楊旋，趙毅，田澤宇，楊小丁

(1.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074；2.重慶交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400074；3.河北省高速公路京衡管理處，河北 衡水 050000 )

瀝青混合料通常視作是由集料、瀝青砂漿和空隙組成的具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三相復(fù)合材料，且集料和瀝青砂漿本身均是各向異性的材料，具有多尺度特性[1-2]。瀝青混合料的研究尺度可分為宏觀、細(xì)觀、微觀和納觀四個(gè)水平[3]。傳統(tǒng)室內(nèi)試驗(yàn)方法主要從宏觀尺度對(duì)瀝青混合料的整體特性與路用性能進(jìn)行研究，無法反映瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)各組分的空間分布特征。瀝青混合料的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)如集料分布、空隙分布、瀝青膠漿性質(zhì)以及不同微細(xì)觀結(jié)構(gòu)與路面性能之間的關(guān)系等方面的研究相對(duì)較少[4]。

CT技術(shù)是一種無損檢測(cè)技術(shù)，用于獲取試件內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的大量連續(xù)截面圖像。近年來，該技術(shù)已越來越多地用于瀝青混凝土[5-6]、水泥混凝土[7]和巖石[8]的結(jié)構(gòu)表征。可用于重建樣品的3D結(jié)構(gòu)，以便在各種載荷和環(huán)境條件下對(duì)材料的性能進(jìn)行數(shù)值模擬。同時(shí)，由于CT技術(shù)是一種非破壞性技術(shù)，經(jīng)過CT掃描后的樣品仍然保持其完整性，可用于其他非破壞性或破壞性的宏觀性能試驗(yàn)，如強(qiáng)度或模量試驗(yàn)。因此，CT技術(shù)是研究微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能關(guān)系的最有效工具之一。

1 X-CT掃描技術(shù)

利用 X 射線掃描探測(cè)被檢測(cè)物體獲取垂直于試件高度方向上的圓形斷面圖像，X-ray斷層掃描原理見圖1[9]。CT掃描技術(shù)是利用 X 射線與探測(cè)器對(duì)物體進(jìn)行斷面掃描的，由于物體不同部位對(duì)X射線的吸收率和通過率不同，X射線穿透物體后，其強(qiáng)度會(huì)發(fā)生不同程度的衰減，探測(cè)器可以探測(cè)到X射線穿透物體后的強(qiáng)度信息，將該信息錄入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，即可獲得掃描物體的斷面或立體圖像。

圖1 X-ray斷層掃描原理[9]

2 瀝青混合料空隙分布特征

細(xì)觀空隙分布特征對(duì)瀝青混合料的性能有重要影響[10-11]。目前，關(guān)于細(xì)觀空隙分布的研究主要集中于以下方面：細(xì)觀空隙分布特征及其影響因素和細(xì)觀空隙識(shí)別精度及其對(duì)宏觀性能的影響規(guī)律。

2.1 細(xì)觀空隙分布特征

對(duì)瀝青混合料空隙細(xì)觀分布特征的研究主要采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，需要統(tǒng)計(jì)計(jì)算的空隙特征參數(shù)可分為兩類：一類為表征空隙數(shù)量的參數(shù)；另一類為表征空隙大小的參數(shù)(表1)。連通空隙分布特征是透水瀝青混合料細(xì)觀空隙研究的重點(diǎn)，Masad等[12]根據(jù)瀝青混合料CT圖像提出了識(shí)別空隙是否連通的算法。該算法從瀝青混合料試件頂部第一幅圖像開始，對(duì)于每個(gè)識(shí)別出的空隙，檢查下一張圖像中的相同及其周圍位置，如果在這些位置中的任何一處存在空隙，則認(rèn)為該空隙在這兩幅圖像中連通，重復(fù)相同的步驟，直至檢查完底部最后一幅圖像。表征連通空隙特征的參數(shù)見表1、表2。

表1 表征空隙的參數(shù)

表2 表征連通空隙的參數(shù)

