室内成型的沥青混合料粗集料排布的研究

为了定量地评价粗集料排布在室内沥青混合料成型过程中的变化规律,利用数字图像处理技术,提出一种评价沥青混合料粗集料排布的合成质心矩方法.选取常用AC20,SMA20型沥青混合料,以控制两种混合料旋转压实次数为条件制成成型试件,横向切割获取截面采集图像进行参数提取.分别计算二维累计筛余粗集料和二维分计筛余粗集料的合成质心矩.结果表明两种不同类型的沥青混合料粗集料合成质心矩随压实次数增加发生不同的变化,SMA20压实60次排布性已达到较好水平.     

基于粗集料形状特征的沥青混合料三维数字试件生成

为了准确地模拟沥青混合料相关试验,节省集料和试验设备等方面的成本,通过离散单元法模拟生成沥青混合料三维数字试件.采用中心球扩散方法构建出粗集料的扁平比与棱角性,通过调节不同粗集料模型的百分比来获得和实际相近的粗集料形状组合,并用一定质量的虚拟粗集料"clump"球体块取代同样质量的等效球体来表征粗集料级配特征,通过删除砂浆球体单元来模拟出空隙率特征,最终建立沥青混合料三维离散元模型.研究表明,沥青混合料三维数字试件可以很好地模拟粗集料的三维空间形状,准确表征粗集料的扁平比与棱角性特性,同时能够精确显示粗集料的级配特点与空隙分布,达到以虚拟试件代替真实试件进行试验的目的.     

基于离散元方法的沥青混合料矢量场细观分析

为了从细观角度描述沥青混合料中集料和砂浆的矢量场随加载时间的变化,以简单性能试验(SPT)测定沥青混合料的动态模量和相位角,采用数字图像处理和Matlab提取沥青混合料截面图像的像素坐标,利用离散元方法重构沥青混合料数字试件,在验证数字试件合理性的基础上,通过追踪集料和砂浆的位移场和速度场,分析了不同加载时间集料和砂浆矢量场的差异。研究结果表明:沥青混合料动态模量的预测值与实测值仅相差4.76%,相位角的预测值与实测值的差异为8.57%;集料和砂浆的位移场方向主要沿竖向向下,由上至下位移减小,整体集料与典型集料、整体砂浆与典型砂浆的最大位移相差较小,最大差异分别为5.20%和2.45%,砂浆的位移稍大于集料;随着加载时间的增大,整体集料和砂浆、典型集料和砂浆的最大速度均逐渐增大,砂浆的速度基本大于集料。     

热阻沥青混合料研究进展

为进一步评价热阻沥青混合料路用性能及阻热降温功效,系统梳理了热阻沥青路面研究成果,明确了路用热阻集料常用种类及其关键技术指标,评价了其基本性能;基于热阻沥青混合料路用性能研究调查结果,采用数理统计分析方法,确定了热阻沥青混合料常用热阻集料使用粒径及应用方式,评价了热阻沥青混合料路用性能;基于热阻沥青混合料降温功效调查结果,梳理了其降温测试方式,分析了热阻沥青混合料阻热降温机理,对比评价了热阻沥青混合料降温功效。研究结果表明:路用热阻集料主要包括铝矾石类、陶制品、膨胀蛭石及多孔玄武岩;路用热阻集料导热系数均较小,但力学特性普遍较差;热阻沥青混合料中热阻集料常用应用方式主要包括等体积替换普通粗集料或细集料、层间设置热阻黏封层、路表加铺热阻薄层;相比普通沥青混合料,热阻沥青混合料路用性能变化较明显,其中陶制品类和铝矾石类热阻沥青混合料高温稳定性平均下降10%～15%左右,多孔玄武岩和膨胀蛭石类热阻沥青混合料高温稳定性有上升趋势,而热阻沥青混合料的低温性能并无明显变化,但其水稳定性下降较显著;热阻沥青混合料中热阻集料替换普通集料方式应用时,试件5 cm厚度处降温幅度达4℃～7℃,其中铝矾石类降温效果最为显著,达6.2℃;陶制品虽能有效阻隔热量在沥青混合料中的传递,但会使热量在试件表层蓄积,导致试件表面温度升高。     

沥青混合料细观结构及三维重构

为研究AC-10沥青混合料试件的空隙率,采用SYM-457马歇尔击实仪制作AC-10标准马歇尔试件,并将上述试件按3 mm间隔进行CT扫描,应用Matlab图像处理软件对所得扫描图像进行处理,结合统计学方法计算其空隙率,同时将所得到的dcm格式的CT扫描图像导入Mimics软件中进行三维重构,通过对阈值的调整,实现对沥青混合料中胶浆、空隙、粗集料的识别与分离,最终获得沥青混合料的空隙率.结果表明:相对于应用统计学方法计算得到的沥青混合料空隙率4.7%,应用Mimics软件得到的空隙率为4.56%,与真实值4.0%更接近.     

