一种评价再生沥青混合料组分分布均匀性的方法与流程

本发明涉及道路工程领域，尤其涉及一种评价再生沥青混合料组分分布均匀性的方法。

背景技术

目前针对沥青及沥青混合料的性能评价方法已十分全面，但不同于均质材料，沥青混合料主要由沥青胶浆、一定级配的新集料、空隙三部分组成，对于再生沥青混合料，其内部还存在回收利用的旧集料。实际路面的性能除了与混合料的力学性能有关之外，混合料内组分分布的均匀性对其也有较强的影响。

目前，缺乏方便、有效的针对再生沥青混合料内部组分分布均匀性的评价手段，因此需要找出一种方法和对应的分析指标，来对再生沥青混合料组分分布均匀性做出评价。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种评价再生沥青混合料组分分布均匀性的方法，此方法能够方便、快捷地得到各组分在试件内的组成比例，能够定量分析组分分布的特性，能够有针对性的对组分分布的均匀性做出评价的。

技术方案：本发明的评价再生沥青混合料组分分布均匀性的方法，包括以下步骤：

(1)再生沥青混合料试件的制备；

(2)对试件的截面进行x射线扫描成像；

(3)对图像进行处理，其所以图像处理都是基于相应算法，进行编程自动处理，依次包括：图像增强、图像降噪、图像分割和图像后处理，得到每一单独组分在其横截面上的分布二值图；

(4)对分布二值图进行区块划分为两种子区域，并计算每个子区域的组分面积和占比；

(5)基于均匀性评价指标对不同组分分别分析在二维截面和竖直方向上的分布均匀性；

(6)根据均匀性评价结果，综合考虑各组分的分布状况确定相关生产工艺。

进一步的，所述步骤(1)中再生沥青混合料在制备过程中选用的新集料与旧集料存在密度差，选用前对其进行密度或投射性分析。

进一步的，所述步骤(2)中，考虑到识别精度，成像像素尺寸不大于0.1mm，试件扫描平面的垂直方向上间距不大于0.1mm。

进一步的，所述步骤(3)中图像增强包括但不限于：对比度拉伸、gamma校正、直方图均衡、直方图规定化、使用滤波器；图像降噪采用中值滤波、均值滤波、维纳滤波结合图像质量进行处理，中值滤波降低椒盐噪声，均值滤波、维纳滤波等减少高斯噪声等其余图像干扰项。

进一步的，所述步骤(3)中的图像分割采用自动阈值算法，并将待分割图片进行子区域计算后叠加组合为整体，其中，所述阈值算法采用最大类间方差法。

进一步的，所述步骤(3)中的图像后处理采用二值化算法，将各组分图二值化，并编程实现消除微孔洞，针对微小孔洞和微小颗粒点进行填充和删减，形成稳定组分分布图。

进一步的，所述步骤(4)中区块划分方式采用径向分割和切向分割将二值图划分为两种相应的子区域；并采用数字化方式统计每个子区域中的组分含量及组分面积比；其中，切向分割角度根据所分割子区域面积确定，采用子区域面积为最大颗粒集料面积的2倍，此处切向分割一般是扇形，其分割角度在半径一定的情况下可由子区域面积唯一确定，即在面积确定的情况下，求扇形的角度；径向分割数目由子区域宽度确定，采用子区域宽度为最大粒径的1/2，其径向分割数目，在试件半径一定的情况下，除以子区域宽度即可求，具体数量关系与最大的半径有关。

进一步的，所述步骤(4)中组分面积比为：

式(1)中，bij为i截面上子区域j中组分的面积，sij为i截面上子区域j的面积，aij为i截面上子区域j的组分面积比；

该截面上的组分面积比为：

式(2)中，ai为截面i的整体组分面积比。

进一步的，步骤(5)所述组分在二维截面和竖直方向的均匀性评价指标分别为：二维截面：不均匀分布系数＝组分面积比的均方差/子区域的组分面积比均值；竖直方向：试件波动系数＝各截面间组分面积比的均方差/各截面组分面积比均值。

