基于粗集料表面纹理特性的沥青混合料性能研究

目前缺乏对集料表面纹理的直接定量测量和评定方法，基于光纤传感法设计了激光轮廓仪，直接测量了7种不同粗集料的表面纹理，应用算术平均偏差Ra对集料表面纹理进行了定量评定，并对集料表面纹理的粗糙度进行了简单的分类，最后通过沥青混合料力学性能试验对测量和评定结果进行了验证。结果表明，采用激光轮廓仪能够直接、准确地测量集料表面纹理；算术平均偏差对集料表面纹理的评定是合理有效的；其他条件相同的情况下，粗集料表面纹理的R值越大，沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和低潭抗裂性能越好.     

粗集料的表面微观纹理的激光测量方法及分形性质研究

研制了一种采用激光三角测量技术的微距测量系统,对路面常用的花岗岩、玄武岩等粗集料的表面微观纹理进行测量,并分析了系统各种误差等干扰因素.利用MATLAB平台,采用盒子计数法对各种表面曲线及其所对应的原始数据进行分析,得出表面纹理的分形维数.测量分析系统总体抗干扰能力较强,满足粗集料微观测量要求,系统总体可靠、可行.对比...     

集料图像测量系统（AIMSⅡ）的评价指标研究与合理性验证

为了研究集料的测量与评价问题,阐释了集料图像测量系统(AIMSⅡ)设备的工作原理,研究了集料3个形态特征分量,即形状、棱角和表面纹理的评价指标;测量并分析了3种标准形状物体(球体、标准多边体1、标准多边体2)的形态特征。结果表明:集料图像测量系统(AIMSⅡ)的测量结果与物体实际情况相吻合,采用该系统评价集料的形状、棱角和表面纹理均有一定的合理性。     

抗滑集料颗粒形状及表面纹理特性分析

为研究不同抗滑集料的颗粒形状及表面纹理特征,以玄武岩集料、金刚砂、黑刚玉材料为研究对象,采用Matlab软件计算了3种抗滑集料的圆度值,并对3种抗滑集料的颗粒形状进行了评价;采用SEM扫描电镜试验获取了玄武岩集料、金刚砂、黑刚玉材料的表面图像,并利用FractalFox软件对图像进行了二值化处理,计算了3种集料表面纹理的分形维数,并基于此对3种抗滑集料的表面纹理特征进行了分析。研究结果表明:黑刚玉具有最高的圆度值,即最接近于球状,有利于在车辆荷载碾压下保持稳定;金刚砂表面纹理的分形维数最高、玄武岩集料次之,黑刚玉最低,表明金刚砂和玄武岩集料具有更为发育的表面纹理,有利于与胶结材料间发生黏附。     

粗集料表面纹理轮廓线分形分析及不同维数算法探讨比较

采用激光三角测量技术对路面常用的花岗岩、玄武岩、石灰岩等粗集料表面微观纹理进行测量,对各表面轮廓线及其所对应的原始数据采用多种分维计算方法进行分析。利用MATLAB平台,分别编程计算各轮廓线和原始数据的分形维数,并以科赫曲线(KOCH)等标准分形图形进行了标定,认为采用计盒维数法可靠可行。粗集料表面纹理维数越大则粗糙程度越复杂,因此为面层石料的优选提供了新的方法和指标。     

粗集料形态对宽温度域下沥青混合料高低温性能影响

为了掌握粗集料形态对宽温度域条件下沥青混合料高低温性能影响,基于集料图像测量系统(AIMS),对5种粗集料棱角性、三维形状和表面纹理进行量化分析,进而制备SMA-13试件进行不同温度范围高温车辙试验和低温弯曲蠕变试验,分析集料棱角性指数、球度和表面纹理指数与高低温性能指标的相关性。结果表明:选用棱角性好、粒形饱满和表面纹理深度大的粗集料有利于改善沥青混合料高低温性能;随着试验温度增加,粗集料棱角性指数和球度对沥青混合料高温性能的影响程度逐渐增大,纹理指数对其影响程度则逐渐减小,且高温性能对棱角性指数和球度变化的敏感性增强;随着试验温度降低,粗集料棱角性指数、球度和纹理指数对沥青混合料低温性能的影响程度及低温性能对前述三指标变化的敏感性均逐渐降低。     

