一、研究背景与意义

1.1 研究背景

随着我国交通基础设施网络向"高质量建设"阶段转型，对道路工程材料的性能要求日益严格。统计数据显示，截至2022年底，全国公路总里程已达535万公里，其中沥青路面占比超过75%。作为沥青路面主要承重层的沥青混合料，其性能优劣直接影响道路的抗车辙性、抗裂性及水稳定性等关键指标。然而，当前工程实践中仍普遍存在检测方法标准化程度不足、效率低下等问题，导致部分项目出现"重施工、轻检测"的现象。

传统沥青混合料性能检测主要依赖马歇尔稳定度试验、抽提筛分试验等常规方法，这些方法虽然成熟可靠，但存在试验周期长（单组样品需48小时以上）、人为干扰因素多（误差率可达15%）、环境适应性差等明显缺陷。特别是在大流量交通荷载和极端气候条件影响下，现有检测方法已难以全面反映混合料的实际服役性能。

1.2 研究意义

1.2.1 理论意义

本研究致力于探索新兴技术在沥青混合料性能检测中的应用，通过建立基于新技术的检测方法与评价体系，将丰富和完善沥青混合料性能检测的理论体系。深入研究沥青混合料内部结构与宏观性能之间的内在联系，有助于揭示沥青混合料在不同服役条件下的性能演变机理，为交通工程材料学科的发展提供理论支撑，推动该领域学术研究的不断进步。

1.2.2 实际意义

在工程实践中，优化后的沥青混合料性能检测方法能够更准确、高效地评估沥青混合料的质量，为道路工程施工质量控制提供有力手段。通过及时发现沥青混合料生产与施工过程中的质量问题并加以调整，可有效避免因材料性能不佳导致的路面病害，延长道路使用寿命，降低道路全生命周期成本。同时，精准的检测结果有助于优化沥青混合料配合比设计，提高材料利用率，减少资源浪费，促进交通工程行业的可持续发展。从交通安全角度来看，优质的沥青路面性能能够为车辆行驶提供良好的条件，降低交通事故发生概率，保障人民生命财产安全，具有显著的社会效益。

二、国内外研究现状

2.1 国外研究现状

国际沥青路面协会（ISAP）近年来的研究表明，发达国家在沥青混合料检测技术方面呈现三个发展趋势：一是无损检测技术的广泛应用，如美国联邦公路管理局（FHWA）推广的激光断面仪（Laser Profilometer）可实现路面纹理的快速三维重建；二是微观表征技术的深入应用，包括X射线断层扫描（X-CT）和原子力显微镜（AFM）等先进手段；三是大数据分析技术的融合，如欧盟"PERSUADE"项目建立了包含10万组试验数据的性能预测模型。

在检测标准体系方面，美国ASTM D系列标准已形成涵盖原材料、混合料设计、施工控制等全流程的检测方法库，特别是D7313-20标准引入的动态模量测试方法，能更准确反映混合料在实际交通荷载下的响应特性。德国DIN EN 12697系列标准则特别强调老化模拟试验的重要性，要求检测过程必须考虑材料全寿命周期的性能演变。

2.2 国内研究现状

我国沥青混合料检测技术研究起步较晚但发展迅速。长安大学团队开发的旋转压实仪（SGC）智能控制系统已实现压实曲线的实时反馈调节；同济大学提出的数字图像处理（DIP）技术可将集料形态分析精度提高到0.1mm级别。但在以下方面仍存在明显不足：

1. 设备智能化程度低：约65%的检测设备仍依赖人工操作，数据采集自动化率不足40%；

2. 环境适应性研究薄弱：针对高原冻土、沿海盐雾等特殊环境的专用检测方法尚属空白；

3. 全寿命周期数据链断裂：设计、施工、养护各阶段的检测数据未能有效贯通。

特别值得注意的是，现行JTG E20标准中约30%的试验方法直接引用自国外标准，在适应我国特殊气候条件和交通荷载方面存在明显局限性。例如，对重载交通导致的剪切蠕变效应缺乏针对性的检测手段。

三、研究内容与方法

3.1 主要研究内容

3.1.1 沥青混合料关键性能指标体系重构

突破传统以马歇尔参数为核心的单一评价模式，构建包含力学性能指标（动态模量、疲劳寿命）、功能性能指标（抗滑值、降噪系数）和耐久性能指标（老化指数、水损害率）的三维评价体系。重点研究：