沥青混合料细观结构指标的研究

采用数字图像处理方法,对沥青混合料取芯试件图像进行处理和分析,建立一套分析沥青混合料细观组成结构的指标,包括孔洞分布参数,集料与胶浆分布参数,以及主轴角度分布参数。选取4种沥青混合料级配进行研究,结果表明各细观结构指标能够定量评价不同级配和压实方法的沥青混合料之间的结构差异。     

基于集料接触特性的沥青混合料抗车辙性能评价

基于数字图像技术对沥青混合料的粗集料接触点数与集料倾角进行了分析,采用沥青路面分析仪评价了添加不同沥青的AC-13F、AC-13C与SMA-13混合料的抗车辙性能,并以粗集料初始接触点数以及沥青软化点为变量建立了车辙深度预估模型,定义了用于级配选择的混合料最佳接触点数以及最小接触点数.结果表明:混合料的高温稳定性可以采用粗集料接触数量以及倾角变化量进行评价,沥青性能主要影响接触点与倾角的变化量;将接触点数量引入混合料的设计中作为级配选择的参考,可提高沥青混合料的抗车辙性能.     

粗集料形态对沥青混合料性能的影响研究现状

沥青混合料是高等级路面常用的铺面材料,粗集料占沥青混合料总质量的50%以上,粗集料形态(形状、棱角和纹理)对沥青混合料性能具有重要影响。本文系统总结了国内外学者在这方面的研究成果,并得出:针片状粗集料含量增加会降低沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和抗疲劳性能,提高粗集料的棱角性可以增强沥青混合料的抗车辙性能,增强粗集料的纹理性可以改善沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和低温抗裂性。基于对现有研究的分析,建议今后进一步研究不同长短比区段的粗集料对沥青混合料性能的影响,以及全面研究粗集料棱角和沥青混合料的高温性能、低温性能、水稳定性和疲劳性能之间的关系。     

沥青混合料的应用

沥青混合料是沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料的总称。沥青混凝土混合料是由适当比例的粗集料、细集料及填料与沥青在严格控制条件下拌和的沥青混合料。沥青碎石混合料是由适当比例的粗集料、吸集料及填料与沥青拌和的沥青混合料。     

排水性沥青混合料体积参数特性

在贝雷法基础上,采用"预留空隙率"设计排水性沥青混合料的级配;通过调整"预留空隙率"、"粗集料体积之比"和"设计密度"3个参数,利用统计方法,研究了3个参数与排水性沥青混合料体积参数之间的关系;并采用粗集料骨架间障率(VCAratio)来评价排水性沥青混合料的骨架紧密程度。结果表明,贝雷法设计参数中预留空隙率和设计密度变化对排水性沥青混合料的体积参数有显著影响,而粗集料体积之比对其无显著影响;粗集料体积之比和设计密度对混合料骨架影响较大,预留空隙率对混合料骨架影响较小。     

基于数字图像处理技术的粗集料级配特征

采用数字图像处理技术,利用自行研制的粗集料形态特征研究系统(MASCA),对粗集料的图像级配特征进行研究,提出将二维数字图像级配转换为三维机械筛分级配的修正方法.研究结果表明:数字图像级配与室内机械筛分级配具有较好的相关性,两者间的相对误差小于5%;该方法对于不同岩性石料与不同的工程级配均具有很好的普适性.采用MASCA系统来检测粗集料的级配特征具有较好的可行性.     

基于小波的彩色图像公开水印技术

提出了一种新的彩色图像公开水印技术．首先计算彩色图像的红色与绿色分量的加权平均图，然后分别对加权图和蓝色分量图作小波分解，最后通过对这两者的粗尺度子图之差进行模运算将图案水印嵌入到蓝色分量图的低频带中(粗尺度子图)．实验结果表明，该方法具有很好的不可感知性以及对通常图像处理的稳健性，且其性能优于其他方法．     

粗集料对粉煤灰混凝土性能影响

混凝土的架构理论认为混凝土是由砂浆、粗集料和二者之间的界面构成的．试验研究了石灰石、玄武岩、花岗岩和辉绿岩4种不同类型的粗集料对不同粉煤灰掺量混凝土的坍落度、抗压强度、抗折强度和弹性模量的影响,分析了石灰石粗集料对不同粉煤灰掺量混凝土抗冻性的影响．结果表明,粗集料对混凝土的坍落度、抗压强度、抗折强度和弹性模量影响十分显著．粗集料的掺入降低了砂浆基体的扩展度和抗折强度,提高了砂浆基体的抗压强度和弹性模量,此外,粗集料改善了混凝土的抗冻性．随着粉煤灰掺量的增加,混凝土的坍落度提高,但混凝土的力学性能和抗冻性减弱．不同类型的粗集料对混凝土性能的影响相差不大,随着粉煤灰掺量的提高,不同类型粗集料混凝土性能相差也不大．     

