CN113376161B - 一种泡沫沥青发泡效果评价及发泡参数优选的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于道路工程领域，涉及一种泡沫沥青发泡效果评价及发泡参数优选的方法。其对拌和后的泡沫沥青混合料进行图像采集，采用MATLAB数字图像技术分析处理，以沥青分布的均匀性为指标，来评价泡沫沥青的发泡效果及优选发泡参数；其中均匀分散性指标参数包括沥青裹覆面积比σ、控制系数M、团聚指数AI和网格划分后裹覆率的变异系数Cv。与现有技术相比，本发明所述的评价方法能够快速有效地对泡沫沥青混合料拌和后沥青分散效果进行评价，可计算出精确的数值作为判断依据优选发泡参数，避免了现有技术凭借经验粗略确定发泡参数的不足，具有简单快捷、易于实施的优点，在工程中能够提供可靠的依据及指导意义。

Description

一种泡沫沥青发泡效果评价及发泡参数优选的方法

技术领域

本发明属于道路工程领域，具体涉及一种泡沫沥青发泡效果评价及发泡参数优选的方法。

背景技术

作为一种路面再生方式，泡沫沥青冷再生技术可充分利用道路养护中产生的废旧材料，推动公路养护管理向资源节约型、环境友好型转变，而沥青的发泡特性是影响泡沫沥青混合料性能及工程使用性能的主要因素之一。目前对于沥青发泡特性评价采用的是膨胀率和半衰期两个指标。膨胀率是指泡沫沥青发泡状态下的最大体积与未发泡时沥青体积的比值，反映泡沫沥青的粘度大小；半衰期是指泡沫沥青从最大体积衰减到最大体积50％所用的时间，反映泡沫沥青的稳定性。膨胀率越大，泡沫沥青与混合料的接触越充分，拌和效果越好；半衰期越长，泡沫沥青越稳定，与混合料的有效拌和时间就越长。理论上两个指标均较高时，沥青的发泡效果较好，但实际中两者存在一定的负相关，其中一个指标高时，另一个指标往往会比较差，发泡效果并不理想。因此需要寻找一个平衡点，使得泡沫沥青的效果最大化。

室内一般通过沥青的发泡试验，测出膨胀率和半衰期随各发泡参数变化的曲线，并依据再生规范中对泡沫沥青膨胀率≥10倍，半衰期≥8s的技术要求，获取各参数满足要求的上下限值，然后凭借经验或者取中值的方法确定最佳发泡参数，认为此条件下沥青的发泡效果最好。但实际上两个指标变化并不呈线性，对沥青发泡效果的影响也不是线性函数的关系，这样确定的最佳发泡参数条件下发泡效果并不是最佳，同时也没有精确的数值作为判断依据，较为粗略且会产生偏差。

相关研究中提出采用综合考虑膨胀率和半衰期双指标的发泡指数来进行评价，以泡沫沥青衰变曲线下的积分面积进行计算，优化发泡参数，获取最佳发泡效果。虽然能够避免膨胀率和半衰期两个指标评价沥青发泡时的不足，但在实际应用中不易操作，同时计算中容易出现偏差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种泡沫沥青发泡效果评价及发泡参数优选的方法，采用该方法可快速有效、简单精确的评价沥青发泡效果，优选发泡参数，避免凭借经验粗略确定发泡参数的不足。

