基于離散單元法的瀝青混合料攪拌均勻性深度仿真與優(yōu)化策略研究

基于離散單元法的瀝青混合料攪拌均勻性深度仿真與優(yōu)化策略研究一、引言1.1研究背景與意義瀝青混合料作為道路建設(shè)的關(guān)鍵材料，其性能優(yōu)劣直接關(guān)乎道路的使用壽命與行車安全。在眾多影響瀝青混合料性能的因素中，攪拌均勻性占據(jù)著舉足輕重的地位，是確保混合料性能穩(wěn)定的核心要素。從道路的力學(xué)性能角度來(lái)看，均勻攪拌的瀝青混合料能夠形成更為穩(wěn)定且均勻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。當(dāng)車輛荷載作用于路面時(shí)，這種均勻結(jié)構(gòu)可使應(yīng)力均勻分布，有效避免局部應(yīng)力集中現(xiàn)象。若瀝青混合料攪拌不均勻，粗集料集中區(qū)域的空隙率較大，在荷載反復(fù)作用下，這些區(qū)域極易率先出現(xiàn)破壞，進(jìn)而引發(fā)路面的早期病害，如車轍、裂縫等；而細(xì)集料集中區(qū)域則可能因?yàn)r青含量相對(duì)較多，導(dǎo)致路面出現(xiàn)泛油現(xiàn)象，降低路面的抗滑性能，威脅行車安全。諸多研究表明，攪拌均勻性良好的瀝青混合料鋪筑的路面，其車轍深度相較于不均勻混合料鋪筑的路面可降低20%-30%，裂縫出現(xiàn)的概率也大幅減少。在耐久性方面，均勻的瀝青混合料能提供更好的抵抗外界環(huán)境侵蝕的能力。水分、氧氣等外界因素難以侵入均勻結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，從而有效延緩瀝青的老化和集料的剝落，延長(zhǎng)道路的使用壽命。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，由于瀝青混合料攪拌不均勻?qū)е侣访婺途眯韵陆担沟玫缆返木S修周期縮短，維修成本增加。在一些交通繁忙的路段，因路面早期損壞而進(jìn)行的維修，不僅耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，還會(huì)對(duì)交通造成嚴(yán)重的干擾。傳統(tǒng)的瀝青混合料攪拌均勻性研究多依賴實(shí)驗(yàn)方法，然而，這些方法存在著諸多局限性。實(shí)驗(yàn)過(guò)程往往涉及復(fù)雜的操作流程，需要投入大量的人力和時(shí)間成本。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)成本高昂，包括原材料的采購(gòu)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用與維護(hù)以及實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的租賃等費(fèi)用。此外，實(shí)驗(yàn)條件的控制難度較大，難以全面、準(zhǔn)確地模擬實(shí)際生產(chǎn)中的各種復(fù)雜工況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的普適性和可靠性也受到一定程度的影響。離散單元法（DEM）作為一種先進(jìn)的數(shù)值模擬方法，近年來(lái)在材料力學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。該方法將顆粒材料視為離散的個(gè)體，通過(guò)對(duì)顆粒間的相互作用進(jìn)行精確的力學(xué)分析，能夠深入研究顆粒材料的力學(xué)性質(zhì)和行為。在瀝青混合料攪拌均勻性研究中，離散單元法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它可以突破實(shí)驗(yàn)方法的限制，無(wú)需實(shí)際的物理實(shí)驗(yàn)，就能對(duì)不同攪拌參數(shù)和工況下的瀝青混合料攪拌過(guò)程進(jìn)行全面、細(xì)致的模擬分析。通過(guò)離散單元法，能夠直觀地觀察到顆粒在攪拌過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡、相互碰撞和混合情況，準(zhǔn)確獲取混合料的攪拌均勻性指標(biāo)，如顆粒的分布均勻度、顆粒間的相互作用力等。這為深入理解瀝青混合料攪拌機(jī)理，優(yōu)化攪拌工藝提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。綜上所述，開展基于離散單元法的瀝青混合料攪拌均勻性仿真分析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。一方面，通過(guò)該研究可以深入揭示攪拌過(guò)程中顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相互作用機(jī)制，為優(yōu)化攪拌設(shè)備的設(shè)計(jì)和攪拌工藝參數(shù)的選擇提供科學(xué)依據(jù)，從而提高瀝青混合料的攪拌均勻性和生產(chǎn)質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)道路的使用壽命，減少道路維修和養(yǎng)護(hù)的頻率，節(jié)約社會(huì)資源。另一方面，離散單元法的應(yīng)用拓展了瀝青混合料研究的方法和手段，豐富了材料力學(xué)的理論體系，為解決其他相關(guān)工程問(wèn)題提供了有益的借鑒和參考。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，離散單元法在瀝青混合料攪拌均勻性研究方面起步較早。早期，一些學(xué)者運(yùn)用離散單元法初步建立了瀝青混合料攪拌的簡(jiǎn)單模型，嘗試模擬顆粒在攪拌設(shè)備中的運(yùn)動(dòng)軌跡，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和算法的不斷發(fā)展，相關(guān)研究逐漸深入。例如，美國(guó)的學(xué)者[具體學(xué)者名字1]通過(guò)離散單元法模擬不同攪拌葉片形狀對(duì)瀝青混合料攪拌均勻性的影響，發(fā)現(xiàn)特定形狀的攪拌葉片能夠有效增強(qiáng)顆粒間的相互作用，提高攪拌均勻性。在歐洲，[具體學(xué)者名字2]等對(duì)攪拌過(guò)程中的顆粒接觸力和能量消耗進(jìn)行了研究，從力學(xué)和能量的角度深入剖析攪拌均勻性的內(nèi)在機(jī)制。國(guó)內(nèi)對(duì)于離散單元法在瀝青混合料攪拌均勻性研究領(lǐng)域的探索也在不斷推進(jìn)。近年來(lái)，眾多科研團(tuán)隊(duì)開展了一系列富有成效的研究工作。一些學(xué)者利用離散單元法軟件，如EDEM、PFC等，建立了更加精細(xì)的瀝青混合料攪拌模型，全面考慮了瀝青混合料的復(fù)雜物理特性，包括顆粒的形狀、大小分布、摩擦系數(shù)以及瀝青的黏彈性等因素對(duì)攪拌均勻性的影響。[具體學(xué)者名字3]通過(guò)模擬不同級(jí)配的瀝青混合料在攪拌過(guò)程中的行為，揭示了級(jí)配組成與攪拌均勻性之間的內(nèi)在聯(lián)系，為優(yōu)化瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)提供了重要參考。盡管國(guó)內(nèi)外在基于離散單元法的瀝青混合料攪拌均勻性研究方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處。一方面，目前的研究大多集中在單一因素對(duì)攪拌均勻性的影響，而實(shí)際攪拌過(guò)程中，多種因素相互交織、共同作用，如何綜合考慮多因素的耦合效應(yīng)，建立更加全面、準(zhǔn)確的攪拌均勻性預(yù)測(cè)模型，仍是亟待解決的問(wèn)題。另一方面，離散單元法模擬中的參數(shù)選取大多依賴經(jīng)驗(yàn)和假設(shè)，缺乏充分的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，導(dǎo)致模擬結(jié)果與實(shí)際情況可能存在一定偏差，這在一定程度上限制了離散單元法在實(shí)際工程中的廣泛應(yīng)用。此外，對(duì)于攪拌設(shè)備內(nèi)部復(fù)雜的流場(chǎng)環(huán)境以及顆粒與設(shè)備壁面的相互作用，現(xiàn)有研究的考慮還不夠深入，需要進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)方面的研究。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究聚焦于基于離散單元法的瀝青混合料攪拌均勻性仿真分析，核心目標(biāo)是深入剖析瀝青混合料在攪拌過(guò)程中的復(fù)雜物理現(xiàn)象，揭示攪拌均勻性的內(nèi)在機(jī)制，為實(shí)際生產(chǎn)提供精準(zhǔn)的理論支持與技術(shù)指導(dǎo)。具體研究?jī)?nèi)容如下：攪拌參數(shù)對(duì)均勻性的影響：系統(tǒng)探究攪拌速度、攪拌時(shí)間以及攪拌葉片形狀等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)瀝青混合料攪拌均勻性的影響規(guī)律。通過(guò)在離散單元法模擬中設(shè)置不同的攪拌速度，如低速、中速和高速，對(duì)比分析顆粒在不同速度下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和混合效果，確定最佳攪拌速度范圍。同時(shí)，設(shè)定多個(gè)攪拌時(shí)間節(jié)點(diǎn)，觀察隨著時(shí)間推移，混合料均勻性的變化趨勢(shì)，明確達(dá)到良好均勻性所需的最短攪拌時(shí)間。此外，設(shè)計(jì)多種攪拌葉片形狀，研究不同形狀葉片對(duì)顆粒流場(chǎng)的擾動(dòng)作用，以及如何通過(guò)優(yōu)化葉片形狀來(lái)增強(qiáng)顆粒間的相互作用，提高攪拌均勻性。瀝青混合料顆粒特性的考慮：全面考慮瀝青混合料中顆粒的形狀、大小分布、摩擦系數(shù)以及瀝青的黏彈性等特性對(duì)攪拌均勻性的綜合影響。采用先進(jìn)的顆粒形狀建模技術(shù)，精確描述集料顆粒的不規(guī)則形狀，分析其在攪拌過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)特性和相互碰撞行為。研究不同顆粒大小分布情況下，大顆粒與小顆粒之間的混合情況，以及如何通過(guò)調(diào)整顆粒級(jí)配來(lái)改善攪拌均勻性。深入分析顆粒間摩擦系數(shù)對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)和混合的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬相結(jié)合的方法，確定合理的摩擦系數(shù)范圍?？紤]瀝青的黏彈性，建立瀝青-集料相互作用的力學(xué)模型，研究瀝青的黏性和彈性如何影響顆粒間的結(jié)合力和混合料的整體均勻性。攪拌過(guò)程的數(shù)值模擬與分析：運(yùn)用離散單元法軟件，如EDEM，構(gòu)建高精度的瀝青混合料攪拌過(guò)程數(shù)值模型。在模型中，精確設(shè)定顆粒的初始位置、速度和方向，以及攪拌設(shè)備的邊界條件，確保模擬結(jié)果的真實(shí)性。通過(guò)模擬，詳細(xì)觀察顆粒在攪拌過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡、相互碰撞和混合情況，獲取顆粒的速度、加速度、接觸力等關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)。利用這些參數(shù)，分析攪拌過(guò)程中的能量傳遞和消耗，研究能量分布與攪拌均勻性之間的關(guān)系。采用統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行量化處理，計(jì)算顆粒的分布均勻度、顆粒間的相互作用力等攪拌均勻性指標(biāo)，為評(píng)估攪拌效果提供客觀依據(jù)。模型驗(yàn)證與實(shí)驗(yàn)對(duì)比：開展物理實(shí)驗(yàn)，獲取實(shí)際瀝青混合料攪拌過(guò)程的數(shù)據(jù)，用于驗(yàn)證離散單元法模擬模型的準(zhǔn)確性。設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案，包括實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選擇、實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備以及實(shí)驗(yàn)參數(shù)的控制。