级配对OGFC沥青混合料抗阻塞性能的影响研究

为研究级配与大孔隙OGFC沥青混合料阻塞行为之间的关系,通过设计6种不同级配,成型车辙板试件,以ISO标准砂作为阻塞材料,进行阻塞-疏通二次试验。试验结果表明：OGFC沥青混合料的级配与其渗透性、构造深度具有良好相关性;模拟阻塞空隙的实验前期,沥青混合料渗水性能迅速衰减,而试验后期,试件渗水系数衰减至稳定值,大小约为原始渗水系数的20%;疏通后渗水系数可恢复到初始渗水系数的65%。通过分析OGFC沥青混合料的15%通过率当量筛孔尺寸S15与渗水系数关系,预估OGFC沥青混合料空隙阻塞特征,为OGFC沥青混合料级配设计提供参考依据。     

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X-CT技术的沥青混合料三维数值化试样重建

为了对沥青混合料内部结构进行三维重构,采用德国Compact-225型工业X-CT扫描混合料试件,实现试件的三维可视化,计算出集料、砂胶、空隙的体积组成。采用自行编写的程序,实现了由三维可视化模型向三维数值化模型的转化。提出了边界空隙率的概念,通过设置一定的边界空隙率,使模型的边界空隙分布符合实际试样的空隙分布。建立了基于实际试样真实内部微细观分布的数值化试样,弥补了传统的数值方法采用统计学原理或采用对试件损伤研磨建立三维细观模型的不足,为数值化测试奠定了重要基础。     

冻融循环对沥青混合料内水气扩散的影响

水气是沥青混合料水损害的重要来源之一,沥青混合料内部的水气运动不容忽视。大部分沥青路面常年经受冻融循环作用,为探究冻融循环前后沥青混合料内水气运动的变化规律,设计以相对湿度梯度为驱动力的水气扩散试验装置,以密级配沥青混合料AC-20C和开级配沥青混合料OGFC-13为研究对象,测量冻融循环前后沥青混合料水气穿透量随时间的变化情况,并采用菲克第一定律计算水气扩散系数。试验结果表明：5 cm厚OGFC-13试件在常压、20℃、100%~60%湿度差下的水气穿透量与时间呈线性正相关,可获得其扩散系数,而相同条件下的AC-20试件内水气较难穿透,水气穿透量与时间呈不规则变化,无法计算得到扩散系数,OGFC试件水气扩散速率明显大于AC试件,说明空隙结构对混合料水气扩散影响较大,但经历1个冻融循环后2类试件相同时间段内水气穿透量均有显著提高;负压环境下（13.325 kPa）进行试验可以增大AC-20试件的水气扩散速率,使水气穿透量与时间呈线性正相关,从而测量得到冻融循环前后AC试件的扩散系数;经冻融循环作用后,相同时间内2种沥青混合料水气扩散系数均显著增长,OGFC试件连通空隙率明显增大,说明冻融循环作用使沥青混合料内部结构发生变化,水气在沥青混合料内部的运动路径增多,更易进入沥青内部及沥青与集料界面,进一步加速沥青混合料水损害进程。     

沥青混凝土的动水压力模拟试验

动水压力模拟试验方法是提高沥青混合料抗水损害性能需要研究的基础理论问题之一.在设计以气压传递激发沥青混凝土孔隙中水压动态变化的试验装置的基础上,通过封闭圆柱形试件的侧壁和在试件底端构造蓄水空间以引导水在孔隙中向下渗流,形成定向冲刷模式.经有限元计算发现随试件深度增加水压减小,说明半刚性基层沥青路面比排水基层沥青路面承受...     

高性能磨耗层OGFC材料优化设计及施工质量控制

为提高OGFC沥青路面使用寿命及路用性能,通过X-ray CT数字图像处理OGFC沥青混合料骨架,由多张二维图像信息求得OGFC沥青混合料骨架三维信息,并由此提出Vmix新的计算方式,并改进了粗集料空隙填充法,应用于设计OGFC沥青混合料,通过析漏和飞散等试验评价所设计混合料的路用性能,并将此设计方法应用于实体工程,验证了该方法的可行性。     

沥青路面表面纹理重构与构造深度预测模型

为了实现通过调整混合料的级配设计来获得期望的路面平均构造深度的目标，采用高精度三维激光扫描技术，采集了AC、SMA、OGFC三种典型级配的沥青混合料试件表面纹理特征信息。通过邻域插值法对采样数据的异常值和离群值进行替换，并通过均值滤波对采样数据进行降噪处理后，三维重构了试样表面；在采用傅里叶变换得到重构表面频域信息的基础上，根据宏观纹理的波长对应的频率设计带通滤波器，从重构表面中分离并提取出了路面宏观纹理。应用蒙特卡罗算法计算了路面的平均构造深度，通过采用筛上质量比-粒径积同时考虑了混合料的粒径和筛孔通过率对平均构造深度的影响。采用多元线性回归、随机森林和人工神经网络的方法，建立筛上质量比-粒径积与平均构造深度的预测模型，研究了混合料级配对沥青路面平均构造深度的影响。研究结果表明：均值滤波在去除噪声信号的同时也比较完整地保留了高程轮廓特征，三维重构的试样表面特征与原始表面特征一致；平均构造深度会受到级配曲线中除最大公称粒径外的其他粒径及筛孔通过率的影响；通过多元线性回归、随机森林和人工神经网络3种模型建立了以各筛孔尺寸的筛上质量比-粒径积为自变量，平均构造深度为因变量的回归模型，得到的...     

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.     