1. 基于离散元方法（DEM）的虚拟性能试验技术

2. 多应力重复蠕变试验（MSCR）的工程适用性改良

3. 表面能理论在粘附性评价中的应用转化

3.1.2 检测方法智能化升级

开发集成机器视觉、物联网等技术的智能检测系统：

1. 智能压实监测系统：通过嵌入式传感器实时采集温度-密度-压实度关联数据

2. AI图像分析平台：采用深度学习算法实现集料级配的自动识别与缺陷检测

3. 移动检测终端：基于5G通信的便携式设备现场获取并上传检测数据

3.1.3 特殊环境适应性检测技术

针对我国典型特殊环境开发专用检测方案：

1. 冻融循环模拟箱：温度控制精度±0.5℃，可模拟-40℃~60℃极端气候

2. 盐雾-紫外复合老化试验装置：加速老化系数达自然环境的20倍

3. 重载模拟加载系统：最大轴载可达260kN，模拟特重交通条件

3.2 技术路线与方法

采用"理论分析-数值模拟-试验验证-工程应用"四阶段研究路径：

1. 材料本构关系研究：通过分子动力学模拟揭示沥青-集料界面行为

2. 检测参数敏感性分析：采用田口方法确定关键影响因子

3. 设备原型开发：基于模块化设计理念构建可扩展的硬件平台

4. 现场验证：选择3个典型工程进行对比试验（普通公路、高速公路、机场道面）

创新性地引入数字孪生技术，建立虚拟检测实验室，实现"物理试验-数字仿真"的双向校验机制。通过区块链技术确保检测数据的真实性与可追溯性。

四、研究方法与技术路线

4.1 研究方法

4.1.1 文献研究法

广泛查阅国内外关于沥青混合料性能检测方法的相关文献资料，包括学术期刊论文、学位论文、研究报告、标准规范等，全面了解该领域的研究现状、发展趋势以及存在的问题。对已有研究成果进行系统梳理与分析，为本研究提供理论基础与技术借鉴。

4.1.2 试验研究法

1. 室内试验：按照相关标准规范制备不同类型、不同配合比的沥青混合料试件，开展各项性能检测试验。在级配检测试验中，同时采用传统筛分法与基于 CT 扫描和数字图像处理的新方法进行对比测试；在沥青含量检测试验中，分别运用无损检测技术、快速化学分析方法与传统离心分离法进行测定；在力学性能检测试验中，进行多轴加载试验、动态模量测试以及抗滑性能测试等，获取大量试验数据，为研究检测方法优化与性能评价提供依据。

2. 现场试验：选择实际道路工程施工现场，对正在生产与摊铺的沥青混合料进行抽样检测，应用优化后的检测方法与综合评价体系，评估沥青混合料的实际性能，并与室内试验结果进行对比分析，验证研究成果在实际工程中的可行性与有效性。

4.1.3 数值模拟法

利用有限元分析软件，建立沥青混合料细观结构模型与宏观力学模型。在细观结构模型中，模拟集料、沥青胶浆与空隙的分布形态，研究级配变化对沥青混合料内部应力应变分布的影响；在宏观力学模型中，模拟沥青路面在车辆荷载与环境因素作用下的力学响应，分析不同力学性能检测方法所得到的参数对路面结构性能的影响规律。通过数值模拟，辅助试验研究，深入理解沥青混合料性能演变机理，为检测方法优化提供理论指导。

4.1.4 数据分析与处理方法

运用统计学方法对试验数据进行整理、分析，计算各项性能指标的平均值、标准差等统计参数，评估检测方法的重复性与准确性。采用回归分析、灰色关联分析等方法，研究不同检测方法结果之间的相关性，以及各性能指标之间的内在联系，建立相应的数学模型。利用数据挖掘技术，从大量试验数据中提取有价值的信息，为沥青混合料性能综合评价体系的构建提供数据支持。

4.2 技术路线

首先通过文献研究梳理国内外研究现状，明确研究问题与方向；接着开展室内试验，包括级配、沥青含量、力学性能等试验，同时进行数值模拟辅助分析；然后对试验数据进行处理与分析，优化检测方法，建立性能评价模型；之后开发综合检测评价软件系统，并结合现场试验进行应用验证；最后根据验证结果对研究成果进行完善与总结。

五、研究进度安排

本研究计划为期10个月，具体研究进度安排如下：

5.1 第一阶段（第1-2个月）

1. 完成文献资料的收集与整理工作，全面了解沥青混合料性能检测方法的研究现状与发展趋势，撰写文献综述报告。

2. 制定详细的试验方案，确定所需试验材料、设备与仪器，完成试验材料的采购与准备工作。

5.2 第二阶段（第3-5个月）

1. 开展沥青混合料级配检测方法优化研究，进行 CT 扫描试验与数字图像处理分析，建立基于数字图像处理的级配计算模型，并与传统筛分法进行对比验证。

2. 同步开展沥青混合料沥青含量检测方法研究，探索无损检测技术与快速化学分析方法的应用，建立相应检测模型。

5.3 第三阶段（第6-8个月）

1. 进行沥青混合料力学性能检测方法优化试验，开展多轴加载试验、动态模量测试以及抗滑性能测试等，研究不同加载模式与参数对力学性能的影响，建立力学性能评价模型。

2. 对前一阶段各项检测方法优化研究成果进行总结与分析，初步构建沥青混合料性能综合检测评价体系框架。

5.4 第四阶段（第9-10个月）

1. 开发沥青混合料性能综合检测评价软件系统，将优化后的检测方法与评价模型集成到软件中，进行软件功能测试与调试。

2. 选择实际道路工程现场开展应用验证试验，收集现场检测数据，对综合检测评价体系进行验证与完善，撰写研究报告与学术论文。

六、预期成果

1. 建立一套基于新兴技术的沥青混合料性能优化检测方法体系，包括级配检测、沥青含量检测、力学性能检测等方面的新方法与模型，显著提高检测的准确性与效率。

2. 开发完成沥青混合料性能综合检测评价软件系统，实现检测数据的自动化处理与性能的综合评价，为工程实践提供便捷、高效的技术工具。

3. 形成相关技术标准或规范建议稿，为交通工程中沥青混合料性能检测与质量控制提供标准化依据，推动行业技术进步。