粗集料接触参数对沥青混合料损伤演化的影响

为了揭示沥青混合料内部细观损伤对宏观性能的影响，基于DIC方法与四点弯曲疲劳试验，对不同粗集料接触状态的混合料细观损伤尺度效应进行研究。首先以颗粒堆积理论与粒子干涉理论为基础，提出可表征细观主骨架结构状态的颗粒接触主力链配位参数（n_pfc）计算方法。采用SAC设计方法，通过控制关键筛孔2.36~4.75 mm的分计筛余质量百分比，设计4组可反映不同粒径尺寸集料组合形式的SAC16级配（B60S00~B60S15），计算不同级配沥青混合料对应的npfc。其次，结合DIC方法与四点弯曲疲劳试验，分析疲劳荷载作用下沥青混合料小梁试件水平应变场演化特征，并提出混合料疲劳损伤因子定量分析方法。最后对不同粗集料接触参数的沥青混合料的细观损伤演化特征、疲劳损伤因子D_FD及表征宏观抗疲劳性能的K_m进行分析。研究结果表明：随着疲劳荷载作用次数的增加，4种不同n_pfc混合料的水平应变量逐渐增大，各D_FD也均显著增加；随着n_pfc的增大，D_FD明显减小，当n_pfc=7.73~9.55时，D_FD较小，混合料的疲劳细观尺度损伤叠加效应较小；同时，随着n_pfc增加，K_m呈先增大后略微减小的趋势；当n_pfc=7.73~9.55时，对应的宏观抗疲劳性能较好；因此，选取合理的n_pfc可优化沥青混合料内部主骨架细观结构状态，减少细观尺度损伤叠加效应影响，提高沥青混合料的宏观抗疲劳性能。     

基于间接拉伸模式的沥青混合料内部力链分布特征

为了表征沥青混合料在间接拉伸模式下的力链分布特征，成型3种骨架结构沥青混合料的马歇尔试件，以及旋转压实试件和相应3种类型的沥青砂浆静压试件。利用简单性能试验分别测试不同温度条件下沥青混合料和沥青砂浆的动态模量、相位角，在获取沥青混合料旋转压实试件和马歇尔试件截面图像的基础上，结合数字图像处理技术和MATLAB编程，借助离散元方法重构了3种类型沥青混合料的旋转压实和马歇尔数字试件。对旋转压实数字试件进行虚拟简单性能试验，运用反演算法计算数字试件的细观参数，校验细观模型的准确性和合理性。对马歇尔数字试件开展虚拟间接拉伸试验，提取颗粒间接触力力链信息，以力链概率分布和角度分布作为量化指标进行分布特征分析。研究结果表明：利用离散元方法重构的3种骨架结构沥青混合料黏弹性细观模型具有较高的预测精度，动态模量和相位角的实测与预测最大差异分别为9.64%、0.24°；间接拉伸荷载模式下，3种骨架结构沥青混合料的内部法向压力力链概率分布均随f(接触力与平均接触力的比值)的增大而衰减，强力链(f≥1)的概率分布较小，而弱力链(f＜1)的概率分布较大，随着温度的升高，力链的最大概率分布基本呈增大的趋势；不同温度的压力力链角度分布差异较大，呈沿0°-180°水平线和90°-270°垂直线的非对称分布，0°-180°水平线以上分布占主导，随着温度的升高，角度分布均向外延伸，但延伸幅度不大，最大仅为3.954%；不同截面的沥青混合料具有一致的法向力链概率分布和角度分布。研究结果为从细观角度认知沥青混合料的非均匀力学响应及荷载传递演化提供了理论依据。     

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。     

基于精细化DEM建模的冷再生混合料断裂性能分析

冷再生沥青混合料包含水泥、乳化沥青、旧料等成分，具有材料组成复杂、界面结构多变的特点，其对冷再生混合料的抗裂性能具有显着影响。以冷再生沥青混合料的断裂性能为研究对象，提出一种精细化的数值建模方法，该方法包括细观结构特征精细重构和力学参数精确获取。采用彩色乳化沥青区分材料内部真实组成结构，并经过图像处理和MATLAB程序处理导入离散元（DEM）数值仿真软件中，进行冷再生混合料结构精细化重构；结合SEM原位力学测试方法获取考虑试件尺寸和加载速率影响的沥青砂浆精确力学参数，建立精细化的离散元数值仿真模型；基于精细化建模开展冷再生沥青混合料断裂性能和关键失效机理分析，并通过室内试验进行验证。数值仿真和室内试验结果表明：基于细观结构精细化重构和材料参数精确获取的离散元建模方法可以有效模拟分析冷再生沥青混合料的断裂性能；冷再生混合料的整体断裂特性属于脆性断裂，抗拉强度低的冷再生沥青砂浆是混合料内部的薄弱区域，混合料内部主要断裂界面为冷再生沥青砂浆-骨料界面。提高沥青砂浆黏聚强度和材料内部界面强度可以显著改善冷再生沥青混合料的抗裂性能。     

