基于数字图像处理的沥青混合料主骨架评价标准

为了给骨架密实型沥青混合料级配设计与优化提供指导,使设计的沥青混合料具有良好的抗车辙性能,针对目前沥青混合料骨架结构判据的不足,在分析现有沥青混合料骨架结构评价指标的基础上,基于数字图像处理技术考虑粗集料接触特性对V_(mix)~VCA计算方法进行了优化。通过对4种不同级配沥青混合料中主骨架结构细观接触分布特性进行了比较,对细观定量评价指标与宏观评价指标间的相关关系进行了分析,提出了粗集料形成较优主骨架结构的细观定性和定量评价指标和标准。结果表明:考虑粗集料接触特性,优化的V_(mix)~VCA(I)计算方法所得值比目前经验计算法大15%~20%,在骨架判别时更加严格、合理,保证粗集料相互嵌挤形成最优主骨架;沥青混合料细观定量评价指标与其宏观评价指标有较好的相关关系,能够表征沥青混合料的抗车辙性能;骨架密实型沥青混合料设计过程中通过调整级配提高平均配位数的同时降低C值,能有效改善混合料的细观指标,使主骨架的质量得到明显提升,设计的沥青混合料具有良好的抗车辙性能;粗集料形成较优主骨架结构的定性和定量评价标准为V_(mix)~VCA(I)≤V_(DRC)~(VCA),n1.6且C20%。     

沥青混合料自愈合性能与砂浆厚度分布特征关系

沥青混合料自愈合行为与沥青砂浆的细观分布特征关系密切，但目前相关判据不足。为此，采用数字图像处理技术定量表征沥青砂浆的细观结构，并分析其与混合料自愈合行为的关系。首先，优化沥青混合料砂浆厚度计算的方法，提出基于图像分析的砂浆平均厚度T_m和砂浆厚度分布标准偏差S_Dt指标；其次，对6种不同沥青混合料砂浆的二维图像进行统计分析，验证细观砂浆厚度参数的有效性；最后，通过有无间歇时间的半圆弯曲疲劳试验获取沥青混合料的自愈合指数H，并进行宏细观指标的相关性分析。结果表明：级配类型和最大公称粒径均对沥青砂浆的空间分布有重要影响；矿料间隙率（VMA）和沥青饱和度（VFA）与砂浆细观参数之间不存在明显相关关系，证实了宏观体积参数在表征沥青砂浆细观分布特征方面的不足；沥青混合料的自愈合指数同时受砂浆平均厚度和空间分布均匀性的影响；综合指标T_m/S_Dt与宏观愈合指数H之间有很好的相关性，可以有效表征沥青混合料的自愈合效率。     

基于DIC技术的老化作用下温拌胶粉改性沥青胶浆低温抗裂性能研究

沥青胶浆对沥青混合料性能具有重要影响。为研究热氧老化作用对温拌胶粉改性沥青胶浆（WCRM）低温抗裂性能的影响，以热拌胶粉改性沥青胶浆（HCRM）作为对比试件，采用数字图像相关（DIC）技术对单边切口弯曲梁试验（SENB）中2种试件的开裂全过程进行图像采集，利用Vic-3D软件计算加载过程中试件的水平应变，从宏细观相结合的角度定量分析沥青胶浆的抗裂性能。对比分析沥青胶浆的荷载-位移（L-D）曲线和水平应变-时间（E_xx-t）曲线，通过在细观尺度下胶粉改性沥青胶浆裂纹萌生和发展的规律来解释沥青胶浆宏观力学行为。通过弯曲梁流变试验（BBR）分析老化前后WCRM和HCRM的低温流变性能，并对沥青胶浆低温性能评价指标进行相关性分析。结果表明：随热氧老化程度的加深，HCRM和WCRM的水平应变密度D_E值（细观层面）和临界断裂韧度J_IC值（宏观层面）均减小，证明热氧老化会降低2种胶粉改性沥青胶浆的抗裂性能；相同条件下，WCRM的D_E值和J_IC值均大于HCRM，即与HCRM相比，WCRM具有更好的抗开裂和抗老化性能；在沥青胶浆开裂过程中，微裂纹形成时的荷载、峰值荷载及最大水平应变对应荷载并非同一荷载值；老化后，2种胶粉改性沥青胶浆的低温流变性能降低，同一条件下，WCRM具有更加优异的低温流变性能；沥青胶浆低温流变参数（S/m）与宏细观开裂指标（J_IC，D_E）均具有较好的相关性，即将DIC技术应用到SENB试验来分析老化作用及温拌剂对胶粉改性沥青胶浆宏细观开裂特性的影响具有较好的可靠性。     

