集料水平向分布状态对沥青混合料劈裂试验影响数值模拟

为研究集料水平向分布状态对沥青混合料劈裂试验的影响,基于沥青混合料集料均匀性指标,通过在混合料水平截面不同方向上加载,采用有限元法数值模拟集料水平向分布状态对沥青混合料劈裂试验中最大应力值(平面主应力和水平拉应力)的影响,并加以试验验证。研究结果表明:集料水平向分布状态对沥青混合料劈裂试验中平均最大应力值影响不大,其间相关性不明显,但与最大应力值变异性间相关性却很显著。     

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。     

沥青混合料劈裂强度影响因素数值模拟

为数值研究沥青混合料劈裂强度影响因素,基于三维离散元法与粘聚带模型,建立了沥青混合料劈裂试验微观力学模型,模拟不同集料级配在不同温度下沥青混合料劈裂强度,并通过室内试验进行验证。研究结果表明:基于粘聚带模型和三维离散元法所建立的沥青混合料劈裂试验微观力学模型可较地好模拟沥青混合料劈裂强度。集料级配和温度对沥青混合料劈裂强度有显著影响。相同温度下,随着集料公称最大粒径变大,集料级配变粗,沥青混合料劈裂强度而逐渐增大;相同集料公称最大粒径时沥青混合料劈裂强度随温度的升高而逐渐降低。     

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.     

基于离散元法的空隙特征对沥青混合料虚拟剪切疲劳寿命的影响

基于图像技术和三维离散元法,建立了具有真实空隙大小和分布以及随机空隙大小和分布的沥青混合料剪切疲劳微观力学模型,通过模拟不同集料粒径、用油量以及温度下的沥青混合料剪切疲劳寿命,研究了空隙分布特征对沥青混合料虚拟剪切疲劳寿命的影响,并将部分模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:基于三维离散元法可以模拟沥青混合料剪切疲劳寿命,空隙特征对沥青混合料虚拟剪切疲劳寿命有较大影响。在相同模型参数条件下,具有真实空隙大小和分布的沥青混合料剪切疲劳寿命小于具有随机空隙大小和分布的沥青混合料剪切疲劳寿命,但与试验结果更为接近。此外,集料粒径和用油量也对沥青混合料剪切疲劳寿命有着显著影响。沥青混合料剪切疲劳寿命随集料粒径的增大而提高;在相同集料级配和试验温度时,在最佳用油量条件下的沥青混合料剪切疲劳寿命最大;在相同的集料级配和用油量时,沥青混合料剪切疲劳寿命随温度的升高而降低。     

热拌再生橡胶沥青混合料水稳定性的试验研究

基于水煮法,采用剥落率对沥青/集料粘附性进行定量评价。通过冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验及汉堡车辙试验等,对热拌再生橡胶沥青混合料水稳定性进行了系统的试验研究。结果表明:剥落率R能有效评价沥青/集料粘附性;沥青再生剂能恢复橡胶沥青混合料的水稳定性;和浸水马歇尔试验相比,冻融劈裂试验对SMA-13粗级配的水损害更为严重;在汉堡车辙试验中,高温稳定性和水稳定性呈相反关系。     

沥青集料混合料水敏感性的评价

通过水煮法、静态水浸法、光电比色法和净吸附法来研究不同类型沥青和集料之间的粘附性，用残留马歇尔试验和冻融劈裂实验研究由不同类型沥青和集料组成的沥青混合料的水稳定性，同时分析了各种不同方法之间的相关性。结果表明，不同性质集料对沥青混合料的水稳定性影响显著，但不能忽视沥青对混合料水稳定性的作用，残留马歇尔试验和净吸附法试验与冻融劈裂实验有着很好的线性相关关系，对于沥青与集料之间粘附性可采用净吸附法试验来评价。对于沥青混合料的水敏感性可采用残留马歇尔试验和冻融劈裂实验来评价。     

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。     

多孔玄武岩细集料含水状态对沥青混合料水稳定性能影响研究

多孔玄武岩可以替代优质天然集料作为石材,在确保路面性能的基础上,实现节约资源的目的。但由于其表面的多孔特性,在用于路面时,需重视其水稳定性能。本文设计了 AC-20 沥青混合料,通过马歇尔试验得到混合料的最佳沥青含量,并制备出对应级配的沥青混合料,以浸水马歇尔试验得出的残留稳定度和冻融劈裂试验得出的冻融劈裂试验强度比评定沥青混合料的水稳定性能研究。研究发现,集料粒径越小,对水的敏感程度越高,越容易吸水;水分会影响沥青与集料之间的黏附情况,从而对混合料的稳定性产生不利影响。SBS 改性沥青混合料水稳定性能优于 70 号石油沥青混合料。     