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使用先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，如高速攝像機(jī)、顆粒圖像測(cè)速儀等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和混合情況，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與離散單元法模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)估模型的準(zhǔn)確性和可靠性。針對(duì)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的差異，深入分析原因，對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，提高模型的預(yù)測(cè)精度。1.3.2研究方法本研究綜合運(yùn)用離散單元法、數(shù)值模擬技術(shù)以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，確保研究結(jié)果的科學(xué)性和可靠性。離散單元法：作為核心研究方法，離散單元法將瀝青混合料視為由離散顆粒組成的系統(tǒng)，通過(guò)精確描述顆粒間的相互作用力，如接觸力、摩擦力、黏結(jié)力等，深入研究顆粒在攪拌過(guò)程中的力學(xué)行為。在離散單元法中，采用合適的顆粒接觸模型，如Hertz-Mindlin接觸模型，準(zhǔn)確計(jì)算顆粒間的接觸力和變形?？紤]顆粒的運(yùn)動(dòng)方程，包括牛頓第二定律和轉(zhuǎn)動(dòng)定律，模擬顆粒的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)不斷迭代計(jì)算，求解顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡和力學(xué)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)瀝青混合料攪拌過(guò)程的全面模擬。數(shù)值模擬：借助專業(yè)的離散單元法軟件EDEM，建立瀝青混合料攪拌過(guò)程的三維數(shù)值模型。在建模過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際攪拌設(shè)備的結(jié)構(gòu)和尺寸，精確構(gòu)建攪拌設(shè)備的幾何模型，包括攪拌筒、攪拌葉片等部件。設(shè)置合理的材料參數(shù)，如顆粒的密度、彈性模量、泊松比等，以及瀝青的黏彈性參數(shù)。利用軟件的模擬功能，對(duì)不同攪拌參數(shù)和工況下的瀝青混合料攪拌過(guò)程進(jìn)行模擬分析。通過(guò)可視化功能，直觀展示顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡和混合情況，為研究提供直觀的依據(jù)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：為了驗(yàn)證離散單元法模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，開展物理實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選用與實(shí)際生產(chǎn)相同的原材料，按照規(guī)范的試驗(yàn)方法進(jìn)行瀝青混合料的制備和攪拌。在攪拌過(guò)程中，使用高速攝像機(jī)記錄顆粒的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，通過(guò)圖像處理技術(shù)分析顆粒的運(yùn)動(dòng)速度和軌跡。采用篩分法、抽提法等實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)定瀝青混合料的級(jí)配和瀝青含量，評(píng)估攪拌均勻性。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)誤差分析評(píng)估模擬模型的可靠性。根據(jù)對(duì)比結(jié)果，對(duì)模擬模型進(jìn)行修正和優(yōu)化，提高模型的精度。二、離散單元法基本原理與相關(guān)理論2.1離散單元法的起源與發(fā)展離散單元法（DiscreteElementMethod，DEM）最早于1971年由美國(guó)的Cundall提出，最初的目的是研究具有裂隙節(jié)理的巖體力學(xué)行為。在傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法中，難以準(zhǔn)確描述巖體中由于節(jié)理、裂隙等不連續(xù)結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的復(fù)雜力學(xué)現(xiàn)象。Cundall創(chuàng)新性地將巖體視為被節(jié)理切割而成的若干個(gè)塊體的組合體，基于巖體變形主要依賴于軟弱結(jié)構(gòu)面（如裂隙、節(jié)理及層面等）的客觀事實(shí)，提出了巖塊為剛性的假定。以剛性元及其周界的幾何、運(yùn)動(dòng)和本構(gòu)方程為基礎(chǔ)，采用動(dòng)態(tài)松弛迭代格式，建立了求解節(jié)理巖塊非連續(xù)介質(zhì)大變形的差分方程，從而奠定了離散單元法的基礎(chǔ)。1978年，Main和Cundall等對(duì)原始的剛體離散元模型進(jìn)行了改進(jìn)，考慮了巖塊自身的變形，提出了可變形塊體模型的通用程序UDEC（UniversalDistinctElementCode）。UDEC程序的出現(xiàn)，使得離散單元法能夠更真實(shí)地模擬巖塊在復(fù)雜受力條件下的變形和破壞過(guò)程，進(jìn)一步推動(dòng)了離散單元法在巖土工程領(lǐng)域的應(yīng)用。該程序可以模擬巖塊破碎和爆炸的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，為研究巖石工程中的動(dòng)態(tài)問(wèn)題提供了有力工具。同一時(shí)期，Cundall與Straek等開發(fā)了二維圓形塊體的Ball程序，用于研究顆粒介質(zhì)的力學(xué)行為，所得結(jié)果與Drescher等人用光彈技術(shù)所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)吻合，這使離散單元法名聲大振，并為研究顆粒散體介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系開辟了一條新途徑。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，離散單元法在理論和應(yīng)用方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在理論方面，學(xué)者們不斷完善離散單元法的基本理論，提出了各種改進(jìn)的接觸模型和計(jì)算方法，以提高計(jì)算精度和效率。例如，針對(duì)顆粒間接觸力的計(jì)算，發(fā)展了Hertz-Mindlin接觸模型及其各種修正模型，能夠更準(zhǔn)確地描述顆粒間的彈性接觸、摩擦和黏結(jié)等復(fù)雜力學(xué)行為。在應(yīng)用方面，離散單元法的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，從最初的巖土工程領(lǐng)域逐漸延伸到采礦工程、地質(zhì)工程、農(nóng)業(yè)工程、粉體工程、材料科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。在采礦工程中，離散單元法可用于模擬礦石的破碎、運(yùn)輸和堆積過(guò)程，為礦山的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供依據(jù)；在地質(zhì)工程中，可用于研究地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地震響應(yīng)等問(wèn)題；在農(nóng)業(yè)工程中，可用于模擬土壤顆粒的運(yùn)動(dòng)和農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境；在粉體工程中，可用于研究粉體的混合、分離、流動(dòng)等特性；在材料科學(xué)中，可用于研究材料的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的關(guān)系。在瀝青混合料研究領(lǐng)域，離散單元法的應(yīng)用也逐漸受到關(guān)注。ButtlarWG與YouZ最先采用離散單元法對(duì)瀝青混合料展開研究，模擬了一些常規(guī)試驗(yàn)，并驗(yàn)證了離散單元法用于瀝青混合料的可靠性。此后，眾多學(xué)者利用離散單元法對(duì)瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)、力學(xué)性能、疲勞特性、攪拌均勻性等方面進(jìn)行了深入研究。通過(guò)離散單元法，能夠直觀地觀察瀝青混合料中集料顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡、相互碰撞和接觸情況，分析顆粒間的力傳遞和分布規(guī)律，從而深入理解瀝青混合料的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。例如，在瀝青混合料攪拌均勻性研究中，離散單元法可以模擬不同攪拌參數(shù)下顆粒的混合過(guò)程，預(yù)測(cè)攪拌效果，為優(yōu)化攪拌工藝提供理論支持。2.2基本原理與假設(shè)離散單元法的基本原理是將所研究的對(duì)象劃分為一個(gè)個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單元，這些單元在離散單元法中具有明確的物理意義。對(duì)于散體顆粒體系，每個(gè)顆粒（圓盤或球體）被視為一個(gè)單元；對(duì)于巖石體系，單個(gè)多邊形塊體則作為一個(gè)單元。在瀝青混合料攪拌均勻性研究中，瀝青混合料中的集料顆粒和瀝青結(jié)合料被分別看作不同的離散單元。離散單元法認(rèn)為單元之間的相互作用遵循一定的力學(xué)規(guī)律，基于牛頓運(yùn)動(dòng)定律，采用動(dòng)態(tài)松弛法或靜態(tài)松弛法等迭代方法進(jìn)行循環(huán)迭代計(jì)算。在每一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，通過(guò)分析單元之間的接觸力、摩擦力、黏結(jié)力等相互作用力，來(lái)確定所有單元的受力情況。根據(jù)牛頓第二定律F=ma（其中F為單元所受合力，m為單元質(zhì)量，a為單元加速度），求解出單元的加速度。對(duì)加速度進(jìn)行時(shí)間積分，可依次得到單元的速度和位移，從而更新所有單元的位置。通過(guò)不斷地跟蹤每個(gè)單元的微觀運(yùn)動(dòng)，最終獲得整個(gè)研究對(duì)象的宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在離散單元法中，單元間的相互作用被看作是瞬時(shí)平衡問(wèn)題。當(dāng)對(duì)象內(nèi)部的作用力達(dá)到平衡時(shí)，就認(rèn)為其處于平衡狀態(tài)。該方法的基本假定包括：選取的時(shí)間步長(zhǎng)足夠小，使得在一個(gè)單獨(dú)的時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，除了與選定單元直接接觸的單元外，來(lái)自其他任何單元的擾動(dòng)都不能傳播過(guò)來(lái)；并且規(guī)定在任意的時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，速度和加速度恒定。這一假定是離散單元法的重要前提條件，由此可以得出在任意時(shí)刻單元所受的作用力只取決于該單元本身及與之直接接觸的其他單元的結(jié)論。在瀝青混合料攪拌模擬中，這些基本原理和假設(shè)有著重要的應(yīng)用。例如，通過(guò)精確設(shè)定顆粒間的接觸模型和相互作用力，能夠準(zhǔn)確模擬集料顆粒在攪拌過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡、碰撞和混合情況，以及瀝青與集料之間的黏結(jié)作用。通過(guò)對(duì)每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的計(jì)算和更新，可以直觀地觀察到瀝青混合料在攪拌過(guò)程中均勻性的變化情況，為深入研究攪拌均勻性提供了有力的工具。2.3離散單元法的顆粒模型在離散單元法中，顆粒模型是描述顆粒間相互作用和運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵。根據(jù)處理問(wèn)題的不同，顆粒模型主要有硬球模型和軟球模型兩種類型，這兩種模型在計(jì)算效率和應(yīng)用場(chǎng)景上各有特點(diǎn)。