一种沥青发泡性能的测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种沥青发泡性能的测试系统，包括泡沫沥青盛放装置、发泡图像采集系统以及发泡图像分析系统。泡沫沥青盛放装置为耐高温保温透明玻璃钢材质桶体；发泡图像采集系统由两台高速工业相机、四个白色直流光源、数据传输线和电子计算机组成；发泡图像分析系统由电子计算机及其内置的数字图像分析软件组成。本发明专利技术公开了一种沥青发泡性能的测试方法，结合数字图像处理技术，既可以获取沥青泡沫的尺寸分布规律，又可以准确地测量膨胀率、半衰期等发泡性能评价指标。本发明专利技术测试结果具有较好的准确性和重现性，设备来源广，操作简便，成本较低，普适性更强。

A Testing System and Method for Asphalt Foaming Property

The invention discloses a testing system for asphalt foaming property, which comprises a foam asphalt placing device, a foaming image acquisition system and a foaming image analysis system. The foam asphalt placement device is a high temperature and heat preservation transparent FRP barrel body; the foamed image acquisition system is composed of two high-speed industrial cameras, four white DC light sources, data transmission lines and electronic computers; and the foaming image analysis system is composed of an electronic computer and its built-in digital image analysis software. The invention discloses a testing method for asphalt foaming property, combining with digital image processing technology, it can not only obtain the size distribution rule of asphalt foam, but also accurately measure the evaluation index of foaming performance such as expansion rate and half life. The test result of the invention has good accuracy and repeatability, wide equipment source, simple operation, low cost and stronger universality.

