CN114323831A - 一种泡沫沥青混合料残存水分迁移路径的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种泡沫沥青混合料残存水分迁移路径的评价方法，包括以下步骤：S1、泡沫沥青混合料试样的制备；S2、将步骤S1制得的泡沫沥青混合料试样制成泡沫沥青混合料检测试件；S3、对步骤S2制得的泡沫沥青混合料检测试件模拟轮胎抽吸作用，得到轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件；S4、对步骤S3得到的轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件的残存水分中子成像；S5、识别步骤S4得到的轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件的残存水分中子成像图中残存水分的留存位置；S6、重复步骤S1‑S5，分析不同轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件残存水分迁移路径。本发明解决无法获取沥青混合料残存水分图像和水分迁移扩散行为无法图像化表达的难题。
Description
技术领域
本发明属于定量检测技术领域，具体涉及一种泡沫沥青混合料残存水分迁移路径的评价方法。
背景技术
相比普通的热拌沥青混合料，温拌沥青混合料具有更优良的性能，并且可以在更低的温度下摊铺施工，施工温度降低了15-30℃，有效的减少施工现场的热量排放和烟雾产生，目前温拌技术已经有了比较好的发展，在技术和研发上都已日趋成熟。
目前在国内常采用乳化沥青温拌法和有机添加剂法，即在沥青混合料拌和时添加Evotherm温拌剂或者Sasobit温拌剂来实现温拌。而与这些技术相比，泡沫沥青温拌技术具有明显的优势，具有操作简便，耐储存，流动性好等特点，并且能够实现路面废料的回收再生。
但是目前泡沫沥青温拌技术还不够成熟，还有一些技术上的问题没有解决，包括水损坏这一主要问题。泡沫沥青制作的发泡过程引入的水分在施工完成后，部分水分很可能会残存在沥青混合料中，这些夹带在沥青路面里的水分会降低沥青粘合剂与骨料之间的粘着力和沥青粘合剂之间的内聚力，进而导致碎裂、剥落等形式的沥青路面的损坏。同时，沥青路面在行车荷载作用下，承受着真空负压抽吸的反复作用，促使混合料内部的滞留水产生抽吸和回流，更为加剧了水损坏。
因而为了解决水损坏这一主要问题，首先就需要了解泡沫沥青混合料中残存水分的含量以及运动变化规律，但目前在该技术领域，所做的技术研究还比较少，已提出的一些现有的检测水分的技术都比较复杂且难以实施，且未考虑轮胎抽吸作用对泡沫温拌沥青混合料的水损坏加剧作用。
发明内容
解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种泡沫沥青混合料残存水分迁移路径的评价方法，利用密闭干燥式真空负压抽吸装置模拟轮胎的抽吸作用，借助中子成像技术获得泡沫沥青混合料残存水分图像，采用图像处理技术识别残存水分留存位置，进而分析不同抽吸条件下泡沫沥青混合料残存水分的迁移路径。
技术方案：一种泡沫沥青混合料残存水分迁移路径的评价方法，包括以下步骤：
S1、泡沫沥青混合料试样的制备；
S2、将步骤S1制得的泡沫沥青混合料试样制成泡沫沥青混合料检测试件；
S3、对步骤S2制得的泡沫沥青混合料检测试件模拟轮胎抽吸作用，得到轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件；
S4、对步骤S3得到的轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件的残存水分中子成像；
S5、识别步骤S4得到的轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件的残存水分中子成像图中残存水分的留存位置；
S6、重复步骤S1-S5，分析不同轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件残存水分迁移路径。
优选的，所述步骤S1的具体过程为：将普通基质沥青加热至145-155℃或者将改性沥青加热至160-170℃后，加入其重量比为1-10%的20-30℃的水搅拌均匀，利用室内发泡设备制成泡沫沥青，然后将泡沫沥青与集料、矿粉、纤维按照马歇尔配合比设计方法确定适宜比例后，加入搅拌设备拌合制得泡沫沥青混合料试样。
优选的，所述步骤S2的具体过程为：将步骤S1制得的泡沫沥青混合料试样置于长方体试件模具中，利用轮碾成型设备将其压实，压实厚度为集料公称粒径的1.5倍，压实度不小于96%，随后立即用透气不透水的薄膜将其包裹，并置于氮气干燥箱中自然冷却至20-30℃，得到泡沫沥青混合料检测试件。
