基于CT图像的沥青混合料剪切疲劳破坏

利用工业CT得到沥青混合料疲劳剪切破坏前后的微观图像,再运用数字图像处理技术分析破坏前后不同试件内部各层面孔隙率、CT数的变化,得到损伤变量的变化规律,并进行了损伤分形演化分析。研究结果表明,试件剪切破坏多发生在其初始空隙分布较密集处,空隙率越大处破坏越严重,CT数的变化与空隙率变化规律相对应;损伤越严重,测算出的损伤变量也越大,损伤变量呈"中间大、两头小"的趋势;沥青混合料剪切疲劳破坏前后过程是分形的。     

沥青混合料破损动态识别研究进展

论述了利用可进行CT扫描的三轴仪进行沥青混合料破损过程动态识别的研究进展,探讨了利用CT技术进行沥青混合料内部结构定量分析的方法,提出了基于CT图像评价混合料内部破损状态的参数和算法。结果表明,沥青混合料的性能既受沥青、集料和孔隙的体积含量影响,也受这些因素的空间分布影响。     

沥青混合料损伤蠕变模型试验研究

在三元件黏弹性模型基础上耦合一个连续性损伤因子,构建一个能够描述沥青混合料三阶段蠕变全过程的损伤蠕变模型。综合考虑黏弹性特性与损伤机制,推导了该模型的本构方程,分析了沥青混合料的蠕变特性。通过沥青混合料在不同应力水平下的单轴压缩蠕变实验,编制非线性拟合程序,得到模型参数和损伤演化曲线。将不同应力条件下模型预测值与实验结果进行对比,结果表明,该模型能准确反映不同应力水平下沥青混合料蠕变过程三个阶段的特征和进入破坏阶段的临界时间。     

沥青混合料低温抗裂性能分析及断裂过程模拟

为了分析沥青混合料材料参数对低温抗裂性能的影响,选取不同混合料类型、沥青种类、老化程度及再生料(RAP)含量为变量,应用圆盘拉伸试验(DCT)进行温度为-12℃下的沥青混合料断裂试验,选取断裂应变容限值为评价指标,研究不同因素对沥青混合料低温性能的影响。采用内聚力模型对DCT试验全过程进行模拟,探究混合料的裂纹扩展及损失规律,并与试验过的结果进行比较。研究表明:RAP掺量及沥青的老化均对沥青混合料的低温性能不利,而混合料的种类对低温性能的影响不明确,但空隙率较大的沥青混合料的试验结果有较大的变异性,使用改性沥青会对低温性能的提升有正面影响。数值模拟分析表明,DCT试验可分为5个阶段,即初始加载、试件损伤、裂缝产生、裂缝扩展、试件完全破裂,且数值模拟结果与试验结果基本吻合,可作为一种分析手段模拟沥青混合料断裂损伤行为,降低试验消耗。     

沥青混合料单轴贯入抗剪试验的细观分析

单轴贯入试验可以有效地测试沥青混合料的剪切强度,通过建立沥青混合料单轴贯入试验的颗粒流模型,分析了沥青混合料的抗剪作用机理.基于颗粒流的细观机理,采用离散元技术对沥青混合料单轴贯入试验进行细观模拟,得到了沥青混合料单轴贯入时的应力应变曲线变化规律,并将模拟结果进行了验证,揭示了沥青混合料单轴贯入试验的细观机理.分析了贯入速率、压头直径及试件尺寸等对试验结果的影响规律,在此基础上提出了合适的试验技术参数,为贯入试验提供技术参考.结合单轴贯入试验和无侧限抗压强度试验,提出了基于离散单元法确定沥青混合料抗剪参数的方法,并为采用细观分析方法探究混合料性能提供了一种思路.     

