基于CT扫描与图像处理技术的沥青混合料空隙特征分析

为了探究沥青混合料空隙特征,以不同级配类型与成型方式的沥青混合料为研究对象,采用CT无损扫描技术获取大量断面图像,应用Matlab软件对断面图像的空隙部分进行识别与分析,得到了空隙在试件内部的分布规律以及空隙分形维数的变化规律。采用压力机模拟沥青混合料马歇尔稳定度的试验过程,并在不同阶段扫描试件,获得其断面图像,确定了试验过程中混合料内部空隙的变化过程。结果表明:马歇尔试件的空隙率与空隙分形维数呈现出外部大、中间小的分布规律,而旋转压实试件的空隙率与分形维数分布较为均匀;在马歇尔稳定度的试验过程中,空隙面积与数量减少,试件先被压密,后随着荷载增大,空隙面积与数量增加,空隙逐渐变宽,直至试件破坏。     

大空隙沥青混合料内部冻融损伤特征

通过冻融劈裂试验,得到大空隙沥青混合料冻融循环前后劈裂强度。结合CT测试技术,得到试件在冻融劈裂前后不同层位的图像。分析大空隙沥青混合料试件在冻融劈裂后内部损伤的状况,并利用损伤变量对混合料内部微观结构的变化进行对比分析。分析结果表明:随着冻融循环作用次数的增加,大空隙沥青混合料试件的劈裂强度逐渐下降;混合料试件冻融后劈裂破坏多发生在试件初始空隙分布密集处,裂缝的扩展方向与初始空隙的方向基本一致;空隙大的沥青混合料试件其力学性能较差,且空隙率大的层位损伤变量增加比空隙率小的层位损伤变量增加更多。     

基于车辙试验的空隙率效应模型的建立

采用常见的3种沥青混合料，旨在通过室内车辙试验，分析不同试件空隙率对车辙试验结果的影响程度，探讨了不同空隙率试件试验结果之间的内在联系。通过大量车辙试验，对比不同孔隙率试件车辙试验结果，发现孔隙率变化会对试验结果产生重大影响。同时，在室内车辙试验的基础上，对不同空隙率、不同轮载作用次数下车辙深度进行回归分析，建立了标准试验条件下，混合料车辙深度的空隙率效应模型（VEM）。分析表明，以7％作为基准空隙率可以得到与实际更为接近的预估车辙深度。该模型可预估不同空隙率混合料在不同轮载作用次数下的车辙深度，也可对不同空隙率试件在不同轮载作用次数下的车辙深度进行转化。     

基于Matlab的沥青混合料内部空隙率测定与分析

为了研究沥青混合料CT图像空隙率大小及其分布特征,基于Matlab图像处理软件对各层位扫描CT图像进行图像增强、图像锐化处理。采用二维最大熵阈值分割法对沥青混合料不同层位的CT图像进行二值化,利用Canny算子模板进行边缘检测,检测出图像边缘内部空隙点数与试件CT图像总点数做熵运算,计算空隙占整个试件的百分率。同时,对试件空隙率检测计算结果差异的显著性进行数理统计检验。结果表明:空隙率随层位呈两头大中间小的分布趋势,验证了沥青混合料内部微观结构的非均匀性;CT图像计算的空隙率均值可以作为试件的空隙率值,同时试验数据结果与图像处理结果具有一致性,表明图像处理具有一定的准确性和可信度。     

沥青混合料抗剪性能与细观损伤关系模型研究

试验采用上面层为SMA-13、下面层为AC-20的双层车辙试件。结合室内试验模拟混合料剪切形变过程,测试不同车辙深度辙槽处与隆起处的抗剪强度,通过数字图像处理技术对沥青混合料组合试件切面图像进行处理,分别从宏观和细观两个层面对车辙形貌进行研究,建立了沥青混合料抗剪性能与细观损伤程度关系模型。通过对不同工况下的车辙试件分析表明:高温和重载降低了混合料抗剪能力,宏观上隆起处与车辙处抗剪强度的比值呈现不均匀性增大,从微观角度发现车辙剪切形变后,辙槽处的空隙率下降,隆起处增长;下面层沥青面积比减小,上面层沥青面积比增大;在图像级配方面,变化主要发生在4.75～9.5 mm粒径处。     

