CN112435229B - 基于ipp处理软件的沥青发泡性能综合评价方法 - Google Patents

基于ipp处理软件的沥青发泡性能综合评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于IPP处理软件的沥青发泡性能综合评价方法，根据泡沫沥青胶浆颜色像素与其他成分不同的特性，对马歇尔试件断面和表面图进行处理，得到泡沫沥青胶浆的点状分布图。根据泡沫沥青胶浆点状分布图，利用图像数字化处理技术计算6张图片上的点状泡沫沥青胶浆总面积、总数目以及分布的均匀性，并根据计算公式计算FBA、FBAN和FBAD，以及综合指标FBCE，从而对泡沫沥青胶浆分散性和沥青发泡性能进行定量评价。提出的沥青发泡性能综合指标FBCE可有效评价沥青的发泡性能，且较传统的双指标评价方法，具有直接、直观和唯一性等优点，有效弥补了传统评价方法的不足。

Description

基于IPP处理软件的沥青发泡性能综合评价方法
技术领域
本发明涉及一种评价沥青发泡性能评价的方法，尤其是一种基于IPP处理软件的沥青发泡性能综合评价方法，属于道路工程技术领域。
背景技术
在我国，95％以上高等级交通公路都采用沥青路面，每年用于新建、养护以及升级改造的沥青混合料在10亿吨以上；这些沥青混合料多采用传统的热拌方式拌制，施工过程中必须将集料加热到近200℃，沥青加热到160℃以上，这不仅消耗大量的能源，而且会产生大量的有害气体和烟尘。
近年来兴起的泡沫温拌沥青技术，与传统的热拌160℃工艺相比，在保证沥青混合料路用性能的前提下，通过改变沥青形态、降低生产温度，低于沥青各成分的最低沸点140℃，从而达到既保证路面质量又可减少能耗及污染气体排放的有益效果。
泡沫沥青是由常温下的水与热沥青在特定的发泡装置中经过一系列复杂的热力学变化后形成的产物，沥青发泡后沥青的粘度显著降低，能在比传统热拌施工温度低15℃-30℃的条件下压实成型；这项技术在欧美发达国家已经得到广泛的应用，而在国内相关研究还在起步阶段；沥青发泡的关键技术，即如何评价沥青发泡的效果，以此寻求最佳的沥青发泡条件；目前国内外主流的沥青发泡评价方法主要采用膨胀率和半衰期的评价指标体系，《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T 5521—2019)中即采用该指标体系，并要求膨胀率不小于10倍同时半衰期不低于10s；而在国外，一些学者提出了综合考虑两者的发泡指数的评价体系。
然而，在实际的应用过程中仍然存在一系列的问题，现有的沥青发泡试验误差太大，受人为主观因素影响较大。如何能够定量的分析泡沫沥青胶浆在混合料中的分散性和定量评价沥青发泡性能，降低人为主观因素的影响，成为一种需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于IPP(Image-Pro Plus)处理软件的沥青发泡性能综合评价方法，提出的沥青发泡性能综合指标FBCE可有效评价沥青的发泡性能，且较传统的双指标评价方法，具有直接、直观和唯一性等优点，有效弥补了传统评价方法的不足。
为解决上述技术问题，本发明的目的是这样实现的：
本发明所涉及的一种基于IPP处理软件的沥青发泡性能综合评价方法，包括如下步骤：
1)成型并养生同一发泡条件下的泡沫沥青冷再生混合料标准马歇尔试件多个；
2)取出其中1个养生后的标准马歇尔试件放在平整的操作台上，在光线充足的情况下，对试件上下两面进行拍摄，获取试件正面图像两张为P上、P下；
3)将该试件的侧面平放在桌面上，以投影的形式拍摄2张侧面照片，2张照片分别为试件的相对两侧，获取试件侧面图像S侧-1、S侧-2；
