一种沥青混合料的各向异性程度评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种沥青混合料的各向异性程度评估方法，属于沥青混合料基本物理属性的检测与评价【技术领域】。本发明针对现有沥青混合料各向异性程度评估技术的不足，提出了一种新的沥青混合料各向异性度量指标，以沥青混合料内部集料颗粒的截面积以及集料颗粒当量椭圆的扁平率和长轴取向等形状特征作为引起沥青混合料各向异性的主要因素，来更精准地评价沥青混合料各向异性程度；并进一步利用现有图像处理技术实现自动快速地各向异性度评估。相比现有技术，本发明通过简单的测试设备和软件即可实现对沥青混合料各向异性程度的快速准确评估。
【专利说明】一种沥青混合料的各向异性程度评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种浙青混合料的各向异性程度评估方法，属于浙青混合料基本物理 属性的检测与评价【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 浙青路面结构设计理论的发展历程，其大致可以分为四个阶段，包括古典静力平 衡理论、弹性半空间理论、层状弹性半空间理论和现代的黏弹塑性理论。其中，层状弹性半 空间理论由于能够较真实地反映路面结构的实际情况，已成为包括我国在内的世界很多国 家浙青路面结构设计方法的基础理论，在浙青路面结构设计和力学响应分析等方面发挥了 巨大作用。
[0003] 但是，随着我国浙青路面的大量铺筑，各种病害也随之出现，一些路面的实际寿命 短于设计寿命。在分析其原因时，除了考虑交通、气候、水文等因素之外，众多研究者把目光 投向了路面结构设计所采用的基础理论，尤其是弹性层状体系把路面材料的各向异性假定 为各向同性是否合理？是否会低估浙青路面的荷载响应？为此，道路工作者开展了路面材 料各向异性程度评价、材料各向异性对路面结构的影响等多方面的研究。
[0004] 目前，通常采用浙青混合料不同方向的模量比反映其各向异性程度。为了获得浙 青混合料坚向与水平向的模量比，采用的测试方法主要有两种，分别是：（1)不同试件同一 方向的模量测试；（2)同一试件不同方向的模量测试。
[0005] (1)不同试件同一方向的模量测试
[0006] 这种方法的测试步骤为：成型浙青混合料的大体积试件，在大试件1的水平方向 和坚直方向分别钻取圆柱体试件2、3,如图1所示，对钻取得到的试件2和试件3分别测试 其圆柱体纵向的模量E v和Eh，计算得到大试件内部坚向与水平向的模量比a。Underwood Shane等人在2005年、Michael P. Wagoner在2008年都曾经采用这种方法研究浙青混合料 的各向异性。
[0007] 上述方法虽然可以获取浙青混合料坚向与横向的模量比，但其缺陷也不容忽视， 其中最大的问题是，尽管模量测试的试件来自于同一浙青混合料试件，但毕竟坚向和横向 模量是在不同的试件上测试得到的，不同试件的内部结构肯定不相同，由此获得模量比值 并不能准确反映材料的各向异性，甚至有可能出现图1中试件3模量大于试件2的反常情 形。
[0008] (2)同一试件不同方向的模量测试
[0009] 为了克服上述方法的缺陷，人们设计了对同一试件测试不同方向模量的方法，如 图2所示，该方法的测试步骤为：成型浙青混合料圆柱体试件4,从中切割出立方体试件5， 对浙青混合料的立方体试件5,在坚向和水平向分别施加小应力或小应变，测试立方体试件 坚向和水平向模量，以两者的比值表征浙青混合料的各向异性程度。值得注意的是，这种方 法测试混合料模量时，所施加的应力必须是小应力，混合料产生的变形也必须是微小的，以 确保混合料内部没有产生裂纹、集料颗粒没有大的位移等，只有这样测试得到的各向异性 才是纯粹的固有结构引起的各向异性，而不是由应力诱发的各向异性。
[0010] 尽管与第一种方法相比，这种方法实现了在同一试件上测试的目标，但却带来了 另外的问题。主要是该方法中模量的测试分为两个步骤，在第一步骤在对立方体试件施加 一个方向的压缩应力，必然引起与此方向平行的四个面产生向外侧的"隆起"变形，即使施 加应力水平较小，这种变形也不可避免。由于浙青混合料是典型的黏弹塑性材料，在压缩应 力撤除后，部分变形并不能完全恢复，这就导致在第二步骤施加另一方向压缩应力测试模 量时，必然导致模量测试的不准确。
[0011] 综上所述，目前浙青混合料各向异性程度的评价均是以混合料试件的模量测试为 基础，以不同方向的模量比为评价指标。此外，在模量比的获取上，目前的方法要么忽视了 试件个体差异，要么存在着损伤条件下模量测试不准确，或者存在着操作繁复等问题。因 此，有必要找到一种能够快速准确地对浙青混合料各向异性程度进行评估的新方法。
【发明内容】
[0012] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种浙青混合料的各向 异性程度评估方法，以浙青混合料内部集料颗粒的形状特征作为引起浙青混合料各向异性 的主要因素来对其各向异性程度进行评估，不但评估结果更准确，且可进一步利用现有图 像处理技术进行快速评估。
[0013] 本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0014] 一种浙青混合料的各向异性程度评估方法，利用各向异性度λ来度量浙青混合 料的各向异性程度，△越大，浙青混合料的各向异性程度越显著；所述各向异性度根据下 式得到：
【权利要求】
1. 一种浙青混合料的各向异性程度评估方法，其特征在于，利用各向异性度 A来度量浙青混合料的各向异性程度，A越大，浙青混合料的各向异性程度越显著；所述各 向异性度根据下式得到：
青混合料截面上第免个集料颗粒当量椭圆的扁平率；为浙青混合料截面上第i个集料 颗粒当量椭圆的长轴与截面水平方向的夹角；M为浙青混合料截面上集料颗粒的总数。
2. 如权利要求1所述浙青混合料的各向异性程度评估方法，其特征在于，所述浙青混 合料截面为：把待评估浙青混合料的圆柱体试件沿平行于圆柱体轴向的方向切割至少一次 所得到的至少一个截面。
3. 如权利要求2所述浙青混合料的各向异性程度评估方法，其特征在于，所述浙青混 合料截面为把待评估浙青混合料的圆柱体试件沿平行于圆柱体轴向的方向平行切割多次 所得到的多个截面。
4. 如权利要求3所述浙青混合料的各向异性程度评估方法，其特征在于，所述平行切 割多次为等间距平行切割。
5. 如权利要求1?4任一项所述浙青混合料的各向异性程度评估方法，其特征在于，计 算各向异性度所需的参数/,通过对所述浙青混合料截面的图像进行图像 处理得到。
6. 如权利要求5所述浙青混合料的各向异性程度评估方法，其特征在于，利用 Image-pro plus图像处理软件进行所述图像处理。
【文档编号】G06T7/00GK104361579SQ201410564296
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】陈俊, 刘鉴, 陈景雅, 陈永栋, 张倩倩 申请人:河海大学