CN103698497B - 一种沥青混合料集料分布状态评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沥青混合料集料分布状态评价方法，该方法首先利用工业CT机或数码相机获取现场芯样或室内成型圆柱形试件的截面图像，并将图像转化为BMP格式的黑白图像；由该黑白图像得到沥青混合料截面图像中每个集料颗粒的信息；分别就混合料中各档集料的位置分布、数量分布、长轴方位角分布三个方面定量评价混合料集料分布状态；以一组平行截面上混合料集料分布状态表征这一方向上混合料集料分布状态，最终，沥青混合料集料分布状态通过集料水平方向和竖直方向的分布状态进行整体定量评价。集料分布状态总体评价指标越小，对应的沥青混合料集料分布状态就越好；反之，则沥青混合料集料分布状态就越差。

Description

一种沥青混合料集料分布状态评价方法

技术领域

本发明属于道路工程领域，涉及一种沥青混合料集料分布状态或均匀性的定量评价方法。

背景技术

沥青混合料的组成包括沥青、集料、添加剂和空隙四部分，其中集料对沥青混合料性能的影响最大。集料的物理特性（形状、大小、棱角、扁平率、表面纹理等）、级配，以及在沥青混合料中分布状态（位置、数量、间距、方位角等）等，都对沥青混合料的力学性能、路用性能指标以及疲劳寿命等产生显著的影响。在集料众多影响沥青混合料性能因素中，集料的分布状态是最突出的，也是最为复杂的。在某种程度上，集料分布状态决定了沥青混合料性能，影响着沥青混合料的路用性能和使用寿命。相对于集料分布状态均匀的沥青混合料路面，集料分布状态不均匀区域力学性能和路用性能变异性大，易发生破坏。

然而，现有的文献资料表明，目前有关集料分布状态对沥青混合料性能影响研究却很少。分析上述现象，究其原因，主要为：（1）集料分布状态对沥青混合料性能的影响被忽略，人们没有对沥青混合料集料分布状态的重要性给予足够的认识。（2）集料在沥青混合料中分布状态十分复杂，通过传统的研究方法，沥青混合料集料分布状态很难确定，有关信息很难获取。

基于数字图像处理，只有少数研究者尝试对沥青混合料集料分布状态进行研究。2001年，Tashman等人提出如何研究沥青混合料中粒径大于2.36mm集料的分布状态不均匀性。其方法是通过把混合料的水平截面和竖直截面划分成等面积的内外两区域，选择能够描述这些区域内集料平均粒径差异的参数来评价。2002年，李智等人对沥青混合料旋转压实效果进行数字图像分析，提出以集料颗粒的取向特性描述沥青混合料的稳定性，以集料颗粒的分布特性来反映混合料的密实程度，并定义集料颗粒主轴方向、沥青砂胶膜厚、颗粒面积比等参数（集料分布特性）来进行评价。2004年，Hunter等人在TRB发表论文，提出评价沥青混合料集料分布状态不均匀性的两种方法。研究中，这两种评价方法都是通过比较截面上相等区域里集料累计面积值的大小来实现的。2005年，蒯海东等人对集料在沥青混合料内部的分布特征进行研究，提出以偏心率指标和面积级配曲线图，比较各截面的面积级配的差异来研究集料分布的均匀性。2004年～2007年，Azari等人借助集料分布状态指标，研究集料分布状态不均匀性对沥青混合料力学性能影响。研究中，集料分布状态指标，即均匀性指标，采用的是标准正态分布参数，通过集料分布状态指标可对集料分布状态不均匀程度进行评价。2009年， 吴文亮使用彩色石料区分粗、细集料，并利用彩色阈值直接分割图像，采用颗粒面积比的变异系数作为均匀性评价指标，定量评价沥青混合料的均匀性。2004年至今，同济大学孙立军等人一直在研究通过集料分布状态来定量评价沥青混合料均匀性的可行性。研究中，集料分布状态主要是从沥青混合料内部截面上集料分布位置、分布数量、面积比及转动惯量等方面来考虑。

上述有关集料在沥青混合料中分布状态或分布特征的研究，虽然是通过一个或多个集料分布状态参数来进行描述与评价，但研究中，其集料分布状态参数的选择与确定不够科学，考虑不够全面，代表性不强，结果有偏差，只能部分反映集料分布状态的实际情况。

