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。     

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。     

多年冻土区冻融循环作用对沥青混合料弯拉性能的影响

为准确评价冻融循环作用对高原寒冷地区沥青混合料弯拉性能和细微观结构的损伤机理,针对北方寒冷地区沥青路面在荷载、低温、水冻融循环作用下剩余弯拉强度和疲劳寿命进行研究,制定了适宜的冻融循环试验方案,建立了不同沥青结合料沥青混合料的空隙率、弯拉强度(弯拉应变)、劈裂强度和疲劳寿命在不同冻融循环作用次数下的衰变规律,基于工业CT无损检测分析技术,获得了不同冻融循环次数下四种沥青混合料细观空隙结构变化特征,研究了冻融循环作用对沥青混合料平均空隙直径、空隙轮廓分维数的影响规律,分析给出了冻融循环作用下沥青混合料弯拉性能的损失率计算模型。结果表明:沥青混合料的弯拉强度、最大弯拉应变、劈裂强度、疲劳寿命随冻融循环次数的增加呈减小趋势,经历25次冻融循环后弯拉性能和疲劳寿命衰减趋于平缓。沥青混合料受冻融循环作用后弯拉强度和抗疲劳性能衰变规律符合logistics曲线模型;随着冻融循环次数增大,沥青混合料内部平均空隙直径增大,空隙轮廓分维数减小,平均空隙直径与沥青混合料弯拉性能之间的线性拟合关系良好;使用改性沥青具有维持冻融循环作用下沥青混合料内部空隙直径、空隙轮廓分维数变化不大的作用,在高原寒冷地区建议优先选用SBS或SBR改性沥青。     

基于CT数字图像处理的沥青混合料车辙试件空隙特征测定

为了研究沥青混合料标准车辙试件试验前后空隙分布特征,采用医用CT扫描设备获取了大量车辙试件图像,将图像导入Matlab图像处理软件进行图像增强处理,采用大津法(OTSU)选取全局阈值实现图像的分割。在此基础上,对比SBS改性沥青混合料和普通沥青混合料车辙试件空隙特征及其变化的差异。结果表明:采用本方法测定的空隙率均值与实验室测量的空隙率一致,并且本方法能从细观层面反映空隙分布特征。轮碾成型原始车辙试件的空隙率在轮载作用处偏小,二维平面上空隙面积在10 mm~2以下居多;车辙试验后,辙槽处空隙率大幅度下降,普通沥青混合料试件车辙深度更深,空隙数量减少更明显,空隙特征的变化主要体现在小微空隙上。     

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。     

细集料形貌的分维数评价及沥青混合料性能试验

采用体视显微镜与面光源结合的细集料形貌测量方法获取五种细集料在0.003 mm/pixel分辨率下的颗粒图像,运用颗粒分维模型,以分维数表征细集料形貌特性,开展了细集料形貌及其对沥青混合料性能影响的研究.分析结果表明:细集料分维数服从三参数威布尔分布且不同细集料的分维数具有显著差异;细集料分维数与沥青混合料的体积参数具有显著的线性相关性;随着分维数的增大,混合料的极限弯拉应变和冻融劈裂强度比均是先增加后减小,在一定范围内存在最大值;但细集料分维数对混合料高温稳定性的影响并不明显.     

分形几何理论在沥青混合料研究中的应用

首先介绍了分形几何理论,根据分形几何理论建立了沥青混合料级配集料分布与分维数D的关系,给出了集料级配分维值的计算方法.分析了分维值对级配压实特性的影响,并且介绍了采用分维值定量预测评价沥青混合料的抗车辙性能和均匀性的方法.大量研究表明,采用分形几何理论研究沥青混合料微细观结构与路用性能的关系是一种合理且有效的方法.     

基于数字图像技术的泡沫沥青效果评价方法研究

针对目前泡沫沥青仅凭借经验粗略确定最佳发泡参数条件的不足,该文采用数字图像处理技术,通过对不同发泡条件下泡沫沥青与铣刨料RAI拌和后的混合料进行图像采集,然后进行灰度图像转化、形态学处理、二值图像转化及网格划分等处理过程,计算不同区域内沥青裹覆率,以沥青在混合料中的均匀分散性为指标,对泡沫沥青的发泡效果进行评价并优选发泡参数。结果表明：采用数字图像处理技术能够快速有效地对泡沫沥青均匀分散效果进行评价,可计算出精确的数值作为判断依据优选发泡参数,具有简单快捷、易于实施的优点。     

数字图像技术分析沥青路面均匀性的方法

为了能对沥青路面面层常见的集料离析病害进行简单、快速的检测评价,该文基于数字图像处理技术,对多幅沥青混合料摊铺时的图像进行了均匀性相关分析,在对图像进行彩色图像转化为灰度图像、滤波、去噪、直方图均衡化、图像分割、形态学处理开闭运算等操作之后再转化为二值图像,然后用划分网格的方式确定沥青混合料摊铺时的图像颗粒面积分布的变异系数,同时采用面积控制系数从双方面来判定是否离析的计算方法,计算多组图像的方差及变异系数值及面积控制系数,将所得变异系数和面积控制系数与图像对比,得到图像颗粒均匀性较好时各系数的指标值范围。并对得出的指标进行相应的试验验证。结果表明:通过颗粒面积分布的变异系数和面积控制系数两个指标能较好地反映沥青路面集料的均匀程度。     

