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。     

水对沥青混合料影响的CT图像熵值分析

为了研究沥青路面水损害中水对沥青混合料微观结构的影响,采用不同的水处理条件对沥青混合料试件进行预先处理,然后进行劈裂试验,获取试件初始和劈裂后内部结构的CT图像,通过图像熵的计算分析水对沥青混合料微观结构的影响。结果是经受冻融作用试件的熵增更显著,同时近似t检验结果表明,两个试件的试验和计算结果具有统计代表性。     

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。     

旧料对沥青混合料力学特性的影响

为了更精细地分析旧料对沥青混合料性能的影响,将旧料采用4.75 mm的筛网热筛分为粗、细两个部分,通过掺加不同比例的粗、细旧料组成6种级配的沥青混合料进行间接拉伸模量试验和劈裂强度试验,采用不同荷载频率的间接拉伸劲度模量、冻融前后的劈裂强度、破坏应变、黏韧性指数等指标评价了旧料对沥青混合料力学特性的影响。研究表明:低频率下的劲度模量、黏韧性指标、冻融前后的劈裂强度比可以作为掺加旧料沥青混合料力学特性的评价指标;旧料中与沥青混合料力学特性存在相关性的主要是旧沥青含量,旧沥青含量越高,沥青混合料拉伸劲度模量越大,黏韧性指数越小,冻融前后的劈裂强度比越小,力学特性越差。     

沥青混合料CT图像边缘检测算子模板的优选

在沥青混合料微观材料和结构研究中,如何对沥青胶浆和集料进行有效的边缘检测是进行图像分割和二值化的前提,论文分析了沥青混合料试件CT图像边缘检测算子模板选择的原则,可作为进一步沥青混合料微观结构研究的基础。对常用的图像边缘检测算子模板及其特点分别进行了分析,并采用Sobel算子、Prewitt算子、LOG算子和Canny算子对沥青混合料马歇尔试件初始CT扫描图像和经受冻融劈裂后的同一扫描截面CT扫描图像实现边缘检测以进行算子模板的比选。多个不同算子模板的图像边缘检测结果表明,Canny算子运用高斯函数的一阶微分计算梯度,其算法不易受噪声干扰,能检测出真正的弱边缘,因此具有较好的边缘检测性能。Canny算子依据其“非极大值抑制”和形态学连接操作的特征,使提取的边缘十分完整而优于其它算子。     

沥青混合料耐盐溶液浸蚀性能研究

通过测定盐溶液浸蚀条件下的沥青与集料粘附性、沥青混合料残留稳定度、冻融劈裂等试验,对比分析了不同沥青种类和不同盐溶液浓度对沥青混合料材料水稳定性的影响,并结合化学-力学耦合理论分析了盐分对沥青混合料侵蚀机理。实验结果表明,SBS改性沥青与集料的粘附性及耐盐浸蚀性能明显优于普通道路石油沥青,在沥青中预拌消石灰对改善粘附性作用不明显;Na2SO4溶液对沥青与集料粘附性的浸蚀作用大于NaCl溶液;沥青与集料粘附性破坏属于化学-力学耦合损伤效应;沥青混合料随空隙率的增大,稳定度和残留稳定度降低,但流值变化规律不确定;初始的内部缺陷和损伤会导致沥青混凝土冻融劈裂抗拉强度的较大幅度降低。     

橡胶沥青老化对其混合料水稳定性影响研究

针对橡胶沥青与常规沥青材料微观结构的差异以及橡胶沥青混合料实际工程施工及使用过程中出现的老化问题,采取室内模拟试验制作不同老化程度橡胶沥青混合料试件,选取冻融劈裂强度比评价橡胶沥青混合料水稳定性能.通过对不同老化程度橡胶沥青混合料冻融强度比的对比分析,探讨了老化对橡胶沥青混合料水稳定性的影响.     

混合料试件中沥青微尺度力学性能原位判别方法研究

为了实现在混合料试件中直接判别沥青微尺度力学性能的想法,确定沥青微尺度力学性能与混合料试件路用性能之间的相关关系,以不同老化程度沥青成型的混合料样本为研究对象。首先,采用冻融劈裂试验、60℃车辙试验和-10,15℃劈裂强度试验,对混合料的抗水损坏性能、高温性能、低温性能以及抗劈裂性能进行评价,研究了沥青老化程度对于混合料宏观尺度性能的影响;然后,采用低温冷冻再切割的方法制备混合料试件显微观测样本,针对选定的样本测试区域利用原子力显微技术(AFM),直接测试(原位)混合料中沥青的微尺度力学性能;利用AFM附带的专业分析软件提取力学图像中局部区域像素点的力学信息,分析了沥青微尺度模量和微尺度黏附力的量化表征方法,获取了混合料中老化沥青微尺度性质的演变规律;最后,基于统计分析方法,建立了沥青微尺度性能与混合料宏观性能的相关关系。研究表明:采用AFM技术可以实现混合料中沥青力学性质的原位测试,混合料中未老化沥青模量集中在420～500 MPa,黏附力集中在27～36 nN;随着沥青老化程度的加深,微尺度模量升高,微尺度黏附力降低。沥青微尺度力学性能的演变规律与混合料宏观尺度性能存在很好的一致性,证实了AFM技术用于混合料试件中沥青性能原位识别的可行性。     

