基于高差相关函数的粗集料表面纹理表征及沥青混合料性能研究

发布时间：2020-08-12 02:46

【摘要】：在机械荷载作用下,集料的形态特征对沥青路面的力学响应起着重要作用,而粗集料的表面纹理是影响沥青路面表面性能的关键因素。为了全面描述粗集料的粗糙程度,引入了高差相关函数进行粗集料表面纹理多参数表征。首先借助触针轮廓仪获取集料表面纹理轮廓曲线,消除数据误差。然后,计算粗集料高差相关函数,对函数进行分段拟合,计算表面纹理曲线的自相似特征参数(D,ξ_∥,ξ_1)作为评价指标,定量表征粗集料表面纹理的粗糙程度。研究发现:粗集料表面纹理在一定尺度范围内具有两段变维特性,但分形维数对粗集料表面的粗糙程度不敏感,采用分形维数作为独立参数评价粗集料表面粗糙度具有很大局限性;水平截止波长ξ_∥可反映粗集料表面最大微凸体的大小,不同集料的最大微凸体大小差异明显;幅度期望值ξ_1可定量描述粗集料的粗糙程度,由分形维数D,水平截止波长ξ_∥和幅度期望值ξ_1可以更加全面地描述粗集料表面粗糙程度。通过大量室内试验,分析了粗集料表面纹理对沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性、耐久性和抗滑性的影响。分析结果表明:粗集料表面纹理粗糙度的增加会造成沥青混合料的动稳定度、抗拉应变、劈裂强度比、摩擦系数等指标增大,而抗拉强度会减小。随着粗集料表面纹理粗糙度的增加,沥青混合料的高温抗车辙性、低温抗裂性、水稳定性和抗滑性不断增强。
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U414
【图文】：

沥青混合料,CT扫描

X 射线断层扫描装置(X-rayComputedTomography，X-rayCT)主要通过获取试件内部连续断面图像来直观反映试件三维空间结构信息。基于 X-ray CT 技术获取的数字图像真实可靠，准确度高，具有很好的重构精度，因而拥有广泛的应用前景。X-ray CT 技术主要是基于射线技术和计算机技术，其主要利用 X 射线辐射物体并使胶片感光成像。当 X 射线穿透物体时，辐射强度将呈现出指数型衰减并且衰减速率仅受物质密度影响。据此可建立物质密度与射线吸收率(CT 数)之间的相关关系，通过将其转换成相对应的像素灰度值可获得物体的三维信息。通过专用的 3D 可视化软件即可进行物体的 3D 重构。由于工业 CT 具有比医用 CT 更强的辐射能力，可实现定量实时无损检测，因而在各类工业工程测试研究中得到了广泛应用。通过 CT 技术对沥青混合料试件进行无损检测，即可获取试件内部组成信息，这对研究沥青混合料的各项性能提供了很好的技术支撑。Masad E 是较早将 CT 技术运用于沥青混合料研究的学者之一，其采用二维 CT图像表征不规则集料颗粒的三维表面特性，但由于 CT 技术本身的局限性，三维重构的数据处理工作量较大，对计算机要求较高[27]。

切片图像,三维模型,粗集料,集料

武汉科技大学硕士学位论文集料颗粒的三维表面轮廓，并采用表面球面变换对其进行了表征，结果证明球面调和变换可较好地表征集料颗粒的三维轮廓和表面细节特征。之后，段跃华利用 DIP技术实现了粗集料的分割，提出了接触度指标 C，从定量的角度对混合料内部粗集料颗粒的接触水平进行了表征[29]。Liu T 等人为了解粗集料形状对沥青混合料破坏过程中应力分布和微裂纹扩展的影响，采用 CT 扫描技术得到的沥青混合料 2D 切片图像来分析粗集料的形状特征(即边缘数量，面积，等效半径，伸长率和尺寸分布)。基于粗集料的上述统计特征，提出了一种多边形随机建模方法，试验结果表明，建立的模型能够准确描述混凝土的应力-应变特性和损伤演化[30]。Wu Jiangfeng等人采用工业 CT 仪器研究了砾石集料。利用 MATLAB 软件获取集料图像切片属性，包括反相，中值滤波，降噪，二值化等。利用 MIMICS 软件重建集料的三维模型，并提出采用多指标参数体系评价集料的形状特征[31]。

纹理图,粗集料,纹理,集料

武汉科技大学硕士学位论文激光扫描方法直接获得粗集料的表面积和体积，采用不同采石场集料的三维激光扫描数据代替体积比以确定扁平和细长集料颗粒的含量，验证了一种新的集料平坦度方程[33]。Ge Haitao[34]等人采用三维激光扫描技术获得点云数据进行分析，得到了多种尺寸和多种磨耗周期的集料颗粒的 3D 形态信息。从不同尺度提出了表征粗集料形态特征的定量评价指标，并分析了粗集料的磨耗衰减规律，为粗集料的性能评价和优化提供了技术指导。从上述研究中可以分析，与 CT 扫描技术相比，三维激光扫描技术能够以更低的成本和更高的效率准确且定量地表征集料的形状特性。但该方法也存在工艺要求高、操作困难等缺点。且激光扫描结果易受自然光线和集料颜色的影响，因此仅适用于粗集料轮廓形状扫描，而针对精度要求更高的表面纹理测量，则存在细节丢失等问题。

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