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。     

基于X-ray CT技术的沥青混合料三维数值模型

运用MATLAB软件获取CT图像的数字信息,利用MATLAB语言构造出一系列M函数,用于显示、处理获取到的CT图像的图像数据,将得到的数据图像信息导入有限元软件ANSYS,建立了沥青混合料三维细观结构有限元模型,分别包括集料、空隙和沥青胶浆的模型,建立生成的模型与真实的模型更加接近,并对模型进行了有关的数值模拟。通过对比分析真实沥青混合料试件与数值模型内部结构中不同组分之间的差异,来验证模型的准确性。     

沥青混合料集料接触点分析

研究不同掺配下混合料的接触点与其相关性能关系,得出了比较客观、合理的抗车辙性能的混合料。并通过研究发现随着掺配的增加,相应的混合料的接触点也发生相应变化,结果发现随着级配增加粗集料之间的接触点增加的比例不一定发生正比例关系。     

基于Mimics沥青混合料三维数值模型建立

为了建立沥青混合料的三维数值模型,采用德国Compact-225型X-ray工业CT对AC-16级配的沥青混合料标准马歇尔试件进行断层扫描,将扫描图导入医学软件Mimics,通过双峰法进行阈值分割实现对沥青混合料细观结构的识别,经过局部修正处理后进行三维重构。用Magics软件对重构模型进行光滑处理后导入Ansys有限元软件进行体网格划分和优化,再通过Mimics的Materials功能来进行材质赋值,经系统运算后生成三维数值模型,可直接用于虚拟力学分析。     

基于微观结构的多孔沥青混合料吸声模型

为了在设计阶段实现基于设计参数的多孔沥青混合料吸声性能预估,构建了基于微观结构的多孔沥青混合料吸声模型.依据声-电类比理论,计算了多孔沥青混合料吸声模型的声阻抗和吸声系数;运用图像处理技术及统计分析方法,得到了多孔沥青混合料"特征孔隙直径";依据多孔沥青混合料吸声模型微单元体中毛细管长度随圆球与毛细管截面直径比值的变化规律,得到了微单元体中毛细管的结构参数取值.结果表明:所构建的多孔沥青混合料吸声模型预测的给定声波频率下试件最大吸声系数及其对应频率与驻波管法实测值之间具有良好的相关性,验证了该模型在预测多孔沥青混合料吸声特性方面的准确性.     

沥青混合料CT图像中粘连集料颗粒分离方法

为了准确分离沥青混合料CT(computerized tomography)图像内部的粘连集料颗粒,根据材料密度连续变化特点,对CT图像进行高斯平滑和H-maxima转换处理,消除图像噪音和降低图像内集料颗粒像素密度变异性,然后采用分水岭分割算法对沥青混合料CT图像内部粘连集料颗粒进行分割.确定分水岭分割后的集料颗粒尺寸参数,采用不同当量尺寸对集料颗粒级配进行虚拟筛分,对所提出的粘连集料颗粒分离方法进行筛分级配验证.结果表明:通过分水岭分割后的集料颗粒,采用等效直径作为当量尺寸进行级配虚拟筛分,结果与实际手工级配筛分结果吻合良好.该方法克服了以往研究中忽视对CT图像内部粘连集料颗粒的处理,是对计算机数字化设计沥青混合料级配的有益探索.     

骨架结构沥青混合料的研究

近年来,我国的公路交通得到了快速发展,沥青在公路交通中起到了非常重要的作用,但由于车辆超载现象越来越多,导致沥青路面变形破坏严重。道路工作者应该采取必要的技术措施改善沥青混合料的高温稳定性,提高沥青抗高温变形破坏的能力。运用具有较好粗集料结构的骨架结构沥青混合料,可以提高沥青混合料的路用性能,保证道路行车安全。本文介绍了研究骨架结构沥青混合料的必要性,并研究了基于集料级配理论的骨架结构沥青混合料的路用性能,给道路工程师提供参考,以此促进我国交通运输事业的良好发展。     

骨架密实型沥青混合料集料的分形特征

为了分析和利用骨架密实型沥青混合料集料分形特征,基于分形几何的基本理论,推导出了集料的质量分布分形几何模型,并以SMA-16混合料为例,探讨了集料分维值(D)的最小计算粒径;结合SMA-16混合料体积参数的测试结果,研究了分形维数与体积参数的关系.结果表明:对于SMA-16混合料,分维值的最小计算粒径为0.6 mm;规范级配范围对应的分维值为2.355～2.457;分维值越大,混合料级配越细;分维值与空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等混合料体积参数有很好的线性相关性.     

CT数字图像处理技术在沥青混合料微观结构分析中的应用

利用CT机对马歇尔成型的沥青混合料试件进行分层扫描.通过数字图象处理技术对试件冻融劈裂前后图像的变化进行分析,从空隙率、胶浆面积、粗集料面积等3个方面揭示了试件内部冻融劈裂前后微观结构的变化规律.通过数学假设,建立了沥青混合料CT值分布规律的数学模型,从而将CT值和沥青混合料的损伤变量联系起来.利用损伤变量对沥青混合料试件冻融劈裂前后水损害情况进行了对比分析.     