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集料分布状态或均匀性的定量评价方法。

本发明解决其问题所采用的方案是：一种沥青混合料集料分布状态或均匀性的定量评价方法，具体为：室内成型或现场取样提供分析所需的沥青混合料圆柱形试件；通过工业CT机或数码相机采集沥青混合料试件的截面图像，运用后者时，沥青混合料试件需先经锯齿切割机切割；将截面图像转化为BMP格式的黑白图像。对该BMP格式的黑白图像进行图像分析，得到沥青混合料截面图像中每个集料颗粒的信息，如颗粒粒径、周长、面积、等效直径、长轴短轴坐标、质心位置坐标等。获取上述混合料截面上的集料颗粒信息以后，就混合料中各档集料的位置分布、数量分布、长轴方位角分布三个方面定量评价混合料截面上的集料分布状态。

截面上各档集料的位置分布状态通过该档集料的重心与该截面几何中心的距离偏差率来衡量；所述计算公式如下：

集料重心与几何中心的距离偏差：

把距离偏差S转换成量纲为一的r：r_i=S_i/R

式中：分别为第i档集料的重心坐标； i为集料的筛孔尺寸（方孔筛）；

x_in，y_in分别为第i档集料中第n个颗粒的质心坐标位置；

N_i为第i档集料中颗粒的总数；

S_i为截面上第i档集料的重心与几何中心的距离偏差；

x_PC，y_PC为截面的几何中心的横坐标和纵坐标；

r_i为截面上第i档集料的重心与几何中心的距离偏差率；

R为几何中心到截面边缘的距离。

将截面对称划分为四等分区域，分别统计各区域该档集料数目，利用下式分别计算各档集料颗粒在各区域里的数目分布情况：

（1）若N_1i=N_3i，N_2i=N_4i，则

$t_i=\frac{|N_{1i}-N_{2i}|}{N_i},$ N_1i≠0，N_2i≠0

$t_i=[1+\mathrm{\λ}(N_{1i}+N_{2i})]\frac{N_{\mathrm{li}}-N_{2i}}{N_i},$ N_1i=0或N_2i=0

（2）若N_1i≠N_3i，N_2i≠N_4i，则

$t_i=c\·\frac{|N_{1i}-N_{3i}|+|N_{2i}-N_{4i}|}{N_i},$

当N_1i=N_3i=0或N_2i=N_4i=0时， $c=1+\mathrm{\λ}\·\frac{|N_{1i}-N_{2i}+N_{3i}-N_{4i}|}{2};$

其他情况下，c=1。

式中：N_1i，N_2i，N_3i，N_4i分别为第i档集料在四块区域里的分布数量；

t_i为第i档集料在四块区域里的数量分布状况参数；

λ为待定系数，一般取0.1；

N_i为第i档集料中颗粒的总数。

分别计算截面上四个区域里各挡集料长轴方位角的均值，以此代表该区域该档集料方位角的主方向，计算相邻及相对区域主方向的位置关系作为评价集料长轴方位角分布状态。集料方位角分布状态好，则截面上相邻区域内集料主方向垂直和相对区域内集料主方向对称。分为两种情况，所述计算公式如下：

（3）若N_i>0，则

对于一、三区域：

5）若 $\stackrel{\‾}{a_{1i}}-\stackrel{\‾}{a_{3i}}>\frac{\mathrm{\π}}{2},$ $S_{13i}=\frac{\mathrm{\π}-(\stackrel{\‾}{a_{1i}}-\stackrel{\‾}{a_{3i}})}{\mathrm{\π}/2};$

6）若 $0\&le;\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}<\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ $S_{13i}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}}{\mathrm{\&pi;}/2};$

7）若 $-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}<\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}<0,$ $S_{13i}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}}{\mathrm{\&pi;}/2}$

8）若 $\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}<-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ $S_{13i}=\frac{\mathrm{\&pi;}+(\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}})}{\mathrm{\&pi;}/2}$

对于二、四区域：

5）若 $\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}>\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ $S_{24i}=\frac{\mathrm{\&pi;}-(\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}})}{\mathrm{\&pi;}/2};$

6）若 $0\&le;\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}>\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ $S_{24i}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}}{\mathrm{\&pi;}/2};$

7）若 $-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}<\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}<0,$ $S_{24i}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}}{\mathrm{\&pi;}/2}$

8）若 $\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}<-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ $S_{24i}=\frac{\mathrm{\&pi;}+(\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}})}{\mathrm{\&pi;}/2}$

对于一、二区域：

5）若 $\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}>\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ $S_{12i}=\frac{(\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}})-\mathrm{\&pi;}/2}{\mathrm{\&pi;}/2};$

