CN105092452B - 一种机制砂球体类似度的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机制砂球体类似度的检测方法，该方法包括以下步骤：1)取样：随机选取同一生产批次不同级配的机制砂颗粒，并将取样后的机制砂颗粒放在洁净的玻璃板上；2)采集数码影像：使用数码相机从多个方向对取样后的机制砂颗粒进行拍照，并获取机制砂颗粒各方向的数码影像；3)对数码影像进行预处理，将数码影像处理为二维影像；4)获取同一机制砂颗粒在各方向二维影像中的圆形度，并根据各方向的圆形度获取该机制砂颗粒的球体类似度；5)逐粒获取取样后的机制砂颗粒的球体类似度，汇总多个取样后的机制砂颗粒的球体类似度，取平均值得到该生产批次机制砂颗粒的球体类似度。与现有技术相比，本发明具有方法简单准确、方法先进等优点。

Description

一种机制砂球体类似度的检测方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种机制砂球体类似度的检测方法。

背景技术

目前，我国砂的年产量高达7亿多吨，这其中的大多数是天然砂。天然砂是一种地方性资源，它具有分布不均匀、短时间内不可再生、不适宜长距离运输等特点。机制砂的产生在很大程度上缓解了天然砂使用的供需矛盾，但是为了保证机制砂品质的可靠性，有必要对其颗粒形貌进行评价。

机制砂颗粒为不规则形状，很难充分地定义、度量，描述机制砂颗粒形貌特征的指标主要有以下几种：

圆度系数：表示集料颗粒的圆形程度。

长宽比：即为颗粒最大长度与宽度之间的比值。

上述关于机制砂颗粒形貌的两种特征指标，目前比较常用的方法主要分为定性评价和定量测量。对于定性评价，主要是基于机制砂的棱角性提出的，分为空隙率法和流动时间法。空隙率法是美国在战略性公路研究计划(SHRP)研究过程中特别强调测定砂的棱角性指标(FAA)的，该方法是将干燥细集料试样通过一个标准漏斗，漏入一个经标定的圆筒，由细集料的空隙率作为棱角性指标。空隙率越大，意味着有较大的内摩擦角，球状颗粒少，细集料的表面构造粗糙，所以是描述细集料性能的重要指标；而流动时间法是在国家标准JTGE42-2005《公路工程集料试验规程》中T0345-2005细集料棱角性试验中提出的，该方法是测定一定体积的细集料(机制砂、石屑、天然砂)全部通过标准漏斗所需要的流动时间，称为细集料的棱角性，以s表示。细集料棱角性，适用于评定细集料颗粒的表面构造和粗糙度。一种试样需平行测试5次，以流动时间的平均值作为机制砂的棱角性试验结果。对于定量测量，分为圆度系数计算和长宽比计算。圆度系数计算涉及到的参数包括机制砂颗粒面积和周长，长宽比计算涉及到的参数主要有机制砂颗粒最大长度与宽度。

对于机制砂颗粒形貌的测量，上述提及的方法无论是定性评价还是定量测量，均存在一定的优缺点。空隙率法简单易操作，但是准确性较差；流动时间法易理解，但操作繁琐；圆度系数是对机制砂形貌进行二维的评价，因此无法完全反应机制砂的三维特征，并且不同砂的圆度系数比较接近，不能准确反应砂的品质；当若涉及到三维特征的测试时，则参数太多，测试繁琐；长宽比虽计算容易，但由于表达式过于简单，准确性差，也不能很好反应颗粒形貌特征。

数字图形处理(DPI)技术的出现给机制砂粒形研究带来方便。上世纪90年代中期，有人将DPI技术应用于颗粒的棱角性的研究，后来香港大学有关学者将该技术直接应用于粗集料粒形的表征和级配的描述，关于DPI技术在细集料粒形研究方面鲜有报道。

