沥青混合料是由集料、沥青、矿粉和添加剂等组成的多相复合材料,复杂的材料组成导致荷载作用下产生复杂的破坏类型.传统宏观尺度经验性评价方法难以获取沥青混合料内部材料分布状态,以及荷载作用下应力应变传递机制,因此,无法从机理上揭示沥青混合料的破坏机理.细观尺度的研究方法和测试手段,包括颗粒堆积理论、数字图像处理技术和工业CT等,为研究沥青混合料细观结构及应力应变传递机制提供新的思路.在细观尺度上,沥青混合料包括形成骨架的集料和填充骨架之间空隙的砂浆,即骨架填充体系.
　　以沥青混合料骨架填充体系为研究对象,采用细观尺度的研究方法,提出了骨架填充体系评价方法,开发了细观结构识别及提取算法,分析了骨架填充状态对细观结构的影响,揭示了骨架填充体系应变场分布规律,以及集料砂浆接触力传递机制.具体研究内容及成果如下:
　　根据集料在沥青混合料中的骨架填充作用,提出了集料颗粒分级方法,确定了主骨架颗粒、干涉颗粒和填充颗粒的粒径范围.通过CPM模型计算多级颗粒的虚拟堆积密实度,结合级配曲线计算堆积体的体积和形成空隙的体积,进而提出了干涉系数和填充系数的计算方法,并计算不同沥青混合料干涉系数和填充系数.
　　基于工业CT获取沥青混合料二维断面图像,采用模糊集理论提出了图像降噪增强算法,并比较分析模糊集算法相比常用算法的准确性.通过多阈值最大类间方差法、图像形态学处理和分水岭图像分割方法,实现了图像阈值分割、孔洞填充和粘连分割,得出了断面图像颗粒粒径分布信息.通过体视学方法将二维级配转换为三维级配,并与设计级配进行比较,验证了提出的细观结构识别算法的有效性和准确性.
　　基于图像处理技术提出骨架颗粒之间接触点数量和有效砂浆膜厚度计算方法.通过分析骨架颗粒之间的接触特性,得出干涉系数越高,沥青混合料中存在更多的干涉颗粒之间的接触,较少的主骨架颗粒之间的接触.通过分析有效砂浆膜分布,得出主骨架颗粒之间有效砂浆膜最薄,填充程度高的沥青混合料,骨架颗粒之间的有效砂浆膜也较厚.通过分形理论对空隙分布进行研究,得出空隙体积分布均匀性和空间位置分布均匀性随干涉填充系数变化规律.
　　通过虚拟剪切和平移试验,确定了数字散斑方法计算精度及最佳测试参数.采用数字散斑方法结合数字图像处理技术,提出沥青混合料砂浆位置应变场提取方法.通过分析砂浆位置应变场分布,得出了高应变区应变均值随填充系数减小而增大,而高应变区面积随着填充系数减小而减小.通过分析砂浆高应变区周围颗粒分布,得出高应变区干涉颗粒比例不断增大,主骨架颗粒比例不断降低,说明高应变区首先发生在主骨架颗粒周围,并向干涉颗粒扩展.
　　基于数字图像建立了沥青混合料离散元模型,采用动态剪切流变仪获取沥青砂浆宏观粘弹性参数,进而推导出离散元模型中的沥青砂浆微观Burgers模型参数.通过与数字散斑实测结果进行比较,验证了建立的离散元模型的准确性.通过分析骨架结构对集料和砂浆接触力的影响,得出主骨架颗粒是沥青混合料中主要的传力介质,并且干涉程度越低,主骨架颗粒相对承担接触力越高,同时,填充系数低的沥青混合料,沥青砂浆接触力变异系数越大,局部化现象更严重.通过分析砂浆属性对集料和砂浆接触力的影响,得出沥青砂浆模量越低,接触力局部化程度较高,越容易发生局部破坏.