[发明专利]采用CT技术分析多孔沥青混合料空隙结构的方法

说明书

技术领域

本发明属于沥青混合料结构检测技术领域，具体涉及到一种采用CT技术和分形理论分析沥青混合料空隙结构的方法。 

背景技术

高等级公路路面结构不仅要能抵御千百万次行车荷载的重复作用，还必须具有良好的表面功能以保证车辆高速行驶时具有充分的舒适性和安全性。此外，现代交通还要求路面雨季表面不积水，高速行车不产生水雾，阳光照射下表面不产生眩光，从而妨碍驾驶人员的视线，降低高速行驶的安全性。在沥青路面施工和使用过程中，沥青混合料中的空隙是一个相当重要的技术指标，对于排除路表水、减少道路交通事故和降低道路噪声污染具有积极意义，因此，空隙的结构特征是影响沥青路面排水和降噪性能的关键。 

对沥青混合料空隙结构的研究，国内外开始均较晚。1998年，美国联邦公路局研究中心成立沥青路面的模拟项目研究小组，以三维图像技术为核心，全面研究沥青混合料的体积组成特性。在2001年，Hall KD，Ng HG利用粗级配的高性能沥青路面混合料和“变水头渗透仪”做了空隙路径试验，研究了沥青混凝土空隙路径和渗透性的关系。Masad，E.在2002年，采用图像分析技术研究了沥青混合料试件在不同深度范围内的空隙分布。 

沥青混合料是由矿物骨架、沥青胶浆和空隙所组成、具有空间网络结构的一种分散体系。近年来的研究表明，沥青混合料的力学行为远比人们认识到的复杂，其力学行为既受到沥青、集料和空隙的体积含量影响，也受到这些因素的空间分布影响。 

目前，国内对沥青混合料空隙空间分布研究，还处于技术探索阶段，主要集中在沥青混合料空隙率的研究，其中包括空隙模型、空隙率的影响因素、空隙率对沥青混合料路用性能的影响等方面。关于沥青混合料空隙的研究多停留在宏观尺度上，仅通过空隙率一个笼统的参数来反映混合料内部的复杂空隙结构，而沥青混合 料是一种复杂的复合材料，混合料中的空隙处于不规则、无序状态，空隙的形状、面积、体积等在各个尺寸上均表现出统计意义上的自相似特征，而且在一定尺度范围内，具有无标度性。对多孔沥青混合料进行分形分析，可以得到其中的内部信息。因此，采用分形理论对空隙结构特性进行分析研究具有重要意义。 

传统的体积分析方法只能得到空隙的整体参数，不能获得沥青混合料的个体参数；采用混合料成型、切片、拍照，然后对照片进行图像分析的方法，容易在混合料切片时破坏空隙的原始形貌，严重影响空隙形态的真实性和空隙大小的准确性。 

X射线CT技术是一种合适的方法。CT采用准直后的X射线束对沥青混合料的某一层面进行扫描，衰减后的X射线由探测接收成为多组原始数据，再经计算机重建产生显示数据矩阵。这种方法无破损，可以实现沥青混合料内部结构的真实再现。 

基于上述分析，传统的体积设计方法和参数并不能全面反映沥青混合料的所有空隙信息。此外，现行的沥青混合料配合比设计方法中，空隙结构特征没有相应的技术手段进行测定。在沥青混合料结构分析技术领域，当前迫切需要解决的一个技术问题是提供一种沥青混合料空隙结构的分析方法。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述对沥青混合料空隙空间分布分析方法的缺点，提供—种准确、快速、能全面反映混合料空隙结构的采用CT技术分析多孔沥青混合料空隙结构的方法。 

解决以上技术问题所采用的技术方案是由下述步骤组成： 

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：