孔隙走向引起的大空隙沥青混合料渗水性能方向差异

为了分析大空隙沥青混合料中孔隙走向特征及其引起的渗水性能方向差异,采用X射线CT扫描4组不同空隙率的大空隙沥青混合料马歇尔试件,通过图像处理技术测试试件在径向和竖向截面内孔隙形状参数,分析混合料中竖向和径向孔隙的分布差异。对旋转压实成型的大空隙沥青混合料试件,沿着径向和竖向钻孔取芯,采用开发的渗水仪,测试芯样12个方向的渗水系数,分析旋转压实试件在径向平面内12个角度和竖向平面内12个角度上渗水系数的差异。结果表明,大空隙沥青混合料径向与竖向孔隙具有不同的分布特征,径向空隙率更大,孔径更均匀,单位截面上径向孔隙数量更多;大空隙沥青混合料的渗水系数存在明显的方向差异性,竖直平面内不同角度上渗水系数的差异高于水平面内,竖直平面内在越趋于水平的方向上渗水系数越大。     

不同成型方法和级配的沥青混合料内部空隙特征

采用X-ray CT技术和数字图像处理技术研究两种成型条件下三种级配沥青混合料试件的内部空隙特征,并通过统计分析提出数学模型对其进行表征。结果表明,沥青混合料的空隙空间分布规律受试件成型方法及级配类型的影响较大。不同级配条件下,马歇尔试件内部空隙率分布沿着高度方向总体呈现对称形状,而静压试件内部空隙率分布则为"一端大,一端小"的形状,马歇尔试件的平均空隙率与目标空隙率差异较小,而静压试件的平均空隙率是目标空隙率的1.4倍以上;相同级配条件下,与马歇尔试件相比,静压试件的空隙空间分布离散性、平均空隙率和平均空隙数量均较大,但平均空隙等效直径相差较小;采用两参数数学模型能够较好地表征成型方法和集料级配对沥青混合料内部空隙空间分布规律的影响。     

基于DIP技术的PAC-13混合料细观空隙特征研究

内部空隙结构是影响PAC混合料路用性能的主要因素之一.基于数字图像处理技术DIP(Digital Image Processing)以目标空隙率为23%的PAC-13为对象进行细观空隙特性研究.先在实验室制作试件,结合固体切割技术和数码相机(CCD)采集图像,再用图像处理软件MATLAB提取断面图像空隙信息,分析各空隙特征指标,研究多孔沥青混合料空隙特征随试件深度的变化规律.研究发现,断面空隙数量越大,断面空隙面积就越小;不同断面空隙率不均匀分布,且端部空隙率大于中间空隙率;断面空隙数量上下两个端部较小,中间断面较大,从顶部到底部随深度先增大后减小,呈拱形分布;断面空隙平均有效直径随试件深度变化很小,稳定在4～5.3 mm之间;空隙有效直径d≥20 mm的空隙面积占总空隙面积的6.8%,占比相对较大,而空隙数量很少.     

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.     

多孔沥青混合料PAC-13空隙率预估模型

基于多孔沥青混合料的室内试验结果,分析了关键筛孔通过率和关键集料含量对PAC-13空隙率的影响规律,根据分析结果,选取4.75mm、2.36mm和0.075mm筛孔通过率以及1.18～2.36mm集料含量作为模型参数,采用多元线性回归方法建立PAC-13空隙率预估模型。结果表明,多孔沥青混合料PAC-13中,2.36mm和4.75mm的筛孔通过率以及粒径为1.18～2.36mm的颗粒含量同空隙率呈线性负相关;根据所选的4个参数建立的空隙率预估模型具有良好的拟合效果;沥青用量或油石比也会影响多孔沥青混合料空隙率大小,油石比每提高0.5%,空隙率降低约1.1%。     