硬球模型主要用于模擬如庫(kù)特流、剪切流中顆粒運(yùn)動(dòng)比較快的情況。在這種模型中，顆粒之間的碰撞被假定為瞬時(shí)發(fā)生，在碰撞過(guò)程中顆粒本身不會(huì)產(chǎn)生顯著的塑性變形。因此，在硬球模型中通常只考慮兩個(gè)顆粒的同時(shí)碰撞，而無(wú)需同時(shí)計(jì)算三個(gè)以上顆粒之間的碰撞，這在一定程度上簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程，提高了計(jì)算效率。例如，在模擬一些快速攪拌過(guò)程中，顆粒的運(yùn)動(dòng)速度較快，碰撞瞬間完成，硬球模型能夠較好地描述這種情況下顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。然而，由于硬球模型忽略了顆粒碰撞過(guò)程中的變形和接觸時(shí)間，對(duì)于一些需要精確考慮顆粒間相互作用細(xì)節(jié)的問(wèn)題，其模擬結(jié)果可能存在一定的局限性。軟球模型則主要用來(lái)模擬兩個(gè)顆粒間的碰撞過(guò)程，也可以同時(shí)處理兩個(gè)以上顆粒的碰撞問(wèn)題。軟球模型認(rèn)為顆粒間的碰撞發(fā)生在一段時(shí)間范圍內(nèi)，利用牛頓第二定律，根據(jù)球體間的交疊量來(lái)計(jì)算得到顆粒間的接觸力。在軟球模型中，顆粒被視為具有一定彈性的小球，碰撞過(guò)程涉及變形、緩沖、滑移等復(fù)雜的力學(xué)行為，通過(guò)對(duì)這些過(guò)程的受力分析來(lái)近似顆粒間的相互作用。因此，軟球模型能夠更準(zhǔn)確地描述顆粒間的相互作用，特別是在顆粒運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)較慢、碰撞過(guò)程較為復(fù)雜的情況下，如瀝青混合料攪拌過(guò)程中，集料顆粒之間的碰撞和摩擦，以及瀝青與集料之間的黏結(jié)作用等，軟球模型能夠提供更詳細(xì)和準(zhǔn)確的模擬結(jié)果。然而，軟球模型的計(jì)算過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，需要考慮更多的參數(shù)，如彈性系數(shù)、耗散系數(shù)及摩擦系數(shù)等，計(jì)算量較大，計(jì)算效率相對(duì)較低。在瀝青混合料攪拌均勻性研究中，選擇合適的顆粒模型至關(guān)重要。由于瀝青混合料攪拌過(guò)程中，集料顆粒的運(yùn)動(dòng)速度不是非?？?，且顆粒間的相互作用較為復(fù)雜，包括碰撞、摩擦、黏結(jié)等，因此軟球模型通常更適合用于模擬瀝青混合料的攪拌過(guò)程。通過(guò)軟球模型，可以準(zhǔn)確地計(jì)算顆粒間的接觸力和相互作用，從而更真實(shí)地反映瀝青混合料在攪拌過(guò)程中的顆粒運(yùn)動(dòng)和混合情況，為研究攪拌均勻性提供更可靠的依據(jù)。但在一些初步的研究或?qū)τ?jì)算效率要求較高的情況下，硬球模型也可以作為一種簡(jiǎn)化的方法來(lái)使用，幫助快速了解攪拌過(guò)程中顆粒的大致運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。2.4離散單元法在瀝青混合料研究中的適用性離散單元法在瀝青混合料研究中展現(xiàn)出多方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，具有高度的適用性。從微觀層面來(lái)看，瀝青混合料是由不同粒徑的集料顆粒、瀝青以及礦粉等組成的復(fù)雜顆粒體系，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不均勻性和顆粒間相互作用的復(fù)雜性對(duì)混合料的宏觀性能有著至關(guān)重要的影響。離散單元法能夠?qū)r青混合料中的各種組成成分視為離散的單元，精確地模擬每個(gè)顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡和相互作用，這是傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法難以實(shí)現(xiàn)的。例如，在模擬瀝青混合料的攪拌過(guò)程時(shí)，離散單元法可以清晰地展現(xiàn)出不同粒徑集料顆粒在攪拌葉片的作用下如何運(yùn)動(dòng)、碰撞和混合，以及瀝青如何均勻地包裹在集料表面，從而深入揭示攪拌均勻性的微觀機(jī)制。離散單元法在研究瀝青混合料攪拌均勻性時(shí)，還能夠全面考慮多種因素對(duì)攪拌過(guò)程的影響。如前文所述，瀝青混合料的顆粒特性，包括顆粒的形狀、大小分布、摩擦系數(shù)以及瀝青的黏彈性等，都會(huì)顯著影響攪拌均勻性。離散單元法可以通過(guò)設(shè)定不同的參數(shù)來(lái)模擬這些特性，研究它們對(duì)攪拌過(guò)程中顆粒運(yùn)動(dòng)和混合效果的影響。對(duì)于顆粒形狀不規(guī)則的集料，離散單元法可以采用復(fù)雜的顆粒形狀建模技術(shù)，準(zhǔn)確描述其在攪拌過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)特性和相互碰撞行為，分析不同形狀顆粒對(duì)攪拌均勻性的影響?？紤]瀝青的黏彈性時(shí)，離散單元法能夠建立合理的瀝青-集料相互作用力學(xué)模型，研究瀝青的黏性和彈性如何影響顆粒間的結(jié)合力和混合料的整體均勻性。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究方法相比，離散單元法具有顯著的優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)研究往往受到實(shí)驗(yàn)條件、設(shè)備和成本等因素的限制，難以全面、系統(tǒng)地研究各種因素對(duì)瀝青混合料攪拌均勻性的影響。而離散單元法通過(guò)數(shù)值模擬，可以在虛擬環(huán)境中輕松改變各種攪拌參數(shù)和顆粒特性，快速獲得不同工況下的攪拌結(jié)果，大大提高了研究效率和靈活性。通過(guò)離散單元法模擬不同攪拌速度、攪拌時(shí)間和攪拌葉片形狀對(duì)攪拌均勻性的影響，只需要在軟件中調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)，就可以快速得到模擬結(jié)果，而無(wú)需進(jìn)行大量的實(shí)際實(shí)驗(yàn)。離散單元法還可以避免實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的人為誤差和不確定性，為瀝青混合料攪拌均勻性的研究提供更加準(zhǔn)確和可靠的結(jié)果。離散單元法在瀝青混合料攪拌均勻性研究中具有不可替代的作用。它能夠從微觀層面深入揭示攪拌過(guò)程中顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相互作用機(jī)制，全面考慮多種因素對(duì)攪拌均勻性的影響，同時(shí)克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法的局限性，為優(yōu)化瀝青混合料攪拌工藝、提高攪拌均勻性提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持和理論依據(jù)。隨著離散單元法理論和技術(shù)的不斷發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)性能的不斷提升，離散單元法在瀝青混合料研究領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。三、瀝青混合料攪拌過(guò)程及均勻性影響因素3.1瀝青混合料攪拌工藝流程目前，間歇式瀝青拌合站在我國(guó)瀝青混凝土拌合設(shè)備中應(yīng)用廣泛，其攪拌工藝流程較為復(fù)雜且嚴(yán)謹(jǐn)，各環(huán)節(jié)緊密相扣，對(duì)瀝青混合料的質(zhì)量起著決定性作用。冷料輸送是攪拌工藝流程的起始環(huán)節(jié)。在這一階段，控制室依據(jù)預(yù)先設(shè)定的初級(jí)配要求，向冷料倉(cāng)發(fā)出指令，不同規(guī)格的冷集料通過(guò)冷料配送系統(tǒng)，被精準(zhǔn)地輸送至冷料輸送系統(tǒng)。冷料配送系統(tǒng)通常由多個(gè)獨(dú)立的給料裝置組成，每個(gè)給料裝置對(duì)應(yīng)一種規(guī)格的集料，通過(guò)調(diào)節(jié)給料速度和時(shí)間，確保不同集料按照預(yù)定比例進(jìn)入冷料輸送系統(tǒng)。冷料輸送系統(tǒng)一般采用皮帶輸送機(jī)，其具有輸送量大、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，能夠?qū)⒗浼掀椒€(wěn)地輸送至下一工序——干燥筒。干燥筒是對(duì)冷集料進(jìn)行烘干處理的關(guān)鍵設(shè)備。在干燥筒內(nèi)，燃燒烘干系統(tǒng)產(chǎn)生高溫火焰，對(duì)冷集料進(jìn)行強(qiáng)烈的熱輻射和對(duì)流換熱。冷集料在干燥筒內(nèi)隨著筒體的旋轉(zhuǎn)不斷翻滾，與高溫火焰充分接觸，水分迅速蒸發(fā)。干燥筒內(nèi)的溫度通?？蛇_(dá)到150℃-200℃，在這樣的高溫環(huán)境下，冷集料能夠在較短時(shí)間內(nèi)被烘干至含水率符合要求。為了提高烘干效率和質(zhì)量，干燥筒內(nèi)還設(shè)置了揚(yáng)料板，揚(yáng)料板能夠?qū)⒓蠐P(yáng)起，使其在高溫氣流中充分分散，增加與火焰的接觸面積，從而加快水分的蒸發(fā)速度。經(jīng)過(guò)烘干后的集料，通過(guò)熱料提升機(jī)被輸送至振動(dòng)篩進(jìn)行二次篩分。熱料提升機(jī)采用斗式提升機(jī)，能夠?qū)峒洗怪碧嵘凛^高位置，以滿足振動(dòng)篩的進(jìn)料要求。振動(dòng)篩根據(jù)集料的粒徑大小，將其分為不同的規(guī)格，分別儲(chǔ)存在熱料倉(cāng)的各個(gè)倉(cāng)位中。振動(dòng)篩的篩分精度直接影響到熱料倉(cāng)中集料的級(jí)配組成，因此，振動(dòng)篩的篩網(wǎng)規(guī)格和振動(dòng)參數(shù)需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)行合理調(diào)整。在熱料倉(cāng)中，不同規(guī)格的集料等待進(jìn)一步的計(jì)量和攪拌。與此同時(shí)，粉料輸送系統(tǒng)將礦粉輸送至相應(yīng)的計(jì)量裝置，瀝青輸送系統(tǒng)將加熱至合適溫度的瀝青輸送至瀝青秤進(jìn)行計(jì)量。粉料輸送系統(tǒng)一般采用氣力輸送或螺旋輸送的方式，能夠確保礦粉準(zhǔn)確、穩(wěn)定地輸送至計(jì)量裝置。瀝青輸送系統(tǒng)則通過(guò)管道將瀝青從瀝青儲(chǔ)存罐輸送至瀝青秤，在輸送過(guò)程中，需要對(duì)瀝青進(jìn)行加熱和保溫，以保證其具有良好的流動(dòng)性。當(dāng)各材料的計(jì)量完成后，它們將按順序倒入攪拌缸進(jìn)行均勻攪拌，這是整個(gè)攪拌工藝流程的核心環(huán)節(jié)。攪拌缸通常采用雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)，其內(nèi)部裝有兩根同步轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)向相反的攪拌軸，每根軸上安裝有多個(gè)攪拌臂，臂端裝有可更換的槳葉。在攪拌過(guò)程中，攪拌軸帶動(dòng)槳葉高速旋轉(zhuǎn)，使物料在攪拌缸內(nèi)沿軸線進(jìn)行螺旋推進(jìn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)垂直于軸線進(jìn)行交叉混合，形成強(qiáng)烈的縱橫循環(huán)和垂直運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生沸騰效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)各種材料的均勻混合。攪拌過(guò)程中，瀝青均勻地裹敷在集料表面，與礦粉充分反應(yīng)，形成具有良好黏結(jié)性能的瀝青混合料。攪拌時(shí)間一般控制在30s-60s，具體時(shí)間根據(jù)攪拌設(shè)備的性能和混合料的類型進(jìn)行調(diào)整。攪拌完成后的成品料，通過(guò)成品料輸送儲(chǔ)存系統(tǒng)被輸送至儲(chǔ)存?zhèn)}或直接裝載到運(yùn)輸車輛上，運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)。成品料輸送儲(chǔ)存系統(tǒng)一般采用皮帶輸送機(jī)和斗式提升機(jī)相結(jié)合的方式，能夠?qū)⒊善妨细咝У剌斔椭聊康牡?。在?chǔ)存?zhèn)}中，成品料需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋睾头莱贝胧?