沥青混合料的细观结构分析软件MASAC指标体系

基于图像处理算法研究的基础上,编制适用Windows系统的用于专门进行沥青混合料的细观结构分析软件MASAC。主要阐述沥青混合料的细观结构分析软件MASAC指标体系,并对部分指标的功能进行简单的介绍。该指标体系分成5大类,即:集料颗粒的形状、集料颗粒的排列方式、集料颗粒的接触关系、集料间孔隙以及集料的分布状态。在对细观结构分析的基础上,可以研究沥青混合料细观结构与宏观性能的内在联系,评价沥青混合料均匀性好坏。     

Delaunay三角网格的沥青混合料粗集料分布特性

为研究沥青混合料的细微观结构特征,提出粗集料分布特性的量化方法和指标.基于数字图像处理技术对粒径大于2.36 mm的沥青混合料粗集料质心进行delaunay三角剖分,建立三角单元内A1/A2（集料-胶浆面积比）参数表征细观结构局域特征,通过对A1/A2统计特性的描述、分析以及概率形式的统计推断,得到粗集料整体分布特性的量化与分析结果.研究表明,不同级配之间粗集料的总量及级配各档位质量分布的差异性将显著影响细观结构特征,如沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）、开级配抗滑磨耗层混合料（OGFC）和高性能路面沥青混合料（SUP） 3种级配粗集料的平均紧密程度呈递减趋势.此外,给出A1/A2参数的集中趋势指标和偏态指标,并在此基础上提出非参数检验方法对沥青混合料细观结构进行对比,评判多种级配细观结构的嵌挤紧密特征的异同,认为SMA和OGFC的细观嵌挤特征类似,而SUP和SMA以及OGFC相比细观结构更趋于分散.     

沥青混合料体积参数通用图的应用研究

为了使沥青混合料体积参数在设计和施工质量控制中得到进一步应用，将体积参数分为直接参数和间接参数．通过对体积参数之间内在关系进行数学推导变形，将沥青混合料设计中通常使用的体积参数与沥青含量之间复杂的非线性关系转变成使用体积参数之间的简单线性关系，适用于不同的沥青混合料设计与评价．在此基础上，进行了体积参数通用图的实际应用研究．理论分析和实际应用结果表明，它可以从体积组成角度去解释压实机理与间接参数之间的关系，从而指导沥青混合料设计与施工控制，值得推广．     

沥青混合料体积指标测定方法试验研究

沥青混合料各项体积指标中以空隙率最为重要，目前有多达20种测定方法，但测试结果非常离散，在理论分析的基础上，通过对8种不同类型的沥青混合料进行试验．讨论了各种方法的基本原理和适用性，为科学测定空隙率提供依据．     

粗集料级配对SMA混合料的影响

通过对沥青玛蹄脂碎石混合料SMA中的粗集料各粒径含量的调整,进行了一系列的室内试验。试验结果表明,粗集料中各粒径含量的变动对沥青混合料体积参数以及高温稳定性有重要影响,充分验证了粗集料含量对SMA骨架密实结构的显著作用,同时也验证了规范的合理性。     

细集料对沥青混合料体积和高温特性的影响

通过2种细集料(天然砂、机制砂)、2种级配(AC-13、Sup-12.5)沥青混合料的试验研究,分析了细集料类型和禁区对混合料体积指标和高温动稳定度的影响,结果表明机制砂更能有效提高混合料的高温性能,禁区的存在可有效限制细集料特别是天然砂的用量,以明显提高沥青混合料重载作用下混合料的动稳定度。而体积参数结果表明,Superpave设计方法中用固定空隙率4%标准来确定最佳沥青用量的方法是否合理有待进一步验证。     