基于材料基因组方法的沥青混合料基因特性综述及展望

基于数据驱动的材料基因组方法是未来材料研发的趋势，尤其对于具有复杂材料组成、显著结构随机性和材料分布不均匀性的沥青混合料具有重要的指导意义。为推动沥青混合料基因组方法的应用，综述了影响沥青混合料性能的材料基因组体系及与使用性能的关联。首先，总结了目前材料基因组方法在材料工程领域的应用；然后，介绍了沥青混合料基本材料特征基因，主要包括沥青组分、沥青微观结构、集料矿物组成和集料形貌特征，并分析主要特征基因与材料性能之间的联系；进而，介绍了沥青混合料细观结构特征基因，包括空隙分布、集料分布和集料接触关系，总结了细观尺度上的研究方法及特征基因与沥青混合料性能的联系；最后，展望表征沥青混合料性能的代表性材料基因组体系、基因组数据库、共享平台及数据挖掘方法。     

就地热再生沥青混合料均匀性的细观评价指标

就地热再生能直接在现场一次性完成路面修复，但因其材料组成和施工工艺复杂等极易出现混合料不均匀问题，为解决此问题，尝试从集料入手，对就地热再生沥青混合料均匀性的评价指标进行研究。首先，采用数码相机获取就地热再生沥青混合料试件截面的数字图像，基于数字图像处理技术识别截面中所有新旧集料的细观结构；然后，采用环扇分割法将截面分成36个等面积区域，基于区域集料颗粒面积比和新集料颗粒偏离度分别提出集料均匀性评价指标D和新集料均匀性评价指标H；最后，通过改变RAP加热温度、RAP拌和时间、新沥青混合料拌和温度与新旧料混合时间4个因素，进行正交试验，进一步分析均匀性指标的变化规律和可靠性。结果表明：环形分区结合OTSU阈值分割方法可准确识别沥青混合料截面图像中的集料信息，保留绿色通道的方法可有效识别不同灰度值的新旧集料；对试件截面均匀性的定性分析初步验证了这2个均匀性指标的有效性；RAP加热温度与新沥青混合料拌和温度对D影响显著，RAP加热温度和新旧料混合时间对H影响显著；而且，随着RAP加热温度、新沥青混合料温度和新旧料混合时间的增加，就地热再生混合料的均匀性变好，这与以往的研究结论相一致，进一步验证了这2个均匀性评价指标的可靠性。     

粗细集料比对排水性沥青混合料性能的影响

基于马歇尔、贯入剪切、低温SCB、间接拉伸疲劳试验研究了88/12、85/15、80/20、78/22、75/25、70/30共6种粗细集料比例对排水性沥青混合料体积指标和路用性能的影响。试验结果表明:粗细集料比对排水性沥青混合料体积指标和路用性能均有显著影响,粗细集料比合理的排水性沥青混合料具有较高的贯入剪切强度,较小的粗细集料比能有效提高混合料的抗疲劳性能和低温抗裂性能。综合考虑沥青路面的功能性和路用性能,建议的排水性沥青混合料粗细集料比的范围为80/20~75/25。     

泡沫沥青冷再生混合料疲劳特性及其长寿命冷再生沥青路面结构优化

为了研究新旧沥青长期融合作用下泡沫沥青冷再生混合料的抗疲劳耐久性,采用4点弯曲疲劳试验,对80％、100％的RAP泡沫沥青冷再生混合料进行了低应变水平下的疲劳试验,分析RAP、再生剂、模拟服役时间对泡沫沥青冷再生混合料疲劳性能的影响规律,拟合回归了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳方程,确定了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳极限应变,进而优化了长寿命泡沫冷再生沥青路面结构.结果 表明:添加再生剂对泡沫沥青冷再生混合料的力学性能、路用性能和抗疲劳性能有显著增强作用;增大荷载应变水平显著降低了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳寿命,泡沫沥青冷再生混合料疲劳寿命对应变水平变化极为敏感,增大RAP掺量或添加再生剂均能改善冷再生混合料的抗疲劳性能;室内放置期间,泡沫沥青冷再生混合料疲劳寿命同样存在增长过程;将泡沫沥青冷再生混合料中的RAP仅作为黑色集料,低估了泡沫沥青冷再生混合料的抗疲劳性能.推荐泡沫沥青冷再生混合料的疲劳极限应变为100με.在此应变水平下,泡沫沥青冷再生路面满足长寿命沥青路面抗疲劳性能要求.     