裴建中等[13]基于多孔瀝青混合料試件CT掃描圖像，采用空隙率、空隙輪廓分維數(shù)與空隙面積分維數(shù)等參數(shù)對(duì)空隙的豎向分布特征進(jìn)行研究。郭乃勝等[14]利用CT技術(shù)和DIP技術(shù)獲取了瀝青混合料的計(jì)算空隙率，發(fā)現(xiàn)單層截面計(jì)算空隙率與試件高度有關(guān)，據(jù)此提出了三段式的劃分方法(圖2)，建立了中部空隙貢獻(xiàn)值與整體計(jì)算空隙率的關(guān)系，從而快速預(yù)測(cè)瀝青混合料空隙率。

圖2 三段式分區(qū)法示意[15]

2.2 細(xì)觀空隙識(shí)別精度

CT機(jī)參數(shù)的合理配置對(duì)瀝青混合料細(xì)觀結(jié)構(gòu)重建的準(zhǔn)確性有重要影響，在CT掃描瀝青混合料過程中，提高掃描精度最有效的途徑是參數(shù)調(diào)節(jié)和優(yōu)化[15]。譚憶秋等[16]對(duì)CT機(jī)參數(shù)配置及混合料級(jí)配類型對(duì)空隙率測(cè)試精度的影響進(jìn)行研究，確定了最優(yōu)CT設(shè)備參數(shù)配置。此外，由于CT成像機(jī)理及瀝青混合料級(jí)配組成變化(級(jí)配越細(xì)，射線相對(duì)出入界面的次數(shù)越頻，能量損失越大，反射射線的干擾越嚴(yán)重)等因素，使得瀝青混合料CT圖像的差異性物質(zhì)很難被有效識(shí)別。同時(shí)，理論上具有相同密度的物質(zhì)在不同位置的灰度值應(yīng)一致，但由于工業(yè)CT機(jī)掃描能量的限制，使其在距試件中心軸不同距離的位置呈現(xiàn)不同的明暗程度。這些都給集料、空隙以及瀝青膠漿信息的準(zhǔn)確識(shí)別帶來困難，因此，必須對(duì)CT圖像進(jìn)行精細(xì)化處理后才能準(zhǔn)確地識(shí)別空隙信息，主要包括圖像增強(qiáng)、圖像分割及圖像識(shí)別等操作[17-18]。

通過圖像增強(qiáng)技術(shù)，能夠突出圖像中各組分物質(zhì)的顯著特征，真實(shí)反映圖像的有效信息，改善圖像的判讀和識(shí)別效果。瀝青混合料CT圖像的增強(qiáng)主要采用灰度變換、直方圖處理、中值濾波、圖像平滑、維納濾波等方法實(shí)現(xiàn)?；叶茸儞Q和直方圖處理等方法可以提升CT圖像的對(duì)比度，中值濾波、圖像平滑及維納濾波等能降低CT圖像的噪聲，提高信噪比。增強(qiáng)后的CT圖像，噪聲明顯降低，且不同物質(zhì)像素間的對(duì)比度顯著提升。之后，可對(duì)瀝青混合料的各相材料進(jìn)行識(shí)別，獲取目標(biāo)物質(zhì)的圖像信息。圖像的識(shí)別方法主要包括閾值法、區(qū)域法、邊緣法和特定理論法[17]。閾值分割方法是瀝青混合料CT圖像分割中應(yīng)用最多的，常用的方法包括OTSU閾值分割和迭代閾值分割等。圖像閾值分割的關(guān)鍵問題是確定合適的閾值。密級(jí)配瀝青混合料細(xì)集料顆粒較多，圖像處理過程中常發(fā)現(xiàn)很多粘連顆粒需要分割。Zhang等[19]研究認(rèn)為，對(duì)路面芯樣的CT圖像分割，OTSU方法不夠有效，并建立了基于環(huán)形分割的迭代閾值分割算法，可有效地分割圖像中粗集料顆粒；洪浩等[20]提出OTSU算法與遺傳算法(GA)相結(jié)合的閾值分割方法。