微观尺度下浇筑式沥青混合料超热老化机理

为了揭示浇筑式沥青混合料超热老化机理,采用傅里叶红外光谱法（FTIR）和热失重法(TG)实时追踪扫描了微观尺度下浇筑式沥青不同超热温度下分子基团以及轻质组分的变化规律,分析了超热温度下挥发和氧化对改性沥青老化的影响进程.结果表明：在超热温度下,挥发对浇筑式沥青混合料老化所起的作用明显,并且一直贯穿整个超热老化过程,而氧气浓度决定了氧化在其整个老化过程中的作用时间,在高氧气浓度下,氧化主要发生在老化前期,而老化后期轻质组分的挥发起主导作用.     

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。     

沥青混合料矿料配合比的计算机辅助设计

本文介绍利用计算机人机对话进行辅助设计沥青混合料矿料配合比的程序设计过程、方法和实现功能。该程序具有即时显示合成曲线、界面直观、形象等优点。     

再生细骨料沥青混合料水稳定性研究

再生细骨料是指在再生骨料生产过程中产生的一些粒径在4.75 mm以下的碎屑、砖粉以及水泥砂浆粉料。该文研究了将再生细骨料以一定比例掺入到沥青混合料中,替代天然细骨料制备的AC-25C型再生细骨料沥青混合料的水稳定性能。结果表明再生细骨料沥青混合料的水稳定性能满足规范要求,但油石比有所增加。     

集料级配对沥青混合料温度性能的影响

集料是混合料结构形成的决定性成分,其岩性性质、物理力学指标以及外观形状的差异,对于混合料的工作性能产生很大的影响,集料级配不同混合料的工作性能差异很大。该文就集料级配对沥青混合料的温度稳定性能的影响进行了系统试验研究,得出了相应结论。     

沥青混合料流动次数计算方法

为准确计算沥青混合料在SPT永久变形试验下的流动次数,分析了现有计算方法的不足之处,提出了基于Francken模型和应变曲线的局部拟合法,并提出了基于最小应变率的区间系数(K)最优值的确定方法.结果 表明:直接实验值法的计算结果误差较大,移动平均值法的计算结果受步长的影响明显,函数拟合法的计算结果受拟合范围起始条件和终...     

混凝土断裂面三维重构

基于激光三角测距原理,提出了一种新的分析混凝土断裂面的测量方法。与传统断裂面分析方法相比,该测量方法能够对混凝土断裂面进行快速三维重构并具有无损、快速和准确的特点,还可以根据重构的断裂面对断裂面进行多种分析。计算了混凝土断裂面的分形维数和粗糙度指数。     

考虑集料-胶浆粘附性能的钢渣沥青混凝土体积稳定性改善研究

采用XRD分析了钢渣的矿物相特征以调整沥青胶浆的组成来增强钢渣-沥青胶浆粘附性,利用沥青胶浆包裹的钢渣集料颗粒进行水煮试验以分析钢渣-胶浆粘附作用的强弱,并开展了钢渣沥青混凝土浸水膨胀试验以确定其体积稳定性水平.试验结果表明采用钢渣粉替代传统的石灰石矿粉与沥青制备而成的胶浆与钢渣集料具有优良的粘附性能,可显著提高钢渣沥...     

沥青稳定基层混合料的矿料级配研究

通过与国外沥青稳定基层常用级配及国内相关级配的比较,经过大量的马歇尔试验和强度试验,初选出沥青稳定碎石1#(公称粒径26.5mm)和沥青稳定碎石2#(公称粒径31.5mm)两种级配的沥青稳定碎石混合料的力学性能和疲劳性能优良,能够用于修筑高等级公路和市政道路的沥青稳定基层。     

岩溶地貌集料特性对沥青混合料性能的影响

通过分析集料中含量较多的锈染颗粒、重结晶方解石颗粒的特性,研究了特殊骨料颗粒对沥青混合料性能的影响,提出了特殊集料的质量控制标准.结果表明:锈染颗粒、重结晶方解石颗粒与沥青的粘附性比普通灰岩颗粒低两个等级;锈染颗粒及重结晶方解石颗粒降低了沥青混合料的高温抗变形性能及抗水损害性能,对低温抗开裂性能影响较小.在集料生产过程...     

矿料表面能参数对沥青混合料劈裂强度的影响

为研究矿料表面能参数对沥青混合料劈裂强度的影响,首先基于表面能理论对沥青-矿料黏附原理进行阐释;然后测定不同岩性矿料(石灰岩、玄武岩、花岗岩、安山岩和片麻岩)与已知表面能参数滴定液体的接触角,由接触角求得不同矿料的表面能、极性分量和色散分量,分析矿料各参数与沥青混合料劈裂强度的关系.结果表明:表面能理论可较好解释沥青混合料劈裂强度的形成;不同岩性矿料的沥青混合料劈裂强度与矿料表面能、色散分量呈正相关关系,与矿料极性分量呈负相关关系;矿料表面能参数与其化学组成存在一定关系.