基于石-石接触的OGFC室内特性研究

近年来,由于车速低和高温持续时间长使得密级配沥青混合料普遍出现早期车辙,而使用SMA和OGFC可以减小车辙并增加轮胎/路面间的接触。该文针对车辙问题,对基于石-石接触的OGFC室内特性进行研究。所有的混合料和测试试件都利用马歇尔击实仪成型,然后确定混合料的体积特性,并且在25、40和50℃下进行了无侧限静态蠕变试验。     

不同渗流形态下沥青路面结构动力响应分析

为了研究荷载-渗流耦合作用下不同渗流形态对沥青路面结构各力学场量响应的影响，进一步揭示沥青路面水损害机理，在高水压沥青混合料渗透试验的基础上，采用非线性有限元方法，模拟分析碗形分布动荷载下Forchheimer非线性渗流和达西线性渗流时饱水沥青路面内部各力学场量的变化。渗透试验结果表明：在较高水力梯度下渗流流速-水力梯度关系呈现出非线性特征，不再适用达西定律，而需应用Forchheimer非线性渗流定律描述。数值模拟分析结果表明：2种渗流形态时沥青路面结构内部各力学场量均随着车轮动荷载的作用过程表现出波动性，且孔隙水压力均随着半正弦波型荷载的变化而呈正相关关系；与达西渗流时计算结果相比，非线性渗流时上面层内正孔隙水压力的峰值高49%，沥青面层内水平方向的拉应力、压应力、拉应变的峰值分别高16%、105%、15%，且在路表产生竖向拉应力，孔隙水压力也远高于现场实测值；2种渗流形态时均在上基层底部产生竖向拉应力，在沥青路面内产生的剪应力差别很小。因此，在车轮动荷载作用下，饱水沥青路面内部形成超高孔隙水压力和高流速的非线性渗流，会产生比线性渗流更为严重的水损害，以往基于达西定律的饱水沥青路面动态响应分析低估了车轮动荷载对沥青路面水损害的影响程度。     

橡胶粉改性沥青OGFC的性能研究

文章论述了橡胶粉改性沥青的机理及OGFC沥青混合料的设计内容和设计流程;对橡胶粉与高粘度改性沥青OGFC-13混合料进行了配合比设计,并进行了路用性能验证。研究结果表明:橡胶粉改性沥青OGFC混合料与高粘度改性沥青OGFC混合料同样具有优良的路用性能。     

沥青混合料非均质多层次形态特征虚拟试件的三维随机重构

为真实反映沥青混合料内部非均质(粗集料、砂浆和空隙)多层次(矿料级配)结构特性,基于离散元方法,提出了模拟沥青混合料三维细观结构的随机生成算法。采用三维离散元程序(PFC3D)内球形单元相互重叠构成不规则形状的单个集料颗粒;结合区域内多个集料的随机投放技术,建立了可考虑集料不规则形状、级配特征、集料体积含量以及空隙分布的沥青混合料三维离散元虚拟试件。研究结果表明,该算法及程序操作简便,切实可行,为沥青混合料或其他矿物质混合料空间结构重构提供了一种新途径,有效缓解制备试件样本对试验室条件以及人力物力的依赖。     

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。     

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。     

用于生态化路面铺装的大孔隙透水沥青混合料配合比设计研究

介绍了生态化路面和大孔隙透水性沥青混合料的特点,探讨了大孔隙透水性沥青混合料的配合比设计方法,将强度理论运用于透水沥青混合料铺装结构设计中,通过对设计区域汇水量的计算,确定沥青混合料的目标空隙率;利用主骨架空隙体积填充法进行集料级配设计;再通过混合料析漏试验和马歇尔试件肯塔堡飞散试验确定最佳沥青用量并进行相关的强度检测.试验表明:混合料在确保空隙率的同时满足路面的强度要求,具有较好的使用性能,对研究应用大孔隙透水沥青路面具有参考价值.     

对开级配排水式沥青磨耗层混合料成型标准的探讨

鉴于国内外对开级配沥青磨耗层混合料(OGFC)施工工艺的差异,从室内成型试件所需的击实功着手,采用马歇尔击实和旋转成型方法,对最大粒径13 mm的OGFC材料设计时的马歇尔击实次数展开研究.与马氏成型方法相比,旋转65次得到的试件空隙率与马氏击实50次的试件空隙率相近,旋转100次的试件空隙率与马氏击实65次的试件空隙率相近.对比美国FHWA要求的旋转压实次数,建议OGFC材料设计时,标准的马氏击实次数应提高至65次,以适应我国的较重轴载,确保OGFC真正达到骨架稳定状态.     

沥青碎石混合料毛体积密度测定方法的改进

分析了大孔隙沥青碎石混合料毛体积密度的测定方法，指出了蜡封法和体积法的不足，对蜡封法作了改进，并通过试验研究对其进行了对比分析。分析结果表明，蜡封法计算的孔隙率平均值为5．45％，基本不透水的，而体积法计算的孔隙率平均值为29．54％，孔隙率对水几乎无阻力，蜡封法和体积法对于半开级配沥青碎石混合料密度测定均不适宜，而用改进的蜡封法测定的试件孔隙率平均值为11．32％，孔隙率变异系数最小，比较稳定，是一种较好的办法。改进的蜡封法能够阻止蜡液进入试件内部孔隙，因而测定的试件体积比蜡封法和体积法准确，且理论上也趋于合理。     

集料分布状态及其与沥青混合料性能研究进展

通过分析集料分布状态及其与沥青混合料性能研究现状,评述基于集料分布状态进行沥青混合料性能数值模拟研究进展,展望集料分布状态及其与沥青混合料性能研究趋势,对集料分布状态及其与沥青混合料性能关系进行深入研究。研究表明:沥青混合料三维虚拟试件几何重构,集料三维分布状态指标建立,集料-沥青界面接触效应分析等,将是未来集料分布状态及其与沥青混合料性能研究的3个重点。     

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。     

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。