（重慶交通大學 土木工程學院， 重慶 400074）

CT在瀝青混合料三維微觀結構的應用簡述

梅亮

（重慶交通大學 土木工程學院， 重慶 400074）

隨著社會的發(fā)展，科技的進步。CT也越來越被科研工作者們熟悉，它憑借自身快速，無損，準確等強大的優(yōu)點，在各個領域都占有一席之地。近幾年，道路工程的科研工作者們更加注重研究它在瀝青混合料的應用，并且在不斷的研究中取得了一定的研究成果。本文介紹了CT在瀝青混合料微觀結構中的應用，對今后相關研究具有一定借鑒意義。

CT；瀝青混合料；微觀結構

0 前言

雖然土木工程科研人員現在早已開始慢慢重視CT的運用了，但是目前相關研究還局限在這幾類：如直接觀測瀝青混凝土內部組分的空間分布特征，研究其內部的2D或者3D的體積參數，或者直接分析受力試件的掃描圖像的CT數，進行相關的破壞研究。充分地利用CT斷層掃描圖片，然后得到試件內部微觀結構的特征信息，將這些信息導入有限元軟件進行一定的數值模擬，并且進行一些經典的力學模擬，而這些模擬實驗主要集中在2D尺度下。

所以利用X-ray CT技術的瀝青混合料的相關研究，現在還是比較基礎的階段，并沒有完全充分的利用CT技術，構建出高質量的3D立體模型。因為目前研究人員對于其他學科的知識，特別是對目前人類最偉大的發(fā)明――計算機的融合還不是特別的充分，并且對于歷史悠久的傳統(tǒng)力學原理并沒有進行充分的傳承和發(fā)揚，所以廣大的土木工程科研人員還有許多可以進一步進行研究的空間。

1 三維微觀結構的應用

1.1 三維模型的建立

首先要做就是，將二維的圖像直接轉化為三維圖像，許多的研究人員都做出了一定的成果，促使了這方面研究的進展。

段躍華[1]也在探索著如何利用CT進行三維模型的重建，他在文中使用了重合面積法來進行三維的模型的重新構造，研究人員采用了高精度的最新工業(yè)CT進行實踐掃描，最后在Matlab軟件上進行了相關編程，然后使用高效性能的惠普計算機平臺進行計算，最后終于實現了三維試件的重新構建。

王聰[2]也在三維重建方向進行了研究，根據體繪制方法，首先利用CT儀掃描瀝青混合料內部微觀結構的大量特征信息，然后利用Mimics軟件將掃描的相關信息進行存儲，接著再講將得到的連續(xù)CT無損掃描圖像采取一定的措施來處理。最后利用Calculate 3D模塊建立三維可視化模型?？梢暬Ｐ偷木仁艿紺T圖像數量、掃描厚度與掃描間距等參數的影響CT圖像的具體數目、掃描的層間距將會極大的影響。

1.2 三維下的體積特征

研究人員在三維尺度下的瀝青混合料體積特征的研究也取得了一定的可觀的成績。

萬成[3]在文中利用了Xray-CT進行掃描。掃描儀主要由放射源和探測器兩個部分組成， 如果利用一般的CT進行掃描，由于瀝青混凝土試件的密度過大，那么成像一般不清晰，所以研究人員采購了工業(yè)CT，并進行了相關掃描。

吳文亮[4]在文章中分析了瀝青混合料的內部空隙散布的特點，眾所周知，瀝青混合料一種極其復雜的復合材料，其內部分布著大大小小的空隙，那么這些空隙必定對其力學性能有著一定的影響。但我們進行瀝青混合料的設計的時候，我們一般會采用許多參數來控制質量，但是這些參數僅僅從宏觀上來描述，根本沒有從微觀反應空隙的具體空間散布特點，但是空隙的散布情況對整體的性能有著特別大的影響。如果利用工業(yè)CT，就能夠在不破壞對象的情況下，對被掃描物體進行探測，然后在計算機內部進行圖像處理，定量的測量內部尺寸，和損傷。作者在文中制造了Marshall，其次對生成的試件進行CT無損掃描，最后將掃描圖片用VGStudio MAx 2.0進行處理，慢慢地構造了較好質量的3D試件。將瀝青混凝土試件當做研究對象，對其周圍的暗影進行優(yōu)化，然后通過大量的計算最后獲得了效果較好的分割閾值，然后對掃描得到的每個空隙進行統(tǒng)計分析。

