CN111626529B - 一种再生沥青混合料中rap分散程度评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种再生沥青混合料中RAP分散程度评价方法，包括以下步骤：1)材料选取；2)制备再生混合料试件；4)图像采集；5)图像处理；6)RAP分散程度评价。本发明适用于再生沥青混合料中RAP分散程度评价，检测精度高，评价结果准确可靠，与再生沥青混合料高低温性能相关性高。
Description
技术领域
本发明属于公路工程材料技术领域，具体涉及一种再生沥青混合料中RAP分散程度评价方法。
背景技术
据统计，截至2017年年底我国高速公路总里程已经达到了13.65万公里，其中沥青路面由于其良好的行车舒适性与易养护等特点，成为我国高速公路最常见路面材料，其占比高达90％以上。但服役后的沥青路面由于交通量迅速增加、沥青老化等原因，随着服役时间推移逐渐出现了如裂缝、坑槽、松散等一系列病害，而我国针对中修、大修阶段的老旧沥青路面较多采用铣刨后加铺新沥青路面的处理方式，其产生的回收沥青路面材料(RAP)逐渐成为了道路从业者所关注的重点，现阶段堆积的RAP材料不仅占据大量土地面积，影响资源环境协调发展，更为重要的是RAP材料尚有较高利用价值，通过向新建沥青路面掺配RAP以降低新材料投入，在石油资源并非富饶的我国十分契合可持续发展的时代背景。
由于沥青与集料之间成本差异较大，因此掺入RAP材料以降低工程造价主要取决于旧沥青的再生利用，老化沥青再生的本质是基于其逆老化特性，通过向处理后的RAP中掺入一定量的新沥青，以实现老化沥青的调和再生，但老化沥青较硬、粘度较大，经铣刨后的RAP存在较多的聚合结团，实际生产过程中其内部难以接触新沥青发生再生。另一方面结团RAP颗粒粒径较大，其性能较普通集料差、难以满足工程设计级配，易成为混合料损伤的薄弱点。以上问题将劣化再生沥青混合料使用性能，降低沥青路面热再生技术经济性，因而提出一种再生沥青混合料中RAP分散程度评价方法以检测再生沥青混合料性能十分必要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种再生沥青混合料中RAP分散程度评价方法，适用于再生沥青混合料中RAP分散程度评价，检测精度高，评价结果准确可靠，与再生沥青混合料高低温性能相关性高。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种再生沥青混合料中RAP分散程度评价方法，包括以下步骤：
1)材料选取：选用集料颜色具有高色彩区分度的浅色及深色两种集料，浅色集料先拌和得到沥青混合料，经室内老化与破碎后制备RAP，深色集料作为新集料；
2)制备再生混合料试件：将RAP、新集料、沥青、矿粉拌和成型为标准沥青混合料试件；
3)切割试件：使用切割机沿试件竖向进行切割；
4)图像采集：采用相机拍摄切割后试件截面的彩色数码图像；
5)图像处理：基于MATLAB软件对所拍摄彩色数码图像进行处理识别RAP集料与新集料；
6)RAP分散程度评价：定义集料边缘距离L及集料质心距离D，并设定相应阈值以识别结团RAP集料，选定L1＝5px，D1＝55px为标准阈值，计算已经符合约束条件L＜L1的颗粒间质心之间的距离D，剔除当D大于D1时的颗粒，剩下的颗粒判定为结团颗粒，基于MATLAB软件计算结团RAP集料面积Sirap与总RAP集料Si0面积的比值，定义为截面结团面积比Ii，以所有Ii的平均值I作为再生沥青混合料中RAP分散程度评价指标。
进一步的，所述步骤2)中标准试件为马歇尔试件、车辙板试件或SGC试件常规试件。
进一步的，所述步骤4)中采用相机拍摄试件截面图像需确保图像尺寸、拍摄角度及光源一致。