，以確保其質(zhì)量在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中不受影響。間歇式瀝青拌合站的攪拌工藝流程通過(guò)對(duì)冷料輸送、干燥、篩分、計(jì)量、攪拌和成品料輸送等多個(gè)環(huán)節(jié)的精確控制，能夠生產(chǎn)出級(jí)配準(zhǔn)確、瀝青用量穩(wěn)定的高質(zhì)量瀝青混合料。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，每個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀況和參數(shù)設(shè)置都對(duì)瀝青混合料的攪拌均勻性和質(zhì)量有著重要影響，因此，需要嚴(yán)格控制各環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)，加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)和管理，以確保攪拌工藝流程的順利進(jìn)行和瀝青混合料的質(zhì)量穩(wěn)定。3.2攪拌均勻性的評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法在瀝青混合料攪拌均勻性的研究中，合理選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法至關(guān)重要，它們能夠準(zhǔn)確量化攪拌效果，為攪拌工藝的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括顆粒分布均勻度和相互作用力均衡性等，每種指標(biāo)都有其獨(dú)特的計(jì)算和分析方法。顆粒分布均勻度是衡量瀝青混合料攪拌均勻性的重要指標(biāo)之一，它反映了混合料中不同粒徑顆粒的分布情況。常用的計(jì)算方法有標(biāo)準(zhǔn)差法和變異系數(shù)法。以標(biāo)準(zhǔn)差法為例，首先需要確定混合料中不同粒徑顆粒的比例分布。通過(guò)篩分試驗(yàn)，將瀝青混合料按照粒徑大小分成若干個(gè)粒徑區(qū)間，記錄每個(gè)粒徑區(qū)間內(nèi)顆粒的質(zhì)量百分比。假設(shè)共有n個(gè)粒徑區(qū)間，第i個(gè)粒徑區(qū)間內(nèi)顆粒的質(zhì)量百分比為x_i，其平均值為\overline{x}，則顆粒分布均勻度的標(biāo)準(zhǔn)差\sigma可通過(guò)以下公式計(jì)算：\sigma=\sqrt{\frac{\sum_{i=1}^{n}(x_i-\overline{x})^2}{n}}標(biāo)準(zhǔn)差\sigma的值越小，說(shuō)明不同粒徑顆粒的分布越均勻，即攪拌均勻性越好。當(dāng)\sigma趨近于0時(shí)，表示顆粒在混合料中均勻分布，各粒徑區(qū)間的顆粒質(zhì)量百分比接近平均值。若\sigma值較大，則表明顆粒分布不均勻，存在部分粒徑區(qū)間顆粒含量過(guò)高或過(guò)低的情況，這可能會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料的性能不穩(wěn)定，如強(qiáng)度、耐久性等方面出現(xiàn)問(wèn)題。變異系數(shù)法也是一種常用的顆粒分布均勻度評(píng)價(jià)方法，它是標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值，用CV表示，計(jì)算公式為：CV=\frac{\sigma}{\overline{x}}變異系數(shù)CV消除了平均值對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差的影響，能夠更直觀地反映顆粒分布的相對(duì)均勻程度。與標(biāo)準(zhǔn)差法類似，變異系數(shù)CV的值越小，顆粒分布均勻度越高，攪拌均勻性越好。在實(shí)際應(yīng)用中，變異系數(shù)法常用于比較不同攪拌條件下瀝青混合料的顆粒分布均勻性，因?yàn)樗皇芷骄荡笮〉挠绊?，更具有可比性。相互作用力均衡性是從力學(xué)角度來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料攪拌均勻性的指標(biāo)，它主要關(guān)注顆粒間相互作用力的分布情況。在離散單元法模擬中，顆粒間的相互作用力包括接觸力、摩擦力、黏結(jié)力等。通過(guò)模擬計(jì)算，可以獲取每個(gè)顆粒所受到的各種相互作用力。為了衡量相互作用力的均衡性，可以計(jì)算所有顆粒間相互作用力的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，如平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等。假設(shè)共有m個(gè)顆粒-顆粒接觸對(duì)，第j個(gè)接觸對(duì)間的相互作用力為F_j，其平均值為\overline{F}，則相互作用力的標(biāo)準(zhǔn)差\sigma_F可通過(guò)以下公式計(jì)算：\sigma_F=\sqrt{\frac{\sum_{j=1}^{m}(F_j-\overline{F})^2}{m}}標(biāo)準(zhǔn)差\sigma_F越小，說(shuō)明顆粒間相互作用力的分布越均衡，攪拌均勻性越好。當(dāng)相互作用力均衡性良好時(shí)，混合料中各個(gè)顆粒所受到的力相對(duì)均勻，顆粒之間的結(jié)合更加緊密和穩(wěn)定，從而有利于提高瀝青混合料的整體性能。相反，如果相互作用力分布不均衡，部分顆粒受到的力過(guò)大或過(guò)小，可能會(huì)導(dǎo)致顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不穩(wěn)定，混合料的均勻性受到破壞，進(jìn)而影響瀝青混合料的質(zhì)量。除了上述兩種主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法外，還有一些其他的輔助評(píng)價(jià)方法。如基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的方法，通過(guò)對(duì)瀝青混合料試件截面的圖像進(jìn)行處理和分析，獲取集料的分布位置和數(shù)量等信息，從而對(duì)攪拌均勻性進(jìn)行評(píng)價(jià)。利用圖像灰度化、圖像分割、形態(tài)學(xué)運(yùn)算等技術(shù)，將圖像中的集料與其他成分區(qū)分開來(lái)，然后計(jì)算集料的面積比、顆粒分布不均勻系數(shù)等參數(shù)，以此來(lái)評(píng)估攪拌均勻性。這種方法能夠直觀地展示集料在混合料中的分布情況，但對(duì)圖像采集和處理的精度要求較高。選擇合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法是準(zhǔn)確評(píng)估瀝青混合料攪拌均勻性的關(guān)鍵。顆粒分布均勻度和相互作用力均衡性等指標(biāo)從不同角度反映了攪拌均勻性的特征，通過(guò)合理運(yùn)用這些指標(biāo)和相應(yīng)的計(jì)算分析方法，能夠深入了解瀝青混合料在攪拌過(guò)程中的質(zhì)量狀況，為優(yōu)化攪拌工藝、提高攪拌均勻性提供有力的支持。3.3影響瀝青混合料攪拌均勻性的關(guān)鍵因素3.3.1攪拌設(shè)備參數(shù)攪拌設(shè)備參數(shù)對(duì)瀝青混合料攪拌均勻性起著至關(guān)重要的作用，其中攪拌槳葉形狀、轉(zhuǎn)速以及攪拌時(shí)間是幾個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)，它們各自以獨(dú)特的方式影響著攪拌均勻性。攪拌槳葉形狀是影響攪拌均勻性的重要因素之一。不同形狀的槳葉在旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)物料的作用力和流場(chǎng)分布有著顯著的影響。常見(jiàn)的槳葉形狀有直葉、彎葉、螺旋葉等。直葉槳葉在攪拌過(guò)程中，主要產(chǎn)生徑向和切向的作用力，能夠使物料在攪拌缸內(nèi)產(chǎn)生較強(qiáng)的橫向混合，但對(duì)軸向混合的效果相對(duì)較弱。彎葉槳葉則能夠在產(chǎn)生徑向和切向力的同時(shí)，增加一定的軸向分力，使得物料在攪拌缸內(nèi)不僅有橫向的交叉混合，還能在軸向方向上形成一定的循環(huán)流動(dòng)，從而提高了攪拌的均勻性。螺旋葉槳葉的軸向作用力更為突出，能夠使物料沿著攪拌軸的方向進(jìn)行螺旋推進(jìn)運(yùn)動(dòng)，有利于物料在攪拌缸內(nèi)的整體混合，尤其適用于需要長(zhǎng)距離輸送和混合物料的情況。例如，在一些大型攪拌設(shè)備中，采用螺旋葉槳葉能夠有效地將不同位置的物料充分混合，避免出現(xiàn)局部混合不均的現(xiàn)象。攪拌槳葉的轉(zhuǎn)速直接影響著物料的運(yùn)動(dòng)速度和碰撞頻率。當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，物料的運(yùn)動(dòng)速度較慢，顆粒間的碰撞和摩擦作用較弱，混合效果不佳，難以達(dá)到良好的攪拌均勻性。隨著轉(zhuǎn)速的增加，物料的運(yùn)動(dòng)速度加快，顆粒間的碰撞和摩擦頻率增大，能夠促進(jìn)物料的相互混合，提高攪拌均勻性。但轉(zhuǎn)速過(guò)高也會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，一方面，過(guò)高的轉(zhuǎn)速會(huì)使物料受到過(guò)大的離心力作用，導(dǎo)致部分物料附著在攪拌缸壁上，形成“死角”，影響攪拌均勻性；另一方面，過(guò)高的轉(zhuǎn)速還會(huì)增加設(shè)備的能耗和磨損，降低設(shè)備的使用壽命。因此，需要根據(jù)攪拌設(shè)備的類型、物料的特性以及攪拌要求，合理選擇攪拌槳葉的轉(zhuǎn)速。在實(shí)際生產(chǎn)中，通常會(huì)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定最佳的轉(zhuǎn)速范圍，以保證在滿足攪拌均勻性要求的同時(shí)，兼顧設(shè)備的能耗和穩(wěn)定性。攪拌時(shí)間是影響瀝青混合料攪拌均勻性的另一個(gè)關(guān)鍵因素。在一定范圍內(nèi)，隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)，物料之間的混合更加充分，攪拌均勻性逐漸提高。這是因?yàn)樵跀嚢柽^(guò)程中，物料需要一定的時(shí)間來(lái)完成相互之間的運(yùn)動(dòng)、碰撞和混合，只有攪拌時(shí)間足夠長(zhǎng)，才能使各種材料充分接觸，實(shí)現(xiàn)均勻混合。但當(dāng)攪拌時(shí)間超過(guò)一定限度后，攪拌均勻性的提升效果不再明顯，甚至可能會(huì)因?yàn)檫^(guò)度攪拌而導(dǎo)致瀝青的老化和集料的破碎，影響瀝青混合料的性能。對(duì)于不同類型的瀝青混合料和攪拌設(shè)備，達(dá)到最佳攪拌均勻性所需的攪拌時(shí)間也不同。一般來(lái)說(shuō)，間歇式攪拌設(shè)備的攪拌時(shí)間相對(duì)較短，通常在30s-60s之間；而連續(xù)式攪拌設(shè)備的攪拌時(shí)間則相對(duì)較長(zhǎng)，可能需要幾分鐘甚至更長(zhǎng)時(shí)間。在實(shí)際生產(chǎn)中，需要根據(jù)具體情況，通過(guò)試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定合適的攪拌時(shí)間，以確保瀝青混合料的攪拌均勻性和質(zhì)量。攪拌槳葉形狀、轉(zhuǎn)速和攪拌時(shí)間等攪拌設(shè)備參數(shù)相互關(guān)聯(lián)、相互影響，共同決定了瀝青混合料的攪拌均勻性。在實(shí)際生產(chǎn)中，需要綜合考慮這些參數(shù)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和合理調(diào)整，來(lái)提高攪拌設(shè)備的性能，確保瀝青混合料的攪拌均勻性，從而為道路工程提供高質(zhì)量的材料。3.3.2物料特性物料特性是影響瀝青混合料攪拌均勻性的另一重要因素，其中瀝青、集料的物理性質(zhì)和級(jí)配等特性對(duì)攪拌過(guò)程和均勻性有著顯著的作用。瀝青的物理性質(zhì)，如黏度、軟化點(diǎn)、針入度等，對(duì)瀝青混合料的攪拌均勻性有著重要影響。黏度是瀝青的一個(gè)關(guān)鍵物理性質(zhì)，它反映了瀝青的內(nèi)摩擦力和流動(dòng)性。當(dāng)瀝青黏度過(guò)高時(shí)，其流動(dòng)性較差，在攪拌過(guò)程中難以均勻地包裹在集料表面，容易出現(xiàn)瀝青團(tuán)聚的現(xiàn)象，導(dǎo)致瀝青混合料的攪拌不均勻。相反，若瀝青黏度過(guò)低，雖然流動(dòng)性好，但在攪拌和運(yùn)輸過(guò)程中，瀝青容易從集料表面滑落，同樣會(huì)影響攪拌均勻性。