一种水分在集料表层的含量分布检测方及装置的制作方法

本发明涉及沥青混合料分析技术领域，尤其涉及一种水分在集料表层的含量分布检测方及装置。

背景技术：

沥青混合料作为一种重要的筑路材料，已被广泛用于我国高等级路面的建设。越来越多的研究认为，水分是导致沥青与集料之间的界面损伤和沥青路面性能劣化的主要原因之一。现有技术中有关沥青-集料界面水损害的研究，主要侧重于集料的黏附性、基于级配优化的沥青混合料致密化方法、各类抗剥落剂的性能和机理以及水在沥青混合料空隙中的流动过程等，并通过浸水马歇尔和冻融劈裂试验等评价水分侵入沥青-集料界面造成沥青混合料宏观性能影响。

对沥青混合料水损害的机理研究主要认为从水分通过沥青自发的乳化作用引起其性能的劣化，使得沥青与集料之间的黏附力降低，最终导致沥青膜的剥落。这促使研究人员将重点转向了水分如何乳化沥青上。

实际上，在沥青混合料拌合施工过程中，由于沥青膜在集料表面厚度不可能处处相同，通常在集料棱角、尖角及粗糙处，沥青膜的厚度比其他部位薄。在行车荷载作用下，集料发生相对位移和摩擦，沥青膜便会发生刺破或擦破，这使得水分通过沥青膜破裂位置处侵入集料表层并扩散，最终在集料表面形成水分薄膜并取代沥青-集料界面层，降低沥青-集料之间的界面黏附性，诱发沥青混合料产生早期病害。

然而，现有技术中还没有对集料表面不同矿物成分水分的含量分布的定量分析研究，关于沥青混合料水损害性能评价也主要通过研究集料整体含水率与沥青之间的黏附力大小进而评价沥青混合料水稳定性。但是水分侵入集料表层后，由于不同集料矿物成分、内部纹理结构存在较大差异，水分从沥青膜破裂位置进入集料后，水分在集料表层的含量分布不均，集料整体含水率不能反映表层水分的分布，因此以集料整体不同含水率分析水分对界面黏附性影响与实际存在一定偏差，从而导致无法对不同矿物水分含量下沥青-集料界面黏附性的衰减机理进行分析。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种水分在集料表层的含量分布检测方法及装置，能够定量的检测出待检测集料的集料表层在不同含水率下各组分的水分含量。

本发明一实施例提供一种水分在集料表层的含量分布检测方法，包括：

获取若干材质相同但含水率不同的待检测集料，并对任意一所述待检测集料的集料表层进行检测，识别所述集料表层的所有组成成分，获得若干表层组分；

根据所述表层组分，获取若干待检测材料组；其中，每一所述待检测材料组与一所述表层组分对应，每一所述待检测材料组中包括若干材质相同但含水率不同的待检测材料；

对每一所述待检测材料组进行光谱检测，获得同一材质的待检测材料在不同含水率下的各像元高光谱图像，继而得到每一所述表层组分在不同含水率下的各像元高光谱图像；

对每一所述待检测集料的集料表层进行光谱检测，获得所述待检测集料的集料表层，在不同含水率下的各像元高光谱图像；

将所述待检测集料的集料表层，在不同含水率下的各像元高光谱图像，与所有所述表层组分在不同含水率下的各像元高光谱图像进行匹配，获得所述待检测集料的集料表层，在不同含水率下各表层组分的水分含量。

进一步的，所述获取若干材质相同但含水率不同的待检测集料，具体为：

获取若干材质相同的待处理集料，并通过环氧树脂将每一所述待处理集料进行包覆，获得若干已包覆集料；

将每一已包覆集料外表面的环氧树脂层进行破坏，获得若干已破坏集料；

将各已破坏集料分别用水浸泡不同的时长，获得所述若干材质相同但含水率不同的待检测集料。

进一步的，所述获取若干材质相同但含水率不同的待检测集料，具体为：

获取若干材质相同的待处理集料，并通过环氧树脂将每一所述待处理集料进行包覆，获得若干已包覆集料；

将每一所述已包覆集料外表面的环氧树脂层进行不同程度破坏，并根据破坏程度进行分组，获得若干已破坏集料组；其中，每一所述已破坏集料组中包括若干破坏程度相同的已破坏集料；