2.3 細(xì)觀空隙分布影響因素

瀝青混合料的空隙細(xì)觀分布特征受級(jí)配類型、壓實(shí)方式、試件尺寸等多種因素的影響，而且在瀝青混合料設(shè)計(jì)階段做出的微小改變，都會(huì)使其細(xì)觀結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大的變化。

王聰?shù)萚21]運(yùn)用不同成型方法成型瀝青混合料試件，采用CT技術(shù)研究其內(nèi)部空隙特征，發(fā)現(xiàn)試件成型方法及級(jí)配類型對(duì)空隙的空間分布有重要影響。Xu等[22]通過對(duì)體積參數(shù)相同的樣品(如VCA和VMA)進(jìn)行CT掃描，發(fā)現(xiàn)相同體積參數(shù)的樣品內(nèi)部空隙分布不同。Lublóy 等[23]通過 CT 技術(shù)對(duì)瀝青路面鉆芯試樣進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在瀝青路面不同面層內(nèi)部的空隙呈不均勻分布，且不同面層交界處的空隙含量會(huì)發(fā)生突變。

2.4 細(xì)觀空隙分布與宏觀性能關(guān)系

瀝青混合料作為一種多孔性材料，其宏觀性能受空隙的尺寸、形貌、空間分布及連通性等影響很大。蔣瑋等[24]基于CT技術(shù)研究了多孔瀝青混合料細(xì)觀空隙特征對(duì)混合料性能之間的關(guān)系，研究表明，對(duì)于相近空隙率的多孔瀝青混合料，不同的材料組成會(huì)造成路用性能和降噪功能的不同，并認(rèn)為空隙等效直徑的變化是造成這種差異的重要因素。Torres[25]研究認(rèn)為，連通空隙的分布特征對(duì)瀝青混合料滲透性有重要影響。肖鑫等[26-27]利用CT技術(shù)研究了排水瀝青混合料連通空隙細(xì)觀特征對(duì)滲流的影響，建立了滲水?dāng)?shù)值模型。Zhao等[28]采用CT技術(shù)研究了連通空隙對(duì)多孔瀝青混凝土滲透性的有效性，將連通空隙分為有效連通空隙和無效連通空隙，發(fā)現(xiàn)有效連通空隙率與總空隙率高度相關(guān)，無效連通空隙以向樣品中心集中的方式分布，而有效連通空隙則稍微靠近樣品外部邊緣分布，并提出采用位置偏心率作為空隙分布均勻性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

基于統(tǒng)計(jì)方法的瀝青混合料空隙細(xì)觀分布研究，其結(jié)果的精確程度極大地得受到CT掃描精度、圖像質(zhì)量以及圖像處理技術(shù)的限制，因此，必須進(jìn)一步發(fā)展CT技術(shù)掃描精度和圖像分析技術(shù)，以對(duì)瀝青混合料的空隙分布進(jìn)行更加詳細(xì)和全面的分析，從而更好地理解瀝青混合料細(xì)觀空隙分布特征及其對(duì)宏觀性能的影響規(guī)律。

3 瀝青混合料均勻性

隨著公路瀝青路面的大規(guī)模應(yīng)用和早期損害的頻繁出現(xiàn)，對(duì)瀝青路面均勻性的評(píng)價(jià)和控制變得越來越重要。測(cè)試瀝青路面均質(zhì)性的常規(guī)方法包括鋪砂法、目測(cè)法和核子密度測(cè)量法，旨在通過研究瀝青混合料的空隙和密度等來間接研究瀝青混合料的均質(zhì)性。但這些方法只能用于評(píng)估瀝青混合料表面的均勻性，而無法獲得有關(guān)垂直均勻性的信息。隨著CT技術(shù)的迅猛發(fā)展，其被越來越多地應(yīng)用于瀝青混合料均勻性研究。

3.1 二維均勻性評(píng)價(jià)

