沥青混合料是由矿质集料、沥青胶结料和空隙组成的典型多相复合体材料,其宏观性质十分复杂。从微观角度看,沥青混合料以粗细集料颗粒作为刚性固体、沥青材料为胶结体,并且集料体积约占沥青混合料总体积的90％,集料颗粒之间会产生嵌挤、摩擦作用,因此集料各组分的物理力学性质、几何形态及其它们之间的相互作用必然对沥青混合料的力学性质有着很大的影响。鉴于此,本文着重开展对集料几何形态的研究。 粗集料的形状特征包括轮廓形状、棱角性和表面纹理,轮廓形状反映了颗粒的针片状程度,棱角性体现出颗粒轮廓上棱角的突出程度,而表面纹理则反映了颗粒表面的粗糙程度,国内外最近的研究成果均表明三者对于沥青混合料乃至沥青路面的性能都有着重要的影响。当前测定集料形状特征的试验方法费时费力,且结果比较主观,导致集料形状对混合料性能的影响机理至今仍不明朗。 为了能对集料的形状特征进行快速、客观和准确的测定,本文首先分析了粗集料和沥青混合料图像的特征,并选择了有效的数字图像处理和识别算法,在评价现有集料形状特征图像分析方法的基础上,运用聚类分析筛选出了最有效的量化指标,并编制了相应的计算机程序。 其次,开展了室内试验来研究粗集料形状特征对沥青混合料宏观性能的影响。通过选定形状特征不同的五组石灰岩粗集料及SBS改性沥青胶结料,运用马歇尔试验方法成型AC-13型级配的试件,进行动态模量、车辙试验和动态蠕变试验和间接拉伸试验,根据试验结果分析了粗集料形状影响混合料高温稳定性、永久变形特性、疲劳特性以及低温抗裂性能的作用机理。 最后,简要介绍了离散元分析方法的基本原理和PFC2D软件,对沥青混合料试件的截面图像进行处理和识别,构建了离散元模型的几何形状,运用PFC2D软件模拟了混合料的动态蠕变试验,从数值模拟角度分析了粗集料形状对沥青混合料应力-应变关系和力学参数的影响,并同室内试验结果进行了比较。 本文提出粗集料形状特征图像分析方法,简单高效,精确度比较好,可为沥青混合料用粗集料的质量优选提供可靠的依据和有效的手段。