基于CT技術(shù)的瀝青混合料均勻性及最佳瀝青用量研究.pdf

1、瀝青混合料是十分復雜的非均質(zhì)復合材料。長期以來，瀝青混合料傳統(tǒng)設計體系對其宏觀性能的研究主要依賴于現(xiàn)象經(jīng)驗法，但是其在研究過程中需要大量耗時、耗資的室內(nèi)試驗，而且得出的結(jié)果差異性大，再現(xiàn)性差，已無法滿足現(xiàn)代工程建設中高質(zhì)量的要求。瀝青混合料的宏觀性能與組分相材料性能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征等密不可分，因此基于數(shù)字圖像處理技術(shù)，從細觀角度研究瀝青混合料宏觀性能是十分必要的。
　　首先，本文明確了瀝青混合料CT圖像的處理過程，提出了確定數(shù)字圖像

2、中粗集料和空隙的閾值的同心9環(huán)狀分區(qū)方法。結(jié)表表明，采用同心9環(huán)狀分區(qū)方法提高了數(shù)字圖像中的粗集料和空隙的識別精度，特別是消除了圖像邊緣處粗集料的區(qū)域缺失，同時減少了粗集料內(nèi)部的“麻孔”現(xiàn)象。
　　再則，本文針對兩種成型方法、多種壓實功和三種級配類型的瀝青混合料試件，基于CT技術(shù)，采用沿著試件高度方向三段式（頂段、中部和底端)的分區(qū)方法對瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的計算空隙率及其影響因素進行了分析。以中部空隙率的三個特征指標建立了混合料試

3、件整體計算空隙率的“預測模型”，并檢驗了“預測模型”的計算精度。根據(jù)“預測模型”和三維重構(gòu)模型分別計算得到的空隙率，分析了其與實測空隙率之間的差異。結(jié)果表明，級配類型對整體計算空隙率的有效性影響較大，成型方法和壓實功對整體計算空隙率的有效性影響較小;“預測模型”計算的結(jié)果精度較高，達到了整體計算空隙率的98.98％;與混合料實測空隙率相比，應用“預測模型”計算AC和SMA混合料的空隙率精度較OGFC混合料的高;應用“預測模型”計算得到的

4、空隙率與根據(jù)三維重構(gòu)模型計算得到的差異較小。
　　其次，為了有效的測試和評價瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻性，考慮粗集料、瀝青砂漿和空隙各組分的作用，提出了一種以各組分密度為特征值的瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻性識別方法(HIMDI)，采用不同瀝青用量條件下三種不同級配類型的瀝青混合料試件，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻性進行了定量檢驗。同時，研究了瀝青用量、壓實功、級配類型對混合料試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻性的影響，以及討論了HIMDI的實際應用。結(jié)果表明，基于本方

5、法提出的均勻性評價參數(shù)可以識別單一或一組瀝青混合料試件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻性，并且通過分析計算得到三種不同級配類型瀝青混合料的最佳瀝青用量與室內(nèi)試驗獲得的相差分別為0.07％、0.1％和0.55％;瀝青用量和級配類型對瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻性具有顯著影響，而壓實功對瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻性影響規(guī)律不同;采用均勻性評價參數(shù)識別了瀝青混合料試件的瀝青用量、均勻性的相對薄弱位置以及相同成型因素條件下試件制作的平行性。
　　此外，基于本文提出的

6、瀝青混合料空隙率預測模型以及均勻性評價方法，根據(jù)瀝青混合料馬歇爾設計方法中體積參數(shù)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)組分特征值的關(guān)系，并考慮瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻性，建立了AC和SMA混合料的最佳瀝青用量確定方法。結(jié)果表明，利用CT技術(shù)確定的混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)組分特征參數(shù)可以準確的表征AC和SMA混合料的馬歇爾體積設計方法中的空隙率、間隙率和飽和度等體積參數(shù);對于AC和SMA混合料，采用本文給出的瀝青混合料設計方法與根據(jù)現(xiàn)行馬歇爾設計方法分析得到的瀝青混合料最佳瀝