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。     

大空隙沥青混合料空隙率测量方法的评价与分析

对设计空隙率15％～25％的大空隙沥青混合料试件,用体积法和真空密封法分别测量和计算了试件的连续空隙率和总空隙率.最后测量了各试件的渗透系数.利用数据统计软件SPSS建立了两种方法测量的4种空隙率与渗水系数之间的回归模型,并将4种空隙率预测渗水系数的模型进行了实际效果的检验.得出了如下结论:1 用4个回归模型预测的渗水系数与实测渗透系数的检验结果表明,预测效果最好的是真空密封法连续空隙率,其次是真空密封法空隙率,最差的是体积法空隙率和体积法连续空隙率;2 综合测量方法的变异性和预测模型的显著性和预测模型的实用效果,对于大空隙沥青混合料试件的空隙率,建议采用真空密封法测量.     

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。     

沥青混合料降温特性及有效碾压时间的研究

为了分析沥青混合料降温特性及其影响因素,通过室内测试密级配沥青混合料AC-13和大空隙沥青混合料OGFC-13的降温曲线,分析在不同试件厚度、深度、环境温度和空隙率下的降温特性,并计算有效碾压时间。结果表明:沥青混合料降温速率随着试件厚度、深度与环境温度的增加而逐渐降低,有效碾压时间也随之增长;密级配沥青混合料的降温速率、有效碾压时间与空隙率的关系不大,而大空隙沥青混合料的降温速率与有效碾压时间则与空隙率密切相关;建立了以厚度、气温、空隙率作为变量的沥青混合料有效碾压时间的预估模型。     

间接拉伸虚拟试验模式下沥青混合料的应力分布

为了更准确地评价间接拉伸模式下沥青混合料的二维应力分布状态,利用X-ray CT扫描沥青混合料试件,获取混合料内部真实三维细观结构(集料、砂胶和空隙),根据三维重构理论和重构算法,建立沥青混合料三维虚拟试样.在此基础上,对沥青混合料虚拟试样进行低温、快速加载条件下的间接拉伸虚拟试验仿真.结果表明:不同于以往基于弹性理论解的二维应力均匀分布结论,混合料试件水平轴向和竖直轴向上的应力都不再均匀对称分布,最大应力也不再出现在试件中心处.间接拉伸虚拟试验方法克服了以往忽略混合料内部细观结构的缺陷,可以更为真实地模拟试件受荷作用下的力学状态.研究方法是对计算机数字化设计沥青混合料目标的有益探索.     

基于Mimics的沥青混合料三维重构技术研究

CT断层扫描图像的三维重构技术为沥青混合料的细观结构可视化研究提供了重要途径.为了对沥青混合料试件进行三维重构,该文采用64排螺旋CT机对SAC-16级配的马歇尔试件进行扫描,将得到的断层图片保存为Dicom格式导入Mimics软件中,实现了沥青混合料的三维可视化,通过-471 HU、1 700 HU两个CT阈值的控制对粗集料、沥青砂浆、空隙进行识别与分离,研究细观结构的分布规律及体积分数组成.与Matlab自编程序相比,基于Mimics的沥青混合料三维重构在操作难易程度、阈值控制、细观结构分离方面优势明显,便于实际工程应用.     

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。     

三轴疲劳荷载下沥青混合料SMA-13细观特征动态变化分析

为了研究沥青混合料SMA-13细观特征随疲劳加载过程的变化情况,以揭示沥青混合料细观损伤及其影响其渗透性能的机理,利用马歇尔击实仪制备SMA-13沥青混合料试件,并利用自研三轴疲劳加载设备,针对不同空隙率的SMA-13沥青混合料进行CT动态扫描,提取并分析各试件空隙的数量、面积、等效直径和圆度等参数随疲劳加载过程的动态变化。研究表明:空隙率10%和8%的SMA-13,空隙面积随疲劳加载过程逐渐减小,试件两端的减小量大于试件中部;空隙率6%和4%的试件,两端空隙面积随加载过程逐渐减小,中间层位的先减小后增大。空隙数量随疲劳加载过程逐渐增加,试件中间部位空隙数量增加比较明显,最后阶段时空隙数量沿试件高度方向呈"中间多,两端少"的趋势。空隙等效直径随疲劳加载逐渐减小,疲劳加载后期的空隙圆度总体大于前期。4种空隙率试件的空隙等效直径随疲劳加载而减小,而空隙个数、空隙面积和圆度等参数随疲劳加载的进行变化规律差异性较大。     

