一种沥青混合料均匀性评价方法

摘要

本发明公开了一种沥青混合料均匀性评价方法，该方法首先在室内成型或现场取样提供分析所需的沥青混合料圆柱形试件，然后通过工业CT机或数码相机采集沥青混合料试件的截面图像，运用后者时，沥青混合料试件需先经锯齿切割机切割；再将图像转化为BMP格式的黑白图像。分析该黑白图像，得到沥青混合料截面图像中每个集料和孔隙的信息，如周长、面积、等效直径、长轴短轴坐标、质心位置坐标等。最后就混合料中集料和孔隙的位置分布、数量分布、长轴方位角分布三个方面分别计算混合料截面上集料和孔隙的分布状态，借此评价混合料均匀性。本发明基于数字图像技术，直接针对沥青混合料的均匀性进行定量评价，相比其他方法，评价结果更为准确。

主权项

1.一种沥青混合料均匀性评价方法，其特征在于，该方法具体为：室内成型或现场取样提供分析所需的沥青混合料圆柱形试件；通过工业CT机或数码相机采集沥青混合料试件的截面图像，运用后者时，沥青混合料试件需先经锯齿切割机切割；将图像转化为BMP格式的黑白图像。分析该黑白图像，得到沥青混合料截面图像中每个集料和孔隙的信息，所述集料和孔隙的信息包括周长、面积、等效直径、长轴短轴坐标、质心位置坐标等。获取上述混合料截面上的集料和孔隙信息以后，就混合料中集料和孔隙的位置分布、数量分布、长轴方位角分布三个方面分别计算混合料截面上集料和孔隙的分布状态，借此评价混合料均匀性。截面上各档集料的位置分布状态通过该档集料的重心与该截面几何中心的距离偏差率来衡量。所述计算公式如下：集料重心与几何中心的距离偏差：把距离偏差S转换成无量纲的r：r_i=S_i/R式中：分别为第i档集料的重心坐标，i为集料的筛孔尺寸（方孔筛）；x_in，y_in分别为第i档集料中第n个颗粒的质心坐标位置；N_i为第i档集料中颗粒的总数；S_i为截面上第i档集料的重心与几何中心的距离偏差；x_PC、y_PC为截面的几何中心的横坐标和纵坐标；r_i为截面上第i档集料的重心与几何中心的距离偏差率；R为几何中心到截面边缘的距离。将截面对称划分为四等分区域，分别统计各区域该档集料数目，利用下式分别计算各档集料在各区域里的数目分布情况：（1）若N_1i=N_3i，N_2i=N_4i，则$t_i=\frac{|N_{1i}-N_{2i}|}{N_i},$N_1i≠0，N_2i≠0$t_i=[1+\lambda (N_{1i}+N_{2i})]\frac{|N_{1i}-N_{2i}|}{N_i},$N_1i=0或N_2i=0（2）若N_1i≠N_3i，N_2i≠N_4i，则$t_i=c·\frac{|N_{1i}-N_{3i}|+|N_{2i}-N_{4i}|}{N_i},$当N_1i=N_3i=0或N_2i=N_4i=0时，其他情况下，c=1。式中：N_1i，N_2i，N_3i，N_4i分别为第i档集料在四块区域里的分布数量；t_i为第i档集料在四块区域里的数量分布状况参数；λ为待定系数，一般取0.1；N_i为第i档集料中颗粒的总数。分别计算截面上四个区域里各挡集料长轴方位角的均值，以此代表该区域该档集料方位角的主方向，计算相邻及相对区域主方向的位置关系作为评价集料长轴方位角分布状态。集料方位角分布状态好，则截面上相邻区域内集料主方向垂直和相对区域内集料主方向对称。分为两种情况，所述计算公式如下：（1）若N_i>0，则对于一、三区域：1）若$\overline{a_{1i}}-\overline{a_{3i}}>\frac{\pi }{2},S_{13i}=\frac{\pi -(\overline{a_{1i}}-\overline{a_{3i}})}{\pi /2};$2）若$0\le \overline{a_{1i}}-\overline{a_{3i}}<\frac{\pi }{2},S_{13i}=\frac{\overline{a_{1i}}-\overline{a_{3i}}}{\pi /2};$3）若$-\frac{\pi }{2}<\overline{a_{1i}}-\overline{a_{3i}}<0,S_{13i}=\frac{\overline{a_{3i}}-\overline{a_{1i}}}{\pi /2}$4）若$\overline{a_{1i}}-\overline{a_{3i}}<-\frac{\pi }{2},S_{13i}=\frac{\pi +(\overline{a_{1i}}-\overline{a_{3i}})}{\pi /2}$对于二、四区域：1）若$\overline{a_{2i}}-\overline{a_{4i}}>\frac{\pi }{2},S_{24i}=\frac{\pi -(\overline{a_{2i}}-\overline{a_{4i}})}{\pi /2};$2）若$0\le \overline{a_{2i}}-\overline{a_{4i}}<\frac{\pi }{2},S_{24i}=\frac{\overline{a_{2i}}-\overline{a_{4i}}}{\pi /2};$3）若$-\frac{\pi }{2}<\overline{a_{2i}}-\overline{a_{4i}}<0,S_{24i}=\frac{\overline{a_{4i}}-\overline{a_{2i}}}{\pi /2}$4）若$\overline{a_{2i}}-\overline{a_{4i}}<-\frac{\pi }{2},S_{24i}=\frac{\pi +(\overline{a_{2i}}-\overline{a_{4i}})}{\pi /2}$对于一、二区域：1）若$\overline{a_{1i}}-\overline{a_{2i}}>\frac{\pi }{2},S_{12i}=\frac{(\overline{a_{1i}}-\overline{a_{2i}})-\pi /2}{\pi /2};$2）若$0\le \overline{a_{1i}}-\overline{a_{2i}}<\frac{\pi }{2},S_{12i}=\frac{\pi /2-(\overline{a_{1i}}-\overline{a_{2i}})}{\pi /2};$3）若$-\frac{\pi }{2}<\overline{a_{1i}}-\overline{a_{2i}}<0,S_{12i}=\frac{\pi /2+(\overline{a_{1i}}-\overline{a_{2i}})}{\pi /2}$4）若$\overline{a_{1i}}-\overline{a_{2i}}<-\frac{\pi }{2},S_{12i}=\frac{-\pi /2-(\overline{a_{1i}}-\overline{a_{2i}})}{\pi /2}$S_i=S_13i+S_24i+S_12i（2）若N_i=0，S_i=0；式中：分别为第i档集料在四块区域里的方位角的平均数，即方位角的主方向，S_1i，S_2i，S_3i，S_4i分别为第i档集料在四块区域里的方位角总和；N_1i，N_2i，N_3i，N_4i分别为第i档集料在四块区域里的分布数量；S_13i，S_24i，S_12i分别为第i档集料在一、三区域，二、四区域和一、二区域方位角分布的评价指数；S_i为第i档集料方位角分布的评价指标。截面上集料的分布状态指标为：d_a=η×∑ki×(ri+ti+si)式中：d_a为沥青混合料中集料分布状态指标；η为与集料级配相关的一待定系数；k_i为截面上第i档集料的面积比；r_i为截面上第i档集料的重心与几何中心的距离偏差率；t_i为第i档集料在四块区域里的数量分布状况参数；s_i为第i档集料方位角分布的评价指数。类似于集料分布状态的计算方法，截面上各类孔隙的位置分布状态通过该类孔隙的重心与该截面几何中心的距离偏差率来衡量。所述计算公式如下：孔隙重心与几何中心的距离偏差：把距离偏差S′转换成无量纲的r′：r′_i=S′_i/R式中：S′_i为截面上第i类孔隙的重心与几何中心的距离偏差；分别为第i类孔隙的重心坐标，x′_in，y′_in分别为第i类孔隙中第n个颗粒的质心坐标位置；N′_i为第i类孔隙中颗粒的总数；x_PC，y_PC为截面的几何中心位置坐标；r′_i为截面上第i类孔隙的重心与几何中心的距离偏差率；R为几何中心到截面边缘的距离。k′_i为截面上第i类孔隙的面积比，k′_i=a′_i/a′；a′_i为截面上的第i类孔隙的总面积；a′为截面上各类孔隙的总面积；将截面对称划分为四等分区域，分别统计各区域该类孔隙数目，利用下式分别计算各类孔隙在各区域里的数目分布情况：（3）若N′_1i=N′_3i，N′_2i=N′_4i，则$t_i^{\text{'}}=\frac{|N_{1i}^{\text{'}}-N_{2i}^{\text{'}}|}{N_i^{\text{'}}},$N′_1i≠0，N′_2i≠0$t_i^{\text{'}}=[1+{\lambda }^{\text{'}}·(N_{1i}^{\text{'}}+N_{2i}^{\prime })]\frac{|N_{1i}^{\text{'}}-N_{2i}^{\text{'}}|}{N_i^{\text{'}}},$N′_1i=0或N′_2i=0（4）若N′_1i≠N′_3i或N′_2i≠N′_4i，则$t_i^{\text{'}}=c·\frac{|N_{1i}^{\text{'}}-N_{3i}^{\text{'}}|+|N_{2i}^{\text{'}}-N_{4i}^{\text{'}}|}{N_i^{\text{'}}}$当N′_1i=N′_3i=0或N′_2i=N′_4i=0时，其他情况下，c′=1。