采用CT技術(shù)獲取瀝青混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像，然后對(duì)其典型斷面圖像進(jìn)行不均勻程度分析，進(jìn)而評(píng)價(jià)集料的均勻性。葉飛[29]采用CT掃描技術(shù)對(duì)不同均勻程度的集料進(jìn)行掃描，選擇其典型部位的斷面圖像，通過格子方差法、MATLAB法和繪制三角形法進(jìn)行不均勻程度判斷，最后計(jì)算出每檔集料的離析程度。胡力群等[30]采用CT掃描儀獲取不同離析程度的集料截面圖像，提出顆粒分布離散系數(shù)作為路面混合料均勻性評(píng)價(jià)指標(biāo)，并將此評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)用于實(shí)際工程中，同時(shí)給出了基于離散系數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)的離析程度等級(jí)劃分建議值，離散系數(shù)在 0～0.5 屬于無離析、0.5～1.0屬于輕度離析、1.0～1.5屬于中度離析，大于 1.5 屬于嚴(yán)重離析。

3.2 三維均勻性評(píng)價(jià)

運(yùn)用CT技術(shù)三維重構(gòu)瀝青混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能夠真實(shí)地反映集料顆粒的空間形態(tài)。因此，CT技術(shù)被更多地應(yīng)用于集料結(jié)構(gòu)三維均勻性評(píng)價(jià)。

Azari[31]基于瀝青混合料試件CT掃描圖像，建立了以標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布參數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)的瀝青混合料集料分布均勻性評(píng)價(jià)方法。Liu等[32]采用CT技術(shù)和分形理論研究了瀝青混合料鉆芯試樣的均勻性，研究表明，分形維數(shù)與均勻性系數(shù)具有良好的負(fù)相關(guān)性，分形維數(shù)可以定義瀝青路面的離析。李智等[33]基于CT技術(shù)虛擬重構(gòu)了瀝青混合料試件，并對(duì)重構(gòu)試件進(jìn)行虛擬抗壓試驗(yàn)，據(jù)此提出了采用截面壓應(yīng)力均值和應(yīng)力分量分布不均勻系數(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)瀝青混合料質(zhì)量均勻性。

郭乃勝等[34-35]運(yùn)用CT技術(shù)獲取瀝青混合料試件截面粗集料、砂漿和空隙的分布特征，分析各組分的密度和面積，建立了瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻性評(píng)價(jià)方法。單層截面均勻性評(píng)價(jià)指標(biāo)(Kd)，見式(1)，單一瀝青混合料試件均勻性評(píng)價(jià)指標(biāo)(Kz)，見式(2)。

(1)

(2)

其中，ρij、ρdij分別為試件第j層截面中第i個(gè)區(qū)域的均勻性評(píng)價(jià)參數(shù)和評(píng)價(jià)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值；n為試件數(shù)字圖像截面層數(shù)；t為單層截面同心圓數(shù)。

國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者雖然應(yīng)用CT技術(shù)對(duì)瀝青混合料均勻性評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)和判定標(biāo)準(zhǔn)等方面已取得大量研究成果，但國(guó)內(nèi)外尚未形成統(tǒng)一的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有研究成果尚不成熟。而且，由于CT圖像分辨率及圖像處理技術(shù)等的限制，也會(huì)影響最終集料分布均勻性的評(píng)價(jià)結(jié)果。

4 瀝青混合料微觀結(jié)構(gòu)損傷

導(dǎo)致宏觀強(qiáng)度降低的微觀結(jié)構(gòu)演變，例如微裂紋或微孔隙的生長(zhǎng)，稱為損傷。Wang等[36]認(rèn)為，空隙過多會(huì)降低瀝青混合料對(duì)路面損壞的抵抗力，因?yàn)榭障稛o法傳遞載荷，從而使可用來抵抗施加力的有效面積減小(單位面積上的集中力更高)而使材料變?nèi)?，并提出了損傷參數(shù)表征損壞以及兩個(gè)損壞面之間的相互作用強(qiáng)度?？障逗土芽p決定了瀝青混合料試樣的破壞參數(shù)值。使用CT掃描系統(tǒng)以及數(shù)字圖像分析技術(shù)，可以檢測(cè)出空隙和裂縫，以檢測(cè)瀝青混合料樣品中的損傷參數(shù)。在瀝青混合料微觀結(jié)構(gòu)損傷的研究中，通過CT技術(shù)比較變形前后空隙率、平均空隙尺寸和空隙形狀等空隙特征的變化能夠反映不同載荷條件下瀝青混合料的損傷累積。