路用集料三维形貌的定量表征方法研究

为定量分析路用集料颗粒的轮廓形状、棱角特征及纹理表面起伏特征,应用非接触式近景白光扫描仪,获取了集料表面的特征点阵,建立了颗粒的实体模型.采用6个相互独立的特征参数分别表征集料颗粒在不同层次的三维形貌特征,给出了基于集料扫描点云数据的特征参数计算与分析方法.定量评价了4种岩性路用集料的三维形貌特征,同时开展了集料的磨光...     

基于激光扫描技术的粗集料纹理粗糙度评价

采用高精度激光位移传感器对不同粗集料的轮廓进行纹理测试,建立摩擦系数和磨光值之间的联系,揭示路面抗滑性能衰减过程中粗集料形貌变化特性。结果表明:辉绿岩与玄武岩集料表面分形维数值较高,花岗岩集料轮廓分维值最小;粗集料表面摩擦系数与表面轮廓分形维数值之间呈线性正相关关系;粗集料纹理随着磨损时间增加呈现单调衰减状态,路面磨耗层粗集料在条件允许下应优先考虑玄武岩与辉绿岩集料。     

基于图像处理的集料形态特征定量评价

数字图像处理技术的引入,将会实现矿质集料颗粒形态特征的直接、客观的定量评价。通过对矿质集料数字图像进行噪声消除、图像分割、二值化形态学处理、边缘跟踪以及颗粒分析,得到了各个集料颗粒的面积、周长、拟合椭圆等形态特征参数。进一步对各参数进行统计分析,得到了针对集料的圆度、棱角性、表面纹理以及针片状颗粒含量等形态特征指标的分析结果。基于成像相关知识,采用基于LED光源的背光图像采集平台,对不同档位的集料颗粒形态特征进行定量评价和分析。试验结果表明:通过数字图像处理技术对不同档位集料颗粒形态特征参数进行图像描述,可以遴选出高效可行的有利于定量分析形态特征的参数;背光源采集方法可以更好提取集料颗粒图像边缘特征,使图像更有利于后续处理;不同档位下集料的圆度趋势比较明显,随粒径的增大而减小;棱角性变化与圆度截然不同,其中粗集料棱角性基本不变,而细集料随粒径的增大变化明显;粗集料的纹理指标值变化不大;粗集料的针片状颗粒含量为0,细集料的针片状颗粒含量大于1%。研究可以为矿质集料进场质量的过程控制提供快速高效的定量依据。     

集料颗粒形态特征对沥青混合料高温性能的影响

采用数字图像处理技术及流动时间法分别对粗集料和细集料的棱角性、圆度和纹理等形态特征进行试验定量描述,并采用车辙试验来评价集料特性对沥青混合料高温性能的影响。试验结果显示:随着集料棱角性及圆度的增大及集料纹理的复杂程度增加,沥青混合料的高温稳定性提高;随着细集料中河砂含量的增加,混合料高温稳定性降低,因此建议沥青混合料中河砂含量不宜超过集料总量的20%。     

基于3D打印技术的粗集料标准模型制备效果研究

结合目前较成熟的光固化成型技术和数字化光处理技术,开展3D打印规格集料的尝试。首先对采集的粗集料开展三维扫描测试,然后采用3D打印技术制作集料,实现不同粒径集料规格的统一化;最后对打印集料与天然集料的力学强度、物理性能、体积指标进行比对,探讨3D打印技术制备标准规格集料的可行性。研究表明:树脂类材料弯曲性能优良,硬度接近天然集料;树脂基碎石密度较轻,质地均匀,形状一致,有助于改善施工均匀性和制作轻质混凝土材料;采用光固化成型技术和数字化光处理技术方式打印的集料形态接近,与天然集料的体积指标偏差较小,基本可以实现5 %以内的制备精度。制备规格均一的标准沥青路面集料成为可行。     

