沥青混合料劈裂强度试验的离散元模拟研究

数值模拟仿真技术在沥青混合料内部细观力学行为的研究中应用非常广泛。本文应用CT扫描技术获取沥青混合料试件的截面图像,对CT图像采取环形分区结合双峰法阈值分割的处理方法,避免分离沥青砂浆与集料时集料的粘连和缺损。通过MATLAB自编程序将图像信息转换为可导入离散元模型的坐标信息,利用沥青混合料各相坐标信息实现马歇尔试件的二维离散元重建,并进行极限劈裂强度试验的数值仿真分析,发现:对CT图像进行环形分区后再处理能够提高图像信息提取的准确性;仿真试验中,模型内部应力主要分布在加载线区域,在模型中散射性分布,模型主要受压应力作用,但发生接触破坏的部位会分布着较大的拉应力;裂缝最先出现在压头的正下方,逐渐沿砂浆与集料界面由慢变快逐渐向下扩展。     

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CT图像处理技术的再生沥青混合料集料均匀性分析

再生沥青混合料的细观结构与其宏观力学性能密切相关。文中选用珍珠岩和玄武岩集料作为再生沥青混合料中的新旧集料,模拟现场热再生过程制备再生沥青混合料试件;应用CT技术和数字图像处理(DIP)技术,对再生沥青混合料试件截面的数字图像进行处理,提取混合料中新旧集料、空隙和沥青砂浆的数字图像信息,对其空间分布规律及新旧集料均匀性进行分析。结果表明,再生沥青混合料的新旧集料在空间上分布较均匀,试件中部的均匀性优于试件两端的均匀性;集料在试件高度方向上整体分布较均匀,各断层新旧集料的分布比例大致符合总体新旧料的比例;静压成型试件空隙率沿试件高度方向呈现一端大、一端小的现象。     

基于虚拟劈裂试验研究影响沥青混合料低温抗裂性能的因素

使用X-ray CT扫描粗集料,在PFC3D中重建颗粒,按照集料级配设计随机生成各档集料,构建沥青砂浆相并结合空隙相的实际分布,在重力作用和伺服机制控制下生成沥青混合料虚拟试件,随后设置合适的接触模型以及微观参数,进行虚拟劈裂试验,对影响混合料低温性能的因素进行分析。结果表明：本研究使用虚拟劈裂试验研究沥青混合料的低温抗裂性能是可行的；增大沥青砂浆间以及集料与沥青砂浆间的粘结强度可以提升沥青混合料的低温抗裂性能；增大集料体积分数、空隙率会减弱沥青混合料的低温抗裂性能；集料摩擦系数与沥青混合料的低温抗裂性能无明显相关性。     

沥青混合料集料均匀性评价方法研究

基于数字图像处理,从水平和竖直方向对沥青混合料集料均匀性进行研究。研究结果表明:基于数字图像处理,选取沥青混合料中各档集料的位置、数量和长轴方位角等三个集料分布状态参数,可以定量评价混合料截面上集料均匀性;集料均匀性可以通过集料均匀性指标来评价;随着公称最大集料粒径的增大,沥青混合料集料均匀性变差。     

综述沥青混合料集料均匀性评价方法分析

基于数字图像处理,从水平和竖直方向对沥青混合料集料均匀性进行研究。研究结果表明:基于数字图像处理,选取沥青混合料中各档集料的位置、数量和长轴方位角等三个集料分布状态参数,可以定量评价混合料截面上集料均匀性;集料均匀性可以通过集料均匀性指标来评价;随着公称最大集料粒径的增大,沥青混合料集料均匀性变差。     

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。     

基于图像处理的粗集料细观分布均匀性研究

沥青混合料的均匀性对其物理力学性能具有重要影响,是沥青混合料基因组的重要构成及研究对象。为了给沥青混合料精细化设计提供参考,该文基于数字图像技术,针对3组不同级配,在不同击实条件下深入分析马歇尔试件粗集料分布的均匀特性,进而评估粗集料分布均匀性量化指标与沥青混合料宏观力学性能的关系。结果表明：马歇尔试件粗集料分布具有两端稍少而中间较多、粗集料数量最大值出现在试件高度1/3～2/3处的特征,击实次数的增加有助于增加沥青混合料分布均匀性;级配对粗集料分布均匀性具有重要影响,粗级配具有更好的均匀性,对于不同粒径集料表现为粒径越小分布均匀性越好;标准差可作为粗集料分布均匀性的定量评价指标,随着标准差数值的减小,沥青混合料具有越来越好的抗车辙性能。     

