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沥青混合料是一种由粗集料、沥青砂浆和空隙组成的多相混合物,混合料内部各相的分布状态与路面表面特性有一定的关联性,但目前关于二者的相关性研究却鲜有报道。同时,沥青混合料内部均匀性直接关系到混合料的路用性能,但关于二者的相关性研究也较少。因此,准确地评价沥青混合料内部结构是研究混合料内部结构与路面表面特性、路用性能间关系的前提,但各国学者研究沥青混合料内部结构时,并没有统一的流程和方法可供参考,处理结果受人为因素影响较大,至今尚未形成一套客观、有效的混合料内部结构评价系统。鉴于上述不足,论文利用扫描仪获取沥青混合料断面图像,并研发了沥青混合料内部结构测试分析软件2D-IISAM（2 Dimension Image-based Internal Structure Analysis Method）。2D-IISAM首先运用数字图像处理技术对沥青混合料断面图像进行预处理,从图像中分离出集料颗粒,并采用等效椭圆短轴表征集料电子筛分粒径;然后识别出沥青混合料图像中各档集料分计筛余,提出利用“集料分计筛余”验证图像预处理过程的准确性;最终,结合IPP分析处理软件,提出表征混合料内部集料排列形式、空隙和砂浆分布状态、均匀性的6个评价指标:集料倾角、集料倾角分布频率、计算空隙率、砂浆比、砂浆膜厚和均匀度,直接反映了沥青混合料内部结构。为了系统地评价各因素对沥青混合料内部结构的影响作用,利用自主研发的集料几何特性评价系统AGCES（Aggregate Geometric Characteristic Evaluation System）评价混合料中粗集料的轮廓形状特性、棱角特性和表面纹理特性,利用分形维数D、4.75mm通过率和关键筛孔通过率表征沥青混合料级配的粗细程度,利用粉胶比描述混合料中沥青与填料的质量比关系,研究了压实方式、集料几何特性、级配类型及沥青用量等因素对混合料内部结构特征的影响,以期更好地理解混合料内部各相的分布状态。同时,根据灰关联理论,提出利用灰关联熵分析法评价沥青混合料配合比设计参数对混合料内部结构参数的影响程度。为了建立基于沥青混合料内部结构参数的路面表面构造特性预测模型,论文首先基于数字图像处理技术和频谱分析方法,运用2D-ITAM评价了沥青路面的表面构造特性;然后,提出采用计算空隙率VVc、集料倾角的正弦值sinσm分别表征混合料内部空隙分布状态和集料的排列形式,利用砂浆比mRA、砂浆膜厚Tm表征混合料内部砂浆分布情况,对表征空隙、集料及砂浆的评价指标与路面表面宏观构造水平LTX,0.5-32、表面微观构造水平LTX,0.13-0.5之间的相关性进行分析;最后,依据Levenberg-Marquarat+通用全局优化算法,建立了基于计算空隙率VVc、集料倾角的正弦值sinσm和砂浆比mRA等混合料内部结构参数的路面表面构造特性预测模型。为了研究沥青混合料内部均匀性对路面性能的影响作用,利用自主研发的沥青混合料内部结构测试分析软件2D-IISAM,对不同类型沥青混合料的均匀性进行研究,并对不同类型沥青混合料的抗滑性能、高温性能、低温性能和水稳定性能进行测试。其中,为了准确描述低速行车条件下的道路抗滑性能,利用课题组自行研制的步行式摩擦系数测试车（WFT）测试不同类型路面的摩擦系数。基于上述基础,研究了沥青混合料均匀性对路面抗滑性能及常规路用性能的影响,最终建立了沥青混合料均匀性与路面性能评价指标变异性之间的联系。