沥青混合料材料结构数字图像技术的基本方法

利用数字图像技术获取沥青混合料内部结构组成,分析体积参数,进而完成沥青混合料的计算机辅助设计的研究已成为沥青路面技术领域的热点.文中重点介绍了笔者及所在团队基于二维数字图像技术的沥青混合料体积组成的统计学研究、沥青混合料数字图像技术中差异性物质的辨识方法、基于数字图像处理技术的粗集料形态特征的提取和沥青混合料内部结构组成的三维图像重构及虚拟力学试验等方面的研究进展.同时介绍了这些研究成果在工业中应用的实例.     

沥青混合料微细观结构的研究进展

回顾了沥青混合料微细观结构静态及动态识别的研究进展,论述了基于混合料微细观结构的力学特征数值模拟的研究进展,讨论了沥青混合料微细观结构研究中存在的问题,并对其研究方向进行展望.多项研究表明:CCD数码拍照技术与X-ray CT无损伤扫描技术可有效地识别沥青混合料内部结构的空间分布,这两种新技术有着不同的精度与适用范围;X-ray CT是研究沥青混合料内部结构对外部同步加载响应机理的重要途径;有限元、离散元和边界元等诸多数值模拟方法为全面分析沥青混合料微观结构与宏观路用性能的关系提供了新的途径.     

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。     

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Drucker-Prager模型的沥青混合料细观尺度蠕变特性分析

长期行车荷载作用条件下沥青混合料具有典型的蠕变特性,然而宏观的室内性能评价试验难以表征细观结构对混合料蠕变性能的影响规律。本文基于粉胶比控制原理计算出最大公称粒径为1.18 mm的沥青砂浆级配,并通过回弹模量及静压单轴蠕变试验获得沥青砂浆相粘弹特性;基于数字图像处理技术建立考虑砂浆与粗集料二组分的沥青混合料细观结构模型,通过非线性拟合获取Drucker-Prager模型蠕变性能参数;利用有限元方法完成荷载作用条件下的模型蠕变分析。计算结果表明:模型结果在误差允许范围内可以表征材料的蠕变变形趋势,细观骨架结构、粗集料粒径尺寸及朝向的合理组合能提高沥青混合料承受长期行车荷载作用的能力。     

多孔沥青混合料的细观空隙特征与影响规律

基于CT(computed tomography)、图像处理及重构技术和室内试验分析了多孔沥青混合料细观空隙特征的表征,研究了空隙率、粗细级配和公称最大粒径等对多孔沥青混合料细观特征的影响规律以及细观空隙特征同混合料性能之间的关系.研究结果表明多孔沥青混合料试件断面图像的空隙等效直径、空隙面积、空隙数量、空隙分形特征同混合料的材料组成与性能密切相关;对于空隙率相近的多孔沥青混合料,其细观空隙特征同混合料动稳定度、飞散损失和吸声系数峰值具有良好的回归关系.     

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。     

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。     

基于X—rayCT的沥青混合料三维重构方法

沥青混合料内部的细微观结构对沥青混合料的路用性能有很大的影响,很有必要开发一种可以进行沥青混合料内部结构受力状况分析的三维重构模型。基于X-rayCT技术,每隔1rrlrn获取沥青混合料试件断层图像,共64张。将控制集料、砂浆、空隙三者之间的阈值进行物质的区分。利用Matlab自编程序完成沥青混合料的三维重构,并提出了一种获取沥青砂浆黏弹性参数的方法。用该模型进行数值模拟后的试验结果与室内试验结果有很好的吻合,验证了本重构方法的正确性。     

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。     

基于数字图像处理技术的沥青混合料特性分析

应用二维数字图像处理技术，对采用Marshall击实、振动压实、旋转压实和轮碾压实等不同压实方法沥青混合料内部结构特性进行了分析和评价，并与真实路面结构内部特性进行对比。发现不同成型方法得到的沥青混合料试件内部体积特性差异较大。结果表明数字图像处理技术可以很好地评价沥青混合料的内部结构特性。提出了数字图像处理技术对于促进沥青混合料设计与生产技术进步的可行性与重要性，并对这一技术的发展做了预测。     

基于数字图像处理技术的沥青混合料特性分析

应用二维数字图像处理技术,对采用Marshall击实、振动压实、旋转压实和轮碾压实等不同压实方法沥青混合料内部结构特性进行了分析和评价,并与真实路面结构内部特性进行对比.发现不同成型方法得到的沥青混合料试件内部体积特性差异较大.结果表明数字图像处理技术可以很好地评价沥青混合料的内部结构特性.提出了数字图像处理技术对于促进沥青混合料设计与生产技术进步的可行性与重要性,并对这一技术的发展做了预测.     

