乳化沥青冷再生混合料的粗集料特征分析方法技术

本发明专利技术公开了乳化沥青冷再生混合料的粗集料特征分析方法，主要通过一系列的指标和算法来研究乳化沥青冷再生混合料中粗集料颗粒的空间分布状况、主轴方向和颗粒形状特性，本发明专利技术包括粗集料颗粒的空间分布状况分析、粗集料颗粒的主轴方向分析以及粗集料颗粒的形状特性的分析；本发明专利技术基于CT扫描试验获得的粗集料颗粒图像，分析了乳化沥青冷再生混合料中粗集料的空间分布和颗粒主轴方向分布状况，评价了不同成型方式和不同级配的冷再生试件的均匀性，以及不同成型方式的压实效果，通过计算粗集料颗粒的扁平比FER、棱角性指数AI和表面纹理指数STI三个指标，对比了冷料与热料中粗集料颗粒的形状特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种乳化沥青冷再生混合料的粗集料特征分析方法，主要通过一系列的指标和算法来研究乳化沥青冷再生混合料中粗集料颗粒的空间分布状况、主轴方向和颗粒形状特性。
技术介绍
据申请人了解乳化沥青就地冷再生技术采用专门的再生机组设备对旧沥青路面进行铣刨和再生，能够对旧沥青混合料进行100％回收利用，只有在必要的时候才掺加新集料来调整冷再生混合料的级配。经过长期的路用和外界环境的作用，以及铣刨再生过程中的机械作用，旧料颗粒表面的棱角被磨光，但是随着颗粒的破碎，又会有新的破碎面生成，其形状、棱角和表面纹理等都与新集料颗粒有所不同。作为一种高旧料掺量的再生混合料，旧料颗粒构成了乳化沥青冷再生混合料的骨架结构，一方面，旧料颗粒的形状、棱角性和表面纹理等细观结构特性在一定程度上会影响混合料压实后集料颗粒之间的嵌挤程度和沥青与集料颗粒的吸附状况，另一方面，旧料颗粒的分布状况也会对乳化沥青冷再生混合料的性能产生影响。以往的研究主要通过室内试验来分析乳化沥青冷再生混合料的力学性能，对其粗集料颗粒的分布和颗粒形状特性的研究较少。美国规范对集料颗粒的形状特征有相应的要求和试验方法，如采用扁平比来描述集料颗粒的形状，并用2:1、3:1和5:1三个值来进行等级划分(ASTMD4791-99)，通过人工观测一个集料颗粒的断裂面数量来评价其棱角性的高低(ASTMD5821)，而对于集料颗粒的表面纹理，并没有给出一种直接的测量手段(ASTMD3398)。我国规范对集料颗粒的形状特征也有相应的要求，但试验方法依然需要依赖个人经验和主观判断。数字图像处理技术突破了传统试验方法的限制，为沥青混合料的研究提供了一种科学高效的手段。利用X-rayCT扫描技术可对沥青混合料中集料颗粒的主轴方向和集料分布状况进行研究，研究表明，集料颗粒的主轴方向角随着压实次数的增大而减小，而压实次数过多则会使得集料颗粒的方向分布变异性增大，与旋转试件相比，揉搓试件的集料颗粒接触更为紧密。进一步研究表明，旋转试件集料颗粒的主轴方向趋向于水平，而揉搓试件集料颗粒的主轴方向分布则较不均匀。一种研究集料颗粒嵌挤程度的方法是：在集料颗粒的形心之间构建狄罗尼三角网，通过三角网中的一些长度关系可计算出集料颗粒之间的距离，从而对集料颗粒的嵌挤程度进行评价。UniversityofIllinoisAggregateImageAnalyzer(UIAIA)是一种快捷高效的集料颗粒图像分析系统，首先通过三台相机获取传送带上每个集料颗粒的三个视图，然后利用程序可计算出一批集料颗粒中针片状颗粒的含量。由于集料颗粒的棱角性对沥青混合料的性能有比较显著的影响，许多学者深入研究了棱角性的计算方法，目前主要有两种方法，一种是运用图像形态学中腐蚀-膨胀算法对细集料颗粒图像进行处理，采用表面参数SP值表征集料棱角特征的缺失，缺失越大则棱角性越高；另一种是用傅立叶级数展开集料颗粒的轮廓半径函数R(θ)，通过相应的频率参量来描述集料颗粒的棱角性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种乳化沥青冷再生混合料的粗集料特征分析方法。