4)对该试件进行标准单轴贯入试验，对单轴贯入试件2个破坏截面进行拍摄，获取试件内部图像D贯-1、D贯-2；
5)通过对拍摄的P上、P下6、S侧-1、S侧-2、D贯-1、D贯-2图像进行适当裁剪，导入IPP软件，并利用图像处理软件调整图像的对比度，分离出泡沫沥青胶浆分布图，并将每张图均分成4个分区；
6)利用IPP软件，从处理后的6张泡沫沥青胶浆分布图中分别获取泡沫沥青胶浆总面积、点状泡沫沥青胶浆总数目、试件总面积，所述试件总面各为6张不同截面图像的轮廓面积之和；
7)根据获取该试件的三个量值，分别计算该试件的FBA、FBAN和FBAD值；
定义6张图片中泡沫沥青胶浆总面积与试件总面积之比为点状泡沫沥青胶浆的面积指标FBA；
定义6张图片中点状泡沫沥青胶浆总数目与试件总面积之比为点状泡沫沥青胶浆的数量指标FBAN；
为表征泡沫沥青胶浆分布的均匀性，将每张泡沫沥青胶浆点状分布图分割为①、②、③、④4个分区，6张图共分成24个分区，统计这24个分区内的FBANi，并计算24个FBANi的标准差σ，定义FBANi的标准差σ为泡沫沥青胶浆分布均匀程度指标FBAD；
8)通过如下公式计算该试件的泡沫沥青性能综合指标FBCE；
Figure BDA0002788652730000031
9)取其它马歇尔试件，重复上述操作；
10)取同一发泡条件下多个试件的FBCE平均值为该发泡条件下沥青发泡性能综合指标。
优选的，步骤1)是参照DB33/T 715-2018要求。
优选的，步骤2)、3)、4)中是利用高清摄像机获取图片。
优选的，所述马歇尔试件的数量为3个。
优选的，点状泡沫沥青胶浆总数目是指不小于面积阀值的点状泡沫沥青胶浆的数量；所述泡沫沥青胶浆总面积是指所有点状泡沫沥青胶浆的面积之和。
本发明的有益效果是：本发明所涉及的基于IPP处理软件的沥青发泡性能综合评价方法，根据泡沫沥青胶浆颜色像素与其他成分不同的特性，对马歇尔试件断面和表面图进行处理，得到泡沫沥青胶浆的点状分布图。根据泡沫沥青胶浆点状分布图，利用图像数字化处理技术计算6张图片上的点状泡沫沥青胶浆总面积、总数目以及分布的均匀性，从而对泡沫沥青胶浆分散性和沥青发泡性能进行定量评价。提出的沥青发泡性能综合指标FBCE可有效评价沥青的发泡性能，且较传统的双指标评价方法，具有直接、直观和唯一性等优点，有效弥补了传统评价方法的不足。
附图说明
图1是标准马歇尔试件的P上和P下的图像；
图2是标准马歇尔试件的S侧-1和S侧-2的图像；
图3是标准马歇尔试件的S贯-1和S贯-2的图像。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
本发明所涉及的基于IPP处理软件的沥青发泡性能综合评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)参照DB33/T 715-2018要求，成型并养生同一发泡条件下的泡沫沥青冷再生混合料标准马歇尔试件3个；
2)取出其中1个养生后的标准马歇尔试件放在平整的操作台上，在光线充足的情况下，利用高清摄像机对试件上下两面进行拍摄，获取试件正面图像两张为P上、P下；
3)将该试件的侧面平放在桌面上，以投影的形式拍摄2张侧面照片，2张照片分别为试件的相对两侧，利用高清摄像机获取试件侧面图像S侧-1、S侧-2；
4)对该试件进行标准单轴贯入试验，对单轴贯入试件2个破坏截面进行拍摄，利用高清摄像机获取试件内部图像D贯-1、D贯-2；
5)通过对拍摄的P上、P下6、S侧-1、S侧-2、D贯-1、D贯-2图像进行适当裁剪，导入IPP(Image-Pro Plus)软件，并利用图像处理软件调整图像的对比度，分离出泡沫沥青胶浆分布图，并将每张图均分成4个分区；
