空隙率对沥青混合料强度性能影响的微观分析

摘要

沥青混合料在进行配合比设计时，往往将空隙率作为控制质量标准的一项指标，目前只是通过宏观的方法测定混合料空隙率，并未对空隙率空间分布情况对混合料性能的影响。采用CT技术得到混合料细观结构图像，并通过室内试验与虚拟力学试验得到了空隙率对沥青混合料力学性能的影响。 首先，通过将SMA-13沥青玛蹄脂碎石进行单轴压缩试验以及真空饱水劈裂试验，运用CT扫描得到了破坏前后沥青混合料细观图像，应用MATLAB软件对沥青混合图像进行处理，计算空隙所占像素点与整体像素的比例得到空隙率。结果表明，随着空隙率的增加沥青混合料力学强度逐渐降低;马歇尔试件空隙率分布沿试件高度方向呈现对称状态“两边大中间小”。在对混合料分别进行劈裂试验以及单轴压缩试验后，其整体空隙都有一定程度增加，而其分布情况由于裂缝的产生而使得整体空隙分布变成“两边小中间大”。 然后，应用CT技术连续扫描混合料断面，将图像通过Mimics软件进行三维模型的重建。应用双峰法对全部图像进行阈值分割，得到了沥青胶浆、集料与空隙的阈值范围，对比分析模型中三种材料与实际试件中体积含量的差异来控制模型重建的质量，分析了空隙率整体空间分布的状态，在试件边缘处往往存在着许多外界连通的空隙，通过后续二维有限元计算分析其空隙分布对沥青混合料整体力学性能的影响。 最后，将所得到细观图像进行二维沥青混合料模型的沥青混合料虚拟劈裂试验，通过矢量化过程建立了沥青混合料与集料的有限元模型，并通过单轴静载试验得到了Burgers模型的参数。对模型进行虚拟劈裂试验，其试验结果表明，在混合料内部应力主要沿荷载加载方向进行传递，其最大应力出现的位置往往在中间部分;在混合料内部沥青混合料与集料的界面处往往是混合料最薄弱的位置，并且荷载路径上的空隙会造成应力集中从而降低整体模型的强度。对比室内试验与虚拟试验，虚拟力学实验可以很好的完成对试验结果的预测。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1论文的研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．3本文研究内容、技术路线

第二章混合料配合比设计和数字图像处理

2．1原材料试验以及沥青混合料配合比设计

2．2 X-ray CT扫描工作原理

2．3数字图像处理

2．4本章小结

第三章沥青混合料细观性能研究

3．1沥青混合料强度试验

3．2沥青混合料数字图像处理

3．3沥青混合料细观结构分析

3．4不同受力情况下沥青混合料破坏后细观结构研究

3．5本章小结

第四章沥青混合料三维重建研究

4．1三维重建软件简介

4．2沥青混合料三维可视化模型研究

4．3本章小结

第五章沥青混合料劈裂试验有限元分析

5．1沥青混合料的粘弹本构关系

5．2沥青混合料数值模型

5．3沥青混合料虚拟劈裂试验研究

5．4本章小结

第六章结论与展望

6．1主要结论

6．2展望

参考文献

致谢

附录