[发明专利]沥青混合料空隙体积提取精度测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高空隙体积数据提取精度的方法，具体涉及沥青混合料空隙体积提取精度测试方法。

背景技术

沥青混合料是由沥青、石料、矿粉、空隙等多种具有不同力学性质、不同几何形状尺寸的材料所组成的具有多相结构的非各向同性材料；而且，由于组成材料的质量和构造的差异、数量比例的不同以及骨料分布的随机性会造成内部结构组成的显著差异。各组分的物理力学性质以及它们的相对数量都对沥青混合料的工程性能有很大的影响，当前，在世界范围内，沥青路面材料结构组成设计正处于一个发展的转折时期。在国内，当高速公路建设规模飞速发展的同时，沥青路面却出现了不同程度的早期损坏；在美国，投入巨资的公路战略研究计划(SHRP)的研究成果之一Superpave设计方法，该方法相比于传统的Marshall设计方法而言，是沥青混合料设计方法的重大进步，但是该体系同样无法直接获得沥青混合料内部的空间分布规律。无论是SHRP计划中的Superpave设计法还是传统的Marshall设计方法，都是局限于从沥青混合料的表象来分析沥青混合料性能的优越性，主要研究的是宏观性能，如：低温抗裂性能、高温抗车辙性能、抵抗水损害性能等；很少考虑其组成材料的内部细观的真实特性，如：内部孔隙分布、集料的存在分布情况、尺寸大小以及棱角性等。由此看来，当前的沥青混合料的设计理念和方法已经不能满足科研及工程上的要求，亟待提出一种新的设计理念和方法以及评价指标。

随着各种交叉学科在道路工程中的不断渗透以及研究手段的不断丰富，对其内部结构研究是近年来国内外关注的课题，越来越多的学者开始致力于研究沥青混合料内部微细观结构与外部宏观力学特性之间的关系，从新的角度探求宏观现象的微观机理。特别是计算机层析技术(Computed Tomography)的飞速发展，为沥青混合料材料结构组成设计提供了一种新的手段，对传统的沥青混合料马歇尔设计方法和Superpave设计方法进行改善，进而对相应的路面路用性能进行预测。从图像特征看，沥青混合料中的集料接近于白色，沥青胶浆为深灰色，空隙趋于黑色。混合料各组成具有很好的色彩对比度，其扫描后的图像能很好的反映出沥青混合料的细观结构特性。

涉及到沥青混合料微细观研究，主要起源于美国著名的SIMAP(Simulation，Imaging，and Mechanics of Asphalt Pavements)研究计划，1998年，美国联邦公路局与特纳公路研究中心(TFHRC)联合开展了SIMAP计划，准备运用数字图像、X-ray CT、光弹镜像技术对沥青混合料内部的集料取向、离析、接触状况、空隙分布、沥青砂胶分布等进行识别，并对沥青混合料的内部组成状况进行三维的重建，对其宏观力学与强度机理进行数值模拟。旨在开发基于CT扫描的三维图像技术来获取沥青混合料试件的内部结构，在三维图像施加荷载预测混合料的力学响应；开发模拟沥青混合料内部结构的计算模型，基于体积特性和力学性能预测其行为；并试图在上述基础上开发基于虚拟试验的系统的混合料设计方法.

SIMAP重要成员的Masad转至德克萨斯农工大学研究岗位以后，涌现了大量研究成果。其主要成果包括：美国国家科学基金项目(NSF)“基于X-ray CT技术的材料微细观结构模拟和描述(X-ray Computed Tomography System for the Modeling and Characterization of Materials with Microstructure)”，NCHRP资助项目“测试集料形状、纹理和棱角特征方法(Test methods for characterizing aggregate shape，texture，and angularity)”，美国联邦公路局(FHWA)和德克萨斯交通厅(TTI)资助项目“基于数字图像处理的沥青路面力学数值模拟(Simulation，Imaging and Mechanics of Asphalt Pavements)”，作为标志性成果，其开发的集料图像处理系统(Aggregate Imaging System，AIMS)采用图像分析技术测量集料颗粒特征的计算机控制系统。AIMS系统先后被美国联邦公路局，德克萨斯交通厅，佛罗里达大学，德克萨斯大学奥斯汀分校，俄克拉荷马州和密歇根理工大学引进使用。