将每一所述已破坏集料组中的各已破坏集料分别用水浸泡不同的时长，获得所述待检测集料。

进一步的，通过同步触发高光谱探测器对所述待检测集料的表层进行检测，识别所述集料表层的所有组成成分，获得若干表层组分。

进一步的，通过同步触发高光谱探测器对每一所述待检测材料组合每一所述待检测集料进行光谱检测。

在上述方法项实施例的基础上，提供了对应的装置项实施例；

本发明另一实施例提供了一种水分在集料表层的含量分布检测装置，包括移动扫描承载台、同步触发高光谱探测器及数据处理终端；

所述移动扫描承载台，用于承载待检测集料和所述待检测材料；

所述同步触发高光谱探测器，用于对待检测集料的集料表层和所述待检测材料，进行检测，获得检测数据；

所述数据处理终端，用于接收所述同步触发高光谱探测器发送的检测数据，并对数据检测数据进行处理。

通过实施本发明的实施例具有如下有益效果：

本发明实施例提供了一种水分在集料表层的含量分布检测方法和装置，所述方法，首先检测识别出待检测集料的集料表层的各种组分，然后根据各组分获取对应待检测材料，分别测出每一种组分对应的材料在不同含水率下的像元高光谱图像，这样就可以获悉组成待检测集料的集料表层的各个组分在不同含水率下的像元高光谱图像；紧接着测试出待检测集料的集料表层在不同含水率下的各像元高光谱图像；最后进行比对，就可以获悉待检测集料的集料表层在不同含水率下，组成集料表层的各组分的含水量。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种水分在集料表层的含量分布检测方法的流程示意图。

图2是本发明一实施例提供的一种水分在集料表层的含量分布检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例提供的一种水分在集料表层的含量分布检测方法，包括以下步骤，需要说明的是以下步骤的顺序仅仅是示意性的，并不作为本发明的限定；

步骤s101:获取若干材质相同但含水率不同的待检测集料，并对任意一所述待检测集料的集料表层进行检测，识别所述集料表层的所有组成成分，获得若干表层组分。

步骤s102:根据所述表层组分，获取若干待检测材料组；其中，每一所述待检测材料组与一所述表层组分对应，每一所述待检测材料组中包括若干材质相同但含水率不同的待检测材料。

步骤s103:对每一所述待检测材料组进行光谱检测，获得同一材质的待检测材料在不同含水率下的各像元高光谱图像，继而得到每一所述表层组分在不同含水率下的各像元高光谱图像。

步骤s104:对每一所述待检测集料的集料表层进行光谱检测，获得所述待检测集料的集料表层，在不同含水率下的各像元高光谱图像。

步骤s105：将所述待检测集料的集料表层，在不同含水率下的各像元高光谱图像，与所有所述表层组分在不同含水率下的各像元高光谱图像进行匹配，获得所述待检测集料的集料表层，在不同含水率下各表层组分的水分含量。

对于步骤s101、一个优选的实施例中，通过以下方式获取若干材质相同但是含水率不同的待检测集料，包括：

获取若干材质相同的待处理集料，并通过环氧树脂将每一所述待处理集料进行包覆，获得若干已包覆集料；

将每一已包覆集料外表面的环氧树脂层进行破坏，获得若干已破坏集料；

将各已破坏集料分别用水浸泡不同的时长，获得所述若干材质相同但含水率不同的待检测集料。

例如，以石灰岩作为上述待检测集料，选取大约10块石灰岩，在每一块石灰岩的外表面包裹一层无色透明的环氧树脂，目的是用环氧树脂模拟沥青膜，获得上述的已包覆集料；当然此处的环氧树脂仅仅是示意性的，也可以其他材质来模拟沥青模；

在环氧树脂固化后使用工具，例如是小刀在石灰岩的表面环氧树脂刻槽，进行破坏，获得上述的已破坏集料。

紧接着将破坏后的石块放进盛有水的烧杯，完全浸没。之后依次在浸水1min、10min、30min、60min、2h、6h、12h、24h、2d、5d，在这十个时间段中从烧杯，取出一枚石灰岩并计算吸水率，既可获得上述材质相同但含水率不同的待检测集料；

需要说明的是，可以通过以下方式计算每一枚石灰岩的吸水率，先称量一枚石灰岩不浸水时的质量w1,将该石灰岩浸水后，从烧杯中取出并用拧干的毛巾轻轻擦去试样表面的水分，立即称其质量w2；则小石块的吸水率w＝(w1-w2)/w1*100％

在一个优选的实施例中，为了更好的模拟现实中路面上沥青膜在集料表面厚度不同，通常在集料棱角、尖角及粗糙处，沥青膜的厚度比其他部位薄。在行车荷载作用下，集料发生相对位移和摩擦，沥青膜便会发生刺破或擦破，这使得水分通过沥青膜破裂位置处侵入集料表层并扩散的实际情况。可采用以下方式获取待检测集料，获取的待检测集料更加符合实际的情况，具体为：

获取若干材质相同的待处理集料，并通过环氧树脂将每一所述待处理集料进行包覆，获得若干已包覆集料；

将每一所述已包覆集料外表面的环氧树脂层进行不同程度破坏，并根据破坏程度进行分组，获得若干已破坏集料组；其中，每一所述已破坏集料组中包括若干破坏程度相同的已破坏集料；