抗剥落剂对沥青及花岗岩集料沥青混合料性能的影响

为研究酸性集料花岗岩作为沥青混合料用集料的应用潜力,制备添加抗剥落剂的沥青胶浆和基于花岗岩集料的沥青混合料。基于表面能理论和红外光谱试验（FTIR）,分析沥青与酸性集料的黏附机理,探究沥青与抗剥落剂的化学组成。采用车辙因子、疲劳因子、残留稳定度、劈裂强度比等评价指标,研究抗剥落剂对沥青及混合料路用性能的影响。结果表明：抗剥落剂能改善沥青的高温稳定性和中温抗疲劳性,提高沥青混合料的水稳定性,且抗剥落剂与沥青是物理共存反应;接触角试验的结果定量反映不同集料与沥青的黏附性差异;细集料类型对沥青混合料的水稳定性影响极大,选择石灰岩作为细集料有利于提高花岗岩沥青混合料的水稳定性。     

基于分段变维的沥青路表纹理磨光行为分析（双语出版）

为了多尺度表征沥青路表纹理磨光行为，揭示其表面纹理磨光演化机理，首先基于沥青表面纹理的自仿相似特性，引入高差自相关函数，将常维分形扩展至分段变维分形，建立了表面纹理分段变维评价模型。其次，分别选取高磨光值的玄武岩和低磨光值的石灰岩成型沥青混合料试件，对其进行岩相鉴定，借助平板磨光机进行室内加速磨光试验，测量了不同磨光状态下的动摩擦因数，同时采用三维激光扫描仪获取了表面纹理信息。最后分析了断面轮廓分段变维高差自相关特性，并与摩擦因数进行了对比分析。结果表明：路面在大尺度范围内有明显的分段变维特征，高差自相关函数可以多尺度量化沥青混合料表面微观至宏观纹理特征，2种路表宏微观纹理界限波长为0.4 mm左右；截止波长可以作为评价普通磨光和差异磨光的指标，其中水平截止波长表示路面平均微凸体尺寸，垂直截止波长表示骨料平均高度；随着磨光转数的增加，受2种磨光机制影响的试件（玄武岩）表面纹理的水平截止波长变化甚微，而受普通磨光机制作用的试件（石灰岩）表面纹理的水平与垂直截止波长均下降明显；在道路设计和施工过程中，选取矿物组成成分更多、粒径分布更广、矿物质间硬度相差较大的集料，更容易受到2种磨光机制的影响，从而有助于沥青路表保持足够的表面纹理水平，延缓路面抗滑性能衰减速率。     

考虑矿物各向异性的地聚物/集料界面静动态交互特征模拟

地聚物作为一种低碳环保、应用潜力广阔的无机结合料，其与不同表面构造集料的界面交互作用直接影响地聚物混凝土的力学性能和耐久性。充分考虑集料矿物晶向的各向异性，采用分子动力学模拟(Molecular Dynamics， MD)从原子分子层次的作用模式和强度分析，模拟了地聚物主要水化成分N-A-S-H、C-A-S-H和集料矿物化学成分SiO₂、CaCO₃不同晶面的静态界面相互作用，并采用单轴拉伸方法从纳米尺度下讨论了不同界面交互的动态力学行为。模拟结果表明：CaCO₃各晶面表现出比SiO₂更强的表面能和表面浸润性，并与C-A-S-H、N-A-S-H的界面相互作用势和拉伸应力更强，但CaCO₃晶面各向异性明显，性能稳定性不及SiO₂。地聚物与集料矿物的相互作用势主要由静电势提供，由于矿物界面静电作用及浸润特征，交互区水分子聚集，氢键作用明显，同时水分子与Ca²⁺、Na⁺进行配位形成水合离子，有助于离子在矿物表面迁移、沉淀与成核生长，增强界面空间位阻效应。在单轴拉伸模拟中，地聚物与集料矿物界面拉伸失效机制包括2个阶段：第1阶段(0 nm＜界面位移d＜0.15 nm)主要克服界面交互的静电作用，第2阶段(0.15 nm≤d≤0.3 nm)主要克服氢键作用。MD模拟有助于从分子尺度揭示地聚物与集料界面作用机制，为进一步研究地聚物混凝土材料优化、交互界面强化及损伤等提供了新方法和理论依据。     