【技术实现步骤摘要】
一种沥青发泡性能的测试系统及方法
本专利技术涉及一种沥青发泡性能的测试系统及方法，属于公路沥青混合料试验

技术介绍
泡沫沥青又称为膨胀沥青，是指一定的高温条件下在基质沥青中注入适量的水，水遇热形成气泡使得沥青体积发生迅速膨胀，从而产生大量的沥青泡沫，在较短的时间内沥青泡沫会出现破裂。在这一过程中沥青仅仅发生物理变化，泡沫沥青的黏度会显著降低，使其能够与冷湿集料充分地拌和均匀。泡沫沥青主要适用于道路冷再生技术与温拌技术，具有其它筑路技术不可替代的优点，不仅可以降低道路维修成本，对环保和节能也具有相当大的益处。沥青发泡效果直接决定了泡沫沥青混合料的路用性能，目前主要采用膨胀率和半衰期指标对其进行评价。在进行沥青发泡试验时，目前大多采用人工目测和精密动态测距法这两种方式获取其发泡效果评价指标。人工目测法通过人工目测固定在测量桶体上标尺的读数变化来计算泡沫沥青膨胀率(沥青发泡状态下测量的最大体积与未发泡状态下的体积之比)变化，并通过秒表计时测量泡沫沥青半衰期(泡沫沥青最大体积缩小到一半所用的时间)。由于沥青泡沫产生和破裂的时间很短，一般在20s之内完成整个发泡和破裂过程，加之沥青泡沫在测量容器内上升和下降的速度很快，其液面往往不平整。因此，人工目测法测试手段过于依赖经验，主观性太强，试验误差较大，严重影响泡沫沥青发泡性能评价的准确性。另外，该方法不能记录试验过程，无法对试验结果进行重现和校核。精密动态测距法主要通过激光、声波等精密动态测距方式对泡沫沥青最大膨胀率与半衰期进行测量。此类技术手段虽然可完整记录发泡试验全过程，测试精度相对较高，但对试验设备要求较高，成本较大、操作复杂且无法便利携带。另外，上述两种方法均无法观测沥青泡沫的尺寸分布规律及其变化趋势，而获取沥青泡沫的尺寸分布规律对于探索其发泡机理和评价其发泡效果具有重要的意义。而且，由于沥青具有较大黏附性且为黑色不透明状物质，加之泡沫沥青测量容器本身温度一般较低，在测量过程中泡沫沥青常常黏附在测量标尺上，从而大大降低测量准确性。每次试验后还需要进行标尺清洁，程序繁琐，也易造成标尺损坏。因此，急需一种能够自动化记录沥青发泡和破裂全过程，并可同时测量沥青泡沫尺寸分布和高度随时间变化趋势的简单易行的测试系统及方法。数字图像采集和处理是将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程，已经在生物医学工程、机械工程、土木工程等领域得到广泛的应用。本专利采用高速工业相机对沥青发泡过程进行数字图像采集，接着运用计算机视觉系统及Matlab软件开发平台使得测量沥青发泡性能智能化成为可能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种测试准确、操作简单、成本较低的沥青发泡性能的测试系统及方法，该测试系统及方法能够自动记录沥青发泡全过程中形态和高度的变化规律，便于计算沥青泡沫尺寸分布规律及不同的发泡效果评价指标。本专利技术采用以下技术方案解决上述技术问题：一种沥青发泡性能的测试系统，包括泡沫沥青盛放装置、发泡图像采集系统以及发泡图像分析系统。泡沫沥青盛放装置为直径275mm、高350mm圆柱体耐高温保温透明玻璃钢材质桶(3)。发泡图像采集系统包括高速工业相机(1)、高速工业相机(2)、四个白色直流光源(6)、两根数据传输线(7)和一台电子计算机(5)。发泡图像分析系统包括一台电子计算机(5)和其内置的数字图像分析软件。进一步的，将泡沫沥青盛放装置桶体内壁四周均匀涂抹厚度为1mm左右的透明沥青隔离剂-黄油(4)，通过烘箱加热所述的耐高温保温透明玻璃钢材质桶体(3)和透明沥青隔离剂-黄油(4)至150℃。进一步的，高速工业相机(1)设置于圆柱体耐高温保温透明玻璃钢材质桶体(3)的垂直正上方，镜头到桶顶的距离为20cm，拍摄喷入桶内的泡沫沥青形态变化。进一步的，将高速工业相机(2)设置于圆柱体耐高温保温透明玻璃钢材质桶体(3)外侧，镜头到桶侧壁距离为20cm，镜头固定在离地面17.5cm高度处，拍摄喷入桶内泡沫沥青的累计高度变化。进一步的，设置四个白色直流光源(6)，给予圆柱体耐高温保温透明玻璃钢材质桶体(3)足够光照条件。其中两只白色直流光源(6)分别设置在高速工业相机(1)两侧水平距离15cm处，高度与镜头高度一致，照射角度为45°。另外两只白色直流光源(6)分别设置在距高速工业相机(2)上方和下方17.5cm处，到桶侧壁水平距离与镜头到桶侧壁水平距离一致，照射角度为45°。进一步的，将高速工业相机(1)、高速工业相机(2)帧数设置为20fps。进一步的，编制数字图像分析处理Matlab程序，对高速工业相机(1)接收到的拍摄图像进行数字化处理，根据图像信息计算不同时刻沥青泡沫的个数及尺寸分布规律等参数。编制数字图像分析处理Matlab程序，对高速工业相机(2)接收到的拍摄图像进行数字化处理，根据喷入桶内沥青泡沫的累计高度变化，绘制泡沫沥青膨胀率变化曲线，并计算最大膨胀率、半衰期及发泡指数等发泡性能评价指标。一种沥青发泡性能的测试方法，包括以下操作步骤：第一步、将透明沥青隔离剂(黄油)(4)均匀得涂抹在耐高温保温透明玻璃钢材质桶体(3)的内壁，厚度为1mm左右。第二步、将耐高温保温透明玻璃钢材质桶体(3)放入烘箱加热至达到150℃。第三步、将高速工业相机(1)和高速工业相机(2)帧数设置为20fps。第四步、开启四个白色直流光源(6)，给予桶体足够光照条件。第五步、完成注水、充气、预热沥青、标定沥青的喷射流量、设定沥青发泡试验参数(包括水压、气压、沥青喷射流量、发泡用水量、沥青温度)等沥青发泡试验准备工作，开启沥青发泡试验机，进行沥青发泡试验，将产生的泡沫沥青喷射入耐高温保温透明玻璃钢材质桶体(3)中。第六步、同时触发高速工业相机(1)和高速工业相机(2)进行拍摄，获取沥青泡沫的形态和累计高度随时间的变化趋势；电子计算机(5)通过数据传输线(7)同步接收高速工业相机(1)和高速工业相机(2)拍摄的图像。第七步、运用分水岭分割方法进行图像分割，消除图像中沥青泡沫之间的黏连现象；利用数字图像处理软件Matlab中的图形测量函数把不同尺寸的沥青泡沫单独分离出来；采用像素计数法，定义数字图像是由一个个像素组成，利用Matlab中的Area函数将直径为275mm的桶底实际面积作为参照物，将高速工业相机(1)接收到的拍摄图像换算成多个像素组成，每个沥青泡沫等效直径R可以通过下式计算。式中：R-沥青泡沫等效直径，mm；m-数字图像中每个沥青泡沫对应的像素数，个；M′reference-数字图像中直径为275mm的桶底面积对应的像素数，个。利用Matlab中的bwlabel函数对图像进行连通域计数，图像中包含的连通域数量即为沥青泡沫个数；统计不同等效直径区间内的沥青泡沫个数，即可得沥青泡沫的尺寸分布规律。第八步、采用像素计数法，定义数字图像是由一个个像素组成，利用Matlab中的Area函数将长为350mm、宽为275mm的桶侧面面积作为参照物，将高速工业相机(2)接收到的拍摄图像换算成多个像素组成，沥青泡沫实际累计高度h可以通过下式计算。式中：h-泡沫沥青实际累计高度，mm；M-数字图像中所有泡沫沥青对应的像素数，个；M″reference-数字图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沥青发泡性能的测试系统，其特征在于，包括泡沫沥青盛放装置、发泡图像采集系统以及发泡图像分析系统。