6）若 $0\&le;\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}>\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ $S_{12i}=\frac{\mathrm{\&pi;}/2-(\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}})}{\mathrm{\&pi;}/2};$

7）若 $-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}<\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}<0,$ $S_{12i}=\frac{\mathrm{\&pi;}/2+(\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}})}{\mathrm{\&pi;}/2}$

8）若 $\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}<-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ $S_{12i}=\frac{-\mathrm{\&pi;}/2-(\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}})}{\mathrm{\&pi;}/2}$

S_i=S_13i+S_24i+S_12i

（4）若N_i=0，S_i=0；

式中：分别为第i档集料在四块区域里的方位角的平均数，即方位角的主方向， $\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}=\frac{S_{1i}}{N_{1i}},\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}=\frac{S_{2i}}{N_{2i}},\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}=\frac{S_{3i}}{N_{3i}},\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}=\frac{S_{4i}}{N_{4i}};$

S_1i，S_2i，S_3i，S_4i分别为第i档集料在四块区域里的方位角总和；

N_1i，N_2i，N_3i，N_4i分别为第i档集料在四块区域里的分布数量；

S_13i，S_24i，S_12i分别为第i档集料在一、三区域，二、四区域和一、二区域方位角分布的评价指数；

S_i为第i档集料方位角分布的评价指标；

截面上集料的分布状态指标为：

d=η×∑k_i×(r_i+t_i+s_i)

式中：d为沥青混合料中集料的分布状态指标；

η为与级配相关的一待定系数；

k_i为截面上第i档集料的面积比，k_i=a_i/a；

a_i为截面上的第i档集料的总面积，；

a为截面上各档集料的总面积；

r_i为截面上第i档集料的重心与几何中心的距离偏差率；

t_i为第i档集料在四块区域里的数量分布状况参数；

s_i为第i档集料方位角分布的评价指数；

以一组平行截面上混合料集料分布状态表征这一方向上混合料集料分布状态。沥青混合料集料分布状态通过集料水平方向和竖直方向分布状态进行综合定量评价。计算公式如下：

D=αd_h+βd_v

式中：D为沥青混合料中集料整体分布状况评价指标；

α，β分别为水平方向和竖直方向上的集料分布对沥青混合料中集料整体分布的权重；

d_h，d_v分别为沥青混合料中集料在水平方向上和垂直方向上的分布状态指标。

d_h=∑γ_h(i-i)×d_h(i-i)

d_v=∑γ_v(i-i)×d_v(i-i)

式中，γ_h(i-i)，γ_v(i-i)分别为水平和垂直方向第i个截面上集料分布对混合料中集料整体分布状态的影响系数；

d_h(i-i)，d_v(i-i)分别为水平和垂直方向第i个截面上沥青混合料中集料分布状态指数。

集料整体分布状态指标D越小，对应的沥青混合料集料分布状态就越好；反之，则沥青混合料集料分布状态就越差。

本发明的有益效果是：本发明基于数字图像技术，直接针对沥青混合料中集料的分布状态进行定量评价，评价结果准确。

附图说明

图1是本发明划分沥青混合料水平截面示意图；

图2是本发明划分沥青混合料竖直截面示意图。

具体实施方式

本发明沥青混合料集料分布状态或均匀性的定量评价方法具体为：室内成型或现场取样提供分析所需的沥青混合料圆柱形试件；通过工业CT机或数码相机采集沥青混合料试件的截面图像，运用后者时，沥青混合料试件需先经锯齿切割机切割；将截面图像转化为BMP格式的黑白图像。对该BMP格式的黑白图像进行图像分析，得到沥青混合料截面图像中每个集料颗粒的信息，如颗粒粒径、周长、面积、等效直径、长轴短轴坐标、质心位置坐标等。获取上述混合料截面上的集料颗粒信息以后，就混合料中各档集料的位置分布、数量分布、长轴方位角分布三个方面定量评价混合料截面上的集料分布状态。