Microstructural characteristics of asphalt concrete with different gradations by X-ray CT

The main objective of this paper is to evaluate the effects of asphalt concrete types on the microstructural characteristics at high-temperature. Suspend-dense structure and Skeleton-dense structure were selected to investigate the deformation of pavement at meso-scale. The internal microstructures of typical asphalt concretes, AC, SUP and SMA, were scanned by X-ray CT device, and microstructural changes before and after high-temperature damage were researched by digital image processing. Adaptive threshold segmentation algorithm(ATSA) based on image radius was developed and utilized to obtain the binary images of aggregates, air-voids and asphalt mastic. Then the shape and distribution of air-voids and aggregates were analyzed. The results show that the ATSA can distinguish the target and background effectively. Gradation and coarse aggregate size of asphalt mixtures have an obvious influence on the distribution of air-voids. The movements of aggregate particles are complex and aggregates with elliptic sharp show great rotation. The effect of gradation on microstructure during high-temperature damage promotes the research about the failure mechanism of asphalt concrete pavement.     

低温下沥青混凝土的拉伸变形特性

将数字图像测量系统替代传统的位移传感器采集系统应用于间接拉伸试验,得到沥青混凝土细观结构上的位移场分布和破坏形态。分析了粗骨料和细骨料结构沥青混凝土的低温抗裂性能,并研究了不同状态下材料的轴向、径向和体积应变特性以及泊松比的变化。数据分析表明:材料的弹性压缩和剪切膨胀与荷载作用历史紧密相连,反映了材料的结构性变形过程;沥青混凝土的低温开裂更多地依靠粒料与沥青结合料的界面黏聚力,良好的骨架结构是材料抵抗拉伸变形的前提。     

基于数字图像处理技术的沥青混合料微观结构有限元分析

论述一种将沥青混合料微结构和其力学行为仿真联系在一起的方法.该方法利用数字图像处理技术将计算机断层扫描(CT)图像转换为数字格式,并与有限元建模结合,使得根据CT图像建立的有限元模型可以较真实地再现沥青混合料的微结构,进行有限元分析时可以充分考虑沥青混合料颗粒和微空隙分布非均匀特性.计算分析了各向异性和空隙分布对沥青混合料劈裂试验的影响,数值计算结果发现沥青混合料颗粒和空隙分布的非均匀性对拉应力分布影响极大.研究结果表明:采用基于CT图像处理技术的有限元模型进行沥青混合料粘弹特性的研究是可行的.     

不同受力模式下的沥青混合料接触力链分布特征

为了研究拉压弯剪不同受力模式下沥青混合料内部的接触力链传递分布情况,明确骨料砂浆不同组分抵抗荷载时的各自贡献水平,基于工业CT与数字图像处理技术获取了骨料颗粒模型,利用PFC3D软件构建了SMA13级配的沥青混合料三维数字化试件并进行了不同受力模式下的虚拟试验,对沥青混合料内部接触力链的传递分布特征以及砂浆骨料不同组分的接触力组成分布情况进行可视化及量化分析,以力链概率作为量化指标对不同受力模式下各类接触力链的分布特征进行统计分析。研究结果表明:利用离散元方法建立的三维数字化模型可以较好地模拟沥青混合料低温力学行为;单轴压缩受力模式下各类接触的强力链占比均为4种受力模式当中的最高水平,骨料间的嵌挤作用为抵抗外载的主要因素,骨料所传递的接触力水平占总接触力的69.9%;间接拉伸与半圆弯拉载荷模式下,沥青砂浆内部与界面位置的强力链占比显著高于骨料间的强力链占比,沥青砂浆所传递的接触力分别占总接触力的50.1%和57.4%,沥青砂浆间的黏结力为抵抗破坏的主导因素;单轴贯入受力模式下沥青砂浆与界面位置的强力链占比略高于骨料间接触的强力链占比,骨料所传递的接触力占总接触力的64.7%。强弱力链占比可以较好地反映沥青混合料不同组分在不同受力模式下的传递载荷能力,依据研究结果可以从细观结构角度为深入了解沥青混合料的力学行为提供理论依据。     

New method to quantitatively evaluate the homogeneity of asphalt mixtures

To evaluate the homogeneity of asphalt mixtures,the images of sections obtained by cutting the asphalt mixtures specimen horizontally or vertically were analyzed with digital image processing techniques,and the particle area ratio was achieved by applying sector scan for horizontal specimen and vertical scan for vertical one.The research result indicates that the influence of random distribution of aggregates in cutting the specimen can be eliminated by using colored aggregates to distinguish coarse and fine aggregates and using color threshold to segment the images.Choosing three typical gradations,proving particle area ratio obeying normal distribution and using the variability of particle area ratio as an index,it is feasible to quantitatively evaluate the homogeneity of asphalt mixtures.