沥青混合料室内车辙试验隆起系数的研究

为了使室内车辙试验能够较好地模拟现场情况，分析了室内车辙板的隆起部分在整个变形中所占的比例及其影响因素。根据沥青混合料车辙试验中车辙板的变形特征，提出了车辙板侧向隆起高度的量测办法和隆起系数KL的计算方法。通过方差分析，探讨了车辙试件空隙率，试验温度、轮压、试验时间及沥青混合料类型对隆起系数KL的影响。方差分析结果表明：在上述因素中，只有试件空隙率对隆起系数有着显著的影响，且空隙率越大，隆起系数越小。在此基础上，提出了室内车辙试验隆起系数的建议值，对于现行规范中4％空隙率的车辙板而言，隆起系数可取0．5.     

基于MMLS1/3试验泡沫沥青冷再生混合料轮辙曲线特征及粗集料运动规律

对泡沫沥青冷再生混合料进行常温条件下的MMLS1/3加速加载试验,探讨了泡沫沥青冷再生混合料车辙深度、变形速率及横断面轮辙曲线特征,分析给出了泡沫沥青冷再生混合料车辙深度随加载次数的变化趋势;对不同加载次数下轮迹处MMLS1/3试件进行X-ray无损扫描,分析了不同加载次数下泡沫沥青冷再生混合料的轮辙曲线特征及粗集料运动规律。结果表明,对于未掺加水泥的泡沫沥青冷再生混合料试件,轮迹处车辙沿横断面分布呈U形,掺加1%~2.5%水泥后泡沫沥青冷再生混合料试件横断面车辙分布呈W形,可采用RDD=A×NB预估不同加载次数(N)下的车辙深度(RDD)发展规律;MMLS1/3加载试验过程中泡沫沥青冷再生混合料车辙发展规律可分为3个阶段,即压密阶段、蠕变稳定阶段、剪切破坏阶段;重复疲劳荷载作用下轮辙变形主要来源于泡沫沥青砂浆压密变形、集料受荷载作用产生的竖向位移及粗集料自身由不稳定状态转变为"平躺"状态所发生的水平转动位移,粗集料取向角随加载次数增大呈指数函数关系减小。MMLS1/3试验过程中压密变形主要是由车辆荷载的进一步压实作用引起,主要造成泡沫沥青冷再生混合料中大孔数量减少,微孔数量增多;试件破坏阶段泡沫沥青冷再生混合料内部微孔数量减小,大于1mm3空隙数量增多。掺加适量水泥可约束泡沫沥青冷再生混合料集料产生水平转动位移,具有维持加载过程中泡沫沥青冷再生混合料空隙形状和孔级配变化不大的作用。     

洒水方式对缓解沥青混凝土路面高温车辙损坏的研究

通过对空隙率分别为4％和20％的骨架-密实型和骨架-空隙型两种沥青混合料高温状态下的洒水试验,分析了10 mm厚的方盘试件不同深度处的温度变化规律,从而明确了洒水方式对不同空隙结构沥青混凝土路面在高温状态下的降温效果,并推荐出不同结构类型沥青混合料在高温天气里的最佳洒水方式,以降低沥青混凝土路面温度,从而缓解沥青混凝土路面高温车辙损坏.     

矿料级配对多孔沥青混合料空隙分布特性的影响

通过将X射线CT技术、数字图像处理技术与分形理论相结合,分析了矿料级配对多孔沥青混合料空隙率、空隙直径、空隙数量、空隙分维数等参数的影响规律。结果表明:随着空隙率的逐渐减小,空隙等效直径范围从空隙率为18.8%时的3.9～4.8mm减少到空隙率为4%时的1.5～2.9mm,空隙等效直径平均值从4.3mm降低到2.0mm;空隙数量、空隙率与等效直径沿试件高度方向分布规律较为一致;空隙轮廓分维数随着空隙率的不断减小而逐渐增大,且空隙轮廓分维数与空隙率呈现出显著的函数关系;多孔沥青混合料与普通沥青混合料空隙率的分界值约为14%;多孔沥青混合料空隙数量并不多,而是空隙等效直径较大。     