乳化沥青冷再生混合料成型方法优化研究

为选择一种能够有效模拟实际工程压实方式且操作简单的乳化沥青冷再生混合料成型方法，分别按照马歇尔击实成型、旋转压实成型和振动成型3种方法制备混合料试件，对不同成型方法混合料试件的孔隙率、劈裂强度、冻融劈裂强度比和无侧限抗压强度进行试验测定，并通过CT扫描试验对不同成型方法混合料试件的高度方向孔隙特征、最可几孔径和乳化沥青砂浆特征进行对比。结果表明，采用旋转压实成型方法制备的混合料试件力学性能最优，相较其他两种成型方法具有更好的承载能力与水稳定性；同时采用旋转压实成型的试件内部空隙分布更加均匀，且试件内部沥青砂浆厚度最大，粗集料之间的接触和嵌挤程度最佳。因此最终确定旋转压实法作为冷再生混合料的最佳成型方法，由此得到的混合料试件与实际道路碾压相似，可以有效提高路面的高温性能和水稳性能。     

冻融循环下改性沥青混合料的孔隙结构研究

隧道路面常出现水损病害，而沥青混合料的孔隙率与水稳定性密切相关。利用工业CT扫描技术，以基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料和热固性沥青混合料为研究对象，分析冻融循环作用下沥青混合料孔隙结构的变化情况。结果表明：冻融循环使得整个试件内的孔隙孔径增大，部分孔隙连通；对比基质沥青混合料，SBS改性沥青混合料和热固性沥青混合料的冻融前后孔隙增长率显著降低，其中较小孔隙率的热固性沥青混合料孔隙增长率最低；冻融后较小孔隙率的热固性沥青混合料小孔径孔隙数量大幅增加，而其他沥青混合料主要呈现孔隙的扩大与融合。     

冻融循环作用下炭质页岩蠕变模型研究

冻融循环作用下炭质页岩蠕变是高速公路高陡边坡稳定性研究的热点问题之一。为揭示冻融循环作用下炭质页岩的蠕变特性,将炭质页岩试样分别进行0次、5次、15次、25次冻融循环,在围压为4 MPa条件下,采用分级增量加载方式对试样进行三轴压缩蠕变试验,试验发现冻融作用下炭质页岩蠕变具有明显的非线性特征,轴向应变随冻融循环次数、应力水平和时间增加而增大;根据蠕变曲线特征,将蠕变曲线分为2个阶段,即稳定蠕变阶段和不稳定蠕变阶段;利用损伤定义及Lemaitre应变等效方程,建立稳定蠕变阶段的冻融损伤演化方程;基于损伤力学和概率统计理论,采用Von-misses屈服准则,建立不稳定蠕变阶段的冻融和蠕变耦合损伤方程;通过引入冻融和蠕变损伤变量对Burgers模型参数进行修正,建立冻融作用下的蠕变损伤模型。研究表明：岩石损伤随冻融循环次数增加而增大,但损伤增加速率减小,最终趋于稳定;冻融和蠕变耦合作用下,冻融作用使得岩石损伤累积,会加快岩石的蠕变破坏;分段建立的损伤方程能较好地揭示岩石损伤随冻融循环次数、应力水平和时间增加的变化规律;改进的蠕变模型与试验曲线拟合度较好,且参数物理意义明确。研究成果能为炭质页岩高陡边坡稳定性分析提供理论参考。     

盐冻循环对胶粉改性沥青混合料性能的影响

冬季寒冷地区路面易积雪结冰,常使用除冰盐进行融雪除冰。除冰盐的使用会对路面材料产生侵蚀。本文通过室内冻融循环试验分析盐冻融循环对胶粉改性沥青混合料的性能的影响。实验中考虑了温度、除冰盐浓度和冻融循环次数三个因素,按照正交原理进行试验,试验测得了试件的孔隙率和劈裂强度。经分析发现,随着盐浓度和冻融循环次数的增加,胶粉改性沥青混合料的孔隙率逐渐变大。说明冬季路面使用的除冰盐对胶粉改性沥青的破坏较严重,不宜大量使用。     

盐冻融条件下热再生混合料水稳定性及细观特性研究

对热再生混合料进行不同浓度盐溶液10次冻融循环试验,并采用4%盐溶液进行重复冻融循环试验,分析溶液浓度及冻融次数对热再生混合料空隙率和TSR(冻融劈裂强度比)的影响;同时,采用CT扫描手段分析冻融循环作用对混合料内部孔隙分布的影响。结果表明:经过10次盐冻融循环后,0、2%、4%及6%浓度盐溶液条件下空隙率增加程度分别为2.9%、7.5%、13.0%和12.6%;冻融7次以后空隙率增大幅度明显变大,其TSR不断下降,这说明随着冻融循环次数的继续增加混合料内部沥青与集料的黏结作用受到破坏;固液交替产生的膨胀应力、温度应力及盐溶液对集料-沥青界面的共同破坏作用导致混合料内部孔隙发生变化,体积在0~20mm3范围内孔隙数目明显减少,而体积在20~40mm^3范围内的空隙明显增加。     

