[发明专利]一种沥青混合料空隙分布均匀性评价方法

说明书

本发明公开了一种沥青混合料空隙分布均匀性评价方法，属于公路沥青混合料试验技术领域。所述评价方法利用工业CT扫描设备和图像处理技术获取沥青混合料试件不同截面内空隙分布矢量化图像；将空隙分布矢量化图像细化为若干区域，获取每个图像区域内的空隙特征参数，计算空隙均匀性系数；利用不同图像区域内空隙均匀性系数的变异系数来评价整个试件的空隙分布均匀性。本发明能够比较全面准确地获取沥青混合料内部空隙分布的空间特征及其均匀性，对于不同的混合料类型和成型方式具有较好的区分度，操作简单高效，也可为后续数值试件的构建和力学模拟试验的开展打下坚实的基础。

技术领域

本发明属于公路沥青混合料试验技术领域，涉及一种沥青混合料空隙分布均匀性评价方法。

背景技术

沥青混合料是可以看作是由沥青、集料和空隙组成的三相复合材料。一般来说，在其它条件一定的情况下，沥青混合料的力学和路用性能受到空隙率和空隙分布特征的综合影响。已有大量资料表明，空隙率特征直接与沥青路面的透水性、抗车辙性能、疲劳寿命和抗裂性能密切相关。空隙率太小，特别是对于普通密级配混合料，在夏天受热膨胀时，沥青便开始上浮。在荷载的作用下，很容易产生泛油和车辙。空隙率太大，水分能够在结构空隙中自由流动，会造成很严重的水损破坏，严重影响路面的使用耐久性和结构强度。过大的空隙还会加速沥青老化，降低沥青混合料的疲劳寿命；而且空隙率越大，空隙分布均匀性越差，则沥青混合料路用性能越差。

目前大多数研究仅考虑了空隙率对于沥青混合料性能的影响，少数研究引入了一些空隙分布特征的评价指标，如空隙数量和空隙等效半径等。鉴于空隙的分布十分复杂，上述指标还不够精确和深入，远远无法满足研究要求。具有相似空隙率、空隙数量和空隙等效半径的沥青混合料其力学和路用性能仍存在明显的差异，究其原因是因为空隙分布的均匀性不同。因此，准确地评价沥青混合料空隙分布的均匀性，对于研究其宏观性能十分必要。

数字图像处理技术有图像获取、图像处理和图像分析三个步骤，具有方便性、经济性、可利用信息量大和形象化存储等优点，其工程上的应用已成为国际土木工程领域的热门研究方向之一。CT扫描技术可以通过区分试件不同空间位置处的密度来实现沥青混合料中空隙、沥青胶浆和集料这三种物质成分的识别，能够从三个方向对沥青混合料试件进行无损伤连续断层扫描。采用CT扫描技术不仅可以为沥青混合料细观结构的研究提供丰富的数据信息，而且也为后续数值试件的构建和力学模拟试验的开展打下坚实的基础。因此，CT扫描技术及数字图像处理技术可为获取并分析沥青混合料内部空隙分布均匀性提供可靠的技术手段。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种沥青混合料空隙分布均匀性的定量评价方法。该方法提出使用空隙均匀性系数的变异系数作为空隙分布均匀性评价指标。空隙均匀性系数的变异系数越大，对应的空隙分布均匀性越差；反之，空隙分布均匀性越好。该评价方法可以准确地反映沥青混合料内部空隙分布特征，评价过程简便高效。

本发明采用以下技术方案实现上述目的：

步骤1、制备沥青混合料的标准马歇尔试件，利用工业CT扫描设备对制备的标准试件进行扫描，分别获取其横截面和轴截面的二维断层灰度图像；

步骤2、对所述的二维断层灰度图像进行数字图像处理，得到标准试件横截面和轴截面内空隙分布的矢量化图像；

步骤3、对所述的空隙分布矢量化图像进一步划分为n个区域，获取每个图像区域内的空隙数量和每个空隙的面积及几何中心；

步骤4、根据所述的每个图像区域内的空隙数量和每个空隙的面积，计算每个图像区域内空隙率K_i；

K_i＝V_i/C_i

式中：V_i指第i个图像区域内空隙总面积；

C_i指第i个图像区域的面积；