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摘 要

研究表明改性沥青混合料宏观力学性能与内部微观结构有很大联系，因此有必要对改性沥青混合料的微观结构进行深入研究。本文主要用三个试验来研究不同水浴时间（6小时，2天，4天）的盐化物（MFL）改性沥青混合料内部结构的变化情况。第一个试验方法是水中重法，通过这个方法测量改性沥青混合料试件空隙率，由此对其微观结构有一个总体认识；第二个试验方法是CT断层扫描法，然后使用MATLAB和IPP（Image Pro Plus）等软件分析扫描出来的图像，由此初步了解试件内部细观结构，包括集料形状、分布，孔径分布等特征；第三个试验方法是压汞法，即MIP（Mercury intrusion porosimetry），从微米级的角度分析改性沥青混合料的微观结构，主要是孔隙率和孔径分布。最后，总结对比三个试验结果，得出结论：随着水浴时间的增加，沥青混合料内部的MFL会逐渐析出，试件内部大孔（孔径60-200）数量增加明显，试件空隙率增大。

关键词：改性沥青混合料，微观结构，CT断层扫描，压汞法，空隙率。

ANALYSIS ON MICROSTRUCTURE OF

MODIFIED ASPHALT MIXTURE

Abstract

The research shows that the modified asphalt mixture ‘s mechanical properties have much to do with their macrostructure, so it is necessary to study on its macrostructure. This paper focus on three experiments to study the changes of microstructure of modified asphalt mixture with MFL after three different period of water bath (6 hours, 2days and 4 days). First experiment is submerged weight method. Through this method, we can measure the air void content in modified asphalt mixtures and have a whole understanding of their microstructure. Second experiment is CT scanning method. By using this method, we scan the samples of asphalt concrete mixtures with the High-resolution industrial CT scanner and use MATLAB and IPP (Image Pro Plus) to analysis the images. In this way, we can get some preliminary understanding of the samples’ inside micro structures including the shape and distribution of aggregates, characteristics of the air void distribution. Third experiment is MIP (Mercury intrusion porosimetry). We use MIP to analysis the mixtures’ structure with resolution at the micron scale, especially the distribution of air void and the air void content. Finally, by summing up the results of three methods mentioned above, we get several conclusions: With the increase of the time of water bath, the MFL inside the modified asphalt mixture will gradually precipitation, the number of big pores inside the mixture (pore size 60μm-200μm) increased significantly and the porosity of specimen increase.

Key words: Modified asphalt mixtures; Micro structure; CT scan; MIP; Air void content

目 录

第一章 绪 论 1

1.1研究背景和意义 1

1.2国内外研究现状分析 1

1.2.1沥青混合料空隙研究 1

1.2.2沥青混合料集料形状及分布研究 2

1.2.3沥青混合料破坏行为究 3

1.2.4沥青混合料部结构模拟 3

1.3主要研究内容 4

第二章 改性沥青混合料试件制备 5

2.1 试件主要组成成分 5

2.2 沥青混合料组成和设计 5

2.2.1 原材料密度 5

2.2.2 油石比的确定 6

2.2.3 配合比设计方法与指标要求 7

2.2.4 AC-13目标级配设计 8

2.2.5 盐化物替换量 9

2.2.6 各试件成分汇总 9

2.3 试件成型方法 9

第三章 改性沥青混合料微观结构试验方法 10

3.1 水中重法 10

3.1.1 试验方法与步骤 10

3.1.2 相关计算公式 10

3.2 基于X-Ray CT断层扫描技术的试验方法 10

3.2.1 引言 10

3.2.2 数字图像技术处理技术简介 11

3.2.3 X-ray CT断层扫描 12

3.2.4 图像处理过程 12

（1） 图像转换 12

（2） 图像增强 13

（3） 图像分割 14

3.2.5 图像分析算法 15

3.3 压汞法（MIP） 17

3.3.1 引言 17

3.3.2 压汞法基本原理 17

3.3.3 压汞法使用范围 17

3.3.4 压汞仪 18

3.3.5 压汞仪有效接触角研究 18

第四章 水中重法、CT扫描法和压汞法试验结果与分析 20

4.1水中重法 20

4.1.1 试验结果 20

4.1.2 结果分析 21

4.2 CT扫描法实验结果与分析 21

4.2.1 CT扫描法试验过程与结果 21

4.2.2 CT扫描法优化过程与结果分析 21

4.3压汞法试验结果与分析 24

4.3.1 沥青混合料有效接触角试验结果与分析 24

4.3.2 压汞法试验结果 24

（1）压汞数据分析 24

（2）压汞图像分析 25

4.4 三种试验方法结果汇总与分析 29

第五章 结论与展望 32

5.1 主要结论 32

5.2 进一步研究的展望 32

致谢 33

参考文献 34

第一章 绪 论

1.1研究背景和意义

随着我国生活水平的提高，汽车保有量不断加大，这是对道路使用性能的一个严峻挑战。和水泥混凝土路面相比，沥青混凝土路面有很多优点，如路面平整、行车噪声低以及维修养护方便等。在我国高速公路和一级公路系统中，沥青混凝土路面占据了绝大部分。而随着经济的发展，低等级公路中沥青路面的比例也越来越高。但是，随着沥青路面的大面积使用，各种各样的病害问题也渐渐出现，例如冻融、车辙、泛油等。沥青是一种粘弹性材料，对温度很敏感，夏季路面温度常常能超过50℃，甚至会达到60℃，而在这种温度下，沥青极容易软化，导致抗变形能力大幅度降低，由此导致车辙现象。导致路面病害的另一方面原因就是超载。在我国，超载现象十分严重，而且往往都是大客车，大卡车超载，超载量有时甚至能达到几倍，虽然路面结构在设计的时候有安全系数，但是大量反复的超载依旧是对路面结构的极大破坏。冻融病害也是一大问题，这种问题在北方尤其常见，在一年中气温最低的冬季，路面会结冰，沥青在低温下会变脆，导致抗劈裂性能大幅度降低，由此产生路面裂缝和车辙等病害。

道路的服务水平以及使用寿命在很大程度上是由沥青路面的使用性能决定的，而沥青路面的使用性能则和沥青路面中的沥青混合料的性能有密切的联系。沥青混合料具有非常复杂的物理结构，是典型的非均质、三相（气态、液态、固态）和多层次（宏观、细观、微观）的复合体系，组成成分主要为集料、沥青胶浆和空隙，改性沥青混合料作为本文的主要研究对象，与普通的沥青混合料相比稍有不同：使用的改性沥青为SBS改性沥青；加入了以MFL为代表的粉末状盐化物，用于代替矿粉；加入了TPS改性剂。

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