钢桥面薄层环氧树脂混凝土铺装材料路用性能试验研究

针对桥梁工程实践中对于钢桥面铺装习惯采用较厚结构,而铺装仍然出现大量早期损坏的问题,对钢桥面铺装设计控制指标进行了分析,提出采用特制环氧树脂混凝土的钢桥面薄层铺装结构。对特制环氧树脂混凝土进行了圆柱体单轴压缩试验、冻融劈裂试验、车辙试验和小梁弯曲试验、小梁弯曲疲劳试验,分析了采用特制环氧树脂混凝土铺筑钢桥面薄层铺装的可行性。采用直道足尺疲劳试验,分析了钢桥面特制环氧树脂混凝土薄层铺装的施工性能,并对其综合路用性能进行了评价。试验结果表明,钢桥面采用特制环氧树脂混凝土薄层铺装能够满足力学上的要求,路用性能能够达到工程要求。     

沥青混合料冻融损伤模型及寿命预估研究

为研究沥青路面抵抗冻融损害的能力,结合损伤理论,进行了沥青混合料冻融损伤模型及残余寿命预估的研究.建立了适用于冻融条件下沥青混合料损伤的普适模型,并提出了相应算法;然后根据快速冻融作用下混合料的各性能试验结果对该模型进行了验证;最后提出了模型应用于混合料冻融损伤后寿命预估的方法.结果表明:随冻融循环次数增加,沥青混合料性能衰减,损失度增大;模型能较好的拟合沥青混合料冻融循环后各项性能指标的变化;宜将抗压回弹模量作为评价混合料抗冻融损坏能力的和寿命预估的主要指标.     

混凝土盐冻破坏的试验研究

在分析了冻融与除冰盐共同作用下混凝土破坏机理的基础上,进行了清水、传统除冰盐溶液(3%N aC l溶液)和新型除冰盐溶液(3%C aC l2溶液)条件下的混凝土冻融循环试验研究。结果表明,除冰盐加快了混凝土的冻融破坏,但新型除冰盐对混凝土的冻融破坏影响小于传统除冰盐,一定程度上可以缓和盐冻破坏。     

透水性沥青混合料全程水稳定性规律研究

通过室内模拟试验，以沥青混合料长期老化试验和冻融循环试验来模拟透水性沥青混合料在使用过程中的老化和水损害，采用全面搭配法，考虑变化因素为老化时间和冻融循环次数，两个变化因素分别考虑6个变化水平（即长期老化0～5d，冻融循环0～5次），以多次冻融劈裂比TSR MN，来评价透水性沥青混合料的水稳定性，得到透水性沥青混合料的全程水稳定性变化规律：随着长期老化时间的延长，其抗水损害能力先变强后减弱，在老化2d后达到峰值，4d后趋于稳定，同时混合料的抗水损害能力随着混合料水损害程度的增加不断减弱。     

地下工程水环境下三元乙丙橡胶防水卷材微观特性研究

微观结构特性是材料宏观现象的本质反映,利用X射线CT技术对地下工程三元乙丙橡胶防水卷材（EPDM）的微观结构进行研究,探讨该种材料的孔隙结构特性。使用NaCl溶液模拟地下水环境,借助显微CT设备对地下水环境下的三元乙丙橡胶防水卷材进行扫描,通过Matlab软件对所得图像进行处理,并引入孔隙等效直径概念,进行孔隙结构参数的计算和分析。结果表明： 所分析二维切片图像的大部分指标值较为接近;孔隙直径分布在0~60 μm,直径20 μm是孔隙个数分布规律变化的转折点;较大和较小直径的孔隙对其面积分布有重大贡献。结果证实,利用X射线CT技术可实现对地下工程防水材料微观孔隙特性的研究,为下一步防水材料损伤机制的研究提供方法基础。     

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...     

碳纤维包裹下混凝土的动态力学性能研究

为研究在强动载冲击下、径向碳纤维布约束条件下的混凝土动态力学性能,采用SHPB(分离式霍普金森杆)技术对C40混凝土试件及碳纤维布包裹的C40混凝土试件进行累计冲击压缩试验,测试出试件在不同冲击加载条件下的平均应变率、破坏应力、破坏应变等。同时采用表面直透法对试件进行损伤检测,并用多次冲击有效试验来讨论累计损伤特性。通过对两者特性对比分析,得出混凝土在碳纤维包裹下延性和强度均得到提高,且延性增加的更为明显,同时得出D值与破坏形态的对应关系。对比素混凝土,证明碳纤维布能提高混凝土抗冲击能力。