沥青面层用粗集料针片状颗粒和含泥量技术指标研究

根据高速公路表面层沥青混合料用粗集料质量技术要求,针对石灰岩粗集料的针片状含量对集料压碎值、骨架的影响和对沥青混凝土的高温稳定性、水稳定性的影响进行了试验研究,并分析了集料含泥量对沥青混凝土的水稳定性、高温稳定性的影响：研究结果表明,针片状含量对于集料性能影响显著,舍泥量对于沥青混凝土的各项路用性能都有明显影响：对高速公路沥青面层用粗集料,针片状颗粒含量按10％控制,含泥量技术指标建议采用0．5％控制     

长期高温多雨环境下沥青与集料黏附性衰减规律研究

选用2种沥青及3种集料，对单个集料进行不同时长的改进水煮法试验，对松散沥青混合料进行不同时长的改进ASTM D3625水煮法试验。通过扫描电镜试验、能谱分析试验分析集料表面构造和化学成分；通过高温接触角试验，获取拌和温度下集料与沥青的接触特性。结合质量法和图像法，分析沥青-集料的剥落率，探究在长时间高温水煮条件下的沥青-集料黏附性的衰减规律。结果表明：石灰岩与沥青的黏附性最好，砂岩最差；采用SBS改性沥青可有效增加与集料的黏附性，降低沥青-集料黏附性的衰减；水煮时间增长，使用Si元素含量越高、接触角越大的集料，沥青-集料黏附性越差；仅通过水煮样品3分钟来评价样品的黏附性不准确，延长水煮时间并结合质量分析方法可更真实地表征黏附性变化；对长期高温多雨地区，推荐使用石灰岩和SBS改性沥青来提高沥青混合料的抗水损害能力。     

再生骨料残余砂浆覆盖率测试及其对混凝土渗透性的影响

为了实现盐侵蚀环境下再生骨料的评价与优选，提升再生混凝土渗透性研究水平，提出基于图像分析原理的再生骨料残余砂浆测试方法，该方法通过图像识别技术手段定位并识别再生骨料表面的残余砂浆，定量分析残余砂浆在再生骨料表面的二维覆盖率，结合二维图像三维重构方法获取再生骨料表面残余砂浆的真实覆盖率。采用不同残余砂浆覆盖率的再生骨料制备再生混凝土，通过电通量法研究残余砂浆覆盖率对再生混凝土抗渗性的影响。试验结果表明：采用图像分析方法测试的3种粒径再生骨料残余砂浆覆盖率符合正态分布，证明图像分析覆盖率数据可靠；当再生骨料粒径为5~10，10~20 mm和20~30 mm时，残余砂浆覆盖率的最小样本数量为46，31和50，变异系数比的波动范围为1±5%。多实验室重复试验结果表明，该方法具有较好的重复性和再现性。再生混凝土电通量试验结果表明，再生骨料残余砂浆覆盖率越大，其制备的再生混凝土电通量值越高；再生骨料附着的残余砂浆增加了再生混凝土新砂浆-残余砂浆界面过渡区的数量；残余砂浆覆盖率越高，新砂浆-旧砂浆界面过渡区在再生混凝土中所占比例越大，氯离子更易传输到再生混凝土内部；与残余砂浆附着率相比，残余砂浆覆盖率与再生混凝土抗氯离子渗透性具有更高的关联度。     

基于CT技术沥青混合料集料的识别与分离

为了研究沥青混合料内部集料结构,利用CT断层扫描技术对沥青混合料内部集料进行三维重构,基于Matlab自行编制程序对集料进行识别与分离.很多情况下集料是互相接触的,这些相互接触的集料容易被程序错误地识别成是一个集料.为此首先用Gaussian过滤器使集料变得更光滑,再利用Hmax过滤器使集料变得更平滑,最后进行Wat...