沥青混合料水-温-光损伤超声波评价及预测方法

通过室内水-温-光循环试验,将降水、高温和日照3种环境因素对沥青混合料的损伤进行模拟。利用超声波检测技术,测定不同温度、不同含水量的沥青混合料试件在水-温-光循环过程中超声波参数性质的变化,从而对其损伤进行初步判断。通过试件劈裂强度与冻融劈裂强度的衰减来定义其损伤,并应用支持向量机理论,建立波速与沥青混合料损伤程度的回归预测模型,形成了沥青混合料水-温-光损伤无损检测方法。研究结果表明:利用超声波形及频谱的特性变化,可以对水-温-光循环过程中不同形式的沥青混合料的损伤程度进行初步判断;借助支持向量机理论对沥青混合料水-温-光损伤进行超声波评价,相关系数最大值为0.97,最小值为0.90,预测平均误差为4.53%,表现出较高的精度及稳定性。     

橡胶热再生混合料低温性能与细观特征研究

以橡胶沥青再生混合料为研究对象,对冻融前后的小梁试件分别进行低温弯曲试验,研究不同胶粉掺量(6.4%,9.2%和14.1%)、不同胶粉细度(20目,40目和80目)和不同RAP掺量(25%,35%和50%)条件下的橡胶热再生沥青混合料的低温性能.基于工业CT无损检测技术,对冻融前后的橡胶热再生混合料试件分别进行扫描,并定量表征冻融前后试件体积指标的变化.研究结果表明:RAP掺量为25%,胶粉细度为80目,胶粉掺量为9.2%的橡胶热再生沥青混合料冻融后的低温性能下降幅度最小;相较于基质沥青热再生混合料,橡胶沥青热再生沥青混合料具有更好的耐久性及低温性能;通过对比工业CT扫描结果发现,冻融后的橡胶热再生沥青混合料试件闭口空隙率增大了20.3%,且在0~25mm3体积范围内的空隙数量减少了13.8%,在25~50 mm3体积范围内的空隙数量则增加了62.9%.     

基于数字图像处理技术的沥青混合料级配检测方法

沥青混合料中级配对路用性能有着很大的影响,应用数字图像处理技术,对沥青混合料级配检测方法进行了改进研究。运用CT扫描技术扫描沥青混合料马歇尔试件的内部结构,获取数字图像,对获取的图像进行去噪、增强和分割等处理,在此基础上对图像进行伪三维级配识别。识别结果表明,对于直径大于2.36 mm以上的集料,通过误差修正可以使检测出的级配曲线和设计级配曲线更加接近,有效提高其识别精度。应用CT技术获取沥青混合料图像的方法,可以对其内部细观结构进行观测,并且避免了对试件造成破坏,从而可以对其宏观性能进行研究。     

基于数字图像处理技术的沥青混合料级配检测方法研究

沥青混合料中级配对其路用性能有着很大的影响,本文基于数字图像处理技术,对沥青混合料级配检测方法进行了改进研究。运用CT扫描技术扫描沥青混合料马歇尔试件的内部结构,获取数字图像,对获取的图像进行去噪、增强和分割等处理,在此基础上对图像进行伪三维级配识别。识别结果表明,对于直径大于2.36mm以上的集料,通过进行误差修正可以使检测出的级配曲线和设计级配曲线更加接近,有效提高其识别精度。应用CT技术获取沥青混合料图像的方法,可以对其内部细观结构进行观测,并且避免了对试件造成破坏,从而可以对其宏观性能进行研究。     

不同拌和方法的沥青混合料路用性能对比

为了研究两阶段拌和对沥青混合料的影响,采用试验评价与细观图像处理技术,对常规拌和与两阶段拌和的沥青混合料路用性能及细观结构进行分析。研究内容包括：两阶段拌和的最佳沥青掺配比确定、常规拌和与两阶段拌和的沥青混合料力学性能对比、不同拌和方法的试件断面细观结构分析。研究结果表明,两阶段拌和对大粒径和大空隙的沥青混合料力学性能提升明显,水稳性和耐高温性有明显提高。研究成果对两阶段拌和的沥青混合料应用具有一定的参考价值。     