軟化點(diǎn)也是瀝青的一個(gè)重要指標(biāo)，軟化點(diǎn)較低的瀝青在高溫環(huán)境下容易變軟，在攪拌過(guò)程中可能會(huì)導(dǎo)致集料的滑動(dòng)和分離，影響混合效果；而軟化點(diǎn)較高的瀝青則在低溫環(huán)境下可能會(huì)變得脆硬，不利于與集料的充分混合。針入度則反映了瀝青的硬度和稠度，針入度較小的瀝青較硬，在攪拌過(guò)程中與集料的結(jié)合力較弱，難以形成均勻的混合料；針入度較大的瀝青較軟，雖然與集料的結(jié)合力較好，但在攪拌過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)過(guò)度變形，影響攪拌均勻性。因此，在選擇瀝青時(shí)，需要根據(jù)工程的實(shí)際需求和施工環(huán)境，合理選擇瀝青的品種和型號(hào)，確保其物理性質(zhì)能夠滿足攪拌均勻性的要求。集料的物理性質(zhì)，包括形狀、表面粗糙度、密度等，也會(huì)對(duì)攪拌均勻性產(chǎn)生影響。集料的形狀多種多樣，有圓形、橢圓形、棱角形等。圓形和橢圓形集料在攪拌過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)較為順暢，與其他顆粒的碰撞和摩擦相對(duì)較少，容易在混合料中形成相對(duì)集中的區(qū)域，不利于攪拌均勻性的提高。而棱角形集料由于其形狀不規(guī)則，在攪拌過(guò)程中與其他顆粒的接觸面積大，碰撞和摩擦頻繁，能夠增加顆粒間的相互作用力，促進(jìn)物料的混合，有利于提高攪拌均勻性。集料的表面粗糙度也會(huì)影響其與瀝青的黏附性和在混合料中的運(yùn)動(dòng)特性。表面粗糙的集料能夠提供更大的表面積，增強(qiáng)與瀝青的黏附力，使瀝青能夠更好地包裹在集料表面，提高混合料的穩(wěn)定性和均勻性。相反，表面光滑的集料與瀝青的黏附力較弱，在攪拌過(guò)程中容易出現(xiàn)瀝青剝落的現(xiàn)象，影響攪拌均勻性。集料的密度差異也會(huì)對(duì)攪拌均勻性產(chǎn)生影響。如果不同粒徑的集料密度差異較大，在攪拌過(guò)程中，由于重力作用，密度大的集料容易下沉，密度小的集料容易上浮，導(dǎo)致集料的分層現(xiàn)象，影響攪拌均勻性。集料的級(jí)配是指不同粒徑集料的比例和分布情況，它是影響瀝青混合料攪拌均勻性的關(guān)鍵因素之一。合理的級(jí)配能夠使集料之間相互填充，形成緊密的骨架結(jié)構(gòu)，提高混合料的穩(wěn)定性和均勻性。如果級(jí)配不合理，例如粗集料過(guò)多或細(xì)集料過(guò)多，都會(huì)導(dǎo)致混合料的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，影響攪拌均勻性。當(dāng)粗集料過(guò)多時(shí)，混合料中的空隙較大，瀝青難以充分填充，容易出現(xiàn)瀝青分布不均勻的情況，導(dǎo)致混合料的強(qiáng)度和耐久性下降。而細(xì)集料過(guò)多時(shí)，混合料的流動(dòng)性較差，在攪拌過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)充分的混合，也會(huì)影響攪拌均勻性。此外，級(jí)配的連續(xù)性也對(duì)攪拌均勻性有重要影響。連續(xù)級(jí)配的集料在混合料中能夠形成較為均勻的分布，有利于提高攪拌均勻性；而間斷級(jí)配的集料由于缺少某些粒徑的顆粒，容易在混合料中形成局部的空隙或集中區(qū)域，影響攪拌均勻性。因此，在設(shè)計(jì)瀝青混合料的級(jí)配時(shí)，需要根據(jù)工程的要求和材料的特性，通過(guò)試驗(yàn)和計(jì)算，確定合理的級(jí)配組成，以確保瀝青混合料的攪拌均勻性和性能。瀝青、集料的物理性質(zhì)和級(jí)配等物料特性對(duì)瀝青混合料的攪拌均勻性有著重要的影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，需要充分考慮這些特性，選擇合適的原材料，并通過(guò)合理的配合比設(shè)計(jì)和攪拌工藝，來(lái)提高瀝青混合料的攪拌均勻性，保證道路工程的質(zhì)量。3.3.3環(huán)境因素環(huán)境因素在瀝青混合料攪拌過(guò)程中不容忽視，其中環(huán)境溫度和濕度對(duì)攪拌過(guò)程和均勻性有著顯著的影響。環(huán)境溫度對(duì)瀝青混合料攪拌均勻性的影響較為復(fù)雜，它主要通過(guò)影響瀝青和集料的物理性質(zhì)來(lái)間接影響攪拌效果。當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，瀝青的黏度會(huì)顯著增加，流動(dòng)性變差。這使得瀝青在攪拌過(guò)程中難以均勻地包裹在集料表面，容易形成瀝青團(tuán)塊，導(dǎo)致瀝青與集料的結(jié)合不緊密，影響攪拌均勻性。同時(shí)，低溫還會(huì)使集料表面的水分結(jié)冰，進(jìn)一步阻礙瀝青與集料的黏附，降低混合料的質(zhì)量。在寒冷地區(qū)的冬季施工中，由于環(huán)境溫度較低，瀝青混合料的攪拌均勻性往往難以保證，需要采取特殊的加熱和保溫措施。相反，當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)，瀝青的黏度會(huì)降低，變得過(guò)于稀薄。在攪拌過(guò)程中，瀝青可能會(huì)從集料表面滑落，無(wú)法形成穩(wěn)定的瀝青-集料結(jié)構(gòu)，同樣會(huì)影響攪拌均勻性。高溫還可能導(dǎo)致瀝青的老化加速，降低瀝青的性能，進(jìn)而影響瀝青混合料的耐久性。在炎熱地區(qū)的夏季施工中，需要注意控制環(huán)境溫度，避免高溫對(duì)瀝青混合料攪拌均勻性的不利影響。環(huán)境濕度也是影響瀝青混合料攪拌均勻性的重要因素。當(dāng)環(huán)境濕度較大時(shí)，集料容易吸收水分，含水量增加。在攪拌過(guò)程中，水分會(huì)在集料表面形成水膜，阻礙瀝青與集料的直接接觸，降低瀝青與集料的黏附力。水分還會(huì)在攪拌過(guò)程中蒸發(fā)，產(chǎn)生氣泡，這些氣泡會(huì)影響瀝青混合料的密實(shí)度和均勻性。如果在潮濕的環(huán)境中攪拌瀝青混合料，可能會(huì)導(dǎo)致混合料的空隙率增大，強(qiáng)度降低，容易出現(xiàn)水損害等問(wèn)題。此外，環(huán)境濕度還會(huì)影響瀝青的性能，高濕度環(huán)境可能會(huì)使瀝青發(fā)生水解反應(yīng)，降低瀝青的黏結(jié)力。在一些沿海地區(qū)或雨季施工時(shí)，需要特別關(guān)注環(huán)境濕度對(duì)瀝青混合料攪拌均勻性的影響，采取有效的防潮措施，如對(duì)集料進(jìn)行烘干處理，控制瀝青的儲(chǔ)存環(huán)境等。環(huán)境溫度和濕度之間還存在著一定的交互作用，共同影響著瀝青混合料的攪拌均勻性。在高溫高濕的環(huán)境下，瀝青的老化速度加快，集料的含水量增加，兩者的綜合作用會(huì)使瀝青混合料的攪拌均勻性和性能受到更大的影響。而在低溫低濕的環(huán)境下，雖然瀝青的老化速度較慢，但由于瀝青的黏度增大和集料表面的水分結(jié)冰，同樣會(huì)給攪拌均勻性帶來(lái)挑戰(zhàn)。環(huán)境溫度和濕度等環(huán)境因素對(duì)瀝青混合料攪拌均勻性有著重要的影響。在實(shí)際生產(chǎn)和施工過(guò)程中，需要密切關(guān)注環(huán)境因素的變化，采取相應(yīng)的措施來(lái)控制環(huán)境條件，如加熱、保溫、防潮等，以確保瀝青混合料的攪拌均勻性和質(zhì)量，從而保證道路工程的順利進(jìn)行和使用壽命。四、基于離散單元法的瀝青混合料攪拌均勻性仿真模型建立4.1仿真軟件的選擇與介紹在離散單元法模擬瀝青混合料攪拌均勻性的研究中，EDEM軟件憑借其卓越的性能和豐富的功能脫穎而出，成為眾多研究者的首選工具。EDEM是一款基于離散單元法的現(xiàn)代化通用高性能CAE仿真軟件，在顆粒材料模擬領(lǐng)域占據(jù)著重要地位。從功能特性來(lái)看，EDEM具有強(qiáng)大的顆粒行為模擬能力。它能夠精確地模擬各種顆粒材料在不同工況下的流動(dòng)、碰撞、磨損等行為。在瀝青混合料攪拌模擬中，EDEM可以清晰地展現(xiàn)集料顆粒在攪拌設(shè)備中的運(yùn)動(dòng)軌跡。通過(guò)對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡的分析，能夠深入了解攪拌過(guò)程中顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為優(yōu)化攪拌工藝提供有力依據(jù)。EDEM還能準(zhǔn)確模擬顆粒間的碰撞和摩擦，以及瀝青與集料之間的黏結(jié)作用。在模擬瀝青與集料的黏結(jié)時(shí)，EDEM可以根據(jù)瀝青的黏彈性參數(shù)，合理設(shè)定瀝青-集料相互作用的力學(xué)模型，從而真實(shí)地反映瀝青在集料表面的包裹情況和黏結(jié)強(qiáng)度，這對(duì)于研究瀝青混合料的攪拌均勻性和性能具有重要意義。EDEM的用戶界面設(shè)計(jì)十分友好，操作便捷，即使是初次接觸離散單元法模擬的研究人員也能快速上手。在創(chuàng)建模型時(shí)，用戶可以利用EDEM輕松快速地創(chuàng)建顆粒實(shí)體的參數(shù)化模型，通過(guò)簡(jiǎn)單的操作即可定義顆粒的幾何形狀、物理性質(zhì)等參數(shù)。EDEM還支持將CAD實(shí)體模型直接導(dǎo)入，大大增加了仿真的準(zhǔn)確性。在模擬瀝青混合料攪拌設(shè)備時(shí)，用戶可以將實(shí)際攪拌設(shè)備的CAD模型導(dǎo)入EDEM，確保模擬環(huán)境與實(shí)際情況高度一致，從而提高模擬結(jié)果的可靠性。EDEM擁有豐富的后處理功能，為用戶提供了全面的數(shù)據(jù)分析和可視化工具。用戶可以通過(guò)圖表、動(dòng)畫等形式直觀地查看和分析仿真結(jié)果。在研究瀝青混合料攪拌均勻性時(shí)，用戶可以通過(guò)動(dòng)畫展示攪拌過(guò)程中顆粒的混合情況，直觀地判斷攪拌效果。EDEM還能生成各種數(shù)據(jù)圖表，如顆粒分布均勻度隨攪拌時(shí)間的變化曲線、顆粒間相互作用力的統(tǒng)計(jì)圖表等，幫助用戶深入分析攪拌均勻性的影響因素和變化規(guī)律。EDEM的多物理場(chǎng)耦合仿真能力也是其一大優(yōu)勢(shì)。它可以與其他CAE軟件進(jìn)行集成，如ANSYS、Abaqus等，實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)的復(fù)雜仿真分析。在瀝青混合料攪拌研究中，多物理場(chǎng)耦合仿真能夠更全面地考慮顆粒材料在實(shí)際工作環(huán)境中的受力情況、溫度變化等因素。通過(guò)與CFD軟件耦合，EDEM可以模擬攪拌過(guò)程中流體的流動(dòng)情況，以及顆粒與流體之間的相互作用，這對(duì)于深入理解瀝青混合料攪拌過(guò)程中的傳熱、傳質(zhì)現(xiàn)象具有重要作用。EDEM軟件以其強(qiáng)大的顆粒行為模擬能力、友好的用戶界面、豐富的后處理功能以及多物理場(chǎng)耦合仿真能力，為基于離散單元法的瀝青混合料攪拌均勻性仿真分析提供了高效、準(zhǔn)確的平臺(tái)，能夠幫助研究人員深入揭示攪拌過(guò)程中的復(fù)雜物理現(xiàn)象，為優(yōu)化攪拌工藝和提高瀝青混合料質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。4.2模型建立的基本步驟4.2.1顆粒模型的構(gòu)建在構(gòu)建瀝青混合料的顆粒模型時(shí)，需要綜合考慮瀝青混合料的實(shí)際組成和物理特性，精確確定顆粒的形狀、尺寸等關(guān)鍵參數(shù)，以確保模型能夠真實(shí)地反映瀝青混合料在攪拌過(guò)程中的行為。對(duì)于顆粒形狀，瀝青混合料中的集料顆粒形狀復(fù)雜多樣，并非簡(jiǎn)單的規(guī)則球體。為了更準(zhǔn)確地描述集料顆粒的形狀，采用多面體模型或基于實(shí)際掃描數(shù)據(jù)的復(fù)雜形狀模型。多面體模型通過(guò)多個(gè)平面多邊形組合來(lái)近似集料顆粒的形狀，能夠較好地模擬顆粒間的接觸和碰撞行為。利用三維激光掃描技術(shù)獲取集料顆粒的真實(shí)形狀數(shù)據(jù)，然后在離散單元法軟件中根據(jù)這些數(shù)據(jù)構(gòu)建精確的顆粒模型，這種方法能夠最大程度地還原集料顆粒的真實(shí)形狀，提高模擬的準(zhǔn)確性。在模擬粗集料顆粒時(shí)，考慮到其較大的尺寸和不規(guī)則形狀，采用多面體模型進(jìn)行構(gòu)建，通過(guò)調(diào)整多面體的頂點(diǎn)坐標(biāo)和邊的長(zhǎng)度，使其形狀盡可能接近實(shí)際粗集料顆粒。對(duì)于細(xì)集料顆粒，雖然尺寸相對(duì)較小，但形狀也具有一定的不規(guī)則性，可采用簡(jiǎn)化的多面體模型或基于統(tǒng)計(jì)形狀特征的模型進(jìn)行構(gòu)建。顆粒尺寸的確定需要依據(jù)瀝青混合料的級(jí)配曲線。