本专利技术通过一系列的指标和算法来研究乳化沥青冷再生混合料中粗集料颗粒的空间分布状况、主轴方向和颗粒形状特性。空间分布状况：利用均匀性指标UI来描述粗集料颗粒的空间分布状况，对不同成型方式和不同级配下乳化沥青冷再生混合料的均匀性进行评价；主轴方向：通过统计乳化沥青冷再生混合料中粗集料颗粒的主轴方向角和主轴方向集中程度来分析粗集料颗粒的主轴方向分布规律，评价不同成型方式的压实效果；颗粒形状特性：利用扁平比FER、棱角性指数AI和表面纹理指数STI三个指标来描述乳化沥青冷再生混合料中粗集料颗粒的形状特性，并与普通热拌沥青混合料中的粗集料颗粒进行对比。本专利技术具体技术方案如下：乳化沥青冷再生混合料的粗集料特征分析方法，包括粗集料颗粒的空间分布状况分析方法、粗集料颗粒的主轴方向分析方法以及粗集料颗粒的形状特性的分析方法；所述粗集料颗粒的空间分布状况分析方法：利用均匀性指标UI来描述粗集料颗粒的空间分布状况，对不同成型方式和不同级配下乳化沥青冷再生混合料的均匀性进行评价；所述粗集料颗粒的主轴方向分析方法：通过统计乳化沥青冷再生混合料中粗集料颗粒的主轴方向角和主轴方向集中程度来分析粗集料颗粒的主轴方向分布规律，评价不同成型方式的压实效果；所述粗集料颗粒的形状特性的分析方法：利用扁平比FER、棱角性指数AI和表面纹理指数STI三个指标来描述乳化沥青冷再生混合料中粗集料颗粒的形状特性，并与普通热拌沥青混合料中的粗集料颗粒进行对比。本专利技术所述粗集料颗粒的空间分布状况分析方法：首先将粗集料颗粒按粒径范围分档，然后在每一档粗集料颗粒的图像中构建坐标系，以图像中心为坐标原点，利用X轴和Y轴可将图像划分为面积相等的四个区域，某一档粗集料颗粒的位置分布偏差率和数量分布变异系数就根据图像的坐标系和所划分的这四个区域来进行计算，进而可计算出沥青混合料试件某一断面的均匀性指标UIj，最终该试件的均匀性指标UI为所有断面均匀性指标的平均值；具体算法如下：建立假设1：假设粗集料颗粒的分布是均匀的，那么图中所有粗集料颗粒的质心是关于坐标原点对称的；根据这一假设计算沥青混合料试件某一断面上某一档粗集料颗粒的位置分布偏差率RPDij(RatioofPositionDeviation)，计算公式如下：其中：——第j个断面上第i档粗集料中第n个粗集料颗粒的坐标；——第j个断面上第i档粗集料颗粒的平均质心坐标；——第j个断面上第i档粗集料颗粒的数量；R——试件的横截面半径，对于静压试件则为试件长度和宽度的均值；RPDij——第j个断面上第i档粗集料颗粒的位置分布偏差率；建立假设2：粗集料颗粒的分布是均匀的，那么图中四个区域内所有粗集料颗粒的数量是相等的；根据这一假设计算沥青混合料试件某一断面上某一档粗集料颗粒的数量分布变异系数CVQij(CoefficientofVariationofQuantity)，计算公式如下：其中：——第j个断面上四个区域内第i档粗集料颗粒的数量；——第j个断面上四个区域中第i档粗集料颗粒的平均数量；CVQij——第j个断面上第i档粗集料颗粒的数量分布变异系数；在计算各档粗集料颗粒的综合指标时，引入一个权重系数wij，，以区分不同粒径范围的粗集料颗粒在某一指标中所占的比重；其中，沥青混合料某一断面的均匀性指标即为该断面上所有分档粗集料颗粒的位置分布偏差率与数量分布变异系数之和的加权平均值；根据下面的一系列公式可分别计算出沥青混合料试件的断面均匀性指标UIj，整个试件中粗集料颗粒的位置分布偏差率RPD和数量分布变异系数CVQ，以及该试件的均匀性指标UI；其中：——第j个断面上第i档粗集料颗粒的面积；Wholeareaj——第j个断面上所有粗集料颗粒的面积；——第j个断面上第i档粗集料颗粒的权重系数；Ij——第j个断面上粗集料颗粒的分档数量；UIj——第j个断面的均匀性指标；J——断面数量；RPD——整个试件中粗集料颗粒的位置分布偏差率；CVQ——整个试件中粗集料颗粒的数量分布变异系数；UI——该试件的均匀性指标。本专利技术所述粗集料颗粒的主轴方向分析方法：粗集料颗粒的主轴方向角本文档来自技高网...