沥青混合料疲劳损伤试验表征综述

针对沥青混合料疲劳损伤细观形态难以与宏观力学性能表征联系起来的现状,从损伤机理、表征模型及疲劳性能试验方法三方面综述了沥青混合料疲劳性能表征的发展现状、存在的问题,预测了其未来的发展方向。研究表明：由于沥青混合料是一种多相、多组分、多尺度的黏弹性材料,在评价其疲劳性能时,宏观的疲劳试验需要结合计算机断层扫描、数值模拟和数字图像相关技术等细观分析方法。沥青混合料疲劳性能试验方法目前应用最为广泛的是室内小型试件疲劳试验,由于不同试验方法中设置的试验条件各不相同,故其试验结果和性能参数呈现出显著的差异性。应重点研究沥青混合料抗疲劳开裂性能的细观结构损伤开裂形态与宏观性能表征的联系;改进现有疲劳试验方法的试验条件、开发先进的三维应力状态的加载设备,并增加试验的尺度以反映真实荷载环境下的疲劳性能;基于能量理论和黏弹性连续损伤揭示沥青混合料疲劳特性和历史荷载条件下的疲劳损伤规律。     

基于永久变形试验的沥青混合料损伤分析

为分析沥青混合料的损伤特性,进行了两种沥青混合料的重复荷载永久变形试验,采用Kachanov损伤律推导了沥青混合料的损伤演化方程,并根据试验结果确定了损伤参数.结果表明,耦合损伤的力学模型较好地描述了沥青混合料三阶段的变形特性.在荷载作用下,沥青混合料损伤单调增加,而接近破坏时损伤会急速发展;在较高的应力和温度条件下,损伤值较大,且损伤发展较快.荷载作用次数达到流动数时,2种沥青混合料的损伤值基本介于0.14～0.15之间,表明在永久变形的迁移期和稳定期同样存在损伤,只是损伤值较小,并且可以近似看成线性损伤,但将其忽略是不合理的.     

水位对沥青混合料水稳定性的影响

沥青路面的水损坏是路面早期破坏现象之一,它的出现严重地影响了沥青路面的耐久性和使用寿命。通过室内模拟试验来研究水位对沥青混合料水稳定性的影响,同时对掺加熟石灰抗剥离剂的改善效果加以评价。试验结果表明,水位、沥青混合料试件的厚度以及加载时间对沥青混合料的水稳定性有着显著的影响,沥青混合料掺加熟石灰后其抗水害性得到明显提高。     

基于统计学的再生沥青混合料疲劳性能试验研究

为研究再生沥青混合料(reclaimed asphalt pavement,RAP)掺量、温度、行车速度、车辆轴重对再生沥青路面疲劳寿命的影响,通过开展多因素(RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变)多水平的再生沥青混合料小梁四点弯曲疲劳试验,采用统计学方法分析了RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变对再生沥青混合料疲劳寿命与疲劳方程的关系,并改进了疲劳方程.结果表明:RAP掺量、控制应变、加载频率、试验温度对疲劳寿命影响的显著性较高,但RAP掺量与其他三因素的交互效应显著性不明显;四因素对再生沥青混合料疲劳寿命的影响程度为控制应变>试验温度>RAP掺量>加载频率;佩尔疲劳模型适用于再生沥青混合料疲劳寿命研究,此模型中的系数与RAP掺量、试验温度、加载频率相关度较高,此三因素可通过非线性拟合引入疲劳模型,且改进后的疲劳模型可靠度较高.     

沥青混合料断裂-微波自愈合影响因素分析

为分析沥青混合料断裂-微波自愈合性能的影响因素,分别对沥青材料和集料进行微波加热试验,采用70#基质沥青和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-butadiene-styrene, SBS)改性沥青,制备AC-13型半圆试件,通过半圆弯曲试验和微波加热对试件进行断裂-愈合-断裂试验,以愈合前和愈合后加载试验的抗拉强度比值作为愈合指数(H),分析了沥青混合料微波加热行为以及损伤程度、微波强度、加热时间对自愈合性能的影响。结果表明:微波主要作用于矿质集料,并通过集料颗粒升温传热实现混合料整体升温;微波强度对沥青混合料自愈合性能的影响最为显著,其次是加热时间,随微波强度、加热时间的增长,混合料自愈合能力增强;损伤程度对自愈合性能有不利影响,但影响程度较弱。     

