空隙率分布对水分的影响.docx

装订线 毕业设计（论文）空隙率分布对水分的影响描述和表征沥青混合料制备沥青混合试件实验室使用的沥青混合试件使用pg76-22沥青结合料制造（马林，科珀斯克里斯蒂，得克萨斯州）和经破碎的河道砂石骨料。试件的制备采用两种不同的级配，在旋转压实仪里面的两个压实角，从顶部和底部修剪，以便产生不同的空隙率分布。图1中提出的，在这项研究中所使用的两个级配有12.5mm的最大粒径。表1包括两个级配的混合特性。旋转压实仪用于压实大小为直径为150mm和高度为165mm的圆柱形试件。 如表2详细所诉，压实角为1.25和2.5的预备试件属于a级配，而只有一个角度1.25被用于预备b级配的试件。 这些试件是空心的和小幅裁切顶部和底部的尺寸为直径100mm，高150mm。空隙率的百分率由实验室内使用真空密度测定仪系统测量所获得（introtek公司，北卡罗来纳州罗利）（美国试验材料学会，2006a）。 预制12种级配类型的试件，以及其中一半使用过程中的含水量影响稍后会详述。因此，对于表2中列出的每种混合类型，其中三次重复试件有效。正如将在后面讨论的，试件被进一步在不同的位置裁切（在表2中的标记中心以及倾斜）直到最终高度为100mm。在这些较小试件中使用渗透性测量和机械测试。渗透性测量渗透性是孔隙介质的一个属性，涉及其传输和排水能力。常水头法被用来测量a级配和b级配混合试件的渗透率（美国材料与试验协会 2006年b）。在测试期间，每个试件用橡胶膜包裹，然后放置在三轴渗透管中，其中的水被用于施加34.5 kpa的横向围压。然后，通过试件将压力施加到诱导水流中，即使在相对较高的水平，例如施加的压力高达275.8kpa，也没有水的流动。第二次尝试包括在用水达到饱和的试件前采用真空的渗透性的测试程序。类似第一种情况下，也没有水流通过试件进行测定。第三种尝试了采用真空饱和的多孔石料将真空饱和试件的顶部尝试超出流动在边界，但没有水的流动来完成。最近的研究经验表明，在压实沥青混合料的圆桶的边缘进行往返运动可以显著的降低其渗透率（莫平2000年）。为了排除这种可能性，制备混合a级配的新样本没有修剪顶部和底部的边缘（165mm高）。对不饱和的和真空饱和的试件进行测试，在这两种情况下测量，没有水的流动。因此，得出的结论是试件a和b这两个级配是不透水的。使用x射线ct技术研究空隙率分布系统描述及校准x射线ct技术被用来评价沥青混合料试件内部的空隙率分布。这种评价的目的是要确定试件之间的空隙率分布是否有某种差异，并分析这种分布。x射线ct技术是一种非破坏性技术，用于观察不透明物体的内部特性。一个x射线源发出已知强度的光束穿过试件，光束到达一个探测器，在那里衰减的光束强度会被测量出来。然后将试件相对于它的中心旋转360，如此可以建立一个完整的二维图象。该试件移至垂直方向上某个给定的固定间隙，所以在不同高度的位置上可以得到不同的图像，从而能够描述试件的整体。在扫描沥青混合料试件前，用直径为100mm的混凝土芯来校准，因为它的x射线衰减性能类似与被分析的沥青混合料试件。标准试件，也被称为楔形，通常用于纠正的x射线硬化和环形伪影的影响（凯查姆和卡尔森2001年）。使用512频道的探测器其垂直间距为1mm来捕捉图像。图像水平分辨率为0.2mm/ pixel。图像处理使用image-pro plus软件（media cybernetics公司，贝塞斯达，马里兰州）的ipbasic功能来开发的宏是用来处理和分析图像的（al-omari等. 2002年）。宏加载的图像及将它们转换为黑色和白色的基础上的用户输入的阈值介于0到255，它表示该图像中的级配等级。如果测得是级配强度低于指定的阈值，被赋的值为0（黑色），如果它高于指定的阈值，它被就会赋予一个值为255（白）。