4.1 疲勞

瀝青混合料的疲勞通常由三種狀態(tài)組成，即裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展和破壞。第一步是裂紋萌生，首先產(chǎn)生微裂紋，然后微裂紋擴(kuò)展，形成大裂紋。最后一個(gè)狀態(tài)是破壞，這是由于不穩(wěn)定的裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致的。

Hassan等[37]利用CT技術(shù)對(duì)比分析了瀝青混合料試件在進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)和間接拉伸疲勞試驗(yàn)前后的空隙和裂紋特性。對(duì)于壓縮下變形相關(guān)的損傷，推薦采用空隙率和空隙形狀進(jìn)行表征；而對(duì)于裂紋擴(kuò)展的表征，推薦采用分形維數(shù)、裂紋密度、裂紋彎曲度和裂紋分支因子。肖佳哲[38]基于CT技術(shù)和凍融循環(huán)試驗(yàn)對(duì)凍融條件下瀝青混合料內(nèi)部細(xì)觀參數(shù)的變化進(jìn)行研究，分析比較了各參數(shù)對(duì)凍融作用的敏感性，提出將空隙率作為敏感參數(shù)修正疲勞方程。

4.2 永久變形

永久變形由兩種不同的機(jī)制組成：致密化和反復(fù)剪切變形。永久變形與微裂紋有關(guān)，當(dāng)進(jìn)行反復(fù)加載時(shí)，瀝青混合料會(huì)隨著塑性變形的積累而硬化。由于無法快速愈合，瀝青混合料會(huì)產(chǎn)生微裂紋。

Tashman等[39]在三軸壓縮試驗(yàn)之前和之后，使用CT技術(shù)研究了瀝青混合料在高溫下的損傷演變，發(fā)現(xiàn)試樣的頂部顯示出明顯的開裂，中間的部分顯示出明顯的膨脹，而底部則發(fā)生了微小的組織變化。Li等[40]采用ARLPD試驗(yàn)和CT技術(shù)研究了不同類型的瀝青路面在反復(fù)荷載和高溫下的破壞模式。根據(jù)測(cè)試前后空隙分布的變化，發(fā)現(xiàn)覆蓋層的永久變形主要是由致密化作用引起的，而在中部和底部瀝青層中，剪切流對(duì)變形起主要作用。對(duì)于新建的HMA路面結(jié)構(gòu)，致密化作用是瀝青面層的主要車轍機(jī)制。Hu等[41]采用CT技術(shù)研究了級(jí)配類型對(duì)瀝青混合料高溫變形的影響，發(fā)現(xiàn)瀝青混合料的級(jí)配不同，高溫?fù)p傷方式不同，在相同級(jí)配類型的瀝青混凝土中，空隙隨著NMAS的減少而增加，微裂紋的出現(xiàn)是由于細(xì)集料的作用。

4.3 水損害

就損傷力學(xué)而言，瀝青混合料是一種有微缺陷的材料，由于水分、環(huán)境及負(fù)載的影響，混合料內(nèi)部的微缺陷會(huì)萌生并且逐漸擴(kuò)展，形成宏觀裂紋和裂縫，降低混合料性能。