沥青混合料劈裂试验的细观模型验证与分析

沥青混合料为典型夹杂体材料,其宏观材料设计方法较大程度上忽视了混合料细观不均匀性的影响。因此,该文通过沥青混合料劈裂试验的细观模拟分析,从而获得其细观分布规律。首先,基于数字图像处理技术,实现劈裂试验剖面图的二值化并建立细观有限元模型,然后通过材料试验获得断裂参数;其次,通过室内沥青混合料劈裂试验的数字散斑测量,完成细观劈裂试验的模型验证;最后,基于劈裂模型的有限元模拟,分析细观尺度下力学响应的分布规律。结果表明:水平拉应变集中出现在沥青砂浆相且沿界面传递,砂浆与界面区为抗拉薄弱区。     

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。     

基于弹性原理的沥青混合料细观模型数值模拟

由于传统基于连续介质的沥青路面力学分析未考虑沥青混合料细观结构对其宏观性能的影响,该文基于数字图像识别技术,建立沥青混合料细观尺度下的二维有限元模型,赋予两组分弹性参数,进行数值模拟分析;最终获得了AC-25、AC-30、ATB-25共3种级配沥青混合料的应力、应变场.模拟结果表明:良好的细观结构能形成更均匀的应力、应变场,传统沥青混合料设计法忽视了细观结构对宏观性能的影响,导致沥青混合料材料设计性能与实际性能之间存在着差异.     

密级配沥青混合料自愈性能的评价方法

为科学评价沥青混合料的自愈性能,开发基于高压渗水的密级配沥青混合料自愈性能的测试装置,提出评价指标,通过试验确定愈合时间、愈合温度与最小样本数等关键参数。通过测试不同愈合温度与时间、混合料类型与微胶囊掺量下的密级配沥青混合料的渗水速率比（v_e）,验证该方法的敏感性与稳定性。对比分析v_e与间歇式疲劳寿命及劈裂愈合强度比（SHSR）,论证该方法的有效性。结果表明：该方法的适宜试验参数为愈合时间12 h,愈合温度45℃,制缝温度5℃±2℃,最小样本数n=4;该方法能有效区分测试条件（愈合温度与时间）、混合料类型及最大公称粒径、微胶囊掺量对自愈性的影响,平行试验结果的变异系数在3.0%,满足敏感性及稳定性要求;v_e与间歇式疲劳寿命及SHSR在评价密级配沥青混合料自愈性方面具有一致性,且具有试验设备简单,结果稳定等优点;在一定范围内,沥青混合料裂缝自愈效果随微胶囊掺量的增加和温度的升高而提高,且自愈性能随愈合时间的延长呈非线性增长;公称最大粒径越小,自愈效果越好,悬浮密实级配AC的自愈性能优于骨架密实级配SMA。     

基于细观结构特征的沥青混合料性能数字孪生模型研究综述

针对现有宏观均质模型无法反映多尺度、多相和多组分对沥青混合料细观非均质影响的局限性,从沥青混合料细观结构特征方面构建沥青混合料性能数字孪生模型以实现对路面性能的精准分析、调控和优化是交通基础设施数字化转型的重要途径。基于此,在沥青混合料性能数字孪生技术体系框架的基础上对基于细观结构特征的沥青混合料性能数字孪生模型进行了综述,介绍了沥青混合料细观结构数字提取和数字孪生模型构建方法,总结了一套基于图像技术和人工随机生成方法的沥青混合料细观结构数字表征方法,讨论了沥青混合料细观结构组成的评价方法,总结了沥青混合料数字孪生模型中细观结构特征参数,进而详细描述了基于细观结构特征的沥青混合料性能数字孪生模型在宏-细观性能关联中的应用,最后对沥青混合料性能数字孪生技术发展趋势、模型构建、参数表征和性能评价方面进行了展望。相关工作可为基于细观结构特征的沥青混合料性能数字孪生技术体系、技术平台的构建及应用提供有价值的参考和见解。     

