沥青混合料集料级配优化与分形研究

论文摘要

随着近年来我国高速公路的飞速发展,沥青路面得到了广泛的应用,但是沥青路面取得量的飞跃的同时,在质的问题上还存在很大的隐患,特别是耐久性不足和早期破坏等问题。产生这些问题的主要原因除了施工水平的限制、交通量快速增长等外还有就是集料级配不良,因此我们要对沥青混合料集料级配进行优化,进而获得较高的混合料性能。分形是研究自然界中大量存在的统计自相似特征的新的理论工具,在描述和评价一些具有层次连续性、不规则性或随机性等特征的现象方面表现出很强的功能。沥青路面从原材料选择、级配设计直至成型,在诸多体积和性能形态方面都表现出统计自相似性,传统的经验指标很难准确的描述和评价,因此可以借助于分形理论进行定量分析。本文在概述了沥青混合料集料级配优化和分形研究的国内外研究现状、沥青混合料级配理论的基础上,以规范规定的级配中值为优化目标,利用多目标决策优化理论对沥青混合料集料级配进行优化,并利用MATLAB编制了计算程序;在优化过程中对沥青混合料级配设计中的关键控制筛孔进行了研究,提出了在优化过程中对0.075mm、0.3mm、0.6mm、2.36mm、4.75mm给予较大的权重系数,使设计的沥青混合料具有较高的稳定性和抗剪性能,然后通过实例利用优化理论进行级配设计,并进行了设计级配的路面性能测试,结果表明利用上述优化方法设计的沥青混合料完全能够满足规范要求,切实可行;最后对沥青混合料进行了分形研究,其中包括集料形状、混合料级配、空隙率分形等,给出了沥青混合料级配分形的计算公式,使各种级配计算方法通过分形理论达到了统一,并推导了集料级配分维数D与空隙率分维的关系。本文从沥青混合料集料级配优化,沥青混合料集料形状、集料级配和空隙率分形等方面入手进行了系统研究,文中所得研究结论对沥青混合料技术的研究和应用以及我国沥青路面的发展可以起到一定的推动作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出和意义
• 1.1.1 沥青混合料集料级配优化问题的提出
• 1.1.2 沥青混合料的分形问题的提出
• 1.2 国内外的研究概况
• 1.2.1 沥青混合料矿料级配研究
• 1.2.2 沥青混合料集料形态及级配分形研究
• 1.3 主要研究内容和思路
• 第二章 沥青混合料级配理论综述
• 2.1 矿料级配理论
• 2.2 级配理论的应用
• 第三章 沥青混合料级配优化的研究
• 3.1 沥青混合料级配设计中对关键筛孔的控制
• 3.1.1 关键筛孔的提出
• 3.1.2 对关键筛孔的要求
• 3.2 沥青混合料级配优化
• 3.2.1 最优化理论简述
• 3.2.2 沥青混合料级配设计中的优化方法
• 3.3 多目标规划在沥青混合料级配优化中的应用
• 3.3.1 多目标规划的基本理论
• 3.3.2 多目标规划的应用
• 第四章 设计级配的沥青混合料试验分析
• 4.1 材料准备
• 4.1.1 沥青
• 4.1.2 粗集料
• 4.1.3 细集料
• 4.1.4 填料
• 4.2 集料筛分试验
• 4.3 级配设计
• 4.4 确定最佳沥青用量
• 4.5 沥青混合料技术指标检验
• 4.6 沥青混合料的路用性能评价试验
• 4.6.1 高温稳定性评价
• 4.6.2 水稳定性
• 4.6.3 抗滑性能
• 4.6.4 渗透性能
• 第五章 分形理论在沥青混合料中的应用
• 5.1 分形理论概述
• 5.1.1 分形体的性质及判别
• 5.1.2 分形维数
• 5.2 沥青混合料的集料形态分形特征研究
• 5.2.1 边界识别和提取
• 5.2.2 斜率密度函数SDF
• 5.2.3 计盒维数法求集料形状分维数D
• 5.3 沥青混合料集料级配的分形研究
• 5.3.1 沥青混合料集料级配分形的公式推导
• 5.3.2 集料级配质量分维数的计算
• 5.3.3 分形级配计算与传统级配计算方法的比较
• 5.3.4 沥青混合料级配分形评价
• 5.4 沥青混合料空隙分形研究
• 5.4.1 沥青混合料空隙的分形性质
• 5.4.2 沥青混合料的空隙分形模型
• 0的关系理论推导'>5.4.3 集料级配分维数D与空隙率V₀的关系理论推导
• 5.5 根据级配分维数选取级配的原则
• 第六章 研究结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文