基于图像处理技术的磨耗层粗集料分布特性

为了给沥青路面磨耗层级配设计提供参考,基于体积法设计了不同骨架结构的沥青混合料。采用小型搓揉试验机开展室内试验,以模拟行车环境与车轮加速碾压效果。利用数字图像处理技术对不同衰减阶段的粗集料倾角进行分析,揭示粗集料空间分布状态对抗滑性能的影响。结果表明,磨耗层表面粗集料颗粒约65%比例以"平躺"状态为主,主要与碾压工艺有关;随着轮胎作用次数增加,粗集料颗粒从"竖立"状态往"平躺"状态发展;适当增加粗集料在4. 75 mm以上的比例,减少2. 36 mm细料的干涉,形成更强的主骨架约束,能有效降低沥青路面的二次压实,在一定程度上能够改善沥青磨耗层的耐久性。     

土石分形检测中的数字图像处理方法研究

土木工程人员经常用粗料颗粒分布分维、粗料轮廓分维这些结构指标作为土石混合体定量化研究的依据,用以解释土石混合体的力学特性,并以这些参数作为土石混合体工程分类的依据。目前技术人员以手工筛分实验来计算粒度分维数。展开对土石混合体微结构研究,劳动强度大,操作不便,极大地制约了对土石混合体微结构的研究。提出了利用数字图像处理技术来测量土石混合体分形维数的方法。实验验证结果表明,该方法减轻了工程技术人员手工检测的劳动强度,实用有效。     

含砖粒再生粗骨料取代率对混凝土断裂性能的影响

为了探究含砖粒再生粗骨料取代天然石料对再生混凝土断裂性能的影响,制作4组不同取代率的再生混凝土梁试件,通过三点弯曲梁试验,研究各组再生混凝土的双K断裂参数、断裂能及延性指数;通过数字图像处理,对试件断面水平投影方向上的粗骨料分布进行量化,并应用差分盒算法提取试件断面分形维数用于表征其粗糙度。结果表明:再生混凝土的各项断裂参数均随含砖粒再生粗骨料取代率的增大而逐渐降低,起裂韧度较失稳韧度更容易受含砖粒再生粗骨料掺入的影响;含砖粒再生粗骨料水平投影面积与混合粗骨料水平投影面积之比可以在一定程度上反映其取代水平;随着取代率增大,试件断面分形维数逐渐降低,且断面分形维数与断裂能有较好的相关性,得出考虑含砖粒再生粗骨料取代率的断裂能与分形维数的回归方程。     

颗粒整形后粗骨料特征及其对混凝土性能的影响

以小型球磨机为模拟整形动力来源,研究了颗粒整形后粗骨料基本特征参数的变化规律,并与其应用性能进行关联分析.结果表明:整形过程根据粗骨料颗粒变化情况分为三个阶段:针片状颗粒转换阶段,棱角消除阶段以及颗粒破碎阶段;适当的颗粒整形使粗骨料配制混凝土的流动度有较大提升同时不降低强度,但是过度整形会对流动度和强度产生不利影响;在整形前期,针片状转换造成的堆积密度增加是影响混凝土流动性的关键参数,整形后期,粗骨料颗粒形貌的圆形化是影响混凝土流动性的主要因素;堆积休止角作为综合评价粗骨料颗粒间内摩擦力的参数对于整形后粗骨料与流动性的关联性最为紧密.     

应用贝雷法进行级配组成设计的关键技术

通过贝雷法确定不同的粗集料选取密度,形成不同的集料骨架结构,进行集料级配设计。提出了运用3个比例参数[CA]比、[FAc]比、[FAf]比,分析合成级配的方法,使设计的混合料具有较好的抗车辙性能和耐久性。对贝雷法设计混合料级配时需要注意的问题加以讨论。结果表明,控制筛孔的选择非常重要,它对粗集料比影响大;选择密度是控制沥青混合料骨架形成的关键指标,粗细集料比对混合料的施工和体积特性有影响。     

粗集料间隙率试验研究

为了研究四级粗集料(19.00～4.75mm)用量对粗集料间隙率(VCA)的影响，采用配方均匀设计方法安排了多水平的试验方案，并利用加配重的振实试验方法测试了VCA，对试验数据进行了回归分析。结果表明，对VCA起决定作用的是集料本身的性质(如表面纹理，颗粒形状等)；粗集料中的最细粒径组(9.50～4.75mm)所占比例对VCA的影响比其他粒径组大。