Xu等[42]采用CT技術(shù)研究了凍融循環(huán)后三種瀝青混合料(AC、SMA和OGFC)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)瀝青混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性不同，會(huì)導(dǎo)致在凍融循環(huán)下內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化和微裂縫形成的形式不同，而且設(shè)計(jì)空隙率和飽水率對(duì)凍融循環(huán)前后瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)演變有重要影響。Chen等[43]采用CT技術(shù)研究了不同堵塞程度的OGFC瀝青混合料在凍融循環(huán)作用下的殘余膨脹和性能的變化，研究發(fā)現(xiàn)堵塞會(huì)降低OGFC瀝青混合料的連通空隙率，且堵塞會(huì)使OGFC瀝青混合料受凍融作用的影響加劇。Xu等[44]通過SEM、CT掃描技術(shù)、界面剪切試驗(yàn)和間接拉伸試驗(yàn)對(duì)凍融循環(huán)作用下瀝青混合料的破壞進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)瀝青混合料的水損壞是內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞和材料性能綜合作用的結(jié)果。在初始凍融循環(huán)的作用下，內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞是瀝青混合料力學(xué)性能破壞的主要原因，而瀝青與集料之間的界面鍵合參數(shù)的影響貫穿整個(gè)凍融循環(huán)的運(yùn)行過程。認(rèn)為在凍融循環(huán)作用下，集料和瀝青完全分離是瀝青路面松散的根本原因。

由空隙結(jié)構(gòu)變化控制的瀝青混合料破壞以多種方式發(fā)生。首先，現(xiàn)有單個(gè)空隙的尺寸增加，并發(fā)展形成裂縫；其次，兩個(gè)分開的空隙結(jié)合并擴(kuò)散，從而在損傷附近形成裂紋；第三，產(chǎn)生了新的空隙。因此，基于CT技術(shù)無損檢測(cè)的特點(diǎn)，能夠較好地識(shí)別瀝青混合料試件在加載試驗(yàn)前后內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，但目前，采用CT技術(shù)僅能夠無損地檢測(cè)出瀝青混合料試件損傷前后空隙和裂縫的變化，而不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混合料損傷變化的過程，而這對(duì)進(jìn)一步理解瀝青混合料的損傷規(guī)律至關(guān)重要。

5 瀝青混合料虛擬力學(xué)試驗(yàn)

虛擬力學(xué)試驗(yàn)與宏觀試驗(yàn)相比具有高效、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)能建立瀝青混合料的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性能間的聯(lián)系。

5.1 有限元法

有限元方法在瀝青混合料的虛擬力學(xué)試驗(yàn)中被廣泛應(yīng)用。You等[45]采用CT技術(shù)和ABAQUS有限元軟件建立密集配瀝青混合料有限元模型，成功模擬了單軸試驗(yàn)和重復(fù)蠕變-恢復(fù)試驗(yàn)，驗(yàn)證了基于CT技術(shù)和有限元方法的3D模型用于模擬宏觀熱力學(xué)響應(yīng)的可行性。Hu等[46]利用CT掃描技術(shù)和有限元方法建立了瀝青混合料的有限元模型，以研究集料對(duì)界面剝離的影響。研究發(fā)現(xiàn)高溫下，粗集料會(huì)導(dǎo)致復(fù)雜的應(yīng)力集中和分布，并嚴(yán)重破壞界面。且集料的比例會(huì)影響裂紋的數(shù)量，粗集料會(huì)引起較大的界面裂紋，細(xì)集料會(huì)導(dǎo)致微小的界面裂紋，破壞過程可分為三個(gè)階段。Kollmann等[47]運(yùn)用CT掃描和數(shù)字圖像處理(DIP)技術(shù)重建瀝青混合料樣本的微觀結(jié)構(gòu)，利用二維雙線性內(nèi)聚力模型，建立了有限元模型，通過模擬間接拉伸試驗(yàn)(IDT)對(duì)有限元模型進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證，然后，使用驗(yàn)證的模型研究溫度和空隙對(duì)瀝青混合料開裂行為的影響，發(fā)現(xiàn)不同類型的空隙在不同溫度下對(duì)性能的影響有差異。