进一步的，所述步骤(5)组分在二维截面和竖直方向的均匀性评价模型包括；二维截面上，组分分布评价模型：

式(3)中

竖直方向上，组分在各截面间分布的均匀性评价模型为：

式(4)中

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：该方法通过编制程序实现相关算法，能够精确识别再生沥青混合料内部各组分，建立相关均匀性评价模型，对识别出来的各组分进行评价，根据评价结果，分析相关生产工艺对再生沥青混合料内部各组分均匀性的影响，从而确定相关工艺；其方法快速、简单、精确，思路新颖，研究角度创新，能够有效地帮助相关研究的进行，同时对于实际工程，其方便、有效的特性，能带来巨大实际效益。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明截面分区域阈值计算法；

图3为图形二维截面两种截面划分方式。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示的评价再生沥青混合料组分分布均匀性的方法，包括以下步骤：

1、再生沥青混合料试件的制备

再生沥青混合料新料选取：测量所使用旧料中旧集料密度，常为玄武岩和石灰岩。选择与旧集料密度相差较大的集料，选用前对其进行密度或投射性分析，包括但不限于石英岩，白云石等，这里选用石英岩新沥青及其他添加剂采用待分析工程实际所需使用原料；

再生沥青混合料配合比设计与试件制作：根据马歇尔配合比设计方法、贝雷法、主骨料空隙填充方法、多级级配嵌挤法，进行集料级配曲线设计、最佳油石比、空隙率选择，完成配合比设计，并制作相应试件拌合时间取30s、90s、150s，拌合温度为180℃。

2、试件扫描

将待评价试样进行ct扫描，得到相应截面图，成像像素尺寸0.05mm，试件扫描平面的垂直方向上间距0.05mm。

3、图像处理

其所有图像处理都是基于相应算法，进行编程自动处理，将图像首先采用对比度拉伸、gamma校正、直方图均衡、直方图规定化进行图像增强；对增强后的图像进行降噪处理，中值滤波降低椒盐噪声，均值滤波、维纳滤波等减少高斯噪声等其余图像干扰项；如图2所示，将降噪后的图像采用自动阈值算法进行图像阈值分割，具体为将待分析截面划分为多个圆环，针对每个子部分采用最大类间方差算法进行动态阈值确定，重复上述过程，并叠加，依次区分空隙、旧粗集料、新粗集料以及沥青胶浆，最后形成各组分在该截面上的分布图；最后采用二值化算法对图像进行后处理，将各组分图二值化，并编程实现消除微孔洞，针对微小孔洞和微小颗粒点进行填充和删减，形成稳定组分分布图，最后得到每一单独组分在其横截面上的分布二值图。

4、组分分布数值计算

对分布二值图进行区块划分为两种子区域，并计算每个子区域的组分面积和占比，用来衡量组分在平面上的分布特性。计算组分在平面上的不均匀分布系数和竖直方向上的试件波动系数；

如图3所示，采用径向分割和切向分割将二值图划分为两种相应的子区域；并采用数字化方式统计每个子区域中的组分含量及组分面积比；其中，切向分割角度根据所分割子区域面积确定，采用子区域面积为最大颗粒集料面积的2倍，径向分割数目由子区域宽度确定，采用子区域宽度为最大粒径的1/2。

设定i截面以及上面的j子区域

i截面上子区域j的组分面积比为：

式中，bij为i截面上子区域j中组分的面积，sij为i截面上子区域j的面积，aij为i截面上子区域j的组分面积比。

i截面的整体组分面积比为：

5、均匀性评价指标分析

基于均匀性评价指标对不同组分分别分析在二维截面和竖直方向上的分布均匀性，各组分在二维截面和竖直方向的均匀性评价指标分别为：

二维截面：不均匀分布系数＝组分面积比的均方差/子区域的组分面积比均值；

竖直方向：试件波动系数＝各截面间组分面积比的均方差/各截面组分面积比均值

建立相关均匀性评价模型：

二维截面上，组分分布评价模型：

其中，

竖直方向上，组分在各截面间分布的均匀性评价模型为：

其中，

6均匀性评价

通过计算出的组分均匀性分布面积比，结合实际组分不同拌合时间的不同波动系数，定量衡量各组分在试件内部的分布均匀程度，能够为不同工艺条件提供指导。

以竖向波动系数为例，拌合30s、90s、150s时，空隙的竖向波动系数为0.276、0.223和0.177，旧集料的竖向波动系数为0.217、0.091、0.072，新集料的竖向波动系数为0.366、0.132、0.099，胶浆的竖向波动系数为0.196、0.059、0.065。