本发明所述的一种泡沫沥青发泡效果评价及发泡参数优选的方法，包括以下步骤：

(1)选择不同沥青、发泡用水量、发泡温度为参数进行沥青发泡试验，根据测得的膨胀率和半衰期，初选发泡参数范围；

(2)将不同发泡条件下的泡沫沥青与铣刨料RAI进行拌和，取同等质量的混合料满铺于形状大小相同的瓷盘中，然后置于烘箱中烘干，进行图像采集；

(3)基于MATLAB数字图像处理技术对图像进行处理分析，对彩色图像进行灰度图像转化、形态学处理、二值图像转化及图像分割中的一种或多种操作，计算图像中沥青的均匀分散性指标参数，以评价泡沫沥青的发泡效果；其中均匀分散性指标参数包括沥青裹覆面积比σ、控制系数M、团聚指数AI和网格划分后裹覆率的变异系数Cv，定义任意一组图像沥青裹覆率与多组平均裹覆率的比值为沥青裹覆率控制系数M，定义每组图像中沥青团聚面积最大的三处位置截取后的像素计算值为沥青团聚指数AI；通过采用裹覆面积比、控制系数来判定拌和后试验样品中的沥青比例与混合料整体中的沥青比例是否有偏差，控制系数范围为[0.85，1.15]，偏差较大时沥青未分散均匀；采用团聚指数、变异系数来判定样品采集图像中的沥青是否分布均匀，两者值越小则图像中沥青的均匀分散性越好。

泡沫沥青发泡的最终目的是赋予沥青拌和特性，确保沥青均匀分散的拌和到混合料中，以提供再生混合料一定的粘结强度。沥青的发泡效果会影响泡沫沥青在混合料中的拌和均匀性，进而对冷再生混合料的性能产生影响。因此，本发明提出了采用均匀分散性指标直接根据拌和分散效果对泡沫沥青进行评价，并优选最佳发泡参数。

采用图像分割的方法对图像进行等分，计算均值、变异系数等对沥青在图像中的均匀分布程度进行评价。变异系数越小，说明分散程度越均匀，泡沫沥青的效果也越好。变异系数Cv根据下式获得：

式中：Cv为图像分割后不同网格区域裹覆率的变异系数；n为图像网格划分的个数；ρ(i)为第i个网格区域内沥青的裹覆率；为图像中沥青的平均裹覆率。

同时，在采集的每组图像中截取沥青胶浆团聚面积最大的三处，计算团聚位置像素，作为沥青团聚指数，进行统计对比，团聚指数较小且较平均时，代表沥青分散的更加均匀。

由于试验中取样的随机性，所取样品中沥青的变异系数并不能很好的反映沥青在整体的分散均匀性。为更好的进行整体性评价，定义了泡沫沥青裹覆率控制系数，即任意一组图像沥青裹覆率与多组平均裹覆率的比值。计算每组试验图像中沥青裹覆面积占比及裹覆率控制系数，进行横向对比，若某组试验中沥青裹覆率控制系数偏差较大时，可认为该组试验沥青未分散均匀，所取样品与剩余混合料中的沥青含量存在偏差，拌合后沥青分散均匀性差。

沥青裹覆面积比σ根据下式获得：

式中：σ为图像中沥青的裹覆面积比；n为图像网格划分的个数；ρ(i)为第i个网格区域内沥青的裹覆率。

控制系数M根据下式获得：

式中：M为图像的沥青裹覆率控制系数；m为试验采集图像的试验组数；σ(j)第j组试验图像中沥青的裹覆率。

变异系数和团聚指数用于分析沥青在所取混合料样品中分散的均匀性，裹覆面积比和控制系数用于分析沥青在所拌和混合料整体中分散的均匀性。

比较不同沥青、发泡用水量、发泡温度条件下沥青混合料的沥青裹覆率变异系数Cv、团聚指数AI、裹覆面积比σ和控制系数M，当某一工况下变异系数和团聚指数最小，且裹覆面积比和控制系数无较大偏差时，沥青的发泡效果最好，各发泡参数为最佳。

具体的，步骤(1)中，初选发泡参数范围要求膨胀率≥10倍，半衰期≥8s。

具体的，步骤(2)中，置于烘箱中烘干的条件为60℃环境温度下烘干6h-8h。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：基于数字图像处理技术，提供了一种快速有效、简单精确的泡沫沥青发泡效果评价及发泡参数优选的方法，可进行定量计算，避免了现有技术凭借经验粗略确定发泡参数的不足，在工程中能够提供可靠的依据及指导意义。

附图说明：

图1所示为图像处理后沥青分布示意图。图2所示为不同发泡参数下沥青均匀分散性指标参数关系曲线示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

