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.     

基于X-ray CT图像的沥青混合料车辙过程空隙分布评估

X射线计算机断层扫描(X-ray computed tomography, X-ray CT)技术作为一种无损测试方法,已被广泛用于评估沥青混合料中的空隙结构和与空隙有关的病害。基于X-ray CT和图像处理技术,从细观结构层面探讨了车辙变形过程中沥青混合料的空隙结构特征。提出了体积等效球棍模型来表征空隙连通性的变化,用改进的环扇分割变异系数、位置偏心率和球度分别描述了空隙的分布和形状特征。结果表明,车辙对沥青混合料空隙结构的影响机制因混合料类型而异。与密级配沥青混凝土(AC-13)相比,沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA-13)中的空隙更加不均匀和离散,尤其是那些体积小于0.01 mm³的空隙。此外,SMA-13中的空隙连通性和分布更容易受到外部荷载的影响,其粗集料在变形过程中往往会产生定向移动进而改变初始位置。尽管车辙变形同时增加了2种混合料中空隙的水平不均匀性,但AC-13的竖向不均匀性减少,而SMA-13的竖向不均匀性增加。加载使AC-13混合料的空隙几何形状变得复杂和分散,而SMA-13则相反,预示着与AC混合料相比,SMA混合料在加载1 h后仍保持抵抗车辙破...     

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.     

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。     

沥青混合料导热系数测试及其影响因素分析

由于沥青混合料为多相体,其热物理特性参数的测试较为困难.随着对抗车辙等沥青混合料高温特性研究的深入,发现针对沥青混合料导热系数等热物理参数测试方法相关研究很少.基于瞬态热线法,采用TC3000导热系数仪,针对四种典型沥青混合料进行导热系数测试.试验结果分析发现就内部组成因素而言,沥青混合料导热系数随着空隙率增大而减小,随4.75 mm以下细集料通过率增大而减小,随沥青用量增大而减小,但其减小不显著.另一方面,在外部环境变化时,混合料导热系数随温度增加有先减小后增大的趋势,浸水时较干燥时导热系数也提高,压力水平变化对导热系数测试结果影响不大.     

沥青混合料单轴重复加卸载破损CT识别

为确定沥青路面材料的损伤与损伤累积规律,利用可同步进行CT（Computerized Tomograph2扫描的三轴仪,进行了沥青混合料单轴重复加、卸载实验,利用CT数和CT图像分析了加、卸载过程中,沥青混合料内部结构和密度的变化,计算了不同加、卸载阶段的损伤变量．结果表明：加载初期损伤变量略有减小,属于压密阶段;随加、卸载的进行,损伤逐渐加大;推导了损伤演化方程和强度衰减规律,计算结果与实测资料吻合．     

基于等效夹杂理论的沥青混合料热膨胀系数预测

研究针对沥青混合料的宏观热膨胀系数预测问题。利用Eshelby等效夹杂理论,通过4参量黏弹性本构模型描述沥青混合料基体材料沥青砂的黏弹性能,根据宏观体积热膨胀量与各组分体积热膨胀量之和相等的原则,求解出沥青混合料的热膨胀系数,所得结果与前人的实验结果吻合较好。结果表明,该方法是有效的,可以为沥青混合料的设计和预测提供理论依据,具有一定的理论价值。     

基于X-CT技术的多孔排水沥青混合料空隙竖向分布特性

采用X-CT技术、数字图像处理技术与分形理论相结合对多孔沥青混合料的空隙竖向分布特性进行了研究,结果表明:空隙特征图像可以定性描述多孔沥青混合料的连通情况和分布特性,多孔沥青混合料中没有面内连通情况;所研究的6个截面空隙率分布范围为17.7%~22.2%;不同截面的空隙数量最大相差16个,约占空隙总量的四分之一;空隙轮廓分维数均大于其相应的空隙面积分维数,且与空隙数量和空隙率无关。空隙级配图显示,同一试件内两个正交截面空隙的级配大多分布在4~8 mm内,但分布形态各异。经对比分析发现,横向空隙与竖向空隙除最大直径相差2 mm外,等效直径分布较为接近。     

基于离散元法的沥青混合料性质分析

基于离散元理论方法,以AC-13、SMA-13两种混合料作为研究对象,介绍生成颗粒的方法,对比两种混合料颗粒生成情况与现实是否相符,结果表明:建模得到的两种混合料是悬浮密实型和骨架密实型,与实际相符;以两种混合料的劈裂试验为基础分析两者的性质,验证离散元方法的可行性。     

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。     

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。     

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。     

基于弯曲试验的沥青混合料低温抗裂性研究

采用低温弯曲试验来评价沥青混合料的低温抗裂性,评价指标为破坏应变、弯拉强度、弯拉模量和应变能密度临界值,分别研究了老化、掺加粒化聚合物及不同油石比对弯曲实验结果的影响。结果表明:SBS改性沥青和软沥青抗裂性能优于其他沥青;采用应变能密度临界值评价低温抗裂性能所得出的结论与实际相符;在利用软沥青很好的低温抗裂性优势时,其高温稳定性差的缺陷可以通过掺加粒化聚合物的方式加以克服。     

粗集料针片状含量对沥青混合料结构影响

为研究引起沥青混合料内部结构差异的因素,提出并测定了不同针片状颗粒含量的沥青混合料结构参数和体积指标.运用工业CT断层成像技术和图像处理技术,采用颜色标尺标注空隙结构,以及Image-Pro Plus 6.0图像处理软件提取计算沥青混合料的空隙率,并测量沥青混合料断面粗集料颗粒的形貌参数,采用面积、纵横比AR_1和AR_2、主轴偏角均值、颗粒趋向参数Δ和棱角性等参数评价沥青混合料的结构特征.结果表明:针片状颗粒的增加使得沥青混合料毛体积密度减小,空隙率增大,且通过工业CT计算得到的空隙率大于实测空隙率;大孔隙结构主要分布于试件的中下部位,试件顶端空隙较小;随着针片状颗粒的增加,颗粒纵横比期望AR_1和AR_2线性增加,横断面粗集料颗粒面积和减小,棱角性期望增大,但是对偏角均值和Δ影响不够明显.     

Design of small stone asphalt mixture based on anti-skidding performance

Small stone asphalt mixture(SSAM) was designed by Bailey method and coarse aggregate voids-filling method.The optimum asphalt content was determined by Marshal test.Surface texture depth for SSAM with different voidage,and the BPN of SSAM and SMA before after wet track abrasion were measured.The experimental results indicate that the surface texture depth increases with the decreasing of asphalt aggregate ratio.The SSAM with the optimal asphalt content has a good skid resistance.BPN of asphalt mixture decreases with the increasing of wearing time,but the extent of reduction is different.The reduction rate of BPN for SSAM is smaller than that of SMA,indicating that SSAM has a good skid resistance attenuation capacity.Finally,the other properties of SSAM are also evaluated,showing that the splitting strength and modulus and SSAM are higher than those of SMA,and the other properties of SSAM,such as high-temperature performance and water stability can also satisfy the technical requirements.     

基于分形理论沥青混合料均匀性评价方法

为研究沥青混合料均匀性定量的评价方法,基于分形理论,对沥青混合料中集料的分布状态,即混合料的均匀性展开直接研究.计算的结果与主观上的观测结果基本一致.研究结果表明:利用分形理论,选用集料质量级配分维值可以定量地评价沥青混合料的均匀性;随着公称最大集料粒径的增大,沥青混合料均匀性变差;集料质量级配分维值越大,则集料级配越粗.