[发明专利]一种基于虚拟劈裂试验的沥青混合料均匀性评价方法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟劈裂试验的沥青混合料均匀性评价方法，该方法首先获取圆柱形沥青混合料试件；然后采集多幅沥青混合料试件的二维水平截面图像，转换成灰度图像；随后利用沥青混合料试件截面灰度图像得到每个集料和空隙的边界坐标，建立沥青混合料劈裂试验三维离散元模型并进行虚拟劈裂试验，得到劈裂强度，并计算劈裂强度指标变异系数，从而评价沥青混合料均匀性。本发明基于虚拟劈裂试验，采用劈裂强度指标变异系数对沥青混合料的均匀性进行定量评价，具有很强的工业实用性和可操作性；其他方法相比，其均匀性参数选取更加科学和具有代表性，对沥青混合料均匀性的评价结果更为准确。

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种基于虚拟劈裂试验的沥青混合料均匀性评价方法。

背景技术

沥青混合料均匀性(申请号201310542528.7)直接决定沥青路面的路用性能和使用寿命，影响沥青路面养护成本。在许多潜在引起热拌沥青混合料路面早期破坏的因素中，最严重的是沥青混合料的不均匀性。沥青混合料是由沥青胶浆、(粗/细)集料、添加剂和空隙四部分组成。沥青混合料的不均匀性是沥青混合料中组成成分不均匀性的综合反映。不均匀的沥青混合料中集料的级配和(或)沥青含量与最初的现场配合比中的要求不相符，造成混合料的密度和空隙率变化很大。沥青混合料发生不均匀时，混合料的劲度、拉伸强度和疲劳寿命下降，路面的服务寿命降低，从而加速路面的早期破坏。

传统上人们没有把沥青混合料的均匀性当作一个严重的问题来看待，没有采取严格的措施予以控制，只是要求施工时认真就可以了。而随着交通量的增大，均匀性已经成为决定路面质量的主要因素之一，应该引起充分注意。将路面早期水损坏的主要原因归结于路面空隙率过大，又将空隙率过大归结于压实度不够，压实不足，这确实是早期路面空隙率过大的主要原因，但却比较容易解决；实际上，沥青混合料的不均匀性不仅是造成局部空隙率过大的另一个主要原因，而且是比较难以解决的技术问题。一旦沥青混合料出现不均匀性，一切关于材料设计的努力都变得徒劳无功了。路面压实度的不足，有时也是混合料不均匀性引起的，仅检测路面的平均压实度，往往不能客观地反映问题，还应考虑其变异性。当沥青混合料不均匀发生时，仅仅依靠提高压实度难以达到减少空隙率的目的，甚至会造成集料破碎而适得其反。

查找现有的研究成果和文献资料，令人遗憾的是，目前，国内外对沥青混合料均匀性定量的研究还不是很多。究其原由，主要为：(1)均匀性对沥青混合料性能的影响被忽略，人们没有对沥青混合料均匀性的重要性给予足够的认识。(2)沥青混合料内部结构十分复杂，通过传统的研究方法，沥青混合料内部结构很难获取，沥青混合料均匀性很难确定。

近二十年来，随着计算机科学的快速发展，先进的数字图像技术开始被越来越多地运用到土木工程材料研究中。期间，有研究者尝试采用该技术对沥青混合料均匀性进行研究。McCuen等人通过统计试验方法研究沥青混合料均匀性。Tashman等人通过把混合料的水平截面和竖直截面划分成等面积的内外两区域，选择能够描述这些区域内集料(粒径大于2.36mm)平均粒径差异的参数来评价离析。Hunter等人通过比较截面上相等区域里集料累计面积值的大小，提出评价沥青混合料离析的两种方法。蒯海东等人对集料在沥青混合料内部的分布特征进行研究，提出以偏心率指标和面积级配曲线图，比较各截面的面积级配的差异来研究集料的均匀性。Azari等人采用标准正态分布参数作为沥青混合料不均匀性指标，研究不均匀性对沥青混合料力学性能影响。吴文亮使用彩色石料区分粗、细集料，并利用彩色阈值直接分割图像，采用颗粒面积比的变异系数作为均匀性评价指标，定量评价沥青混合料均匀性。郭乃胜等人以沥青混合料中粗集料、沥青砂浆和空隙各组分的密度和面积为主要特征参数，建立沥青混合料均匀性评价方法。彭勇等人采用沥青混合料内部截面上的集料位置、数量、方位角、面积比及转动惯量等，来定量评价沥青混合料均匀性。

然而，上述沥青混合料均匀性的研究，其均匀性指标参数的选择与确定不科学，考虑不全面，代表性不强，局限于集料和二维层面，结果有偏差，只能部分反映均匀性的实际情况。

发明内容