把原始图像转换成黑白构图，其中黑色代表空隙，白色代表骨料和沥青粘结剂。合适的阈值是对应的宏输出的平均空隙率得到的（av），使用下面的公式计算，就可以用真空密度测定仪系统得到实验室里测定的空隙率：其中p =的图像总数；（av）=图像i的空隙面积；at=横截面的图像区域。连通性分析x光ct图像也被用来研究空隙率的连通性。临界值的图像被转换成二进制文本文件，所形成的图像的每个像素是由一个数字值的矩阵转换组成的。如果像素表示无效，相应的二进制文件中的数是零，并且如果它表示有效，相应的数字是一。将这些二进制文件公式输入翻译器（康柏电脑公司，休斯顿）以建立算法。该算法首先单独处理每个二进制文件，并扫描每一个数值，当它遇到一个零，它会检查八个附近的号码，如果有更多的零，它们会被组合在一起作为相同无效的部分。一旦每个单独的图像被进行分析，该算法进行分析的垂直的连接，从图像堆栈中的顶部移到底部。对于每一个确定无效对象，它会检查下一个图像中的相同位置和八个附近的号码到该位置。如果有另一个零在其他地方，空隙被认为是连接在竖直方向上。相同的过程再来一次，时间是从图像堆栈中的底部开始，考虑到的任何空气中的路径的曲折度。该算法的输出文件用image-pro plus软件将它们转换成图像文件处理。由此产生的图像显示连接路径存在或空白影像如果没有连接空隙就会被识别为试件中的空隙。两个a级配和b试件的连通性分析输出产生的空白图像，这意味着所分析的试件中没有连续空隙可检测到的。这一发现支持了在上一节中所讨论的试件的磁导率的不足。空隙率分布ipbasic宏计算空隙率百分比每幅图像用公式1计算，平均孔隙半径如下：这里：mi=图像上每一个空隙数初始空隙率分析使用的12个混合a级配试件，其直径为100mm，高为150mm，分别使用两个不同的压实角制备。图像分析表明，所有这些试件的空隙率分布百分比、空隙率、空隙率半径，其随深度变化的变化是相似的。因此，决定通过微调试件不同的部位的顶部和底部，增加a级配试件之间的差异。决定微调的位置时，应考虑两个主要因素。首先是有一组试件使用均匀的空隙率分布，另一组用在该领域的中心中观察到的相似分布，用较大的孔隙表面百分比（tashman等人，2002年）。第二个考虑是比较两组修剪后的空隙率的平均百分比。因此，一些a级配的试件进一步剪裁，可以从顶部到底部以25mm等距的裁剪（中心裁剪），也可以以小于顶部15mm和大雨底部35mm进行裁剪（倾斜裁剪）。中心裁剪的试件进行标记a1和倾斜裁剪的试件标记为a2，如表2中所示。此外，试件混合b级配的制备使用先前所述的裁剪方法（中心裁剪和倾斜裁剪）以及令其直径为100mm，高度为100mm，并使用x-射线ct进行扫描。类似的a级配试件，采用中心裁剪方式的试件标记为b1，采用倾斜裁剪方式的试件标记为b2。每组各属于不同类型的混合试件被用来描述空隙率分布的平均值。图2表示了的平均空隙率随深度变化，图3表示了为四种类型的混合料的平均孔隙半径随深度变化。在图4中，空气孔隙率之间的关系，提出每个图像中的平均空隙率半径，其中显示的范围，包括每种混合物类型空隙率和空隙率半径。混合料b2的孔隙率具有较高的半径范围（从0.76mm-0.97mm），而混合料a1有最小的范围，包括百分比和半径（分别从4.6-7.1和从0.67-0.77mm）。混合料b1和b2通过对比孔隙率（4.9-8.8相对于4.8-8.2），混合料b2的有较大的空隙半径（0.65-0.85mm相对于0.76mm-0.97mm），如图3和4。湿度调节半数的试件各级配类型和裁剪条件经受水分调节过程中使用压实沥青混合料的抗潮湿诱发的损害测试的标准方法（美国国有公路运输管理员协会，2002）。mc是水分调节的缩写，混合料类型的标注如表2所示。根据标准，试件进行真空饱和应达到一定程度，使得饱和度在70和80之间。真空饱和试件至