截面上各档集料的位置分布状态通过该档集料的重心与该截面几何中心的距离偏差率来衡量；所述计算公式如下：

集料重心与几何中心的距离偏差：

把距离偏差S转换成量纲为一的r：r_i=S_i/R

式中：分别为第i档集料的重心坐标； i为集料的筛孔尺寸（方孔筛）；

x_in，y_in分别为第i档集料中第n个颗粒的质心坐标位置；

N_i为第i档集料中颗粒的总数；

S_i为截面上第i档集料的重心与几何中心的距离偏差；

x_PC，y_PC为截面的几何中心的横坐标和纵坐标；

r_i为截面上第i档集料的重心与几何中心的距离偏差率；

R为几何中心到截面边缘的距离。

将截面对称划分为四等分区域，分别统计各区域该档集料数目，利用下式分别计算各档集料颗粒在各区域里的数目分布情况：

（1）若N_1i=N_3i，N_2i=N_4i，则

$t_i=\frac{|N_{1i}-N_{2i}|}{N_i},$ N_1i≠0，N_2i≠0

$t_i=[1+\mathrm{\&lambda;}(N_{1i}+N_{2i})]\frac{N_{\mathrm{li}}-N_{2i}}{N_i},$ N_1i=0或N_2i=0

（2）若N_1i≠N_3i，N_2i≠N_4i，则

$t_i=c\&CenterDot;\frac{|N_{1i}-N_{3i}|+|N_{2i}-N_{4i}|}{N_i},$

当N_1i=N_3i=0或N_2i=N_4i=0时， $c=1+\mathrm{\&lambda;}\&CenterDot;\frac{|N_{1i}-N_{2i}+N_{3i}-N_{4i}|}{2};$

其他情况下，c=1。

式中：N_1i，N_2i，N_3i，N_4i分别为第i档集料在四块区域里的分布数量；

t_i为第i档集料在四块区域里的数量分布状况参数；

λ为待定系数，一般取0.1；

N_i为第i档集料中颗粒的总数。

分别计算截面上四个区域里各挡集料长轴方位角的均值，以此代表该区域该档集料方位角的主方向，计算相邻及相对区域主方向的位置关系作为评价集料长轴方位角分布状态。集料方位角分布状态好，则截面上相邻区域内集料主方向垂直和相对区域内集料主方向对称。分为两种情况，所述计算公式如下：

（3）若N_i>0，则

对于一、三区域：

9）若 $\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}>\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ $S_{13i}=\frac{\mathrm{\&pi;}-(\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}})}{\mathrm{\&pi;}/2};$

10）若 $0\&le;\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}<\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ $S_{13i}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}}{\mathrm{\&pi;}/2};$

11）若 $-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}<\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}<0,$ $S_{13i}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}}{\mathrm{\&pi;}/2}$

12）若 $\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}<-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ $S_{13i}=\frac{\mathrm{\&pi;}+(\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}})}{\mathrm{\&pi;}/2}$

对于二、四区域：

9）若 $\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}>\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ $S_{24i}=\frac{\mathrm{\&pi;}-(\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}})}{\mathrm{\&pi;}/2};$

10）若 $0\&le;\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}>\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ $S_{24i}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}}{\mathrm{\&pi;}/2};$

11）若 $-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}<\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}<0,$ $S_{24i}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}}{\mathrm{\&pi;}/2}$

12）若 $\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}<-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ $S_{24i}=\frac{\mathrm{\&pi;}+(\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}})}{\mathrm{\&pi;}/2}$

对于一、二区域：

9）若 $\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}>\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ $S_{12i}=\frac{(\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}})-\mathrm{\&pi;}/2}{\mathrm{\&pi;}/2};$

10）若 $0\&le;\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}>\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ $S_{12i}=\frac{\mathrm{\&pi;}/2-(\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}})}{\mathrm{\&pi;}/2};$

11）若 $-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}<\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}<0,$ $S_{12i}=\frac{\mathrm{\&pi;}/2+(\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}})}{\mathrm{\&pi;}/2}$

12）若 $\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}<-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ $S_{12i}=\frac{-\mathrm{\&pi;}/2-(\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}})}{\mathrm{\&pi;}/2}$

S_i=S_13i+S_24i+S_12i

（4）若N_i=0，S_i=0；

式中：分别为第i档集料在四块区域里的方位角的平均数，即方位角的主方向， $\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}=\frac{S_{1i}}{N_{1i}},\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}=\frac{S_{2i}}{N_{2i}},\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}=\frac{S_{3i}}{N_{3i}},\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}=\frac{S_{4i}}{N_{4i}};$

S_1i，S_2i，S_3i，S_4i分别为第i档集料在四块区域里的方位角总和；

N_1i，N_2i，N_3i，N_4i分别为第i档集料在四块区域里的分布数量；

S_13i，S_24i，S_12i分别为第i档集料在一、三区域，二、四区域和一、二区域方位角分布的评价指数；

S_i为第i档集料方位角分布的评价指标；

截面上集料的分布状态指标为：

d=η×∑k_i×(r_i+t_i+s_i)