沥青砂浆中油砂比的确定方法

沥青混合料是目前工程领域使用较为广泛的一种路面材料,其配合比是影响其性能和使用状况的一个关键性的指标,所以,对于沥青混合料而言,配合比的确定至关重要。与之类似的沥青砂浆,其配合比应该怎么确定,一直是困难的问题。文章根据现在工程中所使用的沥青混合料的配合比,通过相同骨料表面积包裹相同数量的沥青的原理来计算沥青砂浆的油砂比,旨在类比沥青混合料的配合比计算方法,得出适用于沥青砂浆的配合比计算方法,以服务工程实践。     

胶粉沥青混合料配合比设计优化

为确定胶粉沥青混合料的最优配比方案,采用主骨架空隙填充法进行混合料级配设计,以目标空隙率作为主要控制指标,矿料间隙率、沥青饱和度等其他体积指标及马歇尔稳定度作为一般控制指标,同时对比研究了不同胶粉掺量对胶粉改性沥青混合料最佳油石比的影响效果。结果表明:采用主骨架空隙填充法(即CAVF法)进行胶粉改性沥青混合料级配设计,能有效解决胶粉颗粒对矿料骨架的干涉作用,设计级配方案最佳油石比为7.0%;胶粉掺量对混合料最佳油石比影响微小,可忽略不计。     

关于透水性沥青混合料的透水性与空隙率的关系

通过对不同最大粒径的透水性沥青混合料空隙率透水性试验结果的分析计算,得到了其透水系数与各空隙率的相关关系。在此基础上可预估透水性沥青混合料的目标空隙率或透水能力。这一结论对透水性沥青路面混合料的配合比设计具有指导意义。     

排水性沥青混合料降噪性能测试研究

研制并开发沥青混合料吸声降噪性能室内测试的仪器,采用单传声器法对不同空隙率以及相同空隙率下不同最大公称粒径的沥青混合料进行吸声系数的测试,并对试验路段的降噪效果进行现场测试。分析空隙率、最大公称粒径对沥青混合料吸声性能的影响。发现空隙率尤其是有效空隙率是影响沥青混合料吸声系数的关键因素;最大公称粒径4 75mm级配的排水性沥青混合料吸声效果明显。结果表明,提高空隙率,采用较小最大公称粒径级配的方案都能有效提高沥青混合料的吸声降噪能力。     

微胶囊沥青混合料的裂缝自愈与路用性能研究

微胶囊沥青混合料具有一定的裂缝自愈能力,可延长沥青路面使用寿命,其研究已逐步引起重视。采用高压渗水试验评价微胶囊沥青混合料的自愈性能,研究微胶囊掺量、混合料属性(公称最大粒径、空隙率、沥青种类和用量)与使用环境(温度、时间及水分)对自愈性能的影响规律,考察微胶囊掺量对混合料路用性能的影响。结果表明,沥青混合料自愈性能随微胶囊掺量的增加先提高后降低,最佳微胶囊掺量为6%;随着公称最大粒径与空隙率的增加,混合料自愈性能逐渐变差;基质沥青混合料的自愈性能优于改性沥青,且油石比越大自愈性能越好。在一定范围内温度越高、自愈性能越好,自愈性能随愈合时间的延长呈非线性增长,水分对沥青混合料自愈有着不利的影响。随着微胶囊的增加,混合料中的矿料摩阻力与矿料/沥青黏附性降低,导致沥青混合料的高温稳定性与水稳定性有所降低;掺入微胶囊后,沥青混合料的裂缝自愈能力得到增强,因此反映抗裂性能的低温弯曲破坏应变得到一定程度的改善。综合混合料自愈性能与路用性能随微胶囊掺量的变化规律,推荐微胶囊掺量为4%~6%。     

几种矿粉指标对沥青胶浆的影响分析

通过对矿粉的几种不同指标以及矿粉组成的沥青胶浆路用性能的研究,得出不同矿粉以及矿粉的不同指标对它组成的沥青胶浆路用性能的影响关系。通过研究表明,颗粒细、平均粒径小、矿物组成中粘土类物质含量少以及比表面积较大的矿粉组成的胶浆具有良好的路用性能,矿粉的差异显著影响着沥青胶浆的宏观路用性能。这对于研究和改善沥青胶浆乃至混合料的路用性能具有一定的指导作用。     

沥青混合料设计的主骨料空隙体积填充法研究及应用

提出了根据主骨料空隙体积设计沥青混合料级配的新方法——主骨料空隙体积填充法。这一设计方法简便实用，能保证沥青混合料的嵌挤骨架结构，可用于设计任意空隙率的沥青混合料，且设计误差小，无需反复试配，具有较大的理论研究和实用价值。