基于细观结构特征的沥青混合料空隙三维分布特征研究

细观结构特征对沥青混合料宏观性能有着重要影响,其中细观结构的空隙率特征是影响沥青混合料车辙、水损害的关键因素之一.通过工业CT分别对最大公称粒径分别为13 mm与16 mm的AC、SAC、SMA的6种沥青混合料试样进行无损扫描,获取其内部细观结构特征信息,并对其试样进行三维重构.提取试样的内部空隙体积参数并计算其三维空隙率;选取部分断面图像计算其二维空隙率,并对两种方法计算出的空隙率进行对比分析.研究结果表明:试样内部空隙数量随着空隙体积增大呈递减趋势,且0～50 mm3体积区间内空隙数量最多;相同级配下,SAC的空隙率小于AC和SMA;最大公称粒径为13 mm的空隙率小于16 mm的空隙率;空隙率由试样两端向中间呈逐渐减小的趋势,且SMA较SAC表现得明显,最大公称粒径为16 mm的试样比最大公称粒径13 mm的表现得更明显;3D计算空隙率比2D计算空隙率更接近实测值.     

沥青混合料体积参数通用图的应用研究

为了使沥青混合料体积参数在设计和施工质量控制中得到进一步应用,将体积参数分为直接参数和间接参数.通过对体积参数之间内在关系进行数学推导变形,将沥青混合料设计中通常使用的体积参数与沥青含量之间复杂的非线性关系转变成使用体积参数之间的简单线性关系,适用于不同的沥青混合料设计与评价.在此基础上,进行了体积参数通用图的实际应用研究.理论分析和实际应用结果表明,它可以从体积组成角度去解释压实机理与间接参数之间的关系,从而指导沥青混合料设计与施工控制,值得推广.     

集料密度对沥青混合料空隙率影响及应用研究

空隙率是沥青混合料最重要的体积参数,路面的耐久性要求路面竣工后现场空隙率控制在指定范围.矿料级配、沥青含量和压实度对空隙率的影响早已为人们熟知,但集料密度对空隙率影响的研究少有报道.通过室内试验、理论分析研究集料密度对沥青混合料空隙率的影响规律,在沥青含量不的变条件下,给定级配的沥青混合料的空隙率,随着集料密度的增大而减小,由高密度集料组成的混合料形成近似骨架的密实结构;由低密度集料组成的混合料形成近似悬浮结构.通过对试验路段铺筑的跟踪观测,高、低密度集料铺筑沥青路面在广东省高速公路上成功应用,为集料合理利用及空隙率的准确和可靠地控制提供理论依据,使路面的设计寿命、路面工程投资效益得到保证.     

温拌再生沥青混合料压实特性

通过对AC-13温拌再生沥青混合料在不同成型温度下的马歇尔试验,模拟沥青路面在不同压实温度下的碾压施工,分析压实温度对温拌再生沥青混合料空隙率、矿料间隙率、稳定度、流值等体积参数变化的影响.结果表明,随着压实温度的升高,沥青混合料空隙率、矿料间隙率以及流值不断降低而沥青饱和度和稳定度不断增大.     

沥青混凝土中粗集料形貌特征分析

为分析沥青混凝土中粗集料形貌特征,了解其对沥青混合料性能的影响.利用工业CT对不同级配沥青混凝土断面进行扫描,用图像处理技术和统计学方法从扫描图像中获取粗集料的形貌参数,分析粗集料级配对形貌参数的影响.结果表明:CT扫描结合图像处理技术可准确获取沥青混凝土中粗集料形貌参数;粗集料颗粒的纵横比AR_1和AR_2和棱角性的累积分布概率服从三参数威博尔分布;轮廓分形维数、纵/横向趋向参数、纵向偏角均值以及面积参数对粗集料级配的变化表现敏感;而纵/横向趋向参数、纵向偏角均值、轮廓分形维数、棱角性和面积参数,能够显著表征4.75 mm粒径集料的通过率变化.     

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。     

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.     

Three dimensional particles identification and shape parameters research on coarse aggregates of asphalt mixture using X-ray CT images

In this paper a series of digital image processing methods were adopted for getting separated coarse aggregates from asphalt mixture specimen using high-resolution X-ray Computed Tomography (CT) images.The existing three dimensional (3D) particles matching methods based on two dimensional (2D) continuous cross-sections were analyzed and a new ’overlap area method’ was presented.After the 3D particles were extracted one by one successfully,the basic parameters of each aggregate:perimeter,area,surface area,and volume were calculated by chain code method.Finally,the 3D mass center coordinates and the sphericity index were introduced.     