冻融循环对泡沫沥青冷再生混合料宏细观结构性能的影响

为了研究冻融循环作用对泡沫沥青冷再生混合料强度特性、疲劳性能及微观结构性能的影响情况,采用劈裂强度试验、贯入剪切试验及间接拉伸疲劳试验研究了冻融循环作用下泡沫沥青冷再生混合料强度特性和疲劳性能的衰减规律,基于X-ray CT断层无损扫描技术和VG软件的三维重构功能,分析了冻融循环作用下泡沫沥青冷再生混合料空隙级配、平均空隙直径、最可几空隙直径的变化规律,进而建立了泡沫沥青冷再生混合料宏观性能与微观空隙结构特性之间的关系。结果表明,冻融循环作用对泡沫沥青冷再生混合料贯入剪切强度、劈裂强度、疲劳寿命有显著影响,随着冻融循环次数增大,泡沫沥青冷再生混合料内部0.1mm~3的空隙比例增大,0.1mm~3空隙比例减小,平均空隙直径与最可几空隙直径随冻融循环次数增加而增大。结合不同冻融循环作用下泡沫沥青冷再生混合料的空隙结构特征,将泡沫沥青冷再生混合料内部V≤0.1mm~3空隙划分为无害孔,0.1V≤0.5mm~3空隙划分为少害孔,V0.5mm~3空隙划分为有害孔。各应力水平下的疲劳寿命随平均空隙直径和最可几空隙直径增大而降低,二者之间负线性相关性良好。冻融循环作用使得泡沫沥青冷再生混合料中的微孔数量减少、大孔数量增多,这是冻融作用导致冷再生混合料力学强度和疲劳性能降低的主要原因之一。     

小岛法分析沥青混合料图像中级配颗粒组成的分形特性

利用沥青混合料数字图像技术,针对碎石颗粒外观所表现出的轮廓尺寸测定的无标度性和粒径变化所表现出的颗粒间的统计自相似性开展了级配分形特性研究,给出了"小岛法"计算级配颗粒组成的分形维数计算方法,并设计了常见的3种石料4种沥青混合料级配进行试验分析.试验结果表明,采用"小岛法"可以定量描述集料颗粒级配组成的分形特性,不同级配具有不同的分维值,其结果为大于1的数.     

测定沥青混合料最大理论相对密度的浸渍法

为准确测定沥青混合料体积参数,避免因体积参数计算不准确导致的沥青路面早期破坏现象,提出了用沥青浸渍法进行沥青混合料最大理论相对密度测定的方法。沥青浸渍法以沥青为介质,得到了沥青混合料的零空隙状态。与真空法相比,沥青浸渍法数据变异性小,测量结果复现性好,对试验条件要求不高,试验人为因素影响小。研究结果表明,真空法测定的混合料最大理论相对密度偏小,用沥青浸渍法能够准确测量沥青混合料最大理论相对密度。     

大空隙沥青混合料空隙特征与渗透性评价

鉴于当前大空隙沥青混合料和排水路面设计过程中存在的渗透性评价不准确,无法有效控制设计孔隙率,导致路面由于孔隙率过大或过小而产生早期破坏等问题,研究结合排水路面实体工程设计了大空隙沥青混合料,借助工业CT对室内成型的试件和路面取芯的试件进行了断层扫描,对空隙和渗透系数分布特征等内容进行了研究。孔隙率的分布,以及横向和竖向渗透性评价结果表明,大空隙沥青混合料的横向渗透性大于竖向渗透性,与竖向渗透性是倍数关系。     

基于虚拟单轴贯入试验研究集料对沥青混合料抗剪性能的影响

基于X-ray CT技术对集料进行二维断层扫描,并将扫描图像二值化后使用MATLAB将集料轮廓点导入PFC3D中生成集料几何模型。在PFC3D中分别建立粗集料相、砂浆相和空隙相构建沥青混合料虚拟试件,随后根据接触对象分别设置相应的接触模型和微观参数,进行虚拟单轴贯入试验,探究集料对沥青混合料抗剪性能的影响。结果表明:通过离散元法构建沥青混合料的模型并进行虚拟单轴贯入试验来探究其抗剪性能是可行的;增大集料最大公称直径有利于提升沥青混合料的抗剪性能;在集料最大公称直径相同的情况下,骨架密实结构的沥青混合料的抗剪性能优于密实悬浮结构,而骨架空隙结构的沥青混合料的抗剪性能则表现最差;沥青混合料试件横向内部集料的少量增加可以提升沥青混合料的抗剪性能,但内部集料增加过多则会减弱沥青混合料的抗剪性能,而横向外部集料的增加将会导致沥青混合料抗剪性能的下降,但综合来说集料横向分布均匀时沥青混合料实际的抗剪性能表现更加优秀;当集料纵向分布采用不同的结构时,沥青混合料的抗剪强度受上层结构层的影响较大;针片状集料的含量增加以及针片状集料的长细比的增大均会导致沥青混合料的抗剪性能的下降;增大集料的摩擦系数、增加棱角型集料含量均有助于提升沥青混合料的抗剪性能。     