改性多孔沥青混合料水稳定性与损伤规律

为了提高季冻区多孔沥青路面的使用质量、减轻路面冻融损伤,采用玻璃纤维、硅藻土与沥青路面旧料以改善多孔沥青混合料性能。分析不同材料掺量的多孔沥青混合料在冻融循环下的抗压强度、空隙率及应变变化,并考虑不同材料与不同材料掺量对多孔沥青混合料水稳定性的影响;基于损伤力学理论以抗压强度为指标表示强度率,研究改性多孔沥青混合料的冻融损伤演化规律;基于CT无损检测与数字图像处理技术,分析玻璃纤维多孔沥青混合料冻融前后空隙数量与空隙面积的变化规律。结果表明：混合料抗压强度随冻融循环次数的增加而降低,而空隙率与应变呈上升趋势;具有玻璃纤维掺量0.7%、沥青路面旧料掺量15%、硅藻土掺量25%和掺量15%沥青路面旧料及20%硅藻土的4种多孔沥青混合料水稳定性能最好,其中玻璃纤维的改性效果最佳;掺入玻璃纤维、15%掺量硅藻土与15%掺量沥青路面旧料能减轻多孔沥青混合料的冻融损伤,但硅藻土再生多孔沥青混合料损伤程度均较大,损伤前期强度较高,更适用于短时冻土区;与硅藻土再生多孔沥青混合料相比,玻璃纤维多孔沥青混合料、再生多孔沥青混合料与硅藻土多孔沥青混合料经历了长时间的快速损伤期、短时间的损伤稳定期与损伤发展期;玻璃纤维掺量较低的试样空隙数量增加,平均单个空隙面积减小,而掺量较高的试样表现相反。     

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。     

冻融循环对泡沫沥青再生混合料微观结构的影响

为了探究泡沫沥青冷再生混合料抗水损害能力的衰变情况,选取6种不同级配泡沫沥青冷再生混合料,采用劈裂强度试验及电子断层扫描试验,系统研究了不同冻融循环次数下混合料强度衰减特性、空隙级配及最可几孔径的变化规律.结果表明:随着冻融循环的增加,冷再生混合料的强度明显减小,微空隙显著减小,大空隙显著增加,空隙数目的变化直接影响到混合料的强度.电子断层扫描试验及劈裂强度试验结果表明:在总空隙率相同的条件下,微空隙越多混合料强度越高;大空隙越多混合料强度越低.以此为基础提出再生混合料内部空隙的3种分类:无害孔、少害孔及有害孔.前2次冻融循环对冷再生混合料最可几孔径影响最大.在相同的冻融次数下初始空隙率越大泡沫沥青冷再生混合料的最可几孔径越大.     

泡沫沥青冷再生混合料在道路大修工程中的应用研究

为了探究泡沫沥青冷再生混合料抗水损害能力的衰变情况,选取6种不同级配泡沫沥青冷再生混合料,采用劈裂强度试验及电子断层扫描试验,系统研究了不同冻融循环次数下混合料强度衰减特性、空隙级配及最可几孔径的变化规律.结果表明：随着冻融循环的增加,冷再生混合料的强度明显减小,微空隙显著减小,大空隙显著增加,空隙数目的变化直接影响到混合料的强度.电子断层扫描试验及劈裂强度试验结果表明：在总空隙率相同的条件下,微空隙越多混合料强度越高;大空隙越多混合料强度越低.以此为基础提出再生混合料内部空隙的3种分类：无害孔、少害孔及有害孔.前2次冻融循环对冷再生混合料最可几孔径影响最大.在相同的冻融次数下初始空隙率越大泡沫沥青冷再生混合料的最可几孔径越大.

     

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.     

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.     

