维数字试件数量级配推导公式;接着,根据蒙特卡洛方法,编制了考虑集料不规则形状的沥青混合料二维数字试件生成程序,以此生成了沥青混合料二维数字试件;然后,结合离散元基本原理,提出了包括沥青混合料离散元模型的建立、离散单元的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;最后,进行了沥青混合料小梁疲劳试验,并与基于离散元方法的虚拟试验结果进行了比较分析。研究结果表明,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。