采用CT技术分析多孔沥青混合料空隙结构的方法

摘要

一种采用CT技术分析多孔沥青混合料空隙结构的方法，由制备多孔沥青混合料试件、X射线CT机扫描多孔沥青混合料试件、CT图像增强和分割、空隙特征的提取、计算空隙结构的特征参数、空隙平面信息解析、空隙空间信息解析、存储分析结果步骤组成。本发明采用CT扫描技术，能准确、快速地获取多孔沥青混合料的数字图像，对图像进行增强、分割，提取空隙的相关特征参数，通过这些参数用分形理论对空隙的结构特征进行定量描述，全面反映空隙结构信息，避免了多孔沥青混合料各特征对空隙评价的影响。这些参数为进一步探讨空隙结构对多孔沥青混合料劈裂抗拉强度和渗透性能的影响规律，以及为研究多孔沥青混合料空隙衰变行为奠定了基础。

主权项

1.一种采用CT技术分析多孔沥青混合料空隙结构的方法，其特征在于由下述步骤组成：(1)制备多孔沥青混合料试件按照交通部部颁标准JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0702-2000试件成型方法成型多孔沥青混合料试件；(2)X射线CT机扫描多孔沥青混合料试件采用X射线CT机对多孔沥青混合料试件进行扫描，得到多孔沥青混合料试件的原始CT图像；(3)CT图像增强和分割将CT机的模拟视频信号通过图像采集卡转化为数字信号传入计算机，用中值滤波处理方法进行图像增强处理，削弱或去除不必要的信息同时突出有用的信息，并采用阈值法对多孔沥青混合料增强后的CT图像进行分割；(4)空隙特征的提取分析多孔沥青混合料图像中空隙的分布状态，提取空隙的数量、面积、周长、等效直径、空隙率参数；(5)计算空隙结构的特征参数计算多孔沥青混合料的二维CT图像中空隙的数量、空隙的面积、空隙周长、空隙等效直径及空隙率，各参数的计算方法如下：多孔沥青混合料的二维CT图像中空隙的数量N_v：$N_v=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{N}_{\mathrm{vi}}}{n}---\left(1\right)$式中N_vi为二维CT图像中的空隙数量，n为多孔沥青混合料试件中二维CT图像的数量；多孔沥青混合料的二维CT图像中空隙的面积A：$A=\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{N_b}{\Sigma }}(x_i{y}_{i+1}-x_{i+1}{y}_i)---\left(2\right)$式中x_i、y_i、x_i+1、y_i+1分别为第i点、第i+1点的横坐标和纵坐标；N_b为空隙多边形中边界点的个数；多孔沥青混合料的二维CT图像中空隙周长p：$p=N_e+\sqrt{2}{N}_0---\left(3\right)$式中N_e和N₀分别是边界链码中约定走偶步与走奇步的数目；多孔沥青混合料的二维CT图像中空隙平均等效直径d：$d=2\times \sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{N_i}{\Sigma }}{A}_i}{N_i\times \pi }}---\left(4\right)$式中A_i为二维CT图像中的单个空隙面积，单位为mm²，N_i为二维CT图像中的空隙数量，单位为个；多孔沥青混合料的二维CT图像中空隙率V_V：$V_V=1-\frac{{\rho }_m}{{\rho }_t}\times 100\%---\left(5\right)$式中ρ_m为试件的密度，单位为g/cm³，ρ_t为试件的理论最大密度，单位为g/cm³；(6)空隙平面信息解析对多孔沥青混合料CT扫描图像的图片进行提取，采用步骤5中的计算公式(1)、(5)得到多孔沥青混合料的空隙数量和空隙率，并采用公式(2)、(3)计算所有空隙的结果分别取平均值，得到平均空隙面积、平均空隙周长，采用公式(4)计算得到空隙平均等效直径；(7)空隙空间信息解析采用分形理论，通过空隙分维数和空隙分布对空隙的复杂程度进行描述，空隙分维数包括空隙轮廓分维数与空隙面积分维数，各参数的计算方法如下：多孔沥青混合料空隙轮廓分维数D_p：$D_p=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{D}_{P_i}}{n}---\left(6\right)$式中为二维CT图像中空隙轮廓分维数，n为多孔沥青混合料试件中二维CT图像的数量；多孔沥青混合料空隙面积分维数D_a：$D_a=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{D}_{\mathrm{ai}}}{n}---\left(7\right)$式中D_ai为二维CT图像中空隙面积分维数，n为多孔沥青混合料试件中二维CT图像的数量；对多孔沥青混合料扫描的二维CT图像进行阈值处理，采用公式(1)、(4)、(5)、(6)、(7)，结合分形理论确定多孔沥青混合料的空隙分布；(8)存储分析结果将多孔沥青混合料试件CT图像分析得到的空隙结构数据存储到计算机。