基于颗粒堆积理论的沥青混合料细观结构特性研究

为研究颗粒级配对沥青混合料细观结构的影响,通过颗粒堆积理论建立颗粒级配评价指标干涉系数,采用计算机断层扫描(CT)技术对不同级配、不同压实次数和不同成型方式(马歇尔击实、旋转压实)的沥青混合料试件进行扫描并三维重构,结合数字图像处理技术,获取沥青混合料内部空隙空间分布和颗粒之间接触关系,采用分形理论计算三维空隙体积分布和空间位置分布分形维数,最后分析干涉系数与三维空隙分形维数和颗粒接触关系之间的联系。结果表明:在2种成型方式下,对于大孔和中孔,随着压实次数的增加,空隙数量呈现先增加后减少的趋势,并且大孔的平均空隙体积不断减小,中孔平均空隙体积不断增大;对于小孔和微孔,随着压实次数增加,空隙数量不断增加,平均空隙体积没有明显变化;空隙体积分布连续性随着干涉系数增加而降低,空间位置分布均匀性随干涉系数增加而增强,旋转压实成型沥青混合料空隙体积分布连续性较差,空间位置分布均匀性较好;主骨架颗粒接触点数量会随着压实次数增加而增加,开级配沥青混合料(OGFC)接触点数量最多,连续级配沥青混合料(AC)最少,沥青玛蹄脂碎石(SMA)居中,接触点数量随干涉系数增加而减小。     

基于分形理论的大粒径沥青混合料评价方法研究

首先介绍了分形理论,利用此理论建立大粒径沥青混合料(LSM)集料质量分布与分维数D之间的关系,并给出了集料质量分维的计算方法,得到LSM各级配的质量分维数值.进一步分析LSM不同级配分维数与体积参数、路用性能的关系,从而定量地评价了级配的优劣.通过研究证明利用分形理论研究LSM分维数与路用性能的关系,定量地评价大粒径沥青混合料级配是一种合理且可行的方法.     

基于图像技术的沥青混合料细观损伤演化研究

借助于CT图像技术,以AC20、SMA16、ATB25混合料为试验研究对象,从细观角度对沥青混合料单轴压缩条件下的损伤演化规律进行了探讨。研究结果表明：在混合料损伤演化过程中,空隙对试件的变形起着控制作用;加载速度对内部裂纹的扩展速率和发育程度有重要的影响;温度对混合料的极限强度和裂纹扩展行为有显著影响;内部CT数等值线与外部同值等值线的连通可以作为启裂位置和损伤产生的判据。体应变为0的应力阶段所对应的损伤值可作为损伤门槛值,且损伤分维数与应力之间呈非线性关系,并随着损伤的演化发展逐渐增加。     

矿料级配对沥青混合料紫外线老化影响的分形描述

为定量描述矿料级配对沥青混合料高低温性能紫外线老化的影响,该文以AC-13S1、S2、S3、S4、S5和AC-16S1、S2、S3、S4、S5共10种级配为研究对象,通过室内紫外线老化试验,研究了紫外线老化前后不同级配沥青混合料动稳定度和低温劈裂强度的变化规律,并按分形几何基本原理,以集料粒径分布分形维数D作为表征不同级配特征的参数,建立了动稳定度降幅、低温劈裂强度降幅与粒径分布分维数D的相关关系。研究结果表明:紫外线老化后沥青混合料动稳定度及低温劈裂强度的降幅与粒径分布分维数D之间存在着较强的线性相关性;粒径分布分维数D越大,沥青混合料动稳定度受紫外线老化作用的影响越强烈,动稳定度降幅越大;粒径分布分维数D越小,沥青混合料低温劈裂强度受紫外线老化作用的影响越强烈,低温劈裂强度降幅越大。     

基于级配分形理论的AC-13型混合料路用性能研究

采用级配分形理论对AC-13型沥青混合料的级配分维特征进行了研究,并根据水稳定性试验、高温稳定性试验相关结果,探讨级配分维特征与混合料路用性能之间的相关性。结果表明:随着级配的逐渐变粗,AC-13型沥青混合料分维值逐渐减小,可以用分形维数表征其级配状况。同时分形维数和混合料的水稳定性和高温稳定性等有一定的相关性。     

基于扩展极大值变换沥青混合料数字图像预处理方法研究

为了研究适用于沥青混合料颗粒均匀度检测的数字图像处理技术的预处理方法,该文将数字图像技术与公路工程相结合,通过Matlab软件对统一方法采集到的沥青混合料数字图像进行预处理。采用基于扩展极大值变换的分水岭算法对二值化处理后的沥青混合料数字图像中黏连颗粒进行分割。研究表明:与传统分水岭算法相比较,扩展极大值变换算-法不易出现图像黏连颗粒的过度分割,更好地还原了沥青混合料图像的颗粒真实分布,为后续的图像分析奠定基础。