中国专利CN 103063558 A公开了一种机制砂颗粒形状评价方法，本方法首次使用数字图像处理技术来评价机制砂颗粒的形貌，同时结合试验，从二维和三维来评价机制砂颗粒形状，与传统评价方法相比，提供一种方便、快速；评价结果精确、客观的机制砂颗粒形状评价方法，但是专利中涉及到的有关二维圆形系数的计算，一方面该方法不能有效评价三维球体颗粒形貌，另一方面圆形系数计算结果比较接近，不能准确划分不同品质砂子的圆形度范围和准确评价砂的品质，而专利中对于三维球体颗粒形貌的表征，则涉及较多的三维特征参数，而这些参数的提取与计算，一方面测试繁琐，另一方面准确度不能保证，因此操作起来不方便、不准确

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种方法简单准确、方法先进的机制砂球体类似度的检测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种机制砂球体类似度的检测方法，该方法包括以下步骤：

1)取样：随机选取同一生产批次不同级配的机制砂颗粒，并将取样后的机制砂颗粒放在洁净的玻璃板上；

2)采集数码影像：使用数码相机从多个方向对取样后的机制砂颗粒进行拍照，并获取机制砂颗粒各方向的数码影像；

3)对数码影像进行预处理，将数码影像处理为二维影像；

4)获取同一机制砂颗粒在各方向二维影像中的圆形度，并根据各方向的圆形度获取该机制砂颗粒的球体类似度；

5)逐粒获取取样后的机制砂颗粒的球体类似度，汇总多个取样后的机制砂颗粒的球体类似度，取平均值得到该生产批次机制砂颗粒的球体类似度。

所述的步骤1)中具体包括以下步骤：

取样前先将机制砂颗粒的取样部位表层铲除，然后从不同部位随机抽取等量的机制砂8份，组成一组样品，然后采用人工四分法将所取的试样进行缩分，最后在缩分后的样品中随机抽取具有代表性的试样。

所述的步骤2)中数码影像的放大倍数为5～10倍。

所述的步骤4)中，同一机制砂颗粒的圆形度为机制砂颗粒投影面积与其最小外接圆面积之比，公式为：

L＝D

其中，Y为机制砂颗粒的圆形度，G是颗粒投影面积，S为投影颗粒最小外接圆面积，L为投影颗粒最大粒径，D为投影颗粒最小外接圆直径，

所述的机制砂颗粒的球体类似度的计算式为：

其中，Q为机制砂颗粒的球体类似度，∑Y为同一机制砂颗粒n个投影方向的圆形度总和，n为空间投影方向总数。

所述的步骤5)中，该批次机制砂颗粒的球体类似度Q的计算式为：

其中，∑Q为N个机制砂颗粒的球体类似度总和，N为机制砂颗粒总数。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、方法简单准确：本发明提出了一种二维圆形度的计算方法，该方法可以比较清晰划分不同种类砂子或者同一种类不同品质砂子的圆形度范围，并且方便操作，该方法原理是使用同一机制砂颗粒投影面积与其最小外接圆面积之比进行表征。

二、方法先进：为了更好表征机制砂实际颗粒形貌，本专利提出了球体类似度这一指标，这种方法可以快速、有效评价颗粒球体类似度，避免因指标参数过多带来的不便。根据几何学原理，标准球体在空间任意方向平面上的投影均为正圆形。因此，测量同一个颗粒在不同方向上投影图形的圆形度，能够在一定程度上反应出该颗粒与球体的接近程度。为了精确确定球体类似度数值，本方法将二维圆形度数值进行幂次方转换，得到了准确的球体类似度指标。球体类似度即为同一颗粒在空间不同方向上圆形度的平均值的幂次方。