泡沫沥青冷再生混合料MMLS3试验轮辙曲线特征及影响机理

对泡沫沥青冷再生混合料进行常温条件下的MMLS3加速加载试验，研究泡沫沥青冷再生混合料的长期使用性能，探讨泡沫沥青冷再生混合料的车辙变深度、变形速率及横断面轮辙曲线特征，给出泡沫沥青冷再生混合料车辙深度随加载次数的变化趋势，并对不同加载次数下轮迹处MMLS3试件进行X-ray无损扫描，分析不同加载次数下泡沫沥青冷再生混合料的空隙率分布特征及粗集料运动规律，揭示泡沫沥青冷再生混合料的疲劳损伤规律。研究结果表明：对于未掺加水泥的泡沫沥青冷再生混合料试件，轮迹处车辙沿横断面分布呈U形；掺加1%~2.5%水泥后，泡沫沥青冷再生混合料试件横断面车辙分布呈W形，可采用车辙深度R_DD=AN^B预估不同加载次数N下的车辙深度发展规律；MMLS3加载试验过程中泡沫沥青冷再生混合料车辙发展规律可分为3个阶段，即压密阶段、蠕变稳定阶段、剪切破坏阶段；重复疲劳荷载作用下轮辙变形主要来源于泡沫沥青砂浆压密变形和集料受荷载作用产生的竖向位移及粗集料自身由不稳定状态转变为"平躺"状态所发生的水平转动位移，粗集料取向角随加载次数增大呈指数函数关系减小。     

沥青路面抗滑试验研究

本文通过对不同级配沥青混合料在不同空隙率条件下室内轮碾成型的车辙试件进行构造深度试验，摩擦系数（摆值）试验。研究了沥青路面抗滑性与沥青混合料空隙率的关系及抗滑性的影响因素。并通过大型直道足尺试验。测定不同轴载的次数下，沥青路面构造深度与摩擦系数（摆值），探讨了不同类型沥青混合料抗滑指标随轴载次数的衰减规律。     

不同层位沥青混合料性能影响因素显著性分析

为考察路面不同层位处的沥青混合料影响因素的显著性,选取了最大公称粒径分别为13 mm和25 mm 2种混合料来进行对比性分析;在试验手段上进行了适当的改进,基于正交试验方法,采用室内车辙碾压成型和钻心取样相结合的试验方法,分别测定了整块车辙板试件的空隙率和钻心芯样的空隙率,综合分析了影响沥青混合料的级配关键筛孔和显著试验条件。结果表明,对于任一种混合料,针对不同指标的显著影响因素存在较大的不同,而对于给定的混合料的同一个指标,显著影响因素也有较大的差别,这些差异可为混合料的深入研究提供有益的参考价值。     

空隙率对沥青混合料水稳定性与渗水性能的影响

水损坏是沥青路面主要病害之一,而空隙过大、存在渗水通道是引发水损害的主要原因之一。为了研究不同空隙率对沥青混合料水稳定性和渗水性能的影响,制备了不同空隙率的沥青混合料试件,并分别进行了饱水率试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验以及渗水性能试验。结果表明：沥青混合料试件的饱水率随空隙率增大而增加,且空隙率超过8%时,饱水率快速增加;残留稳定度和冻融劈裂强度比均随空隙率增大而减小;沥青混合料试件的渗水系数随着空隙率的增大而增加,且空隙率大于8%时,沥青混合料的渗水系数急剧增大。     

三轴疲劳荷载下沥青混合料SMA-13细观特征动态变化分析

为了研究沥青混合料SMA-13细观特征随疲劳加载过程的变化情况,以揭示沥青混合料细观损伤及其影响其渗透性能的机理,利用马歇尔击实仪制备SMA-13沥青混合料试件,并利用自研三轴疲劳加载设备,针对不同空隙率的SMA-13沥青混合料进行CT动态扫描,提取并分析各试件空隙的数量、面积、等效直径和圆度等参数随疲劳加载过程的动态变化。研究表明:空隙率10%和8%的SMA-13,空隙面积随疲劳加载过程逐渐减小,试件两端的减小量大于试件中部;空隙率6%和4%的试件,两端空隙面积随加载过程逐渐减小,中间层位的先减小后增大。空隙数量随疲劳加载过程逐渐增加,试件中间部位空隙数量增加比较明显,最后阶段时空隙数量沿试件高度方向呈"中间多,两端少"的趋势。空隙等效直径随疲劳加载逐渐减小,疲劳加载后期的空隙圆度总体大于前期。4种空隙率试件的空隙等效直径随疲劳加载而减小,而空隙个数、空隙面积和圆度等参数随疲劳加载的进行变化规律差异性较大。     