【技术保护点】
乳化沥青冷再生混合料的粗集料特征分析方法，其特征在于：包括粗集料颗粒的空间分布状况分析、粗集料颗粒的主轴方向分析以及粗集料颗粒的形状特性的分析；所述粗集料颗粒的空间分布状况分析：利用均匀性指标UI来描述粗集料颗粒的空间分布状况，对不同成型方式和不同级配下乳化沥青冷再生混合料的均匀性进行评价；首先将粗集料颗粒按粒径范围分档，然后在每一档粗集料颗粒的图像中构建坐标系，以图像中心为坐标原点，利用X轴和Y轴可将图像划分为面积相等的四个区域，某一档粗集料颗粒的位置分布偏差率和数量分布变异系数就根据图像的坐标系和所划分的这四个区域来进行计算，计算出沥青混合料试件某一断面的均匀性指标UIj，最终该试件的均匀性指标UI为所有断面均匀性指标的平均值；所述粗集料颗粒的主轴方向分析：通过统计乳化沥青冷再生混合料中粗集料颗粒的主轴方向角和主轴方向集中程度来分析粗集料颗粒的主轴方向分布规律，评价不同成型方式的压实效果；粗集料颗粒的主轴方向角定义为从水平方向到其主轴方向的锐角，利用Matlab可识别出粗集料颗粒的主轴方向，计算出某一试件所有纵截面上粗集料颗粒的主轴方向角后，再分别计算出粗集料颗粒的平均主轴方向角和主轴方向集中程度，从而对沥青混合料的压实效果进行分析和评价；所述粗集料颗粒的形状特性的分析：利用扁平比FER、棱角性指数AI和表面纹理指数STI三个指标来描述乳化沥青冷再生混合料中粗集料颗粒的形状特性，并与普通热拌沥青混合料中的粗集料颗粒进行对比；首先，计算某一试件所有断面上每个粗集料颗粒的扁平比，然后对每个粗集料颗粒的扁平比求加权平均值，最终得到该试件中粗集料颗粒的扁平比；跟踪粗集料颗粒图像的轮廓，根据轮廓斜率变化程度的大小可识别出粗集料颗粒表面的棱角，进而计算棱角性指数；表面纹理指数STI：图像形态学中的腐蚀‑膨胀操作能够去除粗集料颗粒轮廓上粗糙的细小突起和尖角，使得粗集料颗粒的表面变得光滑，同时不对其他形状特征造成影响；通过对比腐蚀‑膨胀操作前后粗集料颗粒图像面积的变化大小，对粗集料颗粒表面的粗糙程度进行量化。...