最后通過實驗對比，得到結論Marshall方法制造的試件，其面空隙率沿試件縱向不斷變化；對于SGC成型的試件，在其中間范圍的空隙分布比較的平均；上、中、下面層取芯的試件，三個試件的孔隙率幾乎相同，試件的上面都有著最大的面孔隙率。

1.3 數值模擬

數值模擬實際上應該理解為用計算機來做實驗。總所周知，例如飛機的設計很早以前就開始在計算機上進行模擬實驗了，在計算機上面可以清晰的察看機翼上的各種細微變化。并且能夠運用計算機計算各種相關的數據。

數值模擬同樣可以用來對瀝青混合料細微結構在應力作用下的變化進行模擬。萬成[5]在文章中寫道：為了更好地預測瀝青混合料的動態(tài)模量，他使用高精度的工業(yè)CT無損掃描技術進行瀝青混合料試件掃描，隨后進行了動態(tài)模量相關的數值模擬實驗。在三維細觀尺度下，研究CT掃描圖像，從微觀尺度下研究宏觀的性能。運用工業(yè)CT掃描圖像，然后獲得微觀的特征信息，然后自行研發(fā)了程序，一鍵生成了三維數值模型。設定集料為彈性，瀝青膠漿為粘彈性。并采用修正的廣義Maxwell模型來進行表征，擬合出Prony級數的剪切松弛模量參數，然后生成有限元的模型。然后設定了和實際實驗相同的溫度下進行了對應的動態(tài)模量數值模擬。最后的實驗結果表明：數值模擬能夠同實際實驗很好的符合，可以利用數值模擬來預測實際。

萬蕾[6]在文中研究了離散元數值模擬。人們對數值模擬的結果的精度要求更高了。目前廣大的土木研究人員越來越關注離散元在數值模擬中的綜合運用了。利用工業(yè)CT掃描瀝青試件，然后構建了3D離散元幾何模型。此文告訴我們，綜合使用CT掃描技術和圖像數字處理技術，構建三維模型。然后通過自行編寫的對應程序，建立了有限元數值模型。最后進行了相應的實驗模擬，結果較好。這次嘗試對瀝青混合料力學性能離散元數值模擬奠定了一定的基礎。

2 結語

CT在瀝青混凝土的微觀尺度的研究已經有很大的進展了，強大的CT掃描技術幫助許多研究人員解決了以往難以解決的問題，并且是無損檢測。CT憑借其強大的無損掃描功能，將在未來繼續(xù)發(fā)揮強大的作用：

(1)CT掃描機以后如果隨著社會的發(fā)展，其價格有所降低的話，那會造福更多的科研機構。如果能夠很好的利用CT進行先關的研究，那么實驗效率更好，實驗準確率會更高，實驗方法會更加的豐富。

(2)如果以后CT能配備更加強大的計算機軟件，那么在瀝青混凝土的級配設計就夠更加優(yōu)化。有好的硬件設施，那下一步就是提供相關的更加強大的配套軟件，這樣研究人員使用CT技術的時候就不需要花費更多的心思去自行開發(fā)先關的軟件。

(3)提升CT的性能。如果CT的性能提高，圖像更加清晰，計算機進行圖片處理后，得到的優(yōu)化后的圖片會更加的符合研究人員實驗的需要，最后用此為基礎的研究會有更高的準確度。

[1]段躍華. 基于X-ray CT的瀝青混合料粗集料基礎特性研究[D].華南理工大學,2011.

[2]王聰. 基于CT技術的瀝青混合料力學行為及三維重構研究[D].大連海事大學,2012.

[3]萬成,張肖寧,王邵懷,吳文亮,吳志勇. 基于X-CT技術的瀝青混合料三維數值化試樣重建[J]. 公路交通科技,2010,11:33-37+42

[4]吳文亮,王端宜,張肖寧,李智. 基于工業(yè)CT技術的瀝青混合料內部空隙分布特性[J]. 中南大學學報(自然科學版),2012,06:2343-2348.

[5]萬成. 瀝青混凝土材料細觀損傷的數值模擬[J]. 交通科技.2006.01.：56-58.

[6]萬蕾,范亮平. 瀝青混合料三維離散元幾何模型重構研究[J]. 低溫建筑技術,2016,01:3-5.

G322

：B

1007-6344（2017）08-0317-01