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1、基于CT图像的环氧沥青混凝土压裂损伤的演化分析林树璨苑苗苗范军委杨鸿先钟容娇华南理工大学广州学院摘要:针对如何合理的利用CT图像获取数据来评定环氧沥青混凝土压裂损伤的演化过程问题，本研究利用万能材料试验机对环氧沥青混凝土试件进行单轴压缩试验，运用CT断层担播技术获取试件的CT图像，采用图像处理技术得到断面的以灰度值显示的二维CT图像，基于二维CT图像重构牛成不同加载阶段试件的三维数值模型，并通过超声波环氧沥青混凝土损伤检测获取损伤值，得到压缩位移与损伤、裂缝体积与损伤的变化关系。研究结果表明：随着压缩位移和裂缝体积的增大，损伤逐渐增大，当损伤快速增大时，
2、则预示着环氧沥青混凝土试件临近破坏。关键词：环氧沥青混凝土;CT图像;裂缝体积;损伤;作者简介：林树璨，男，华南理工大学广州学院土木工程学院本科生；作者简介：苑苗苗，女，博士，华南理工大学广州学院讲师，主耍研究方向道路工程材料；作者简介：范军委，男，华南理工大学广州学院土木工程学院本科生；作者简介：杨鸿先，男，华南理工大学广州学院土木工程学院本科生；作者简介：钟容娇，女，华南理工大学广州学院土木工程学院本科生。基金：2017年“攀登计划”广东大学科技创新培育专项资金为应对公路交通量R益增长、路面材料破坏越来越严重的问题，路面材料压裂损伤的研究变得尤为重要
3、。目前对于混凝土类材料的破损观测方法主要有光弹性贴片法、激光散斑法，数字图像相关法等，这些方法只限于试件表面的研究，而无法表征其内部变形特征山。CT断层扫描技术采用锥形X线束和一维探测器，实现了环氧沥青混凝土内部损伤演化过程的可视化。超声波以其穿透力强、适应性强等优点广泛应用于混凝土工程无损检测，利用环氧沥青混凝土内各组分不同的物理特性，得到环氧沥青混凝土受损时的异常声学参数，为损伤检测提供了依据図。本文利用CT断层扫描技术得到环氧沥青混凝土单轴受压时的CT图像,通过图像处理技术及三维重构技术，建立了不同加载阶段环氧沥青混凝土裂纹的三维重构数值模型，并利
4、用非金属超声波检测分析仪获取环氧沥青混凝土压缩前后的弹性模量，继而得到裂缝体积与损伤值的变化关系。1试验材料及设备(1)材料:A-70沥青，其性能满足《公路沥青路面施工技术规范》固，;0-lnii］i,l-3mm,3-5mm,5-10mm辉绿岩，其各项指标满足《公路集料试验规程》环氧树脂;矿粉。(2)配比。主剂：固化剂=56:44,环氧树脂:沥青=1:1,油石比为6.2%o(3)设备:微机控制电子万能试验机、ZKKS—MCT—Shaper显微CT仪及NM-4A非金属超声波检测分析仪、马歇尔击实仪。2试件制备为了提高CT图像的清晰度，本试验对试模、套筒及击
5、实仪进行了改造，选用马歇尔击实仪制作厚度为35価、直径为70mm的小试件。石料洗净、烘干、筛分以备用，称取各档石料的用量，放到烘箱中加热至185°C,沥青加热至170°C,环氧树脂及固化剂加热至60°C,拌合温度为170°C,拌合后在170°C烘箱中保温lh,击实温度165-170°C,双面击实75次，放置一天，在60°C屮保温4天［5］。3试验过程及参数设置3.1压缩试验本研究采用微机控制电子万能试验机分别对试件进行单轴压缩试验，在单轴压缩荷载作用下，以位移控制加载，加载速度为lmm/min,试件的位移峰值在1.5-1.6mm,产生的裂缝较小，难以识别
6、。为得到较为明显的裂缝，更好地观测试件内部结构的变化，对问题进行研究，依此设置位移值为2.0、2.2、2.4mm,继续进行试验。3.2CT扫描本研究采用ZKKS—MCT—Shaper显微CT仪对环氧沥青混凝土试件进行扫描，利用ZKKS—MCT—Shaper显微CT仪在能量为60KV,强度为0.667mA,扫描层距为0.limn的扫描条件下对试件整体进行扫描，每个试件扫描CT图像共345张，在此选取10张裂纹较为明显的CT图像进行分析。3.3超声波环氧沥青混凝土损伤检测超声波无损检测主要依据波速、波时、频率和波形等判别环氧沥青混凝土的损伤情况，利用NM-4
7、A非金属超声波检测分析仪分别对压缩前、后的各个试件进行损伤检测，得到所需的各项数值，并通过式（1）计算得到试件内部的损伤DRl：D二(E()-E)/E()(1)4试验结果处理4.1扫描结果各环氧沥青混凝土试件CT图像如图1所示。图像从上到下分别是试件压缩位移值为2.0、2.2、2.4mm破坏时的扫描图像，同一排图像从左到右第1-4张、5-6张、7-10张分别为同一-试件上部、中部、下部的扫描图像。□□□□□□nncOOOOOOO0I图1环氧沥青混凝土不同加载阶段CT扫描图像下载原图随着加载的进行，裂缝逐由图1可见:试件在加载前期并没有明显的裂纹产牛,渐扩
8、展，直到试样破坏前才产生较为明显的裂纹。4.2图像分割利用三维图像处理软件MIM
