[发明专利]一种机制砂颗粒形状评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机制砂颗粒形状评价方法，具体地说，是一种通过数字图像处理和试验相结合的方式，从二维和三维来评价机制砂颗粒形状的方法。

背景技术

天然砂在短时间内不可再生，天然砂资源逐步减少，地方性，分布不均衡；机制砂颗粒形状通过机械破碎而成，片状颗粒较多，表面粗糙，颗粒尖锐有棱角；现有技术中的评价方法中，颗粒为不规则形状，很难充分地定义、度量，现有方法费时、不精确、不客观、不统一。

现有技术中的评价方法主要有以下两种：

1)间隙率法：此方法适用于测定天然砂、人工砂、石屑等用于路面的细集料棱角性(测定一定量的细集料通过标准漏斗，装入标准容器中的间隙率，称为细集料的棱角性以百分率表示)。该方法是将干燥的细集料试样通过一个标准漏斗漏入一个经标定的圆筒，由细集料的空隙率作为棱角性指标。空隙率越大，意味着有较大的内摩擦角。球状颗粒较少，细集料的表面构造粗糙，所以是描述细集料性能的重要指标。该方法操作简单、仪器设备不复杂，很容易学习。

缺点：①该试验需要测定细集料毛体积相对密度，工程实践证明；测定机制砂、石屑的毛体积相对密度很不现实，测定结果的准确性和唯一性较差。

②对于某些集料棱角性与混合料性能相关性不好。

③该方法试验样品的级配固定不变，无法区别不同级配的细集料棱角性。

④对于细集料的毛体积相对密度主观性较大，结果不准确。

2)流动时间法：此方法测定一定体积的细集料(机制砂、石屑、天然砂)全部通过标准漏斗所需的流动时间，称为细集料的棱角性，以S表示。适用于评定细集料颗粒表面构造和粗糙度。仪器设备简单，方法易理解，重复试验方便。

缺点：①可执行较差，易引起误解及矛盾，工作程序繁琐，很难被掌握，不便于推广。

②测定结果相差较大，针对不同级配其漏斗内经不统一。

③对于一般机制砂，测定结果很难满足不小于30S的要求。

我国没专门针对机制颗粒形状评价方法的标准，现行标准《公路工程集料试验规程》GTG E42-2005中有关于细集料棱角性试验方法的标准：T 0344-2000细集料棱角性试验(间歇率法)和T 0345-2000细集料棱角性试验(流动时间法)。目前推荐的两种方法测定结果差别较大，测定结果的相关性较差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种方便、快速；评价结果精确、客观的机制砂颗粒形状评价方法，其技术方案为：

1)图像获取

将机制砂颗粒以彼此互不粘接且平稳的方式放置在玻璃板上，然后用数码相机拍摄照片，拍摄时不能抖动以保证照片的质量；

2)图像预处理

用MATLAB软件的图像处理功能对照片进行预处理，依次主要包括图像灰度化、直方图均衡化、中值滤波、图像二值化(自动选择阈值)4种预处理方式；

3)图像二维特征参数提取与计算

主要包括：统计机制砂颗粒照片上的颗粒数，用NR1表示；粒径G；圆度FF，其中圆度按照计算，其他参数直接测得；

式中：

A——机制砂颗粒面积

P——机制砂颗粒周长

4)表观密度、堆积密度测量

表观密度和堆积密度都按《建设用砂》GB/T 14684-2011进行测试，测得的结果分别用ρ、ρ₁表示。

5)图像三维特征参数提取与计算

机制砂颗粒的三维特征参数包括：厚度、体积长、宽度、质量、密度

厚度＝系数×宽                      (1)

体积＝厚度×面积＝系数×宽×面积    (2)

本发明的有益效果：

本发明通过数字图像处理(MATLAB软件)和试验相结合的办法，从二维(圆度指标)和三维(球度指标)来评价机制砂颗粒形状。该方法方便、快速；评价的结果精确、客观。

附图说明

图1是本发明机制砂颗粒形状评价方法的流程图；

图2是原始图像；

图3是预处理后的图像；

图4是二值图像；

图5是边缘检测图像；

图6是原图像直方图；

图7是直方图均衡化图；

图8是不同细度模数机制砂的间隙率；

图9是不同细度模数的人工砂粗糙度(流动时间)；

图10是不同机制砂的圆度；

图11是圆度值与间隙率之间的相关性；