式中：d为沥青混合料中集料的分布状态指标；

η为与级配相关的一待定系数；

k_i为截面上第i档集料的面积比，k_i=a_i/a；

a_i为截面上的第i档集料的总面积，；

a为截面上各档集料的总面积；

r_i为截面上第i档集料的重心与几何中心的距离偏差率；

t_i为第i档集料在四块区域里的数量分布状况参数；

s_i为第i档集料方位角分布的评价指数；

以一组平行截面上混合料集料分布状态表征这一方向上混合料集料分布状态。沥青混合料集料分布状态通过集料水平方向和竖直方向分布状态进行综合定量评价。计算公式如下：

D=αd_h+βd_v

式中：D为沥青混合料中集料整体分布状况评价指标；

α，β分别为水平方向和竖直方向上的集料分布对沥青混合料中集料整体分布的权重；

d_h，d_v分别为沥青混合料中集料在水平方向上和垂直方向上的分布状态指标。

d_h=∑γ_h(i-i)×d_h(i-i)

d_v=∑γ_v(i-i)×d_v(i-i)

式中，γ_h(i-i)，γ_v(i-i)分别为水平和垂直方向第i个截面上集料分布对混合料中集料整体分布状态的影响系数；

d_h(i-i)，d_v(i-i)分别为水平和垂直方向第i个截面上沥青混合料中集料分布状态指数。

集料整体分布状态指标D越小，对应的沥青混合料集料分布状态就越好；反之，则沥青混合料集料分布状态就越差。

Claims (1)

1.一种沥青混合料集料分布状态或均匀性的定量评价方法具体为：室内成型或现场取样提供分析所需的沥青混合料圆柱形试件；通过工业CT机或数码相机采集沥青混合料试件的截面图像，运用后者时，沥青混合料试件需先经锯齿切割机切割；将截面图像转化为BMP格式的黑白图像；对该BMP格式的黑白图像进行图像分析，得到沥青混合料截面图像中每个集料颗粒的信息，所述集料颗粒的信息包括颗粒粒径、周长、面积、等效直径、长轴短轴坐标、质心位置坐标；获取上述混合料截面上的集料颗粒信息以后，就混合料中各档集料的位置分布、数量分布、长轴方位角分布三个方面定量评价混合料截面上的集料分布状态；

截面上各档集料的位置分布状态通过该档集料的重心与该截面几何中心的距离偏差率来衡量；所述计算公式如下：

集料重心与几何中心的距离偏差：

把距离偏差S转换成量纲为一的r：r_i＝S_i/R

式中：分别为第i档集料的重心坐标；i为集料的方孔筛的筛孔尺寸；

x_in，y_in分别为第i档集料中第n个颗粒的质心坐标位置；

N_i为第i档集料中颗粒的总数；

S_i为截面上第i档集料的重心与几何中心的距离偏差；

x_PC，y_PC为截面的几何中心的横坐标和纵坐标；

r_i为截面上第i档集料的重心与几何中心的距离偏差率；

R为几何中心到截面边缘的距离；

将截面对称划分为四等分区域，分别统计各区域该档集料数目，利用下式分别计算各档集料颗粒在各区域里的数目分布情况：

(1)若N_1i＝N_3i，N_2i＝N_4i，则

$t_i=\frac{|N_{1i}-N_{2i}|}{N_i},$ N_1i≠0，N_2i≠0

$t_i=[1+\mathrm{\&lambda;}(N_{1i}+N_{2i})]\frac{|N_{1i}-N_{2i}|}{N_i},$ N_1i＝0或N_2i＝0

(2)若N_1i≠N_3i，N_2i≠N_4i，则

$t_i=c\&CenterDot;\frac{|N_{1i}-N_{3i}|+|N_{2i}-N_{4i}|}{N_i},$

c＝1；

式中：N_1i，N_2i，N_3i，N_4i分别为第i档集料在四块区域里的分布数量；

t_i为第i档集料在四块区域里的数量分布状况参数；

λ为待定系数，取0.1；

N_i为第i档集料中颗粒的总数；

分别计算截面上四个区域里各挡集料长轴方位角的均值，以此代表该区域该档集料方位角的主方向，计算相邻及相对区域主方向的位置关系作为评价集料长轴方位角分布状态；集料方位角分布状态好，则截面上相邻区域内集料主方向垂直和相对区域内集料主方向对称；分为两种情况，所述计算公式如下：