沥青混合料现场轮碾成型机

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求 ,沥青混合料制作试件可采用“击实法”、“静压法”和“轮碾法”来成型。由于轮碾成型较其他两种方法更接近于沥青路面施工过程 ,因此现在很多沥青材料试验室采用轮碾法来制作试件。在进行沥青混合料车辙试验时 ,试件也必须使用轮碾法来成型。而目前国内外使用的沥青混合料轮碾成型机 ,体积庞大而笨重 ,仅适合于试验室使用。所以试件制作只好采取从施工现场将拌和好的混合料取回试验室 ,再把冷却的混合料重新加热制件的方法。这样由于重新加热造成沥青老化 ,严重影响试验结果的准确性 ,特别是…     

不同空隙率排水性沥青混合料宏观性能与微细观空隙结构研究

为了兼顾排水性沥青混合料排水性能与耐久性能,在JTG F40-2004推荐的OGFC-13矿料级配范围内选取5种级配,使得5种级配排水性沥青混合料空隙率为18%～24%,针对室内试验试验研究不同空隙率排水性沥青混合料力学性能、路用性能、疲劳性能,基于X-Ray CT的无损检测技术获取排水性沥青混合料内部的细微观空隙形态,采用平均空隙直径、空隙级配未评价指标,研究不同级配排水性沥青混合料的微观空隙分布特征,最后建立排水性沥青混合料细微观空隙结构与其宏观路用性能之间的关系。结果表明,9.5、4.75、2.36 mm这3种筛孔通过百分率与空隙率的相关性最好;在20%～21%空隙率时排水性沥青混合料的动稳定度达到峰值,抗弯拉强度、弯曲应变、浸水马歇残留稳定度、冻融劈裂强度比及各应力水平下的疲劳寿命随着空隙率增大而减小;排水性沥青混合料空隙体积测算的平均空隙直径为6.8～10.3 mm,表面积测算的平均空隙直径为8.8～13.4 mm,直径大于4 mm的空隙数量占总空隙数量的75%以上。建议排水性沥青混合料适宜的空隙率为20%～22%。     

盐分对沥青混合料高温性能的影响研究

通过室内试验模拟实际路面环境下的盐分条件,对70#道路石油沥青AC—20以及AC—13混合料在受到盐分影响后的高温抗车辙性能进行试验研究,试验结果表明:盐分条件对混合料的高温抗车辙性能影响不大,在盐水浸泡的过程中,水分因素使得混合料的高温动稳定度值有显著降低;沥青混合料试件的空隙率大小直接影响到了试件抵抗盐分的能力,空隙率越大,其越容易受到盐分的影响。     

基于APA的三种沥青混合料水稳性试验研究

采用马歇尔设计方法设计了SMA-13、SAC-13和AC-13 3种沥青混合料;用马歇尔击实成型了4%、7%、10%和13%4种空隙率的3种混合料试件,并用APA进行了浸水车辙试验;利用浸水车辙试验的动稳定度和8 000次永久变形指标分析了3种混合料不同空隙率下的水稳定性,并建立了空隙率与8 000次永久变形之间的回归方程。     

沥青混合料空隙率测定方法研究

介绍封口膜密封法测定压实沥青混合料空隙率。通过与常用空隙率试验方法对比,分析表干法、蜡封法、水中重法以及封口膜密封法的优缺点。封口膜密封法操作简单、对试验设备要求低,可以方便地测出吸水率大于2%的沥青混合料试件空隙率。试验结果表明:开口空隙体积对试件空隙率影响较大,封口膜密封法得到的空隙率比蜡封法大,数据的变异性比蜡封法小。     

装料操作程序对沥青混合料空隙率及抗车辙能力的影响

影响空隙率的因素很多,沥青混合料的密度以及理论最大密度决定着空隙率的计算值,室内装料操作程序影响着沥青混合料密度的测定。本文通过不同装料操作方法,室内旋转压实成型试件,结合APA车辙试验,分析旋转压实装料操作对空隙率和抗车辙能力的影响,补充完善了旋转压实装料操作程序。