循环荷载作用下沥青混合料的黏弹塑性损伤本构模型

为较好描述损伤状态下沥青混合料的黏弹塑性应力-应变关系、明确动态循环荷载对其损伤本构关系的影响,利用经典黏弹塑性流变理论,在Burgers黏弹性模型上串联一个黏塑性元件,并根据损伤力学应变等效原理,建立了一个能体现动态循环荷载作用特点及能考虑加载频率影响的沥青混合料黏弹塑性损伤本构模型.同时进行间接拉伸疲劳试验,研究加载频率、环境温度、应力水平、沥青用量及沥青种类对混合料应力-应变关系的影响,并标定模型参数、验证模型的有效性.结果表明:所建模型不仅能较好描述沥青混合料在动态循环荷载作用下的损伤本构关系,还能体现加载频率、环境温度及荷载水平等因素对应力-应变关系的影响;模型参数意义明确、规律性强,值得进一步研究和推广.     

不同受力模式下沥青混合料强度的速度特性试验研究

为了了解不同加载速率对沥青混合料强度参数的影响以及不同受力模式下沥青混合料的破坏原因,对不同加载速率下单轴压缩、弯曲、直接拉伸和劈裂强度进行试验研究,并从沥青混合料结构组成对不同受力模式下强度差异进行解释.研究结果表明:加载速率对沥青混合料强度有显著影响,强度与加载速率呈近似幂函数关系；沥青混合料黏聚力c随加载速率增大先急剧增大而后趋于平稳,内摩擦角(φ)随加载速率变化规律正好与黏聚力规律相反,先急剧减小而后趋于平稳；在相同应变率条件下,沥青混合料的强度受加载方式的影响,不同受力模式下的强度由大至小依次为抗压强度、弯拉强度、直接拉伸强度和劈裂强度,试验结果为建立沥青混合料强度理论与破坏准则奠定了基础.     

沥青路面粘弹性疲劳损伤分析

沥青混合料是一种粘弹性材料,而目前的沥青路面疲劳损伤分析方法大都采用传统的线弹性疲劳方程,无法反映环境温度、加载历史的影响.在分析作者提出的能够反映温度、行车速度和轴载影响的沥青混合料粘弹性疲劳损伤演化模型的基础上,提出了沥青混合料粘弹性疲劳损伤演化模型参数的试验方法和沥青路面粘弹性疲劳损伤分析简化方法,运用该方法分析了沥青路面在重复汽车荷载作用下疲劳损伤的演化进程,结果表明该粘弹性疲劳损伤演化模型是可以用来分析沥青路面疲劳寿命的.图2,表2,参10.     

冻融循环作用下泡沫和乳化沥青冷再生混合料损伤特性与细观机理

为了揭示冻融循环作用下泡沫沥青和乳化沥青冷再生混合料的疲劳损伤规律,设计了冻融循环试验方案,基于劈裂强试验、无侧限抗压强度试验、贯入剪切试验研究冻融循环作用对泡沫/乳化沥青冷再生混合料力学性能的劣化影响,以工业CT无损检测技术为研究平台,研究冻融循环作用对泡沫/乳化沥青冷再生混合料微细观空隙级配、空隙直径的影响规律。结果表明,冻融循环作用显著降低了泡沫/乳化沥青冷再生混合料的力学性能,总体上,泡沫沥青与乳化沥青冷再生混合料表现出了基本相同的力学性能,乳化沥青比泡沫沥青冷再生混合料有更好的抗损害性能。随着冻融循环次数增加,泡沫/乳化沥青冷再生混合料的平均空隙直径和最大空隙直径增大,大空隙数目增加,小空隙比例和空隙数目减小,随着平均空隙直径增大,泡沫/乳化沥青冷再生混合料劈裂强度、贯入剪切强度均呈指数函数关系减小。冻融循环作用下,泡沫/乳化沥青冷再生混合料内部微空隙数目减少、平均空隙直径增大是其力学性能衰减的主要原因之一。