【技术特征摘要】
1.一种沥青发泡性能的测试系统，其特征在于，包括泡沫沥青盛放装置、发泡图像采集系统以及发泡图像分析系统。2.根据权利要求1所述的沥青发泡性能的测试系统，其特征在于，所述的泡沫沥青盛放装置为直径275mm、高350mm圆柱体耐高温保温透明玻璃钢材质桶(3)。3.根据权利要求1所述的沥青发泡性能的测试系统，其特征在于，所述的发泡图像采集系统包括高速工业相机(1)、高速工业相机(2)、四个白色直流光源(6)、两根数据传输线(7)和一台电子计算机(5)。4.根据权利要求1所述的沥青发泡性能的测试系统，其特征在于，所述的发泡图像分析系统包括一台电子计算机(5)和其内置的数字图像分析软件。5.根据权利要求2所述的沥青发泡性能的测试系统，其特征在于，在所述的泡沫沥青盛放装置桶体内壁四周均匀涂抹厚度为1mm左右的透明沥青隔离剂-黄油(4)，通过烘箱加热所述的耐高温保温透明玻璃钢材质桶体(3)和透明沥青隔离剂-黄油(4)至150℃。6.根据权利要求3所述的沥青发泡性能的测试系统，其特征在于，所述的发泡图像采集系统中高速工业相机(1)设置于耐高温保温透明玻璃钢材质桶体(3)的垂直正上方，镜头的高度到桶顶的距离为20cm，拍摄喷入桶内的沥青泡沫的形态变化。高速工业相机(2)设置于耐高温保温透明玻璃钢材质桶体(3)外侧，镜头固定在离地面17.5cm高度处，镜头到桶侧壁水平距离为20cm，拍摄沥青泡沫的高度变化。其中两只白色直流光源(6)分别设置在高速工业相机(1)两侧水平距离15cm处，高度与镜头高度一致，照射角度为45°。另外两只白色直流光源(6)分别设置在距高速工业相机(2)上方和下方17.5cm处，到桶侧壁水平距离与镜头到桶侧壁水平距离一致，照射角度为45°。7.根据权利要求6所述的沥青发泡性能的测试系统，其特征在于，所述的高速工业相机(1)和高速工业相机(2)的帧数设置为20fps，电子计算机(5)通过数据线(7)接收高速工业相机(1)和高速工业相机(2)拍摄的图像。8.根据权利要求4所述的沥青发泡性能的测试系统，其特征在于，所述的发泡图像分析系统中编制数字图像分析处理Matlab程序，对高速工业相机(1)接收到的拍摄图像进行数字化处理，根据图像信息计算不同时刻沥青泡沫的个数及尺寸分布规律等参数。编制数字图像分析处理Matlab程序，对高速工业相机(2)接收到的拍摄图像进行数字化处理，根据喷入桶内沥青泡沫的累计高度变化，绘制泡沫沥青膨胀率变化曲线，并计算最大膨胀率、半衰期及发泡指数等发泡性能评价指标。9.一种沥青发泡性能的测试方法，包括以下操作步骤：第一步、将透明沥青隔离剂(黄油)(4)均匀得涂抹在耐高温保温透明玻璃钢材质桶体(3)的内壁，厚度为1mm左右。第二步、将耐高温保温透明玻璃钢材质桶体(3)放入烘箱加热至达...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，胡听雨，罗桑，马翔，李国芬，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32