废轮胎橡胶粉改性沥青对混合料空隙结构的影响

为了研究废旧轮胎橡胶粉改性沥青对混合料空隙结构的影响,在我国SMA13级配范围内选择9条级配曲线,测试橡胶沥青混合料的体积参数;采用3种不同成型方法测试其对体积参数的影响,同时变化不同的矿粉用量,分析橡胶粉改性沥青对混合料空隙结构的影响。试验结果表明:SMA13混合料级配范围能够满足橡胶粉改性沥青的空隙结构的需要;采用橡胶粉改性沥青后的室内成型方法为双面击实50次;掺有橡胶沥青的混合料空隙率要比不掺的小2.5%,随着矿粉用量的增加,矿料间隙率不断下降,基质沥青的降幅达到1.2%,橡胶沥青的降幅仅为0.4%。     

Numerical Investigation into the Effect of Air Voids on the Anisotropy of Asphalt Mixtures

The aim of this study is to investigate the asphalt mixture anisotropy of both the modulus and Poisson's ratio due to air voids using a discrete element modeling simulation method. Three three-dimensional cubic digital samples of asphalt mixture with different shapes of single air void were built using discrete element software PFC~(3D). The aggregate gradation, air voids and mastic included in the digital samples were modeled using different contact models, with due consideration of the volumetric fractions of the different phases. Laboratory uniaxial complex modulus test and indirect tensile strength test were conducted to obtain material input parameters for numerical modeling. Simulation of the uniaxial cyclic compressive tests was performed on the three cubic samples loaded in three different directions. Dynamic modulus in three directions and Poisson's ratio in six directions were calculated from the compression stress-strain responses. Results show that both the modulus and Poisson's ratio are dependent on the preferential orientation of air voids. The anisotropy of the modulus and Poisson's ratio increases as the pressure loading on the asphalt mixture increases. Compared to the modulus, Poisson's ratio due to air voids has been shown to be more anisotropic. The maximum of Poisson's ratio and modulus is shown to be up to 80% and 11% higher than the minimum, respectively.     

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。     

沥青混凝土空隙率的重大影响因素

沥青混凝土空隙率是土木工程最为关键控制技术标准,针对密级配沥青混凝土空隙率的重大影响因素开展了单因素和多因素作用下的试验研究和长期工程验证,结果表明不同类型沥青混凝土对可压实性影响最为显著;压实功和成型温度对沥青混凝土空隙率影响较大;优化沥青混凝土材料组成设计可显著降低室内空隙率,各影响因素对其空隙率产生显著影响的同时也对其空隙率变异性产生了显著影响;在同等压实功作用下不同级配类型具有不同的适宜压实厚度,与实体工程验证结果具有一致性。据此提出了降低沥青混凝土空隙率的相关技术措施。     

动水作用对沥青混合料低温抗裂性的影响

为了研究动水作用对沥青混合料低温抗裂性能的影响,将动水作用引入试验,利用自行开发的模拟实际沥青路面受动水作用的室内实验装置,提出了荷载、水、温度三者共同参与的动水作用试验方法.从沥青标号、级配类型、空隙率3种因素出发,对7种沥青混合料动水作用前后的低温抗裂性能进行研究.研究表明,动水作用对沥青混合料的低温抗裂性存在不利影响.不同因素下,影响的程度有差异.对于空隙率为10%的混合料,其低温抗裂性能受动水作用的影响程度最高;在最不利的空隙率10%下,骨架结构的沥青混合料低温性能受动水影响比悬浮结构的要小;粘度大的沥青制成的混合料其低温抗裂性能受动水作用的影响较大.     

动水作用对沥青混合料低温抗裂性的影响

摘 要: 为了研究动水作用对沥青混合料低温抗裂性能的影响,本文将动水作用引入试验,利用自行开发的模拟实际沥青路面受动水作用的室内实验装置,提出了荷载、水、温度三者共同参与的动水作用试验方法。基于此方法,从沥青标号、级配类型、空隙率三种因素出发,对7种沥青混合料动水作用前后的低温抗裂性能进行研究。研究表明动水作用对沥青混合料的低温抗裂性存在不利影响。不同因素下,其影响的程度是有差异的。对于空隙率为10%的混合料,其低温抗裂性能受动水作用的影响程度最高;在最不利的空隙率10%下,骨架结构的沥青混合料低温性能受动水影响比悬浮结构的要小;粘度大的沥青制成的混合料其低温抗裂性能受动水作用的影响较大。