[发明专利]一种测定试件空隙率和空隙分布的方法

说明书

技术领域

本发明属于道路材料测试技术领域，涉及一种试件空隙的测试，具体涉及一种基于X-ray CT技术测定试件空隙率和空隙分布的方法。

背景技术

沥青混合料一般由矿质集料、沥青结合料、填料和添加剂组成。由于矿质集料形态的不规则性，压实成型的沥青混凝土往往包含着一定数量的空隙。空隙率和空隙分布是沥青混合料的重要体积参数，与沥青混合料的路用性能有着直接关系。沥青混合料空隙率的大小直接影响路面的排水效果，对于常见的密实悬浮结构的沥青混凝土AC(Asphalt Concrete)而言，《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)要求其空隙率控制在2％～6％之间。相关学术研究表明，7％～8％的空隙率不利于雨水在路面空隙结构中迅速排出。路面沥青混合料空隙空间分布及其空隙连通性对路面的传热能力也有一定影响，进一步影响路面在高温条件下剪切压实的抗变形能力。沥青混合料空隙空间分布影响沥青混合料的力学性能。沥青混合料在一定外力加载条件下，集料骨架的接触特征决定力链的分布，力链的分布与空隙分布存在一定的关联性，因此，研究沥青混合料试件空隙空间分布有利于分析试件的力学特性，进而科学地评价沥青混合料的力学性能。

当前，参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)，测定沥青混合料的空隙率主要采用试件的毛体积相对密度与最大理论相对密度的比值来计算空隙率。沥青混合料属于复合材料，由于材料状态和测定条件的不同，计算用的体积所考虑的集料内部的孔隙及集料间的空隙情况不同，使得计算的毛体积相对密度有所不同，进一步致使沥青混合料的空隙率因测试方法的不同而有所差异。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种测定试件空隙率与空隙分布的方法，这种方法对试件不会造成损害，试件可用于后续的力学试验分析，便于建立试件的体积参数与力学性能之间的关系，为评价和设计高性能道路材料提供技术支持和理论参考。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种试件预处理方法，本方法所述试件用于测定多孔道路混合料的空隙率或空隙分布，包括试件准备，所述试件准备包括制作圆柱体试件，所述试件预处理方法还包括涂层处理，所述涂层处理包括依次在试件表面贴锡箔胶带、贴橡皮膏、涂布水泥净浆。

所述橡皮膏为棉布基材。

所述试件准备还包括对试件的两端进行整平处理和试件干燥处理。

所述涂布水泥净浆为分次涂布，水泥净浆的厚度为1～3mm。

一种测定试件空隙率和空隙分布的方法，包括如下步骤，

(1)按上述方法进行试件预处理；

(2)采用X-ray CT技术扫描预处理后的试件，得到试件各个断面上X-ray的线衰减系数分布，根据线衰减系数分布采用反投影算法进行图像重建，得到多个试件断面图像；

(3)选定某个试件断面图像，得到所有空隙对应的相对空间坐标；

(4)计算出所述试件断面图像中所有空隙的体积比，即得到所述试件断面图像的空隙率，依次计算所有试件断面图像的空隙率，取平均值即得试件空隙率；

(5)按竖向和径向对试件整体进行多个空间区域划分，得到每个空间区域的位置坐标，根据所有空隙对应的相对空间坐标对试件的多个空间区域进行筛选，得到包含空隙的试件空间区域，根据试件空间区域的位置坐标统计出试件的空隙分布。

步骤(2)中采用X-ray CT技术扫描试件时使X射线呈锥束状放射穿透试件，步骤(2)中采用X-ray CT技术扫描试件时扫描时间小于80％，对比度不低于3000。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的试件预处理方法，可以将未封闭的试件空隙经处理后变成封闭空隙，用于X-ray CT技术扫描等，可提高空隙率计算精度。

(2)本发明可以用于测定水泥混凝土试件、沥青混合料试件等其他多孔道路材料试件的空隙率和空隙分布，应用广；空隙空间分布包括竖向分布、径向分布和空隙级配，更直观。

(3)本发明对试件本身不会产生损害，为分析试件的体积特征与力学性能之间的关联性提供了一种可行的科学方法。

附图说明

图1是沥青混合料试件扫描示意图；

图2是经涂层处理的沥青混合料试件断面图；

图3是试件的三维重构模型；

图4是试件立面的二维切片图像；

图5是试件侧面的二维切片图像；

图6是试件中空隙的体积大小和位置坐标信息(原始数据示例)