[发明专利]基于接触特征的评价及预测沥青混合料车辙性能的方法

摘要

本发明公开了一种基于接触特征的评价及预测沥青混合料车辙性能的方法，通过对旋转压实成型的沥青混合料试件经过取芯、切割等操作得到混合料切片，随后利用高精度扫描仪对切割面进行图像扫描和处理，并从微观角度出发定义三个沥青混合料接触特征评价指标：平均接触距离dave、总接触长度Lsum、平均接触长度Lave，并由上述指标得到一个综合指标：接触结构指数CSI，该指标与动态蠕变试验的流变次数Fn之间存在较强的相关性，因此在预测同种胶结料的不同级配类型沥青混合料车辙性能方面，接触结构指数CSI是一种更为合理和全面的指标。较大的CSI代表该混合料动态蠕变试验的流变次数Fn更大，即抵抗车辙性能更强。

主权项

1.一种基于接触特征的评价及预测沥青混合料车辙性能的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)图像获取首先利用旋转压实仪成型高度180mm、直径150mm的试件，然后对于成型好的试件进行取芯和切割，得到高度150mm、直径100mm的标准圆柱体试件；将切割后的标准圆柱体试件自上而下进行切片以获取混合料切片；所有的旋转压实试件均用金刚石锯片在竖直方向进行切割，切割应控制在较慢的速率以保证切割面的平滑；每一个试件切割7面，每个切割面相距10mm，选取试件中间的六个切片；随后，每片试样的切割面均被清理干净并用高分辨率的扫描仪对其进行扫描，扫描过程在暗箱中进行，以防止自然光的影响；最终，每个标准圆柱体试件得到12张高精度二维切片图像；2)图像处理首先对高精度的切片图像施加绿色的滤镜以稀释集料部分存在的较多蓝色通道像素点；图像分割前，利用MATLAB相关算法将图像转换成灰度图的形式以便于后续的分析；应用顶帽变换和中值滤波算法分别消除亮度不均匀和图像噪声；在分割图像时，图像分割过程中，将扫描图像分割为16个等大的矩形区分别进行阈值选取，每个区域的最优阈值计算采用OTSU自适应算法；应用阈值法从沥青胶浆和空隙中区分出集料并去除小于1.18mm的颗粒；分割结束后，对整体二进制图像应用分水岭变换和腐蚀膨胀算法，对颗粒轮廓进行检查和修正；3)接触特征评价(1)平均接触距离dave对集料边界的每个像素点进行圆盘扫描，获取其距离任何其他集料边界的最小距离，并定义此最小距离为此像素点的接触距离；分析切片图像中每个集料的边界的每一个像素点的接触距离，提出平均接触距离指标离dave，如公式(1)所示：式中：N：某切片图像中所有集料的边界像素点的总数目；di：边界像素点i的接触距离；dave：平均接触距离；(2)总接触长度Lsum选择接触距离阈值为0.5mm，即接触距离小于0.5mm的集料边界像素点属于接触像素点；每个截面的实际接触线总长度定义为该截面的接触像素点的总长度；由于同一个试件所获取的12个截面的面积有差异，将每个截面的接触线总长度换算成标准图像尺寸的接触线总长度Lsum，如公式(2)所示；(3)平均接触长度Lave不同的两个集料之间存在接触则称之为集料接触对；由于同一个试件所获取的12个截面的面积有差异，将每个截面的接触对总个数换算成标准图像尺寸的接触对总个数No.pair，如公式(3)所示；每个截面的平均接触长度Lave则定义为总接触长度与接触对总个数的比值，如公式(4)所示；式中：As：标准图像尺寸；Ai：截面i面积；Li：截面i换算前总接触长度；No.pairi：截面i换算前接触对个数；(4)接触结构指数CSI为了更好地定义接触结构并考虑集料骨架的嵌挤、接触的连通性以及接触的密度，利用平均接触距离dave、总接触长度Lsum、平均接触长度Lave三个指标定义综合的接触指标——接触结构指数CSI，如公式(5)所示；式中：Lsum：总接触长度，mm；Lave：平均接触长度，mm；dave：平均接触距离，mm；接触结构指数CSI和动态蠕变试验中流变次数Fn之间存在相关性，此相关性比单一指标与流变次数Fn的关系更显著；所以，从微观角度出发，在预测同种胶结料的不同级配类型沥青混合料车辙性能方面，接触结构指数CSI是一种更为合理和全面的指标；较大的CSI代表该混合料动态蠕变流变次数Fn更大，即抵抗车辙性能更强。