沥青混合料的体积组成及其数字图像处理技术

针对目前沥青混合料设计与生产领域的技术现状，在分析Superpave沥青混合料体积设计特点及存在问题的基础上，提出采用数字图像处理技术研究沥青混合料的体积组成特性，文中重点介绍了采用CCD技术获取沥青混合料体积组成二维图像并进行数字图像处理的研究结果与应用实例，指出了数字图像处理技术对于促进沥青混合料设计与生产技术进步的可行性与重要性，并对这一技术的发展做了预测。     

沥青混合料微观力学分析综述

针对当前沥青混合科研究方法的局限性，分析了国内外该领域的研究现状与存在问题。介绍了沥青混合料数字化方法及常用的力学分析方法。给出了运用微观力学方法研究沥青混合料的基本思路，即以二维和三维混合料数字图像为基础，数字重构沥青混合料微观结构，研究基于微观力学的沥青混合料集料接触模型，建立基于离散元的混合料微观空间结构的力学模型，应用离散元方法和微观力学理论分析该模型在劲度模量试验中的力学行为，进行沥青混合料劲度模量的虚拟试验。通过试验检验与校准，得出具有高可靠性、高精确度的劲度模量力学预估方法。     

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。     

沥青混合料均匀性影响因素的研究

基于数字图像处理技术，对沥青混合料均匀性影响因素定量地展开研究．研究结果表明：随着集料公称最大粒径的增大，沥青混合料均匀性逐渐变差；集料中4．75胁这档集料比2．36胁这档集料对沥青混合料均匀性影响要显著得多；混合料中含油量和成型时的压实功对沥青混合料均匀性有一定的影响；成型温度对沥青混合料均匀性的影响，不是主要体现在混合料中集料的分布状态上，而是表现在混合料的空隙率变化上．     

基于数字图像处理的沥青混合料细观力学分析(英文)

沥青混合料是一种典型的非均质材料,主要由集料,胶浆和孔隙组成。内部细观结构在很大程度上控制了它们的宏观力学行为。数字图像处理技术的发展,为材料细观结构的精确量测和数字表述提供了有效手段,被应用于沥青混合料细观结构的有限元建模。基于数字图像处理技术对间接拉伸试验（IDT）进行有限元模拟,数值模拟的结果与实际试验的结果吻合性很好,说明了数字图像处理技术是一种非常有效的有限元建模手段。     

成型方法和集料类型对混合料均匀性指标影响

基于数字图像处理技术，对沥青混合料均匀性指标的部分影响因素——成型方法与集料类型，展开定量研究．研究结果表明：不同的成型方法，对沥青混合料均匀性指标的影响会有所不同，室内研究中，成型方法对沥青混合料均匀性指标的影响大小依次为：轮碾成型，马歇尔击实，旋转压实；不同类型的集料，对沥青混合料均匀性指标有着不同程度的影响，相同的集料类型，不同的集料产地，在其他条件都基本相同的情况下，其对应的沥青混合料均匀性指标基本相同．     

基于CT扫描和随机森林算法的沥青混合料油石比检测

为弥补路面施工过程中传统沥青混合料油石比检测方法耗时长、预测精度低、对环境及人身健康有危害等缺陷,利用CT扫描及图像处理技术得到的沥青混合料内部截面空隙与集料特征,提出了一种基于随机森林算法的沥青混合料油石比检测模型,并与多元线性回归算法、决策树算法、梯度提升树算法的预测结果进行对比。研究结果表明：CT扫描和图像处理技术对沥青混合料空隙和集料的识别效果良好;通过比较分析不同算法的平均绝对误差、均方根误差、平均绝对百分比误差和负相关系数,证明采用随机森林算法的沥青混合料油石比检测模型的准确性能够满足工程应用要求,且优于其他3类算法模型,相比于传统检测方法更加简便、快捷。