进一步的，所述步骤5)中基于MATLAB软件对所摄彩色数码图像进行处理以分辨RAP集料与新集料的处理流程包括，导入图像，提取目标区域，对比度增强，转化为灰度图，二值化；图像处理后RAP集料为白色颗粒状图像，混合料其余材料为黑色图像。
进一步的，所述步骤6)中集料边缘距离L为两集料边缘之间直线最短距离；集料质心距离D为两集料之间质心距离。
进一步的，所述步骤6)中RAP分散程度评价指标I计算如公式(1)、公式(2)所示。
Ii＝Sirap/Si0 公式(1)
I＝∑(Ii)/I 公式(2)
式中：i—单个试件切割后摄取截面图像数量；Ii—第i个截面内RAP分散程度指标(％)；I—为单个试件整体RAP分散程度指标(％)；Sirap为第i个截面内截面内RAP结团集料总面积(px2)；Si0为第i个截面内RAP集料总面积(px2)。
本发明的有益效果：适用于再生沥青混合料中RAP分散程度评价，检测精度高，评价结果准确可靠，与再生沥青混合料高低温性能相关性高。
附图说明
图1是本发明流程图。
图2是本发明实施例中马歇尔试件切割位置示意图。
图3是本发明实施例中试件截面预处理效果图。
图4是本发明实施例中集料边缘距离L1与集料质心距离D1双阈值示意图。
图5是本发明实施例中RAP分散程度指标I在不同RAP掺量下随干拌时间的变化趋势。
图6是本发明实施例中试件高温性能指标与RAP分散程度指标I线性拟合结果。
图7是本发明实施例中试件低温性能指标与RAP分散程度指标I线性拟合结果。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
本发明其中一个实施例为：
选用原材料如下：白色大理石、深灰色石灰岩分别作为室内制备的RAP集料与新集料，矿粉为磨细石灰岩，沥青为70号基质沥青。利用白色大理石、矿粉和沥青拌和得到AC-13型沥青混合料，按规范进行长期老化，并通过小型破碎机破碎得到RAP。
采用制备的RAP材料、深灰色石灰岩、矿粉和沥青共同制备AC-25型再生沥青混合料马歇尔试件(尺寸为直径：101.6mm、高度：63.5mm)，为区分不同掺量及拌和时间下的RAP分散程度，RAP掺量采用15％、25％、30％和35％四个水平，干拌时间(即RAP与新集料的拌和时间)选用1min、2min、3min、5min四个水平，加入新沥青和矿粉的拌和时间均为2min。AC-25沥青混合料级配通过率如表1所示。
表1：
采用切割机将所有制备后的再生沥青混合料进行切割，沿压实轴的垂直方向，在距上下表面1cm的位置切割两次后，再沿中心截面切割一次，切割位置及截面编号见图2。
对所有切面进行图像采集和预处理。图像采集过程保证拍照角度、拍照距离和光照强度尽量一致，以减少人为因素对图像质量的影响。将图片进行压缩裁剪至相同分辨率(600×600)后，对图像进行预处理，包括对比度调整和二值化调整。通过图像调整将图片质量调整至最佳状态，试件截面预处理效果见图3。
基于MATLAB操作平台，对截面图像进行数字图像处理，由于常温下RAP包含很多粒径不一的旧集料，因旧沥青黏附而凝聚成团，经预热后与温度更高的新集料和新沥青混合，搅拌过程中新旧集料间的能量交换能促进旧沥青的软化，当旧沥青黏度达到临界点时(假定此时集料边缘距离为L1)，一部分旧集料将脱离RAP胶团的束缚(假定此时集料边缘距离为L)。由于马歇尔试件成型过程中，存在本不属于该胶团的旧集料通过嵌挤靠近该胶团的情况。因此通过计算已经符合约束条件L＜L1的颗粒间质心之间的距离D，剔除当D大于D1时的颗粒，剩下的颗粒判定为结团颗粒。试验选定L1＝5px，D1＝55px为本发明中双阈值判定条件中的标准阈值，计算示意图见图4。
基于MATLAB程序与双阈值判定条件(L1＝5px，D1＝55px)计算试件的结团颗粒面积Sirap与所有RAP颗粒面积Si0之比作为RAP分散程度指标Ii，所有试件的分散程度指标Ii计算结果如表2所示。
表2