【技术特征摘要】
1.乳化沥青冷再生混合料的粗集料特征分析方法，其特征在于：包括粗集料颗粒的空间分布状况分析、粗集料颗粒的主轴方向分析以及粗集料颗粒的形状特性的分析；所述粗集料颗粒的空间分布状况分析：利用均匀性指标UI来描述粗集料颗粒的空间分布状况，对不同成型方式和不同级配下乳化沥青冷再生混合料的均匀性进行评价；首先将粗集料颗粒按粒径范围分档，然后在每一档粗集料颗粒的图像中构建坐标系，以图像中心为坐标原点，利用X轴和Y轴可将图像划分为面积相等的四个区域，某一档粗集料颗粒的位置分布偏差率和数量分布变异系数就根据图像的坐标系和所划分的这四个区域来进行计算，计算出沥青混合料试件某一断面的均匀性指标UIj，最终该试件的均匀性指标UI为所有断面均匀性指标的平均值；所述粗集料颗粒的主轴方向分析：通过统计乳化沥青冷再生混合料中粗集料颗粒的主轴方向角和主轴方向集中程度来分析粗集料颗粒的主轴方向分布规律，评价不同成型方式的压实效果；粗集料颗粒的主轴方向角定义为从水平方向到其主轴方向的锐角，利用Matlab可识别出粗集料颗粒的主轴方向，计算出某一试件所有纵截面上粗集料颗粒的主轴方向角后，再分别计算出粗集料颗粒的平均主轴方向角和主轴方向集中程度，从而对沥青混合料的压实效果进行分析和评价；所述粗集料颗粒的形状特性的分析：利用扁平比FER、棱角性指数AI和表面纹理指数STI三个指标来描述乳化沥青冷再生混合料中粗集料颗粒的形状特性，并与普通热拌沥青混合料中的粗集料颗粒进行对比；首先，计算某一试件所有断面上每个粗集料颗粒的扁平比，然后对每个粗集料颗粒的扁平比求加权平均值，最终得到该试件中粗集料颗粒的扁平比；跟踪粗集料颗粒图像的轮廓，根据轮廓斜率变化程度的大小可识别出粗集料颗粒表面的棱角，进而计算棱角性指数；表面纹理指数STI：图像形态学中的腐蚀-膨胀操作能够去除粗集料颗粒轮廓上粗糙的细小突起和尖角，使得粗集料颗粒的表面变得光滑，同时不对其他形状特征造成影响；通过对比腐蚀-膨胀操作前后粗集料颗粒图像面积的变化大小，对粗集料颗粒表面的粗糙程度进行量化。2.根据权利要求1所述的乳化沥青冷再生混合料的粗集料特征分析方法，其特征在于：所述粗集料颗粒的空间分布状况分析方法：首先将粗集料颗粒按粒径范围分档，然后在每一档粗集料颗粒的图像中构建坐标系，以图像中心为坐标原点，利用X轴和Y轴可将图像划分为面积相等的四个区域，某一档粗集料颗粒的位置分布偏差率和数量分布变异系数就根据图像的坐标系和所划分的这四个区域来进行计算，进而可计算出沥青混合料试件某一断面的均匀性指标UIj，最终该试件的均匀性指标UI为所有断面均匀性指标的平均值；具体算法如下：建立假设1：假设粗集料颗粒的分布是均匀的，那么图中所有粗集料颗粒的质心是关于坐标原点对称的；根据这一假设计算沥青混合料试件某一断面上某一档粗集料颗粒的位置分布偏差率RPDij(RatioofPositionDeviation)，计算公式如下：其中：——第j个断面上第i档粗集料中第n个粗集料颗粒的坐标；——第j个断面上第i档粗集料颗粒的平均质心坐标；——第j个断面上第i档粗集料颗粒的数量；R——试件的横截面半径，对于静压试件则为试件长度和宽度的均值；RPDij——第j个断面上第i档粗集料颗粒的位置分布偏差率；建立假设2：粗集料颗粒的分布是均匀的，那么图中四个区域内所有粗集料颗粒的数量是相等的；根据这一假设计算沥青混合料试件某一断面上某一档粗集料颗粒的数量分布变异系数CVQij(CoefficientofVariationofQuantity)，计算公式如下：其中：——第j个断面上四个区域内第i档粗集料颗粒的数量；——第j个断面上四个区域中第i档粗集料颗粒的平均数量；CVQij——第j个断面上第i档粗集料颗粒的数量分布变异系数；在计算各档粗集料颗粒的综合指标时，引入一个权重系数wij，，以区分不同粒径范围的粗集料颗粒在某一指标中所占的比重；其中，沥青混合料某一断面的均匀性指标即为该断面上所有分档粗集料颗粒的位置分布偏差率与数量分布变异系数之和的加权平均值；根据下面的一系列公式可分别计算出沥青混合料试件的断面均匀性指标UIj，整个试件中粗集料颗粒的位置分布偏差率RPD和数量分布变异系数CVQ，以及该试件的均匀性指标UI；其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：高磊，贾思成，解建光，李骅，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32