实施例1

对A沥青进行发泡试验，发泡条件选择沥青温度140℃、150℃、160℃，发泡用水量1％、2％、3％、4％。测得试验结果数据如下。

表1沥青发泡试验结果

根据膨胀率≥10倍，半衰期≥8s的要求初选发泡沥青参数范围，经筛选，初选的发泡参数条件为①140℃、3％；②150℃、2％；③150℃、3％；④160℃、2％。

在初选的四种发泡条件下，将泡沫沥青与铣刨料RAI进行拌和，分别取2kg的混合料，将其满铺于形状大小相同的不锈钢瓷盘中，置于60℃烘箱中烘干6-8小时后，进行图像采集；

采用数字图像处理技术对图像进行处理分析，选用4×4网格分割，图像处理后沥青分布见图1。计算图像中沥青的均匀分散性指标参数，均匀分散性指标参数数据如下。

表2沥青均匀分散性指标参数数据

通过采用裹覆面积比、控制系数来判定拌和后试验样品中的沥青比例与混合料整体中的沥青比例是否有偏差，控制系数推荐范围为[0.85，1.15]，偏差较大时沥青未分散均匀；采用团聚指数、变异系数来判定样品采集图像中的沥青是否分布均匀，两者值越小则图像中沥青的均匀分散性越好。

不同发泡参数下沥青均匀分散性指标参数关系曲线见图2。

根据各均匀分散性指标参数值，变异系数、团聚指数由小到大顺序为②＜③＜④＜①，因此沥青温度150℃、发泡用水量2％时，拌和效果最好。最终可得出最佳发泡参数为沥青温度150℃、发泡用水量2％。

Claims (3)

1.一种泡沫沥青发泡效果评价及发泡参数优选的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)选择不同沥青、发泡用水量、发泡温度为参数进行沥青发泡试验，根据测得的膨胀率和半衰期，初选发泡参数范围；

(2)将不同发泡条件下的泡沫沥青与铣刨料RAI进行拌和，取同等质量的混合料满铺于形状大小相同的瓷盘中，然后置于烘箱中烘干，进行图像采集；

(3)基于MATLAB数字图像处理技术对图像进行处理分析，对彩色图像进行灰度图像转化、形态学处理、二值图像转化及图像分割中的一种或多种操作，计算图像中沥青的均匀分散性指标参数，以评价泡沫沥青的发泡效果；其中均匀分散性指标参数包括沥青裹覆面积比σ、控制系数M、团聚指数AI和网格划分后裹覆率的变异系数Cv，定义任意一组图像沥青裹覆率与多组平均裹覆率的比值为沥青裹覆率控制系数M，定义每组图像中沥青团聚面积最大的三处位置截取后的像素计算值为沥青团聚指数AI；通过采用裹覆面积比、控制系数来判定拌和后试验样品中的沥青比例与混合料整体中的沥青比例是否有偏差，控制系数范围为[0.85，1.15]，偏差较大时沥青未分散均匀；采用团聚指数、变异系数来判定样品采集图像中的沥青是否分布均匀，两者值越小则图像中沥青的均匀分散性越好；

所述变异系数Cv根据下式获得：

式中：Cv为图像分割后不同网格区域裹覆率的变异系数；n为图像网格划分的个数；ρ(i)为第i个网格区域内沥青的裹覆率；为图像中沥青的平均裹覆率；

所述团聚指数AI通过截取图像中沥青胶浆团聚面积最大的三处，计算团聚位置像素获得；

所述沥青裹覆面积比σ根据下式获得：

式中：σ为图像中沥青的裹覆面积比；n为图像网格划分的个数；Φ(i)为第i个网格区域内沥青的裹覆率；

所述控制系数M根据下式获得：

式中：M为图像的沥青裹覆率控制系数；m为试验采集图像的试验组数；σ(j)第j组试验图像中沥青的裹覆率，i代表第i个网格，j代表第j组试验。

2.如权利要求1所述的泡沫沥青发泡效果评价及发泡参数优选的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，初选发泡参数范围要求膨胀率≥10倍，半衰期≥8s。

3.如权利要求1所述的泡沫沥青发泡效果评价及发泡参数优选的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，烘干的条件为60℃环境温度下烘干6h～8h。