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。     

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。     

沥青混合料自动检测及其接口技术研究

给出了一种新的智能化的沥青混合料检测方式,论述了自动检测系统的整体构成和各部分的实现方法。使用了数字图像处理技术中的图像预处理、图像复原、图像分割、数学形态学、边缘跟踪、数据拟合和图像数据库等方法构筑沥青混合料自动检测系统。针对各种算法的实现分别使用了DELPHI和MATLAB等软件。文中给出了几种软件之间的实现接口。实验证明,该方法是一种新的智能化的检测方式,可以有效地提取沥青混合料的各项特征参数。     

基于数字图像技术的粗集料形状特征分析

集料颗粒形状对沥青混合料稳定性、体积特性、施工中的工作性的影响已在得到工程技术人员公认,如何科学地评价和量化集料颗粒的形状特征也是提高路面沥青混合料质量的关键。数字图像技术的进步与相关软件的发展,为基于单个集料的直接检测与集料形态的自动化分析与计算机描述提供了手段。采用多种图像指标与方法对集料的形状特征进行了评价和量化...     

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。     

沥青混合料离析评价新方法

对沥青混合料离析评价方法的研究现状进行了回顾，并基于数字图像处理技术，对沥青混合料中集料的分布状态进行了直接研究，借此评价离析程度。研究结果表明：通过比较截面上一定区域内集料面积累计之和的差异，可以定量地评价沥青混合料的离析程度。     

基于格子方差法的路面混合料均匀性评价研究

路面混合料的均匀性影响路面的路用性能和使用寿命。基于图像处理技术和 Python 程序语言,结合格子方差法提出颗粒分布离散系数作为均匀性评价指标。采用 CT扫描仪获取不同离析程度的集料截面图像,通过图像处理将集料按不同粒径范围分组,计算每档集料的离散系数,加权平均得出总离散系数;并将此评价指标应用于实际工程中。研究结果表明,用格子方差法计算得出的离散系数作为均匀性评价指标,能够定量地评价路面混合料的均匀性。通过试验研究给出路面混合料离析程度分类的建议值,为路面混合料的现场快速检测提供判定依据。     

沥青混合料骨架稳态参数及模型

为明确沥青混合料粗集料的骨架特征参数与路用性能之间的相关性,基于优化的分级掺配设计方法设计3种骨架密实型沥青混合料,采用数字图像处理技术观察混合料粗集料骨架特征参数转变的全过程,结合路用性能试验建立基于骨架特征参数的动稳定度估算模型,研究骨架参数的合理范围。研究结果表明：采用简化的分级掺配设计方法可以得到3种不同骨架特征的沥青混合料;混合料的空隙率和矿料间隙率VMA随着粗集料分级掺配次数的增加而降低,稳定度和动稳定度指标则随着掺配次数的增加而增加;混合料密度和有效沥青饱和度VFA最大值出现在二级掺配混合料中,采用间断级配有利于增加混合料的密度;随着掺配次数的增加,混合料粗集料接触点数量先增多后减少,但集料长轴水平倾角呈减小趋势;成型后混合料粗集料长轴初始倾角越小,混合料的动稳定度越高;试验数据暗示了沥青混合料存在一个粗集料骨架初始接触点数与初始倾角的合理范围,使混合料在一定的压实功下能够形成稳定的骨架嵌挤结构;混合料的粗集料接触点不宜过多,级配设计时应将粗集料接触点的数量控制在一个合理范围内;建立的沥青混合料动稳定度估算模型可分辨出粗集料接触点、倾角和沥青种类对混合料动稳定度的影响,但仅适用于有显著骨架特征的混合料。