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。     

沥青混合料疲劳损伤阈值分析

本文首先介绍了沥青混合料疲劳失效机理的研究方法,然后基于断裂能密度并结合四点弯曲疲劳试验及DSCM数字散斑测量系统,分析并计算了基质和SBS改性2种沥青混合料的疲劳损伤阈值。本文从新的角度阐释了沥青混合料的疲劳失效机理,并得出对于同一级配的沥青混合料而言,在同种条件下,改性沥青混合料的抗疲劳性能优于基质沥青混合料的抗疲劳性能。     

基于沥青混合料疲劳损伤细观力学性能的预防性养护研究

为提高沥青路面的使用性能,延长其使用寿命,对沥青路面提出一种基于混合料疲劳损伤过程中细观力学性能的预防性养护维修方法,通过AC-13C及其细观组分的等效基体劈裂疲劳损伤试验和CT扫描对沥青混合料内部疲劳损伤进行分析,从细观尺度把沥青路面的使用期分成不同疲劳损伤阶段,在不同疲劳损伤阶段采用不同的养护方法与维护措施,系统地制订沥青路面预防性养护方案。     

矿料级配对沥青混合料路用性能影响的试验分析

以典型的AC—13沥青混合料为基础,通过系统室内对比试验,对5组由粗到细级配的沥青混合料的基本物理性质、高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、疲劳耐久性等路用性能进行了研究。试验结果表明,级配变化对沥青混合料路用性能有直接的影响,且存在一定的规律性,总体表现为靠近规范级配中值附近其综合性能较好;不同级配类型的沥青混合料路用性能的优点表现不一样,粗级配更有利于抗高温变形的提高,细级配更有利于抗水损害、抗弯拉破坏、抗疲劳开裂等性能的提高。研究成果为沥青混合料级配选择和优化设计提供参考。     

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。     

高模量重载交通沥青混合料路用性能试验研究

采用AC-13,SMA-13,Sup-13三种不同级配,制备高模量剂掺量为0 %,0.2 %,0.4 %,0.6 %,0.8 %不等的高模量沥青混合料,进行高温车辙、浸水马歇尔、冻融疲劳、低温小梁、四点弯曲试验,分别研究不同高模量剂掺量及级配组合方案下混合料的高温性能、水稳性能、低温抗裂性能及抗疲劳性能。研究表明:高模量剂能够显著提升混合料的路用性能,对高温性能和抗疲劳性能的提升效果最为显著,而SMA-13级配更适用于重载交通路段。实际工程应用也进一步验证了0.6 %高模量剂掺量下SMA-13沥青混合料的服役水平较好。     

高温多雨地区表面层沥青混合料级配的选择

选取10种级配,以混合料的结构密实性、浸水车辙稳定性和压实性能为基础,提出了在高温多雨地区,满足表面层混合料结构和性能要求的连续密级配的选择方法,研究表明：最大密实线和Superpave控制点可作为了解混合料结构、压实性和永久变形特性的参数依据;在最大密实线和控制点下限之间选取连续密级配,可使混合料兼具良好的结构密实性、浸水车辙稳定性和压实性能,混合料也因此更适用于环境因素复杂的高温多雨地区。     

沥青稳定基层混合料疲劳性能试验研究

对5种级配的沥青稳定基层混合料进行了控制应变的三分点小梁弯曲疲劳试验,分析了级配、沥青用量、沥青品种和温度对沥青稳定基层疲劳性能的影响规律。研究表明:悬浮密实型沥青混合料的疲劳性能较嵌挤型沥青混合料好得多;沥青用量增加,疲劳寿命显著增长,由马歇尔方法确定的最佳沥青用量并非沥青混合料疲劳性能最佳的沥青用量;沥青混合料疲劳寿命随试验温度的提高而显著增长;采用改性沥青的沥青混合料疲劳性能较普通沥青有一定改善。这些规律可以为沥青稳定基层的混合料设计提供参考。     

冻融作用下沥青混合料疲劳性能试验研究

冻融试验可用于模拟潮湿条件下路面受到水损害时其疲劳寿命的变化.针对AC - 25沥青混凝土设计3种级配,进行冻融劈裂疲劳试验,建立无水和有水条件下的疲劳方程,分析不同因素对冻融后沥青混合料疲劳性能的影响,揭示冻融后沥青混合料疲劳性能衰减机理.     

沥青混合料集料颗粒间摩擦性能的直剪试验评价

鉴于集料颗粒间的摩阻性能直接影响沥青混合料的抗剪强度,运用相似实验原理系统分析了用直剪试验方法和设备评价集料颗粒间摩擦性能的可行性.并对符合沥青混合料AC - 13、SMA - 13级配的集料和钢球进行了直剪试验评价,解决了梁料剪切试验问题.     

高强冷铺沥青混合料室内试验对比研究

选取4种适用于不同工况的路面磨耗层混合料,通过室内试验对比分析了4种混合料抗压强度、抗永久变形、抗水损坏、抗疲劳破坏等工程特性;通过不同养生温度下的混合料试件劈裂强度、拉伸强度及动稳定度等指标,模拟了不同施工温度条件对环氧乳化沥青混合料路用性能的影响。试验结果表明：环氧乳化沥青混合料相比普通（改性）沥青混合料具备更好的工程性能和低温施工特性。