6)利用IPP(Image-Pro Plus)软件，从处理后的6张泡沫沥青胶浆分布图中分别获取泡沫沥青胶浆总面积、点状泡沫沥青胶浆总数目、试件总面积，所述试件总面各为6张不同截面图像的轮廓面积之和；
7)根据获取该试件的三个量值，分别计算该试件的FBA、FBAN和FBAD值；
定义6张图片中泡沫沥青胶浆总面积与试件总面积之比为点状泡沫沥青胶浆的面积指标FBA；
定义6张图片中点状泡沫沥青胶浆总数目与试件总面积之比为点状泡沫沥青胶浆的数量指标FBAN；
为表征泡沫沥青胶浆分布的均匀性，将每张泡沫沥青胶浆点状分布图分割为①、②、③、④4个分区，6张图共分成24个分区，统计这24个分区内的FBANi，并计算24个FBANi的标准差σ，定义FBANi的标准差σ为泡沫沥青胶浆分布均匀程度指标FBAD；
8)通过如下公式计算该试件的泡沫沥青性能综合指标FBCE；
Figure BDA0002788652730000061
9)取其它马歇尔试件，重复上述操作；
10)取同一发泡条件下多个试件的FBCE平均值为该发泡条件下沥青发泡性能综合指标。
在利用IPP软件计算FBA、FBAN和FBAD时，应注意亮度阈值的确定。因泡沫沥青胶浆为黑色，一旦阈值确定，低于该阈值的部分为泡沫沥青胶浆，其余部分将视为集料和水泥胶浆等其他材料，即阈值的确定对结果有一定影响。而阈值的选择具有一定的主观性，应在审慎的原则下，尽量准确地分离出泡沫沥青胶浆。对于泡沫沥青冷再生混合料，各种材料的颜色有赖于原材料的特性，对于不同来源的原材料，没有通用的阈值，只能根据不同的材料探索不同的阈值，通过设定合适的亮度阀值来区分泡沫沥青胶浆。
在本发明中，是通过设置面积阀值来计算点状泡沫沥青胶浆总数目和泡沫沥青胶浆总面积。在此面积阀值之上的阴影部分的个数来计算点状泡沫沥青胶浆总数目，所有点状泡沫沥青胶浆总数目的面积之和为泡沫沥青胶浆总面积。
具体的确定面积阀值的过程是通过不断尝试的过程，比如先将面各阀值设置为0.1mm2，再进行核对是否将大多数的阴影部分都进行了统计计算。若还有点状泡沫沥青胶浆没有计入，则减少面积阀值，可以设置有为0.05mm2，再进行核对是否将大多数的阴影部分都进行了统计计算。如果还是存在没有计入的点状泡沫沥青胶浆，则继续缩小面积阀值，进行核对，确定面积阀值。
采用上述的基于IPP处理软件的沥青发泡性能综合评价方法，对不同发泡条件下泡沫沥青冷再生混合料马歇尔试件内部和表面进行拍摄，调整图像对比度确定泡沫沥青胶浆分布图，利用IPP软件计算各参数，最终确定不同发泡条件下沥青发泡性能综合评价指标FBCE。同时，为与传统评价指标进行对比，检测了不同发泡条件下泡沫沥青的膨胀率和半衰期，具体试验结果如表1.1所示。
表1.1沥青发泡试验结果
Figure BDA0002788652730000071
对于上述1-12的组别中，选择面积阀值为0.05mm2，即将阴影面积大于0.05mm2的阴影部分计入点状泡沫沥青胶浆总数，再将所有点状泡沫沥青胶浆的面积相加得到泡沫沥青胶浆总面积。若面积阀值选择过大，那较小面积的点状泡沫沥青胶浆不会被计算，会造成计算不准确。若选择的面积阀值较小，则会将小空隙计入点状泡沫沥青胶浆，从而亦会使得统计数所不准确，进而影响该评价方法的准确性。
由表1.1可知，若按传统指标(膨胀率和半衰期)进行评价，当温度为150℃，用水量为1.5％和3.0％时，膨胀率和半衰期不能同时满足JTG/T 5521—2019中对膨胀率不小于10，半衰期不小于8s的规定。
当用水量为2.0％和2.5％时，其膨胀率和半衰期均满足规范要求，并且当用水量为2.0％时，半衰期优势明显，当用水量为2.5％时，膨胀率优势明显，因此，难以抉择最佳发泡条件。
同理，当发泡温度为160℃和170℃时，当用水量为1.5％和3.0％时，膨胀率和半衰期未同时达到较佳状态，当用水量为2.0％和2.5％时，膨胀率和半衰期各有优劣，难以抉择。