式中：N′_1i，N′_2i，N′_3i，N′_4i分别为第i类孔隙在四块区域里的分布数量；t′_i为第i类孔隙在四块区域里的数量分布状况参数；λ′为待定系数，一般取0.1；N′_i同上。分别计算截面上四个区域里各挡孔隙长轴方位角的均值，以此代表该区域该类孔隙方位角的主方向，计算相邻及相对区域主方向的位置关系作为评价孔隙长轴方位角分布状态。孔隙方位角分布状态好，则截面上相邻区域内孔隙主方向垂直和相对区域内孔隙主方向对称。分为两种情况，所述计算公式如下：（3）若N′_i>0，则对于一、三区域：5）若${\overline{a_{1i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{3i}}}^{\text{'}}>\frac{\pi }{2},S_{13i}^{\text{'}}=\frac{\pi -({\overline{a_{1i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{3i}}}^{\text{'}})}{\pi /2};$6）若$0\le {\overline{a_{1i}}}^{\prime }-{\overline{a_{3i}}}^{\text{'}}<\frac{\pi }{2},S_{13i}^{\text{'}}=\frac{{\overline{a_{1i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{3i}}}^{\text{'}}}{\pi /2};$7）若$-\frac{\pi }{2}<{\overline{a_{1i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{3i}}}^{\text{'}}<0,S_{13i}^{\text{'}}=\frac{{\overline{a_{3i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{1i}}}^{\text{'}}}{\pi /2}$8）若${\overline{a_{2i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{4i}}}^{\text{'}}<-\frac{\pi }{2},S_{24i}^{\text{'}}=\frac{\pi +({\overline{a_{2i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{4i}}}^{\text{'}})}{\pi /2}$对于二、四区域：5）若${\overline{a_{2i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{4i}}}^{\text{'}}>\frac{\pi }{2},S_{24i}^{\text{'}}=\frac{\pi -({\overline{a_{2i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{4i}}}^{\text{'}})}{\pi /2};$6）若$0\le {\overline{a_{2i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{4i}}}^{\text{'}}<\frac{\pi }{2},S_{24i}^{\text{'}}=\frac{{\overline{a_{2i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{4i}}}^{\text{'}}}{\pi /2};$7）若$-\frac{\pi }{2}<{\overline{a_{2i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{4i}}}^{\text{'}}<0,S_{24i}^{\text{'}}=\frac{{\overline{a_{2i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{4i}}}^{\text{'}}}{\pi /2}$8）若${\overline{a_{2i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{4i}}}^{\text{'}}<-\frac{\pi }{2},S_{24i}^{\text{'}}=\frac{\pi +({\overline{a_{2i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{4i}}}^{\text{'}})}{\pi /2}$对于一、二区域：5）若${\overline{a_{1i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{2i}}}^{\text{'}}>\frac{\pi }{2},S_{12i}^{\text{'}}=\frac{({\overline{a_{1i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{2i}}}^{\text{'}})-\pi /2}{\pi /2};$6）若$0\le {\overline{a_{1i}}}^{\prime }-{\overline{a_{2i}}}^{\prime }<\frac{\pi }{2},S_{12i}^{\prime }=\frac{\pi /2-({\overline{a_{1i}}}^{\prime }-{\overline{a_{2i}}}^{\prime })}{\pi /2};$7）若$-\frac{\pi }{2}\le {\overline{a_{1i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{2i}}}^{\text{'}}<0,S_{12i}^{\text{'}}=\frac{\pi /2+({\overline{a_{1i}}}^{\text{'}}-{\overline{a_{2i}}}^{\text{'}})}{\pi /2};$8）若${\overline{a_{1i}}}^{\prime }-<{\overline{a_{2i}}}^{\prime }<-\frac{\pi }{2},S_{12i}^{\prime }=\frac{-\pi /2-({\overline{a_{1i}}}^{\prime }-{\overline{a_{2i}}}^{\prime })}{\pi /2};$S′_i=S′_13i+S′_24i+S′_12i（4）若N′_i=0，S′_i=0；式中：分别为第i类孔隙在四块区域里的方位角的平均数，即方位角的主方向，${\overline{a_{1i}}}^{\prime }=S_{1i}^{\prime }/N_{1i}^{\prime },{\overline{a_{2i}}}^{\prime }=S_{2i}^{\prime }/N_{2i}^{\prime },{\overline{a_{3i}}}^{\prime }=S_{3i}^{\prime }/N_{3i}^{\prime },{\overline{a_{4i}}}^{\prime }=S_{4i}^{\prime }/N_{4i}^{\prime },;$S′_1i，S′_2i，S′_3i，S_4i′分别为第i类孔隙在四块区域里的方位角总和；N′_1i，N′_2i，N′_3i，N′_4i分别为第i类孔隙在四块区域里的分布数量；S′_13i，S′_24i，S′_12i分别为第i类孔隙在一、三区域，二、四区域和一、二区域方位角分布的评价指数；S′_i为第i类孔隙方位角分布的评价指标。截面上孔隙的分布状态指标为：d_p=η′×∑k′_i×(r′_i+t′_i+S′_i)式中：d_a为沥青混合料中孔隙分布状态指标；η′为与孔隙尺寸相关的一待定系数；k′_i为截面上第i类孔隙的面积比，k_i=a_i/a；a_i为截面上的第i档集料的总面积，;a为截面上各档集料的总面积；r′_i为截面上第i类孔隙的重心与几何中心的距离偏差率；t′_i为第i类孔隙在四块区域里的数量分布状况参数；S′_i为第i类孔隙方位角分布的评价指数。截面上混合料均匀性指标d为：d=d_a+d_p以一组平行截面上混合料均匀性表征这一方向上混合料均匀性。沥青混合料整体均匀性通过混合料水平方向和竖直方向均匀性进行综合评价。计算公式如下：D=α×d_h+β×d_v式中：D为沥青混合料均匀性指标；α，β分别为水平方向和竖直方向混合料均匀性对整体均匀性的权重；d_h，d_v分别为沥青混合料水平方向和竖直方向均匀性指标。d_h=∑γ_h(i-i)×d_h(i-i)d_v=∑γ_v(i-i)×d_v(i-i)式中，γ_h(i-i)，γ_v(i-i)分别为水平和竖直方向第i个截面混合料均匀性对整体均匀性的影响系数；d_h(i-i)，d_v(i-i)分别为水平和竖直方向第i个截面混合料均匀性指数。沥青混合料均匀性指标D越小，对应的沥青混合料均匀性就越好；反之，则沥青混合料均匀性就越差。