分形理论在沥青混合料中的应用研究

论文摘要

近年来,我国高速公路事业飞速发展,沥青路面在高速公路中的比重越来越大,对于沥青混合料的研究也越来越深入、细致。沥青混合料从原材料选择、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,因此借助于分形理论进行定量分析。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。分形理论成为近年来沥青混合料研究的一个热点问题。利用分形理论的重要参数分维数对沥青混合料进行描述,推导出粒径分布函数和矿料级配的分形表示方法。对三种级配进行分形试验研究:SMA-13、AC-13C、OGFC-13,采用广韶高速公路公司提供的花岗岩、石灰岩、矿粉,在试验研究和理论分析的基础上提出了矿料级配的分形评价模式。分别采用油石比6.0%和6.3%对SMA-13粗、中、细三种级配进行试验,分维数对稳定度、矿料间隙率、空隙率、饱和度、劈裂强度、残留稳定度等参数有不同的影响。表明了分形理论可以用在沥青混合料方面的研究,可以进一步的指导级配的设计。通对SMA-13九种级配走向的分形分析,分维数对马歇尔试验体积指标、动稳定度指标的影响,提出SMA级配走向选择的初步性原则。以四种抗滑级配作为研究对象:SMA-13、AC-13C、OGFC-13、AC-13F,对沥青路面抗滑性能采用分形进行分析和评价。分析断面构造分维数与矿粉含量、细集料以及构造深度的关系。断面分维数在一定程度上兼顾了路面的宏观和微观构造,并从构造大小和分布密度两方面对路面的粗糙程度进行评价。因此,断面构造分维数比构造深度更适宜评价路面抗滑性能的大小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 分形理论的产生和发展
• 1.3 分形理论在土木工程材料方面的研究现状
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 分形理论与沥青混合料的研究
• 2.1 分形理论概述
• 2.1.1 分形的定义
• 2.1.2 分形的维数
• 2.2 分形理论对集料形状的分形描述
• 2.2.1 集料的边界识别和提取
• 2.2.2 斜率密度函数
• 2.2.3 集料形状的分维数
• 2.3 粒径分布函数和矿料级配的分形推导
• 2.3.1 粒径分布函数的分形表示
• 2.3.2 矿料级配的分形
• 2.4 级配的分形评价模式
• 2.5 本章小结
• 第三章 沥青混合料分形与试验研究
• 3.1 沥青混合料结构类型的概述
• 3.2 沥青混合料的级配分形研究
• 3.3 试验研究方法
• 3.3.1 原材料试验
• 3.3.2 沥青混合料马歇尔试验
• 3.3.3 沥青混合料高温稳定性试验
• 3.3.4 沥青混合料水稳定性试验
• 3.4 沥青混合料分形试验研究
• 3.4.1 沥青
• 3.4.2 集料
• 3.4.3 级配的设计
• 3.4.4 试验研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于SMA 级配的分形特征研究
• 4.1 概述
• 4.2 SMA 研究现状
• 4.3 SMA 级配走向的分形分析
• 4.3.1 试验级配的确定
• 4.3.2 SMA-13 级配走向的分形分析
• 4.4 不同走向的 SMA 级配的马歇尔试验、车辙试验
• 4.4.1 试验结果
• 4.4.2 级配走向的分形特征与马歇尔指标的一致性分析
• 4.4.3 级配走向的分形与车辙试验分析
• 4.5 基于SMA 级配分形特征的级配走向选取原则
• 4.6 本章小结
• 第五章 分形理论与路面的抗滑性能研究
• 5.1 概述
• 5.2 沥青路面抗滑性能的影响因素和评价现状
• 5.2.1 沥青路面抗滑性能的影响因素
• 5.2.2 沥青路面抗滑性能的评价
• 5.3 沥青路面抗滑性能的分形评价
• 5.3.1 影响抗滑性能的构造尺度分析
• 5.3.2 路面断面构造的分形评价
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文工作及其结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 研究生期间参与的课题和发表的论文