附图说明

图1为实施例中本发明的方法流程图。

图2为处理后的机制砂颗粒的二维平面图形，其中，图(2a)为机制砂颗粒第一方向的二维平面图形，图(2b)为机制砂颗粒第二方向的二维平面图形，图(2c)为机制砂颗粒第三方向的二维平面图形，图(2d)为机制砂颗粒第四方向的二维平面图形。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1所示，试验操作采用四个不同方向的投影图形作为对比对象，实际上应尽可能多的选取不同方向的投影图形做对比。使用颗粒球体类似度的方法，本发明将不同品质的机制砂与河砂的颗粒形貌进行对比，包括以下步骤：

(1)取样

随机逐粒提取机制砂和河砂颗粒，并将取好的颗粒放在洁净的玻璃板上。

(2)采集数码影像

使用数码相机从不同方向对机制砂和河砂颗粒进行拍照，拍照时应注意保证图片的品质。

(3)图像预处理

使用图像处理软件对图片进行预处理，将数码影像处理为相二维平面图形，如图2所示。

如图2a-2d所示，图为四个方向的机制砂颗粒数码图像处理后的二维平面图形

(4)基于圆形度原理，利用Image-Pro Plus6.0软件逐粒分析，并将圆形度转换成球体类似度

基于圆形度计算公式，使用Image-Pro Plus6.0软件提取颗粒投影面积和投影颗粒最大粒径，得出圆形度，然后使用球体类似度计算公式，得出单个颗粒的球体类似度。

(5)汇总计算结果

将不同颗粒所得到的球体类似度汇总，然后取平均值，即可得到机制砂和河砂颗粒球体类似度。具体测试结果如表1所示。

表1各类砂的颗粒形貌统计数据

通过表1可以看出，普通机制砂与河砂相比，球体类似度水平较低，说明河砂颗粒更加接近球体，而高品质机制砂颗粒与河砂球体类似度比较接近，甚至高于河砂。因此可以得出高品质机制砂含有更少的片状、条棒状颗粒。

Claims (4)

1.一种机制砂球体类似度的检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)取样：随机选取同一生产批次不同级配的机制砂颗粒，并将取样后的机制砂颗粒放在洁净的玻璃板上；

2)采集数码影像：使用数码相机从多个方向对取样后的机制砂颗粒进行拍照，并获取机制砂颗粒各方向的数码影像；

3)对数码影像进行预处理，将数码影像处理为二维影像；

4)获取同一机制砂颗粒在各方向二维影像中的圆形度，并根据各方向的圆形度获取该机制砂颗粒的球体类似度，同一机制砂颗粒的圆形度为机制砂颗粒投影面积与其最小外接圆面积之比，公式为：

L＝D

其中，Y为机制砂颗粒的圆形度，G是颗粒投影面积，S为投影颗粒最小外接圆面积，L为投影颗粒最大粒径，D为投影颗粒最小外接圆直径，

所述的机制砂颗粒的球体类似度的计算式为：

其中，Q为机制砂颗粒的球体类似度，∑Y为同一机制砂颗粒n个投影方向的圆形度总和，n为空间投影方向总数；

5)逐粒获取取样后的机制砂颗粒的球体类似度，汇总多个取样后的机制砂颗粒的球体类似度，取平均值得到该生产批次机制砂颗粒的球体类似度。

2.根据权利要求1所述的一种机制砂球体类似度的检测方法，其特征在于，所述的步骤1)中具体包括以下步骤：

取样前先将机制砂颗粒的取样部位表层铲除，然后从不同部位随机抽取等量的机制砂8份，组成一组样品，然后采用人工四分法将所取的试样进行缩分，最后在缩分后的样品中随机抽取具有代表性的试样。

3.根据权利要求1所述的一种机制砂球体类似度的检测方法，其特征在于，所述的步骤2)中数码影像的放大倍数为5～10倍。

4.根据权利要求1所述的一种机制砂球体类似度的检测方法，其特征在于， 所述的步骤5)中，该批次机制砂颗粒的球体类似度的计算式为：

其中，为N个机制砂颗粒的球体类似度总和，N为机制砂颗粒总数。