沥青混合料性能的变异性很大，产生这种现象的原因主要是组成沥青混合料的矿质 集料、沥青粘结料和空隙在混合料中的实际分布——即微观结构有很大的差异。大量的 文献表明关于沥青混合料的研究主要集中在宏观性能上，且是基于混合料是均质材料的假 设基础上，这主要是由于缺乏定量描述沥青混凝土微观结构的有效手段。本文采用数字图 像处理和识别技术，借助计算机工具开发了沥青混凝土微观结构的分析方法；采用该方法 可以对沥青混合料的微观结构进行快速、准确和定量的分析和描述。分析得到了关于沥青 混合料微观结构的大量参数，对这些参数与宏观性能的关系作了初步的探讨，为进一步指 导混合料的组成设计提供了新的手段。 本文首先对混合料微观结构的数字化方法进行了研究，对摄得并经过数字化转换后 的数字图像进行了图像处理和模式识别，主要包括图像的几何矫正、噪声消除、增强处理 及阈值规则进行的二值分割，并开发出针对沥青混合料图像特点的处理和识别算法。 对处理后的图像进行数学描述和几何分析，找出了集料的颗粒形状、以面积级配统 计的级配、以主轴角度表示的方向分布、粗集料占整个混合料截面的面积百分比、混合料 截面中相邻集料颗粒之间的距离、单个集料和整个截面的重心位置等适合于描述沥青混合 料微观结构的一系列参数。 采用这些参数对各种混合料的截面图像的微观结构进行分析，进而验证所开发方法 的可行性。得到主要结论有：沥青混合料的微观结构通过数字图像处理和分析技术可以进 行精确测量；对混合料图像的级配分析发现水平截面以等效直径的尺度分界统计的级配与 设计级配相符，竖直截面时主要轴更有效；混合料中粗集料在水平截面中自由分布，有明 显的定向趋势，而在竖向截面中趋于水平定向：各种混合料的微观结构有很大差异，同一 种混合料的不同试件之间的变异不大，同一个混合料试件的截面之间有差别，其变异程度 依混合料类型的不同而不等，表明了混合料的级配类型对其离析程度有显著的影响。三种 级配都在AC-16I允许的范围内的混合料的微观结构相差致使其属于完全不同的结构；有 些混合料在试验后集料之间由互相悬浮到发生嵌挤而形成另外一种稳定的骨架结构。这 时，在车轮荷载作用下，集料在处于“运动”状态，由方向及重心位置分析发现是一个 向外旋转向下运动的趋势，可见车辙的产生与集料之间的位移有关；各种类型的混合料采 用不同方法成型的试件的微观结构差异不等，不稳定的混合料差异较大。混合料各个截面 的集料方向遵循自身的规律，而成型方法对混合料中集料的方向分布没有明确的影响趋 势；板状试件的中间部分比边缘要细，混合料水平和竖向截面的微观结构不同。 最后在微观结构分析基础上建立了混合料宏观性能和微观结构的粗略关系，基于微 观结构分析结果给出了建议的混合料组成设计方法。为从根本上解决集料对沥青混合料性 能的影响这一长期困扰道路研究人员的难题提供了可行的研究思路和研究方法。 关键词：数字图像处理 计算机视觉 沥青混凝土 微观结构 宏观性能 模式识别 图像分割 级配组成 颗粒形状 表面纹理 组成设计