不同发泡温度下满足规范要求的试验组共有6组，分别为第2、3、6、7、10和11组，这6组中的膨胀率和半衰期均各有优劣，难以简单地通过数值判断出最佳试验组，这也是采用变化规律相反的双指标来评价沥青发泡性能的不足之处。
然而，由本发明提出的沥青发泡性能综合指标FBCE可以清楚地看出，第7组的FBCE取得最大值，为最佳发泡试验组，即发泡温度为160℃，用水量为2.5％为最佳发泡条件。同时由第2、3、6、7、10和11组的FBCE可以看出，这6组试验的FBCE较其他试验组均较大，由此也进一步证明采用本发明提出基于Image-Pro Plus图像处理软件的沥青发泡性能综合评价方法评价沥青发泡性能的合理性。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.基于IPP处理软件的沥青发泡性能综合评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)成型并养生同一发泡条件下的泡沫沥青冷再生混合料标准马歇尔试件多个；
2)取出其中1个养生后的标准马歇尔试件放在平整的操作台上，在光线充足的情况下，对试件上下两面进行拍摄，获取试件正面图像两张为P上、P下；
3)将该试件的侧面平放在桌面上，以投影的形式拍摄2张侧面照片，2张照片分别为试件的相对两侧，获取试件侧面图像S侧-1、S侧-2；
4)对该试件进行标准单轴贯入试验，对单轴贯入试件2个破坏截面进行拍摄，获取试件内部图像D贯-1、D贯-2；
5)通过对拍摄的P上、P下6、S侧-1、S侧-2、D贯-1、D贯-2图像进行适当裁剪，导入IPP软件，并利用图像处理软件调整图像的对比度，分离出泡沫沥青胶浆分布图，并将每张图均分成4个分区；
6)利用IPP软件，从处理后的6张泡沫沥青胶浆分布图中分别获取泡沫沥青胶浆总面积、点状泡沫沥青胶浆总数目、试件总面积，所述试件总面各为6张不同截面图像的轮廓面积之和；
7)根据获取该试件的三个量值，分别计算该试件的FBA、FBAN和FBAD值；
定义6张图片中泡沫沥青胶浆总面积与试件总面积之比为点状泡沫沥青胶浆的面积指标FBA；
定义6张图片中点状泡沫沥青胶浆总数目与试件总面积之比为点状泡沫沥青胶浆的数量指标FBAN；
为表征泡沫沥青胶浆分布的均匀性，将每张泡沫沥青胶浆点状分布图分割为①、②、③、④4个分区，6张图共分成24个分区，统计这24个分区内的FBANi，并计算24个FBANi的标准差σ，定义FBANi的标准差σ为泡沫沥青胶浆分布均匀程度指标FBAD；
8)通过如下公式计算该试件的泡沫沥青性能综合指标FBCE；
Figure FDA0002788652720000021
9)取其它马歇尔试件，重复上述操作；
10)取同一发泡条件下多个试件的FBCE平均值为该发泡条件下沥青发泡性能综合指标。
2.根据权利要求1所述的基于IPP处理软件的沥青发泡性能综合评价方法，其特征在于，步骤1)是参照DB33/T 715-2018要求。
3.根据权利要求1所述的基于IPP处理软件的沥青发泡性能综合评价方法，其特征在于，步骤2)、3)、4)中是利用高清摄像机获取图片。
4.根据权利要求1所述的基于IPP处理软件的沥青发泡性能综合评价方法，其特征在于，所述马歇尔试件的数量为3个。
5.根据权利要求1所述的基于IPP处理软件的沥青发泡性能综合评价方法，其特征在于，所述点状泡沫沥青胶浆总数目是指不小于面积阀值的点状泡沫沥青胶浆的数量；所述泡沫沥青胶浆总面积是指所有点状泡沫沥青胶浆的面积之和。
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