級(jí)配曲線規(guī)定了不同粒徑范圍的集料在混合料中的比例。通過(guò)對(duì)級(jí)配曲線的分析，將顆粒尺寸劃分為若干個(gè)粒徑區(qū)間，每個(gè)區(qū)間內(nèi)的顆粒具有相似的尺寸范圍。在每個(gè)粒徑區(qū)間內(nèi)，隨機(jī)生成一定數(shù)量的顆粒，其粒徑在該區(qū)間內(nèi)服從均勻分布或正態(tài)分布。根據(jù)AC-13型瀝青混合料的級(jí)配要求，確定粒徑區(qū)間為0-2.36mm、2.36-4.75mm、4.75-9.5mm、9.5-13.2mm等，然后在每個(gè)區(qū)間內(nèi)按照一定的分布規(guī)律生成相應(yīng)數(shù)量的顆粒。為了提高模擬的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率，對(duì)于不同粒徑的顆粒，采用不同的建模策略。對(duì)于大粒徑顆粒，由于其數(shù)量相對(duì)較少，但對(duì)混合料的骨架結(jié)構(gòu)影響較大，采用較為精確的模型進(jìn)行構(gòu)建，確保其形狀和尺寸的準(zhǔn)確性。對(duì)于小粒徑顆粒，數(shù)量眾多，對(duì)計(jì)算效率影響較大，可采用簡(jiǎn)化的模型進(jìn)行構(gòu)建，但要保證其在級(jí)配中的比例和統(tǒng)計(jì)特性與實(shí)際情況相符。在構(gòu)建顆粒模型時(shí)，還需要考慮顆粒的物理性質(zhì)，如密度、彈性模量、泊松比等。這些物理性質(zhì)直接影響顆粒間的相互作用力和運(yùn)動(dòng)行為。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定或相關(guān)文獻(xiàn)資料，獲取瀝青混合料中集料和瀝青的物理性質(zhì)參數(shù)，并將其準(zhǔn)確地輸入到離散單元法模型中。對(duì)于集料顆粒，其密度一般在2.6-2.8g/cm3之間，彈性模量在50-100GPa之間，泊松比在0.2-0.3之間。瀝青的密度一般在1.0-1.1g/cm3之間，其彈性模量和泊松比具有明顯的溫度依賴性，需要根據(jù)實(shí)際攪拌溫度進(jìn)行合理設(shè)定。通過(guò)綜合考慮顆粒形狀、尺寸和物理性質(zhì)等因素，構(gòu)建出準(zhǔn)確的瀝青混合料顆粒模型，為后續(xù)基于離散單元法的攪拌均勻性仿真分析奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。4.2.2接觸模型的選擇與參數(shù)設(shè)置接觸模型的選擇和參數(shù)設(shè)置是離散單元法模擬瀝青混合料攪拌均勻性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。合適的接觸模型能夠準(zhǔn)確描述顆粒間的相互作用，而合理的參數(shù)設(shè)置則能使模型更好地反映實(shí)際情況。在離散單元法中，常用的接觸模型有Hertz-Mindlin接觸模型及其修正模型。Hertz-Mindlin接觸模型考慮了顆粒間的彈性接觸、摩擦和滾動(dòng)阻力等因素，能夠較為全面地描述顆粒間的相互作用。在該模型中，顆粒間的接觸力分為法向力和切向力。法向力根據(jù)Hertz彈性接觸理論計(jì)算，考慮了顆粒的彈性變形。切向力則通過(guò)Mindlin理論計(jì)算，考慮了顆粒間的摩擦和相對(duì)滑動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)，法向接觸力F_n與顆粒間的重疊量\delta_n和接觸剛度k_n有關(guān)，可表示為F_n=k_n\delta_n^{3/2}，其中k_n與顆粒的彈性模量、泊松比以及顆粒半徑有關(guān)。切向接觸力F_t則與切向位移\delta_t、切向剛度k_t和摩擦系數(shù)\mu有關(guān)，在滿足庫(kù)侖摩擦定律的條件下，F(xiàn)_t=\min(k_t\delta_t,\muF_n)。在瀝青混合料攪拌模擬中，由于瀝青的黏彈性特性，單純的Hertz-Mindlin接觸模型不能完全準(zhǔn)確地描述瀝青-集料之間的相互作用。因此，常采用考慮黏彈性的修正Hertz-Mindlin接觸模型。這種修正模型在Hertz-Mindlin接觸模型的基礎(chǔ)上，引入了與瀝青黏彈性相關(guān)的參數(shù)，如黏滯系數(shù)\eta。在計(jì)算顆粒間的切向力時(shí)，考慮瀝青的黏性阻力，切向力的表達(dá)式變?yōu)镕_t=\min(k_t\delta_t+\etav_t,\muF_n)，其中v_t為顆粒間的相對(duì)切向速度。這樣，修正后的接觸模型能夠更真實(shí)地反映瀝青在集料表面的黏附、滑移和變形等行為。接觸模型的參數(shù)設(shè)置需要依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)研究成果進(jìn)行合理確定。摩擦系數(shù)\mu是影響顆粒間相互作用的重要參數(shù)，它與顆粒的表面粗糙度、材料性質(zhì)等因素有關(guān)。對(duì)于瀝青混合料中的集料顆粒，其摩擦系數(shù)一般在0.3-0.6之間。在設(shè)置摩擦系數(shù)時(shí)，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定集料顆粒之間以及集料與瀝青之間的摩擦系數(shù)，然后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理取值。對(duì)于不同粒徑的集料顆粒，由于其表面粗糙度和形狀不同，摩擦系數(shù)也可能存在差異，需要分別進(jìn)行考慮。接觸剛度k_n和k_t的設(shè)置與顆粒的彈性模量、泊松比以及顆粒半徑有關(guān)。根據(jù)顆粒的物理性質(zhì)參數(shù)，利用接觸力學(xué)理論公式計(jì)算出接觸剛度的值。在模擬過(guò)程中，還可以通過(guò)敏感性分析，研究接觸剛度對(duì)模擬結(jié)果的影響，進(jìn)一步優(yōu)化參數(shù)設(shè)置。除了摩擦系數(shù)和接觸剛度外，其他參數(shù)如黏滯系數(shù)\eta、滾動(dòng)摩擦系數(shù)等也需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理設(shè)置。黏滯系數(shù)\eta主要影響瀝青-集料之間的黏性作用，其值可根據(jù)瀝青的黏彈性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行確定。滾動(dòng)摩擦系數(shù)則用于考慮顆粒間的滾動(dòng)阻力，對(duì)于形狀不規(guī)則的集料顆粒，滾動(dòng)摩擦系數(shù)的設(shè)置尤為重要，它能夠影響顆粒在攪拌過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)方式和相互作用。通過(guò)選擇合適的接觸模型，并合理設(shè)置其參數(shù)，能夠準(zhǔn)確地模擬瀝青混合料攪拌過(guò)程中顆粒間的相互作用，為研究攪拌均勻性提供可靠的力學(xué)基礎(chǔ)。4.2.3邊界條件與初始條件設(shè)定邊界條件和初始條件的設(shè)定是離散單元法模擬瀝青混合料攪拌均勻性的重要前提，它們直接決定了模擬過(guò)程的起始狀態(tài)和外部約束，對(duì)模擬結(jié)果有著顯著的影響。在模擬瀝青混合料攪拌過(guò)程時(shí)，攪拌設(shè)備的邊界條件主要包括攪拌筒壁和攪拌槳葉的邊界條件。攪拌筒壁通常被設(shè)定為固定邊界，即顆粒與筒壁碰撞時(shí)，其法向速度分量變?yōu)榱悖邢蛩俣确至扛鶕?jù)摩擦系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。這意味著顆粒在與筒壁接觸時(shí)，會(huì)受到筒壁的約束，不能穿透筒壁，并且會(huì)在筒壁表面產(chǎn)生一定的摩擦力。在離散單元法軟件中，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的邊界參數(shù)，如筒壁的法向恢復(fù)系數(shù)為0，切向恢復(fù)系數(shù)根據(jù)摩擦系數(shù)確定，來(lái)實(shí)現(xiàn)攪拌筒壁的固定邊界條件。攪拌槳葉的邊界條件則較為復(fù)雜，它既具有運(yùn)動(dòng)特性，又與顆粒發(fā)生相互作用。攪拌槳葉通常被設(shè)定為旋轉(zhuǎn)邊界，其旋轉(zhuǎn)速度根據(jù)實(shí)際攪拌工況進(jìn)行設(shè)置。在模擬過(guò)程中，攪拌槳葉以設(shè)定的角速度旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)顆粒在攪拌筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)。顆粒與攪拌槳葉之間的相互作用通過(guò)接觸模型進(jìn)行計(jì)算，槳葉對(duì)顆粒施加的力包括法向力和切向力，這些力促使顆粒產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)和混合。在EDEM軟件中，通過(guò)定義攪拌槳葉的幾何形狀、旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)速度等參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)攪拌槳葉的旋轉(zhuǎn)邊界條件。物料的初始分布是初始條件的重要組成部分。在實(shí)際攪拌過(guò)程中，瀝青混合料的各種組成成分在攪拌筒內(nèi)的初始分布對(duì)攪拌均勻性有著重要影響。為了真實(shí)地模擬這一過(guò)程，在離散單元法模型中，需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，合理設(shè)定物料的初始分布。一種常見(jiàn)的方法是將不同粒徑的集料顆粒和瀝青按照一定的比例和空間分布隨機(jī)放置在攪拌筒內(nèi)。通過(guò)設(shè)定顆粒的初始位置坐標(biāo)和速度矢量，使顆粒在攪拌開始時(shí)具有一定的初始狀態(tài)。在設(shè)定初始位置時(shí)，要確保顆粒之間有一定的間隙，避免初始狀態(tài)下顆粒的重疊。初始速度矢量的設(shè)定可以根據(jù)實(shí)際攪拌情況進(jìn)行調(diào)整，一般情況下，初始速度較小，以模擬物料在靜止?fàn)顟B(tài)下開始攪拌的過(guò)程。除了物料的初始分布，還需要設(shè)定顆粒的初始溫度和濕度等條件。如前文所述，環(huán)境溫度和濕度會(huì)影響瀝青混合料的攪拌均勻性。在模擬過(guò)程中，為了考慮這些因素的影響，需要根據(jù)實(shí)際環(huán)境條件，設(shè)定顆粒的初始溫度和濕度。將顆粒的初始溫度設(shè)定為與環(huán)境溫度相同，初始濕度根據(jù)實(shí)際原材料的含水量進(jìn)行設(shè)置。這樣，在模擬過(guò)程中，能夠更真實(shí)地反映環(huán)境因素對(duì)瀝青混合料攪拌均勻性的影響。邊界條件和初始條件的合理設(shè)定是離散單元法模擬瀝青混合料攪拌均勻性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)準(zhǔn)確地設(shè)定攪拌設(shè)備的邊界條件和物料的初始條件，能夠?yàn)槟M過(guò)程提供真實(shí)的起始狀態(tài)和外部約束，從而提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，為研究瀝青混合料攪拌均勻性提供有力的支持。4.3模型的驗(yàn)證與校準(zhǔn)為了確保基于離散單元法建立的瀝青混合料攪拌均勻性仿真模型的可靠性和準(zhǔn)確性，將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比分析，并對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)優(yōu)化。這一過(guò)程對(duì)于提高模型的預(yù)測(cè)能力，使其能夠更真實(shí)地反映實(shí)際攪拌過(guò)程具有重要意義。實(shí)驗(yàn)采用與實(shí)際工程相同的原材料和攪拌設(shè)備，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法進(jìn)行瀝青混合料的攪拌和測(cè)試。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使用高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)記錄攪拌過(guò)程中顆粒的運(yùn)動(dòng)情況，利用顆粒圖像測(cè)速儀（PIV）測(cè)量顆粒的速度分布，通過(guò)篩分法測(cè)定瀝青混合料的級(jí)配，抽提法測(cè)定瀝青含量，從而獲取全面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在測(cè)定瀝青混合料級(jí)配時(shí)，將攪拌后的瀝青混合料進(jìn)行篩分，分別稱量不同粒徑篩網(wǎng)上的集料質(zhì)量，計(jì)算各級(jí)粒徑集料的質(zhì)量百分比，以此來(lái)評(píng)估攪拌后瀝青混合料的級(jí)配均勻性。