基于分形理论的沥青混合料空隙特征研究

发布时间：2019-07-30 18:20

【摘要】：作为道路建筑材料中的高强度复合材料,沥青混合料由粗集料、细集料、矿粉填料、沥青粘结剂以及外加剂等构成。沥青混合料通过内部各组分物质之间的相互作用,形成了具有一定粘结力和摩阻力的力学体系和具有特定矿料分布和空隙形态的网状结构。沥青混合料中的空隙结构对混合料自身的高温稳定性、低温抗裂性以及水稳定性等路用性能具有直接的影响效应。因此在沥青混合料的矿料级配设计中,对空隙空间的分布以及体积等特征参数的描述与控制尤为重要。我国现行的设计规范和工程实践经验中,仅从空隙率的角度来表征沥青混合料内部的空隙状态,不能直接有效的评价混合料内部空隙的实际形态特征。本文根据分形理论的基本原理,以沥青混合料的空隙为研究对象,借助经典分形模型的构造原理,推导得出沥青混合料空隙分布密度函数的表达式,并建立沥青混合料空隙的分形模型。本文针对沥青混合料二维平面的空隙分析,结合混合料马歇尔试件的剖截面数字图像,计算沥青混合料的空隙轮廓分形维数。依据空隙的分形模型,得出了平面空隙面积随空隙轮廓分形维数的增大而增大的关系。同时通过贝雷法平面圆模型,对沥青混合料空隙结构进行模拟,并结合分形理论的分析方法,得到与数字图像分析相同的结论。本文还从三维空间的角度对沥青混合料的空隙分布进行分析模拟,通过沥青混合料级配确定其集料级配质量分形维数。应用沥青混合料的空隙分形模型,计算得到混合料的空隙体积。依据分形模型的原理,根据空隙直径,模拟沥青混合料的空隙级配状况,计算表明4.75×0.22mm直径空隙的累计空隙体积在沥青混合料空隙体积空间中所占比重最大。本文还结合室内马歇尔试验,测定沥青混合料的空隙率、矿料间隙率等试验指标,与分形理论建立的沥青混合料空隙分形模型的计算结果进行对比分析。
【图文】：

图 2.1 沥青混合料矿料设计级配曲线图表 2.7 集料目标设计级配粒径（mm） 质量通过百分率（%）16 100.0013.2 100.009.5 80.094.75 54.962.36 39.871.18 25.030.6 19.100.3 12.950.15 9.060.075 5.87

结构或过程的特征，，无论是在不同的空间尺度还是在不同的时间尺度中都是相似的，或者某种系统或者结构的局部性质或者局部结构与整体是相似的。另外，系统的整体和整体之间，或者部分和部分之间也同样可以存在自相似性。通过图3.1中典型的Koch雪花模型和 Sierpinski 三角形，可以更好的体会分形理论研究对象所具有的自相似性和标度不变性。自相似性的评价方法并不一定是简单的将局部图案放大之后与图案整体形状进行对比，能够完全吻合。自相似性也可以是统计意义上的概念，图形从整体扩大到局部，其外在表现形式可以发生变化，但是表征自相似性的定性指标——分形维数并不会随着图形的放大或者缩小等发生变化。分形理论中的标度不变性其实质是描述变化测量尺度之后图形的形态特征的相似程度。将分形图形上的一个局部区域进行放大，此时放大后的局部图案与整体分形图形进行比较，如果具有相同的形态特征，即该图形具有标度不变性。因此，对于具
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U414

【共引文献】

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本文编号：2521064