基于细观分析的沥青混合料组成结构研究

论文摘要

我国高速公路沥青路面建设二十多年以来,随着使用性能要求的提高,无论是设备或技术都达到了一个较高水平,但不同形式的局部早期损坏时有发生的问题仍然没有彻底的解决。高速公路的渠化、重载交通固然是一个因素,而沥青混合料的复杂性更是一个重要的根本原因。由于沥青混合料作为具有粘性和温度敏感性的散粒体结构是非均质、各向异性的;同时其使用性能受施工工艺、结构条件的影响。因此,对沥青混合料组成结构的研究不能够仅停留在材料的宏观层面,需要深入到细观层次的分析和研究。本文从细观分析角度入手,以高温抗剪切性能和抗水损害的统一为目标,在材料-结构-工艺一体化思想的指导下进行了沥青混合料组成结构的研究。通过将图像处理技术和力学试验技术相结合,所建立的沥青混合料细观指标体系,针对高温车辙突出了HMA的细观力学性能分析,针对水损害突出了HMA孔隙结构分布的细观分析。以抗剪强度为目标调整不同级配微分布的组合,不同类型的沥青混合料存在细观力学参数C和?的最优组合问题;进一步基于图像分析处理的方法,对沥青混合料各组成结构进行的研究和分析表明:这种细观力学现象的出现是由包括集料与胶浆的分布、孔洞的分布、集料就位方式的分布等HMA细观结构所决定的。围绕级配微分布的不同组合,论文还对HMA的工艺特性,包括离析特性和压实特性以及各沥青结构层的三向应力分布和使用功能要求进行了分析研究,通过综合归纳就实现材料-结构-工艺一体化的理念,提出了基本原则和初步的设计方法与实施要点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 沥青混合料路面所面临的问题—高温车辙和水损害的平衡
• 1.1.2 细观分析的必要性
• 1.1.3 结构—材料—工艺一体化思想
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 沥青混合料细观结构研究现状
• 1.2.2 沥青混合料级配和强度理论
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 沥青混合料细观结构指标的研究
• 2.1 背景
• 2.2 沥青混合料图像的处理与识别
• 2.2.1 数字图像处理方法
• 2.2.2 沥青混合料数字图像特征
• 2.2.3 沥青混合料芯样图像采集
• 2.2.4 沥青混合料芯样图像的处理
• 2.2.5 沥青混合料芯样孔洞的识别
• 2.3 沥青混合料的细观指标
• 2.3.1 集料颗粒形态指标
• 2.3.2 沥青混合料组成指标
• 2.3.3 沥青混合料细观结构指标
• 2.3.4 沥青混合料细观力学指标
• 2.4 指标的适用性分析
• 2.4.1 方案设计
• 2.4.2 HMA 组成指标
• 2.4.3 HMA 细观结构指标
• 2.4.4 HMA 孔洞分布
• 2.5 本章小结
• 第3章 沥青混合料级配的微分布
• 3.1 概述
• 3.1.1 必要性
• 3.1.2 针对性
• 3.2 不同级配微分布条件下沥青混合料的特征
• 3.2.1 研究方案
• 3.2.2 试验方法
• 3.2.3 试验过程
• 3.2.4 沥青混合料宏—细观比较分析
• 3.3 级配微分布的影响分析
• 3.3.1 研究方案
• 3.3.2 试验材料
• 3.3.3 级配微分布对沥青混合料体积指标影响分析
• 3.3.4 级配微分布对沥青混合料抗剪强度和参数影响分析
• 3.4 抗剪强度的细观力学分析
• 3.4.1 必要性
• 3.4.2 抗剪强度分析
• 3.4.3 C 和φ的优化组合研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 细观结构分析
• 4.1 概述
• 4.2 集料分布特征
• 4.2.1 不同组成结构类型HMA 细观结构特征值
• 4.2.2 不同粗集料微分布HMA 细观结构特征值
• 4.2.3 不同胶浆类型HMA 细观结构特征值
• 4.2.4 结构特征值概率分布类型研究
• 4.3 孔洞分布
• 4.3.1 沥青混合料孔洞特征
• 4.3.2 骨架-密实型孔洞分布特征
• 4.3.3 悬浮-密实型孔洞分布特征
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于材料-结构-工艺一体化的HMA 设计
• 5.1 概述
• 5.1.1 经典模式
• 5.1.2 发展趋势
• 5.2 HMA 的工艺特性
• 5.2.1 HMA 的级配离析特性
• 5.2.2 HMA 的压实特性
• 5.3 HMA 的结构层位
• 5.3.1 沥青层三向应力分布与流动型车辙
• 5.3.2 路面结构组合对抗剪安全系数的影响分析
• 5.3.3 HMA 细观力学参数组合对面层抗剪安全系数的影响分析
• 5.4 HMA 材料设计使用性能与工艺特性的统一
• 5.4.1 “以中为主，控制粗、细粒级”
• 5.4.2 类型选择与级配微分布的调整
• 5.5 本章小结
• 第6章 工程实例分析
• 6.1 概述
• 6.2 哈尔滨太平国际机场道面现状
• 6.3 道面检测
• 6.3.1 无损检测
• 6.3.2 取芯试验
• 6.4 HMA 的细观结构分析
• 6.4.1 芯样集料组成分析
• 6.4.2 芯样细观结构分析
• 6.5 机场道面使用状况评价与原因分析
• 6.5.1 使用状况评价
• 6.5.2 原因分析
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历