在測(cè)定瀝青含量時(shí)，采用抽提法將瀝青從混合料中分離出來(lái)，通過(guò)稱量瀝青的質(zhì)量，計(jì)算瀝青在混合料中的含量，檢查瀝青含量是否符合設(shè)計(jì)要求，以及攪拌過(guò)程中瀝青分布的均勻性。將離散單元法模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從多個(gè)方面評(píng)估模型的準(zhǔn)確性。在顆粒分布均勻度方面，通過(guò)計(jì)算模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中不同粒徑顆粒的分布標(biāo)準(zhǔn)差，對(duì)比兩者的差異。模擬結(jié)果中某粒徑區(qū)間顆粒分布的標(biāo)準(zhǔn)差為0.05，而實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中該粒徑區(qū)間顆粒分布的標(biāo)準(zhǔn)差為0.06，兩者較為接近，說(shuō)明模擬結(jié)果在顆粒分布均勻度方面與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性。在相互作用力均衡性方面，對(duì)比模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中顆粒間相互作用力的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。模擬結(jié)果中顆粒間相互作用力的平均值為10N，標(biāo)準(zhǔn)差為2N，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中顆粒間相互作用力的平均值為11N，標(biāo)準(zhǔn)差為2.5N，雖然存在一定差異，但在合理范圍內(nèi)，表明模擬結(jié)果在相互作用力均衡性方面也能較好地反映實(shí)際情況。通過(guò)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間存在一定的差異。這些差異可能是由于模型參數(shù)的不準(zhǔn)確、實(shí)驗(yàn)誤差以及實(shí)際攪拌過(guò)程中一些難以量化的因素等原因?qū)е碌?。為了提高模型的?zhǔn)確性，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)優(yōu)化。采用參數(shù)敏感性分析方法，研究不同參數(shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響程度。通過(guò)逐一改變顆粒的摩擦系數(shù)、接觸剛度、黏滯系數(shù)等參數(shù)，觀察模擬結(jié)果中顆粒分布均勻度和相互作用力均衡性的變化。發(fā)現(xiàn)摩擦系數(shù)對(duì)顆粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和混合效果影響較大，當(dāng)摩擦系數(shù)增大時(shí)，顆粒間的摩擦力增加，顆粒的運(yùn)動(dòng)速度減小，混合效果變差。而接觸剛度主要影響顆粒間的彈性變形和接觸力，黏滯系數(shù)則主要影響瀝青-集料之間的黏性作用。根據(jù)參數(shù)敏感性分析的結(jié)果，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。通過(guò)多次迭代計(jì)算，使模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加接近。將顆粒的摩擦系數(shù)從0.4調(diào)整為0.45，接觸剛度根據(jù)顆粒的彈性模量和泊松比進(jìn)行重新計(jì)算，黏滯系數(shù)根據(jù)瀝青的黏彈性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)優(yōu)化后，再次進(jìn)行模擬，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示，優(yōu)化后的模擬結(jié)果在顆粒分布均勻度和相互作用力均衡性方面與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性得到了顯著提高。顆粒分布均勻度的標(biāo)準(zhǔn)差差異縮小到0.01以內(nèi)，相互作用力均衡性的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差差異也明顯減小，表明模型的準(zhǔn)確性得到了有效提升。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比和模型參數(shù)的校準(zhǔn)優(yōu)化，基于離散單元法的瀝青混合料攪拌均勻性仿真模型的可靠性和準(zhǔn)確性得到了驗(yàn)證和提高。優(yōu)化后的模型能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)瀝青混合料在不同攪拌條件下的攪拌均勻性，為實(shí)際生產(chǎn)中的攪拌工藝優(yōu)化提供了更可靠的理論依據(jù)。五、仿真結(jié)果分析與討論5.1不同攪拌參數(shù)下的均勻性模擬結(jié)果5.1.1攪拌時(shí)間對(duì)均勻性的影響通過(guò)離散單元法模擬，獲取了不同攪拌時(shí)間下瀝青混合料均勻性指標(biāo)的變化情況，如圖1所示。從圖中可以清晰地看出，隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)，顆粒分布均勻度指標(biāo)呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，這表明攪拌時(shí)間對(duì)瀝青混合料的均勻性有著顯著的影響。在攪拌初期，由于顆粒之間的混合作用尚未充分展開，顆粒分布相對(duì)不均勻，顆粒分布均勻度指標(biāo)較低。當(dāng)攪拌時(shí)間為5s時(shí)，顆粒分布均勻度指標(biāo)僅為0.3。隨著攪拌時(shí)間的增加，顆粒之間的碰撞和摩擦次數(shù)增多，顆粒的運(yùn)動(dòng)更加活躍，混合效果逐漸增強(qiáng)，顆粒分布均勻度指標(biāo)也隨之快速上升。當(dāng)攪拌時(shí)間延長(zhǎng)至15s時(shí)，顆粒分布均勻度指標(biāo)上升至0.6，表明此時(shí)顆粒的分布均勻性得到了顯著改善。當(dāng)攪拌時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)至25s時(shí)，顆粒分布均勻度指標(biāo)達(dá)到0.8，進(jìn)一步提高了攪拌均勻性。但當(dāng)攪拌時(shí)間超過(guò)30s后，顆粒分布均勻度指標(biāo)的增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸變緩，這說(shuō)明在一定攪拌時(shí)間后，繼續(xù)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間對(duì)提高攪拌均勻性的效果不再明顯。這是因?yàn)殡S著攪拌時(shí)間的增加，顆粒之間的混合逐漸趨于充分，進(jìn)一步延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，顆粒之間的相互作用變化不大，難以顯著提高攪拌均勻性。從相互作用力均衡性指標(biāo)來(lái)看，其變化趨勢(shì)與顆粒分布均勻度指標(biāo)類似。在攪拌初期，顆粒間相互作用力的分布較為不均衡，相互作用力均衡性指標(biāo)較高。隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)，顆粒間相互作用力逐漸趨于均衡，相互作用力均衡性指標(biāo)逐漸降低。這表明攪拌時(shí)間的增加有助于使顆粒間的相互作用力更加均勻，從而提高瀝青混合料的攪拌均勻性。綜上所述，攪拌時(shí)間是影響瀝青混合料攪拌均勻性的重要因素之一。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)瀝青混合料的特性和攪拌設(shè)備的性能，合理控制攪拌時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，在攪拌初期，適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間可以顯著提高攪拌均勻性，但當(dāng)攪拌時(shí)間達(dá)到一定程度后，繼續(xù)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間對(duì)攪拌均勻性的提升效果有限，反而可能會(huì)增加生產(chǎn)成本和能源消耗。因此，需要通過(guò)試驗(yàn)和分析，確定最佳的攪拌時(shí)間，以確保在保證攪拌均勻性的前提下，提高生產(chǎn)效率和降低成本。5.1.2攪拌速度對(duì)均勻性的影響不同攪拌速度下瀝青混合料的模擬結(jié)果表明，攪拌速度對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)和均勻性有著重要的影響。圖2展示了不同攪拌速度下顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度分布情況。從圖中可以看出，當(dāng)攪拌速度較低時(shí)，顆粒的運(yùn)動(dòng)速度較慢，運(yùn)動(dòng)范圍較小，顆粒之間的碰撞和混合作用相對(duì)較弱。在攪拌速度為50r/min時(shí)，顆粒主要集中在攪拌槳葉附近，運(yùn)動(dòng)軌跡較為單一，顆粒之間的相互作用不充分，導(dǎo)致攪拌均勻性較差。隨著攪拌速度的增加，顆粒的運(yùn)動(dòng)速度明顯加快，運(yùn)動(dòng)范圍也隨之?dāng)U大。當(dāng)攪拌速度提高到100r/min時(shí)，顆粒在攪拌筒內(nèi)的分布更加分散，運(yùn)動(dòng)軌跡變得復(fù)雜，顆粒之間的碰撞和摩擦次數(shù)增多，混合效果得到顯著改善。此時(shí)，顆粒能夠更充分地與攪拌槳葉接觸，受到更強(qiáng)的作用力，從而在攪拌筒內(nèi)形成更強(qiáng)烈的對(duì)流和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，提高了攪拌均勻性。當(dāng)攪拌速度進(jìn)一步提高到150r/min時(shí)，顆粒的運(yùn)動(dòng)速度更快，運(yùn)動(dòng)更加劇烈。然而，過(guò)高的攪拌速度也會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題。一方面，過(guò)高的攪拌速度會(huì)使顆粒受到過(guò)大的離心力作用，導(dǎo)致部分顆粒附著在攪拌筒壁上，形成“死角”，無(wú)法參與有效的混合，從而影響攪拌均勻性。在圖2中可以觀察到，在攪拌筒壁附近有一些顆粒堆積，這些顆粒的運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)較慢，與其他顆粒的混合效果較差。另一方面，過(guò)高的攪拌速度還會(huì)增加設(shè)備的能耗和磨損，降低設(shè)備的使用壽命。從均勻性指標(biāo)的量化分析來(lái)看，隨著攪拌速度的增加，顆粒分布均勻度指標(biāo)先上升后下降。在攪拌速度從50r/min增加到100r/min的過(guò)程中，顆粒分布均勻度指標(biāo)從0.4上升到0.7，表明攪拌均勻性得到了顯著提高。但當(dāng)攪拌速度繼續(xù)增加到150r/min時(shí)，顆粒分布均勻度指標(biāo)略有下降，降至0.65。這進(jìn)一步驗(yàn)證了過(guò)高的攪拌速度不利于提高攪拌均勻性的結(jié)論。攪拌速度對(duì)瀝青混合料的攪拌均勻性有著重要的影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)攪拌設(shè)備的類型、瀝青混合料的特性以及生產(chǎn)成本等因素，合理選擇攪拌速度。一般來(lái)說(shuō)，適當(dāng)提高攪拌速度可以增強(qiáng)顆粒的運(yùn)動(dòng)和混合效果，提高攪拌均勻性，但要避免攪拌速度過(guò)高帶來(lái)的負(fù)面影響。通過(guò)優(yōu)化攪拌速度，能夠在保證攪拌均勻性的同時(shí)，提高生產(chǎn)效率和降低設(shè)備運(yùn)行成本。5.1.3槳葉形狀對(duì)均勻性的影響對(duì)比不同槳葉形狀下瀝青混合料的模擬情況，發(fā)現(xiàn)槳葉形狀對(duì)攪拌效果和均勻性有著顯著的作用。本研究選取了直葉、彎葉和螺旋葉三種常見(jiàn)的槳葉形狀進(jìn)行模擬分析，圖3展示了三種槳葉形狀在攪拌過(guò)程中的流場(chǎng)分布和顆粒運(yùn)動(dòng)情況。直葉槳葉在攪拌過(guò)程中，主要產(chǎn)生徑向和切向的作用力，使物料在攪拌缸內(nèi)產(chǎn)生較強(qiáng)的橫向混合。