5.2 離散元法

許多學(xué)者采用離散單元法模擬瀝青混凝土試驗(yàn)。You等[48]基于瀝青混合料試件的三維CT掃描圖像，建立了2D和3D離散元模型，發(fā)現(xiàn)3D離散元模型成功地預(yù)測(cè)出溫度和加載頻率范圍內(nèi)的混合模量，而2D模型預(yù)測(cè)的模量低于3D模型。焦麗亞[49]運(yùn)用CT技術(shù)掃描瀝青混合料試件，基于離散元方法建立虛擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，模擬單軸壓縮試驗(yàn)，對(duì)受力加載過程中試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)集料顆粒在受壓時(shí)的運(yùn)動(dòng)具有普遍規(guī)律，且級(jí)配類型對(duì)瀝青混合料內(nèi)部受力有影響。李雪連等[50]結(jié)合CT技術(shù)和PFC3D軟件，建立了瀝青混凝土模型，對(duì)其進(jìn)行間接拉伸模擬試驗(yàn)，并基于分形理論分析裂縫的維數(shù)變化，提出了裂縫擴(kuò)展過程的定量指標(biāo)。

以上研究表明，基于CT圖像的有限元及離散元模型能夠?qū)崿F(xiàn)瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的二維及三維重構(gòu)。二維數(shù)值模型與三維數(shù)值模型相比，雖然求解效率高，但不能真實(shí)地反映瀝青混合料三維結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)，導(dǎo)致仿真結(jié)果的可靠性相對(duì)有限。因此，建立高精度的三維數(shù)值模型，設(shè)定更加合理的虛擬試驗(yàn)條件，是提高瀝青混合料虛擬試驗(yàn)結(jié)果可靠性的關(guān)鍵。

6 結(jié)論

(1)利用CT技術(shù)結(jié)合圖像處理技術(shù)可以準(zhǔn)確地獲取瀝青混合料的微觀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)瀝青混合料的空隙分布特征、集料均勻性以及微觀損傷特性等的定量分析，從微觀的角度理解瀝青混合料的宏觀性能。

(2)基于CT技術(shù)的虛擬力學(xué)試驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)瀝青混合料的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性能的聯(lián)系。同時(shí)將虛擬力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果同宏觀試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，能驗(yàn)證所建數(shù)值模型的準(zhǔn)確性，以進(jìn)一步研究瀝青混合料在不同試驗(yàn)下內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。

(3)瀝青混合料空隙細(xì)觀分布的研究主要采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，這極大地受到CT技術(shù)掃描精度范圍的限制，而且圖像處理技術(shù)過程復(fù)雜，未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。因此，需要進(jìn)一步發(fā)展CT技術(shù)掃描精度和圖像處理的標(biāo)準(zhǔn)方法和圖像的自動(dòng)化分析。

(4)基于CT技術(shù)的集料均勻性評(píng)價(jià)方法大多只考慮了粗集料對(duì)瀝青混合料質(zhì)量均勻性的影響，而瀝青混合料是多相體，各相物質(zhì)對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻性的影響都應(yīng)予以考量。

(5)基于CT技術(shù)的微觀損傷研究?jī)H能夠無損地檢測(cè)出瀝青混合料試件損傷前后空隙和裂縫的變化，而不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混合料損傷變化的過程，這對(duì)理解瀝青混合料的損傷演變至關(guān)重要。因此，應(yīng)當(dāng)考慮如何利用CT技術(shù)實(shí)時(shí)捕獲在加載作用下瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷演變行為。

(6)基于CT技術(shù)的虛擬力學(xué)試驗(yàn)受到模型精度不夠、物質(zhì)間接觸關(guān)系定義和標(biāo)準(zhǔn)材料特性的參數(shù)設(shè)定不夠準(zhǔn)確，以及計(jì)算效率低下的限制，使得模擬結(jié)果的可靠性不足，而不能廣泛地應(yīng)用虛擬仿真取代真實(shí)試驗(yàn)。隨著CT掃描技術(shù)和數(shù)值仿真技術(shù)的發(fā)展，三維幾何模型的精度提高，虛擬試驗(yàn)條件設(shè)定更加合理，仿真試驗(yàn)的結(jié)果也將能反映真實(shí)宏觀試驗(yàn)的結(jié)果。