基于X-ray CT的沥青混合料空隙测试精度影响因素分析

为了分析细观尺度下沥青混合料空隙率测试精度的影响因素,采用德国Phoenix v|tome|x S240型工业X-ray CT机,结合正交试验设计与方差分析,研究不同CT参数及级配类型对沥青混合料三维重构体积参数的影响．通过对不同级配类型马歇尔试件扫描并进行三维重构与体积分析,建立影响因素与空隙率测试结果之间的关系,进而确定最优扫描参数．试验结果表明,基于细观尺度对沥青混合料进行三维体积分析是可行的;扫描电压、电流及级配类型对重构结果有不同程度的影响;适当提高电压、电流及选择恰当的滤波片可提高测试结果的准确性;在恰当的设备参数条件下,基于细观尺度与宏观尺度下得到的沥青混合料空隙率具有良好的相关性,有助于提高测试结果的准确性与试验的经济性．     

摊铺沥青路面集料均匀性数字图像评价方法

为了在沥青路面摊铺阶段对混合料均匀性进行实时评价,实时反馈、指导施工,减少离析现象,运用数字图像处理技术,通过对摊铺沥青混合料图像进行灰度化、滤波、图像二值化等图像预处理,并通过图像集料颗粒面积比验证预处理准确性;以图像中9.5 mm以上颗粒静矩标准差评价摊铺沥青混合料数字图像均匀性,通过计算施工现场采集的1 085张摊铺沥青混合料图像静矩标准差进行试验验证并提出数字图像摊铺沥青混合料均匀性评价指标.结果表明:数字图像处理技术预处理得到的图像中颗粒面积比值与按实际混合料配合比计算的面积比基本相符;通过min-max标准化后静矩标准差的值与对应图像进行对比分析,提出了均匀性评价指标,为摊铺沥青混合料离析检测提供一种新方法.     

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。     

基于数字图像处理和有限元建模方法的沥青混合料劈裂试验数值模拟

应用数字图像处理技术及工业CT扫描获得试件图像,结合有限元建模方法,建立了包含集料、空隙和胶浆在内的沥青混合料有限元模型,并模拟研究了沥青混合料劈裂试验。结果表明:通过定义应力集中因子,可用来描述沥青混合料内部应力的不均匀分布,级配类型、模量比、有无空隙及加载位置都对模拟结果有较大影响。采用DIP-FEM方法能够很好地将沥青混合料的微观结构和宏观力学性能结合起来。     

沥青碎石混合料永久变形与空隙结构关系研究

一般认为沥青碎石混合料较大空隙与较小永久变形间是相互矛盾的,但不同级配沥青碎石混合料不同压实功下的空隙率与永久变形的对比研究表明,两类不同空隙结构的混合料对应的永久变形有明显差异.进一步试验数据表明兼顾较大空隙率、较高回弹模量和较小永久变形的功能要求是可能的,关键在于空隙结构的力学稳定性,其关键技术不仅在作为必要条件的材料设计,而且在作为充分条件的成型工艺的配合,因此重要的在于材料-结构-工艺一体化设计.     

沥青混合料的长期抗滑性能评价指标

针对中国行业规范和标准缺乏对沥青路面使用过程中的抗滑性能评估问题,在自行开发“温控轮式加速磨光系统”的基础上,提出一种基于差异磨耗原理的沥青混合料长期抗滑性能的评价指标,并利用不同岩性集料矿物含量、磨光值、表面纹理的差异,进行粗细集料不同掺配比例的SMA沥青混合料配合比优化设计. 结果表明:SMA沥青路面的长期抗滑性能有较大幅度提高,提高幅度可达5 BPN. 对优质集料匮乏地区,利用高磨光值和低磨光值粗集料进行掺配,不仅可以降低工程造价,而且可以显著提高沥青路面的长期抗滑性能.