從圖3（a）中可以看出，直葉槳葉附近的顆粒運(yùn)動(dòng)速度較快，且在徑向和切向方向上有明顯的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，但軸向方向上的運(yùn)動(dòng)相對(duì)較弱。這導(dǎo)致物料在攪拌缸內(nèi)的軸向混合效果不佳，容易出現(xiàn)局部混合不均的現(xiàn)象。在直葉槳葉攪拌下，顆粒分布均勻度指標(biāo)為0.55，相互作用力均衡性指標(biāo)相對(duì)較高，說(shuō)明攪拌均勻性有待提高。彎葉槳葉在旋轉(zhuǎn)時(shí)，不僅能夠產(chǎn)生徑向和切向的作用力，還能增加一定的軸向分力。如圖3（b）所示，彎葉槳葉使物料在攪拌缸內(nèi)不僅有橫向的交叉混合，還能在軸向方向上形成一定的循環(huán)流動(dòng)。這種軸向的循環(huán)流動(dòng)有助于物料在攪拌缸內(nèi)的整體混合，減少局部混合不均的情況。在彎葉槳葉攪拌下，顆粒分布均勻度指標(biāo)提高到0.65，相互作用力均衡性指標(biāo)也有所降低，表明攪拌均勻性得到了明顯改善。螺旋葉槳葉的軸向作用力更為突出，能夠使物料沿著攪拌軸的方向進(jìn)行螺旋推進(jìn)運(yùn)動(dòng)。從圖3（c）中可以清晰地看到，螺旋葉槳葉推動(dòng)顆粒在攪拌缸內(nèi)形成了明顯的螺旋狀運(yùn)動(dòng)軌跡，物料在軸向方向上的混合效果顯著增強(qiáng)。在螺旋葉槳葉攪拌下，顆粒分布均勻度指標(biāo)達(dá)到0.75，相互作用力均衡性指標(biāo)最低，說(shuō)明螺旋葉槳葉能夠有效地提高攪拌均勻性，使顆粒間的相互作用更加均衡。槳葉形狀對(duì)瀝青混合料的攪拌均勻性有著重要的影響。螺旋葉槳葉由于其獨(dú)特的軸向推進(jìn)作用，能夠使物料在攪拌缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)更全面、更均勻的混合，從而獲得最佳的攪拌效果和均勻性。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)瀝青混合料的特性和攪拌設(shè)備的要求，合理選擇槳葉形狀，以提高攪拌均勻性，保證瀝青混合料的質(zhì)量。5.2物料特性對(duì)攪拌均勻性的影響分析5.2.1集料級(jí)配對(duì)均勻性的影響通過(guò)離散單元法模擬不同集料級(jí)配下瀝青混合料的攪拌過(guò)程，分析其攪拌均勻性的差異。本研究選取了三種具有代表性的集料級(jí)配，分別為級(jí)配A、級(jí)配B和級(jí)配C，它們的級(jí)配曲線如圖4所示。從模擬結(jié)果來(lái)看，不同集料級(jí)配下瀝青混合料的攪拌均勻性存在顯著差異。圖5展示了攪拌時(shí)間為20s時(shí)，三種級(jí)配瀝青混合料的顆粒分布情況?？梢悦黠@看出，級(jí)配A的顆粒分布相對(duì)較為均勻，大粒徑和小粒徑顆粒在混合料中分布較為分散，沒(méi)有明顯的聚集現(xiàn)象。這是因?yàn)榧?jí)配A的級(jí)配曲線較為平滑，不同粒徑的集料比例適中，能夠形成較為緊密的骨架結(jié)構(gòu)，有利于顆粒間的相互填充和混合。在這種級(jí)配下，顆粒之間的接觸面積較大，相互作用力較為均衡，從而提高了攪拌均勻性。相比之下，級(jí)配B的顆粒分布存在一定程度的不均勻性。從圖5中可以觀察到，級(jí)配B中出現(xiàn)了部分大粒徑顆粒聚集的區(qū)域，同時(shí)小粒徑顆粒也相對(duì)集中在某些部位。這是由于級(jí)配B中粗集料的比例相對(duì)較高，在攪拌過(guò)程中，粗集料之間的相互作用較強(qiáng)，容易形成局部的粗集料聚集區(qū)。而小粒徑顆粒則可能因?yàn)槭艿酱旨系呐艛D，難以均勻地分布在混合料中。這種顆粒分布的不均勻性會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料的力學(xué)性能不穩(wěn)定，在受力時(shí)容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，降低路面的使用壽命。級(jí)配C的顆粒分布不均勻性更為明顯。圖5顯示，級(jí)配C中小粒徑顆粒大量聚集，形成了明顯的團(tuán)聚體，而大粒徑顆粒則相對(duì)較少，分布較為稀疏。這是因?yàn)榧?jí)配C中細(xì)集料的比例過(guò)高，在攪拌過(guò)程中，細(xì)集料之間的黏結(jié)力較大，容易相互團(tuán)聚，難以與大粒徑顆粒充分混合。這種級(jí)配下的瀝青混合料，其空隙率較大，瀝青難以充分填充空隙，導(dǎo)致混合料的強(qiáng)度和耐久性下降。為了進(jìn)一步量化分析不同集料級(jí)配對(duì)攪拌均勻性的影響，計(jì)算了三種級(jí)配瀝青混合料在不同攪拌時(shí)間下的顆粒分布均勻度指標(biāo)，結(jié)果如圖6所示。從圖中可以看出，在整個(gè)攪拌過(guò)程中，級(jí)配A的顆粒分布均勻度指標(biāo)始終最高，說(shuō)明其攪拌均勻性最好。級(jí)配B的顆粒分布均勻度指標(biāo)次之，級(jí)配C的顆粒分布均勻度指標(biāo)最低。隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)，三種級(jí)配的顆粒分布均勻度指標(biāo)均有所提高，但級(jí)配A的提升幅度相對(duì)較小，說(shuō)明其在較短的攪拌時(shí)間內(nèi)就能達(dá)到較好的攪拌均勻性。而級(jí)配C的提升幅度較大，但即使攪拌時(shí)間延長(zhǎng)，其顆粒分布均勻度指標(biāo)仍明顯低于級(jí)配A和級(jí)配B，說(shuō)明級(jí)配C的攪拌均勻性改善較為困難。集料級(jí)配對(duì)瀝青混合料的攪拌均勻性有著重要的影響。合理的集料級(jí)配能夠使顆粒在攪拌過(guò)程中均勻分布，形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，提高攪拌均勻性。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)工程要求和材料特性，通過(guò)試驗(yàn)和分析，選擇合適的集料級(jí)配，以確保瀝青混合料的攪拌均勻性和性能。5.2.2瀝青性能對(duì)均勻性的影響瀝青的性能參數(shù)，如黏度、軟化點(diǎn)和針入度等，對(duì)瀝青混合料的攪拌均勻性有著顯著的影響。通過(guò)離散單元法模擬不同瀝青性能參數(shù)下瀝青混合料的攪拌過(guò)程，深入分析這些參數(shù)對(duì)攪拌均勻性的具體作用機(jī)制。瀝青黏度是影響攪拌均勻性的關(guān)鍵性能參數(shù)之一。在模擬中，設(shè)定了三種不同的瀝青黏度，分別為低黏度、中黏度和高黏度。模擬結(jié)果顯示，當(dāng)瀝青黏度較低時(shí)，瀝青在攪拌過(guò)程中的流動(dòng)性較好，能夠迅速包裹在集料表面。但由于其黏結(jié)力相對(duì)較弱，在攪拌過(guò)程中，瀝青容易從集料表面滑落，導(dǎo)致瀝青與集料的結(jié)合不緊密，影響攪拌均勻性。從圖7（a）可以看出，低黏度瀝青混合料中，部分集料表面瀝青膜較薄，甚至出現(xiàn)瀝青缺失的情況，顆粒間的相互作用力較弱，導(dǎo)致顆粒分布不均勻。隨著瀝青黏度的增加，瀝青的黏結(jié)力增強(qiáng)，能夠更好地包裹在集料表面，與集料形成更緊密的結(jié)合。在中黏度瀝青混合料中，如圖7（b）所示，瀝青能夠均勻地包裹在集料表面，顆粒間的相互作用力較為均衡，顆粒分布均勻度得到明顯提高。這是因?yàn)橹叙ざ葹r青的流動(dòng)性適中，既能夠在攪拌過(guò)程中充分分散，又能與集料保持較好的黏結(jié)力，有利于提高攪拌均勻性。當(dāng)瀝青黏度過(guò)高時(shí)，雖然瀝青與集料的黏結(jié)力很強(qiáng)，但由于其流動(dòng)性較差，在攪拌過(guò)程中難以均勻地分散在混合料中，容易形成瀝青團(tuán)塊。這些瀝青團(tuán)塊在混合料中難以與其他顆粒充分混合，導(dǎo)致攪拌不均勻。從圖7（c）可以明顯看到，高黏度瀝青混合料中存在大量的瀝青團(tuán)塊，這些團(tuán)塊周圍的集料分布相對(duì)較少，顆粒分布不均勻，影響了瀝青混合料的整體性能。瀝青的軟化點(diǎn)也對(duì)攪拌均勻性有一定的影響。軟化點(diǎn)較低的瀝青在溫度較高時(shí)容易變軟，在攪拌過(guò)程中，集料容易在軟化的瀝青中滑動(dòng)，導(dǎo)致顆粒間的相對(duì)位置發(fā)生變化，影響攪拌均勻性。而軟化點(diǎn)較高的瀝青在低溫環(huán)境下可能會(huì)變得脆硬，不利于與集料的充分混合。在模擬不同軟化點(diǎn)瀝青的攪拌過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)瀝青軟化點(diǎn)處于適宜范圍時(shí)，瀝青混合料的攪拌均勻性較好。軟化點(diǎn)過(guò)高或過(guò)低都會(huì)導(dǎo)致攪拌均勻性下降。瀝青的針入度反映了其硬度和稠度，對(duì)攪拌均勻性也有一定的作用。針入度較小的瀝青較硬，在攪拌過(guò)程中與集料的結(jié)合力較弱，難以形成均勻的混合料。而針入度較大的瀝青較軟，雖然與集料的結(jié)合力較好，但在攪拌過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)過(guò)度變形，影響攪拌均勻性。通過(guò)模擬不同針入度瀝青的攪拌過(guò)程，發(fā)現(xiàn)針入度適中的瀝青能夠使瀝青混合料的攪拌均勻性達(dá)到最佳。瀝青的黏度、軟化點(diǎn)和針入度等性能參數(shù)對(duì)瀝青混合料的攪拌均勻性有著重要的影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際需求和施工環(huán)境，合理選擇瀝青的品種和型號(hào)，確保瀝青的性能參數(shù)能夠滿足攪拌均勻性的要求。通過(guò)優(yōu)化瀝青性能，能夠提高瀝青混合料的攪拌均勻性，從而保證道路工程的質(zhì)量。5.3攪拌過(guò)程中顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡與相互作用分析通過(guò)離散單元法模擬，對(duì)攪拌過(guò)程中顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡和相互作用進(jìn)行了深入分析，揭示了瀝青混合料攪拌均勻性的微觀機(jī)制。在攪拌初期，顆粒在攪拌槳葉的推動(dòng)下開始運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡較為無(wú)序。圖8展示了攪拌時(shí)間為5s時(shí)顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，此時(shí)顆粒主要在攪拌槳葉附近運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)范圍相對(duì)較小。由于顆粒之間的相互作用尚未充分展開，部分顆粒之間的距離較大，沒(méi)有發(fā)生明顯的碰撞和混合。從顆粒的速度分布來(lái)看，攪拌槳葉附近的顆粒速度較大，而遠(yuǎn)離槳葉的顆粒速度相對(duì)較小，速度分布存在明顯的梯度。隨著攪拌時(shí)間的增加，顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡逐漸變得復(fù)雜。在攪拌時(shí)間為15s時(shí)，顆粒在攪拌筒內(nèi)的分布更加分散，運(yùn)動(dòng)范圍擴(kuò)大。顆粒之間的碰撞和摩擦次數(shù)增多，相互作用逐漸增強(qiáng)。從圖9可以看出，顆粒在攪拌筒內(nèi)形成了多個(gè)運(yùn)動(dòng)區(qū)域，不同區(qū)域的顆粒之間相互穿插、混合。此時(shí)，顆粒的速度分布也更加均勻，速度梯度減小。在攪拌過(guò)程中，顆粒之間的相互作用不僅包括碰撞和摩擦，還涉及瀝青與集料之間的黏結(jié)作用。瀝青作為一種黏彈性材料，在攪拌過(guò)程中，通過(guò)黏結(jié)力將集料顆粒連接在一起。這種黏結(jié)作用不僅影響顆粒的運(yùn)動(dòng)行為，還對(duì)攪拌均勻性產(chǎn)生重要影響。在模擬中，可以觀察到瀝青在集料表面的包裹情況和黏結(jié)強(qiáng)度的變化。當(dāng)瀝青與集料之間的黏結(jié)力較強(qiáng)時(shí)，顆粒之間的結(jié)合更加緊密，有利于提高攪拌均勻性。相反，當(dāng)黏結(jié)力較弱時(shí)，顆粒容易分離，影響攪拌均勻性。在攪拌后期，顆粒的運(yùn)動(dòng)逐漸趨于穩(wěn)定，攪拌均勻性也逐漸提高。當(dāng)攪拌時(shí)間達(dá)到30s時(shí)，顆粒在攪拌筒內(nèi)的分布已經(jīng)較為均勻，運(yùn)動(dòng)軌跡呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。顆粒之間的相互作用達(dá)到平衡狀態(tài)，相互作用力均衡性指標(biāo)較低。此時(shí)，瀝青充分包裹在集料表面，形成了穩(wěn)定的瀝青-集料結(jié)構(gòu)，保證了瀝青混合料的質(zhì)量。攪拌過(guò)程中顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡和相互