由表2所示数据可知：相同RAP掺量的再生沥青混合料，随着拌和时间的延长，其结团比例越低，也即RAP分散越均匀，这是因为随着拌和时间的延长，RAP温度逐渐提升，老化沥青粘度下降，同时结团RAP受到的拌和力增大，从而造成RAP结团比例的降低。而相同拌和时间的再生沥青混合料，RAP掺量越低，其RAP分散效果越好。
为验证RAP分散程度对室内拌制的再生沥青混合料性能的相关性，基于2种RAP掺量(15％和35％)和4种干拌时间(1min、2min、3min和5min)开展了RAP分散均匀程度对再生沥青混合料高温稳定性与低温抗裂性影响的试验。其相关性如图5-7所示，说明再生沥青混合料中RAP分散程度与其性能相关性高。随着RAP分散程度的降低，再生沥青混合料动稳定度增大，最大弯拉应变增大，也就是沥青混合料高温抗车辙性能和低温抗开裂性能都得到提升。这是由于RAP分散程度降低后，参与实际再生的老化沥青量提高，再生沥青稠度增加从而造成混合料抗车辙能力提高，而混合料中实际发挥粘结的再生沥青量增加又会造成混合料抗开裂能力提高。
Claims (6)
1.一种再生沥青混合料中RAP分散程度评价方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)材料选取：选用集料颜色具有高色彩区分度的浅色及深色两种集料，浅色集料先拌和得到沥青混合料，经室内老化与破碎后制备RAP，深色集料作为新集料；
2)制备再生混合料试件：将RAP、新集料、沥青、矿粉拌和成型为标准沥青混合料试件；
3)切割试件：使用切割机沿试件竖向进行切割；
4)图像采集：采用相机拍摄切割后试件截面的彩色数码图像；
5)图像处理：基于MATLAB软件对所拍摄彩色数码图像进行处理识别RAP集料与新集料；
6)RAP分散程度评价：定义集料边缘距离L及集料质心距离D，并设定相应阈值以识别结团RAP集料，选定L1＝5px，D1＝55px为标准阈值，计算已经符合约束条件L＜L1的颗粒间质心之间的距离D，剔除当D大于D1时的颗粒，剩下的颗粒判定为结团颗粒，基于MATLAB软件计算结团RAP集料面积Sirap与总RAP集料Si0面积的比值，定义为截面结团面积比Ii，以所有Ii的平均值I作为再生沥青混合料中RAP分散程度评价指标。
2.根据权利要求1所述一种再生沥青混合料中RAP分散程度评价方法，其特征在于：所述步骤2)中标准试件为马歇尔试件、车辙板试件或SGC试件常规试件。
3.根据权利要求1所述一种再生沥青混合料中RAP分散程度评价方法，其特征在于：所述步骤4)中采用相机拍摄试件截面图像需确保图像尺寸、拍摄角度及光源一致。
4.根据权利要求1所述一种再生沥青混合料中RAP分散程度评价方法，其特征在于：所述步骤5)中基于MATLAB软件对所摄彩色数码图像进行处理以分辨RAP集料与新集料的处理流程包括，导入图像，提取目标区域，对比度增强，转化为灰度图，二值化；图像处理后RAP集料为白色颗粒状图像，混合料其余材料为黑色图像。
5.根据权利要求1所述一种再生沥青混合料中RAP分散程度评价方法，其特征在于：所述步骤6)中集料边缘距离L为两集料边缘之间直线最短距离；集料质心距离D为两集料之间质心距离。
6.根据权利要求1所述一种再生沥青混合料中RAP分散程度评价方法，其特征在于：所述步骤6)中RAP分散程度评价指标I计算如公式(1)、公式(2)所示,
Ii＝Sirap/Si0 (1)
I＝∑(Ii)/i (2)
式中：i—单个试件切割后摄取截面图像数量；Ii—第i个截面内RAP分散程度指标(％)；I—为单个试件整体RAP分散程度指标(％)；Sirap为第i个截面内截面内RAP结团集料总面积(px2)；Si0为第i个截面内RAP集料总面积(px2)。
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