(3)若N_i>0，则

对于一、三区域：

1)若 $\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}>\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},S_{13i}=\frac{\mathrm{\&pi;}-(\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}})}{\mathrm{\&pi;}/2};$

2)若 $0\&le;\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}<\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},S_{13i}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}}{\mathrm{\&pi;}/2};$

3)若 $-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}<\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}<0,S_{13i}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}}{\mathrm{\&pi;}/2}$

4)若 $\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}<-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},S_{13i}=\frac{\mathrm{\&pi;}+(\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}})}{\mathrm{\&pi;}/2}$

对于二、四区域：

1)若 $\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}>\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},S_{24i}=\frac{\mathrm{\&pi;}-(\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}})}{\mathrm{\&pi;}/2};$

2)若 $0\&le;\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}<\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},S_{24i}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}}{\mathrm{\&pi;}/2};$

3)若 $-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}<\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}<0,S_{24i}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}}{\mathrm{\&pi;}/2}$

4)若 $\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}<-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},S_{24i}=\frac{\mathrm{\&pi;}+(\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_4})}{\mathrm{\&pi;}/2}$

对于一、二区域：

1)若 $\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}>\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},S_{12i}=\frac{\mathrm{\&pi;}-(\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}})-\mathrm{\&pi;}/2}{\mathrm{\&pi;}/2};$

2)若 $0\&le;\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}<\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},S_{12i}=\frac{\mathrm{\&pi;}/2-\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}}{\mathrm{\&pi;}/2};$

3)若 $-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}<\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}<0,S_{12i}=\frac{\mathrm{\&pi;}/2\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}}{\mathrm{\&pi;}/2}$

4)若 $\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}<-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},S_{12i}=\frac{-\mathrm{\&pi;}/2-(\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}-\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}})}{\mathrm{\&pi;}/2}$

S_i＝S_13i+S_24i+S_12i

(4)若N_i＝0，S_i＝0；

式中：分别为第i档集料在四块区域里的方位角的平均数，即方位角的主方向， $\stackrel{\&OverBar;}{a_{1i}}=\frac{S_{1i}}{N_{1i}},\stackrel{\&OverBar;}{a_{2i}}=\frac{S_{2i}}{N_{2i}},\stackrel{\&OverBar;}{a_{3i}}=\frac{S_{3i}}{N_{3i}},\stackrel{\&OverBar;}{a_{4i}}=\frac{S_{4i}}{N_{4i}};$

S_1i，S_2i，S_3i，S_4i分别为第i档集料在四块区域里的方位角总和；

N_1i，N_2i，N_3i，N_4i分别为第i档集料在四块区域里的分布数量；

S_13i，S_24i，S_12i分别为第i档集料在一、三区域，二、四区域和一、二区域方位角分布的评价指数；

S_i为第i档集料方位角分布的评价指标；

截面上集料的分布状态指标为：

d＝η×∑k_i×(r_i+t_i+s_i)

式中：d为沥青混合料中集料的分布状态指标；

η为与级配相关的一待定系数；

k_i为截面上第i档集料的面积比，k_i＝a_i/a；

a_i为截面上的第i档集料的总面积，；

a为截面上各档集料的总面积；

r_i为截面上第i档集料的重心与几何中心的距离偏差率；

t_i为第i档集料在四块区域里的数量分布状况参数；

s_i为第i档集料方位角分布的评价指标；

以一组平行截面上混合料集料分布状态表征这一方向上混合料集料分布状态；沥青混合料集料分布状态通过集料水平方向和竖直方向分布状态进行综合定量评价；计算公式如下：

D＝αd_h+βd_v

式中：D为沥青混合料中集料整体分布状况评价指标；

α，β分别为水平方向和竖直方向上的集料分布对沥青混合料中集料整体分布的权重；

d_h，d_v分别为沥青混合料中集料在水平方向上和垂直方向上的分布状态指标；

d_h＝∑γ_h(i-i)×d_h(i-i)

d_v＝∑γ_v(i-i)×d_v(i-i)

式中，γ_h(i-i)，γ_v(i-i)分别为水平和垂直方向第i个截面上集料分布对混合料中集料整体分布状态的影响系数；

d_h(i-i)，d_v(i-i)分别为水平和垂直方向第i个截面上沥青混合料中集料分布状态指数；

集料整体分布状态指标D越小，对应的沥青混合料集料分布状态就越好；反之，则沥青混合料集料分布状态就越差。