空隙率对沥青混合料水稳定性与渗水性能的影响

水损坏是沥青路面主要病害之一,而空隙过大、存在渗水通道是引发水损害的主要原因之一。为了研究不同空隙率对沥青混合料水稳定性和渗水性能的影响,制备了不同空隙率的沥青混合料试件,并分别进行了饱水率试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验以及渗水性能试验。结果表明：沥青混合料试件的饱水率随空隙率增大而增加,且空隙率超过8%时,饱水率快速增加;残留稳定度和冻融劈裂强度比均随空隙率增大而减小;沥青混合料试件的渗水系数随着空隙率的增大而增加,且空隙率大于8%时,沥青混合料的渗水系数急剧增大。     

沥青混合料动态模量数值预测方法

为了更好地预测沥青混合料的动态模量,利用工业CT采集数字图像,并与数值模拟技术相结合,从三维细观尺度研究了混合料结构对其性能的影响。首先采用工业CT扫描沥青混合料试件,获取其内部的真实三维细观结构,再开发程序建立沥青混合料的三维数值试样。将沥青混合料中的集料设为弹性体,将沥青砂胶设为粘弹性体,并采用修正的广义Maxwell模型表征,拟合出Prony级数的剪切松弛模量参数,作为有限元的输入参数。最后进行不同温度和频率下的沥青混合料间接拉伸动态模量数值模拟。结果表明:预测值和实测值吻合良好,基于三维细观尺度预测沥青混合料动态模量切实可行;该方法克服了传统沥青混合料数值模拟方法的局限性。     

基于计算机扫描技术的沥青混合料集料质量均匀性评价

运用 CT（Computer Technology）获得沥青混合料的内部微观结构已成为现阶段研究热点之一,但是现阶段结合沥青混合料的 CT扫描断面图具有的特点进行数字图像系统处理的研究相对较少,而且将其用于区分内部材质的技术目前比较粗糙,无法有效将数字图像处理和混合料无损检测技术结合起来。基于混合高斯模型（GMM）E M算法的基础上,对沥青混合料的集料特性进行分割,进而对细观结构的质量均匀性分析进行判断,最后通过试验深层次探索内部体积组成结构情况。研究结果表明本文采用的混合高斯模型能较好的对 CT扫描断层图片进行处理,通过扇形扫描方法可对沥青混合料集料的分布情况进行判断,进而通过对集料颗粒的面积比进行统计分析,进而评价沥青混合料的集料分布均匀性,本文研究结果可为沥青混合料微观领域研究提供借鉴和参考意义。     

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...     

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。     

利用格形模型预测沥青混合料的等效弹性性质

通过建立沥青混合料的三维随机格形模型，加载适当载荷和边界条件求解后，采用体积平均法得出混合料等效弹性性质；大量重复随机投放过程可获得沥青混合料等效弹性参量的分布，卡方检验结果表明：等效弹性模量服从正态分布，期望值处于Paul上下限之间，并且接近上限值：同时，由于骨料分布的随机性，沥青混合料不同方向等效泊松比的期望值和标准差存在很小的差异，体现出很弱的各向异性性质。随着骨料体积分数的增加，沥青混合料等效弹性模量的期望值增大，而标准差减小。骨料和沥青砂的弹性模量越接近，等效弹性模量的的标准差越小。沥青砂弹性模量的变化对沥青混合料等效弹性模量的影响最大：     

沥青混合料均匀性与性能变异性的关系

为了研究沥青混合料均匀性与性能间的相互关系,基于数字图像处理技术,通过沥青混合料均匀性指标,利用回归方法对沥青混合料均匀性与空隙率、动稳定度及力学强度间的相互关系进行了定量研究。研究结果显示:沥青混合料均匀性与性能的变异性之间存在相关性;均匀性较差的沥青混合料,其性能的变异程度较大;均匀性较好的沥青混合料,其性能的变异程度稍小;表明控制沥青混合料组成结构的均匀性对控制性能变异性有重要意义。     

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。     

基于加速加载试验的沥青混合料抗滑特性研究

为了研究级配类型、油石比与荷载大小对沥青混合料的抗滑性能影响及其衰变规律,基于室内试验制备了AC-13C沥青混合料车辙板试件,采用小型加速加载设备对其进行加速磨光,然后利用铺砂法和摆式摩擦系数测试仪分析其构造深度和摆值,最后基于灰关联法分析了3种不同因素对沥青混合料抗滑性能的影响程度。结果表明：沥青混合料的摆值与构造深度均随着加速加载次数的增加呈现出先急剧下降,后缓慢下降,最终趋于稳定。油石比与荷载值越大,对抗滑性能越不利。基于灰关联分析结果,级配类型对沥青混合料的抗滑性能影响程度最为显著。