将每一所述已破坏集料组中的各已破坏集料分别用水浸泡不同的时长，获得所述待检测集料。

仍以石灰岩为例，取30块石灰岩小石块，在其表面包裹一层无色透明的环氧树脂；

在环氧树脂固化后，分别在用针、小刀、剪刀对30个石灰岩的表面环氧树脂刻槽，形成点、线、面的不同程度的破坏，其中点破坏的石灰岩10个，线破坏的小石灰岩10个，面破坏的石灰岩10个；得到3组上述的已破坏集料组。

准备3个呈有500ml清水的烧杯并编号1、2、3，将10个被针点破坏表面环氧树脂的石灰岩放入1号烧杯，10个被小刀线破坏表面环氧树脂的石灰岩放入2号烧杯，10个被剪刀面破坏表面环氧树脂的石灰岩放入3号烧杯；

控制石灰岩小石块在水中的浸泡时间，分别在浸水1min、10min、30min、60min、2h、6h、12h、24h、2d、5d，依次在这十个时间段中从1号烧杯、2号烧杯、3号烧杯中取出石灰岩，在称量并计算含水率后，用环氧树脂将不同浸泡时间下的石灰岩环氧树脂破裂位置密封，得到上述的材质相同但含水率不同的待检测集料。

需要说明的是为定量研究集料表层水分含量及分布规律，还可选取其他材质的集料如花岗岩、辉绿岩、玄武岩按上述步骤一起进行检测，优选的石块的粒径为9.5mm-13.2mm；

在一个优选的实施例中，在获得待检测集料后，可通过同步触发高光谱探测器对待检测集料的表层进行检测，以石灰岩为例，通过同步触发高光谱探测器对石灰岩的表层进行检测，可识别出石灰岩表层的组成成分，分别为：石英、长石、云母，即可得到上述的若干表层组分；

对于步骤s102、具体的，仍以石灰岩为例，在步骤s101中，可以获悉石灰岩的表层组分为石英、长石、云母；那么此时则要取若干不同含水率的石英石块、若干不同含水率的长石石块、若干不同含水率的云母石块，获得3组上述的待检测材料组；至于如何获得不同含水率的石英石块，只需将石英石块用水浸泡不同的时长即可，再次不再赘述。

对于步骤s103、具体的，将步骤s102的每一个石块通过同步触发高光谱探测器进行光谱检测，既可以获得每一种材质的待检测材料在不同含水率下的各像元高光谱图像，例如将不同含水率的石英石块，逐一进行光谱检测，既可以得到每种含水率下的石英石块的像元高光谱图像。由于每一待检测材料组中的材料的材质是与待检测集料的集料表层中一个组分对应的，因此通过上述方法，就可以获悉待检测集料的集料表层的所有组分，在不同含水率下的元高光谱图像。

对于步骤s104:直接将不同含水率下的待检测集料，通过同步触发高光谱探测器进行光谱检测，即可以获得所述待检测集料的集料表层，在不同含水率下的各像元高光谱图像。例如将不同含水率的石灰岩通过同步触发高光谱探测器进行光谱检测，即可获悉石灰岩表层在不同含水率下的各像元高光谱图像。

对于步骤s105,将待检测集料的集料表层，在不同含水率下的各像元高光谱图像，步骤s103,得到的，待检测集料的集料表层的所有组分在不同含水率下的元高光谱图像，根据含水率进行一一匹配，就可获悉待检测集料的集料表层，在不同含水率下各表层组分的水分含量，从而实现本发明。

参见图2，是本发明一实施例提供的一种水分在集料表层的含量分布检测装置，包括：移动扫描承载台201、同步触发高光谱探测器202及数据处理终端203；

其中，所述移动扫描承载台201，用于承载待检测集料和所述待检测材料；

所述同步触发高光谱探测器202，用于对待检测集料的集料表层和所述待检测材料，进行检测，获得检测数据；

所述数据处理终端203，用于接收所述同步触发高光谱探测器发送的检测数据，并对数据检测数据进行处理。

上述数据处理终端可以是一部计算机。

需要说明的是，上述数据处理终端203，用于接收所述同步触发高光谱探测器发送的检测数据，并对数据检测数据进行处理，具体可分为以下几种情况：

1、是在对待检测集料的集料表层进行组分检测时，接收检测数据，识别出集料表层的所有组成成分。

2、是在对待检测材料或待检测集料的集料表层进行检测时，接收检测数据，生成像元高光谱图像。

在一个优选的实例中水分在集料表层的含量分布检测装置还包括：平台支架204，平台支架204，用于固定上述同步触发高光谱探测器及移动扫描承载台。

通过实施本发明的实施例具有如下有益效果：

本发明实施例提供了一种水分在集料表层的含量分布检测方法及装置：能够定量地检测出水分在集料表层中的不同组分的含量分布，进而为探测水分在集料表层扩散行为规律提供有效数据支撑。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。