优选的，所述步骤S3的具体过程为：将步骤S2制得的泡沫沥青混合料检测试件置于密闭干燥式真空负压抽吸装置中，抽吸时间为0.5-48h，模拟路面不同车辆通过次数的轮胎抽吸作用，抽吸后若透气不透水的薄膜破损，则立即更换新的薄膜进行包裹，得到轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件。
优选的，真空负压大小根据车辆行驶速度的关系确定，通过Abaqus虚拟实验软件，建立常用汽车轮胎、车辆行驶速度、轮胎抽吸真空负压的流固耦合仿真模型，计算汽车以不同速度行驶路表所产生的轮胎抽吸真空负压值，拟合真空负压与车辆行驶速度的关系式如下：
其中P为真空负压，单位为MPa，V为车辆运行速度，单位为Km/h。
优选的，所述步骤S4的具体过程为：将步骤S3得到的得到不同轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件固定于中子成像装置中的试件支架上，且待测试件面积最大的侧面朝向中子放射装置，启动中子放射装置，设定中子束半径为5-40cm，中子能级强度为1-3Mev，利用中子束透射检测试件，利用成像系统得到轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件的中子成像图。
优选的，所述中子成像图的图片分辨率为0.01-1.0mm，像素为1280×1280。
优选的，所述步骤S5的具体过程为：对步骤S4得到的中子成像图的图像利用灰度化处理技术进行灰度化处理，将其转化为二值化灰度图像，将含水区域设定为白色，不含水区域设定为黑色，以二值化灰度图像左下角点为坐标原点，建立平面直角坐标系，将图片分割为1280×1280个像素栅格，采用鼠标点击白色含水区域像素栅格边沿，并利用OpenCV软件提取鼠标点击处的坐标点，获得轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件残存水分留存位置。
优选的，所述灰度化处理技术包括大津算法、多大津算法、灰度平局值法、双峰法、最佳迭代法、Niblac二值化算法和bernsen二值化算法。
优选的，所述步骤S6的具体过程为：重复步骤S1-S5得到不同抽吸时间的轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件残存水分留存位置，以点线图形式将其绘制于一个二维坐标轴中，分析不同抽吸时间下散点的分布扩散状态，并对散点的分布进行最小二乘法的线性拟合，得到不同轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件残存水分迁移路径。
有益效果：本发明利用密闭干燥式真空负压抽吸装置模拟轮胎的抽吸作用，借助中子成像技术获得泡沫沥青混合料残存水分图像，采用图像处理技术识别残存水分留存位置，进而获取不同抽吸时间的泡沫沥青混合料残存水分留存位置，并以点线图形式将其绘制于二维坐标轴中，通过分析不同抽吸时间下散点的分布扩散状态，并对其散点分布进行线性拟合，即可获取轮胎抽吸时间不同时泡沫沥青混合料残存水分迁移路径。本发明用于评价轮胎的抽吸作用对泡沫沥青混合料残存水分迁移路径，解决当前无法获取沥青混合料中水分图像难题，解决了当前泡沫温拌沥青混合料水分迁移扩散行为无法图像化表达的难题，并基于最优拟合呈现了水分迁移的主要路径方向，本方法能够高效准确的识别轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料残存水分迁移路径。
附图说明
图1是本发明实施例密闭干燥式真空负压抽吸装置的示意图；
图2是本发明实施例泡沫沥青混合料残存水分中子成像图；
图3是本发明实施例泡沫沥青混合料残存水分迁移路径图；
图中序号：1、密封罩，2、检测试件，3、抽吸导管，4、真空负压泵，5、操作控制台，6、试件容器，7、中子发射源，8、防辐射屏蔽箱，9、试件支架，10、发射的中子，11、透射出试件的中子，12、中子成像系统，13、图像接收系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明：
一种泡沫沥青混合料残存水分迁移路径的评价方法，包括以下步骤：
S1、泡沫沥青混合料试样的制备；
将普通70#基质沥青加热至150℃，加入其重量比为4%的25℃水，利用室内发泡设备制得泡沫沥青，然后将泡沫沥青与集料、矿粉、纤维按照马歇尔配合比设计方法确定AC-13混合料比例，加入拌和设备拌合制得泡沫沥青混合料试样。
S2、将步骤S1制得的泡沫沥青混合料试样制成泡沫沥青混合料检测试件；
将步骤S1制得的泡沫沥青混合料试样，置于300mm×300mm×50mm的长方体试件模具中，采用轮碾成型设备将其压实，压实厚度为20mm，其中集料公称粒径13mm的1.5倍为19.5mm，取整数20mm，压实度为97.5%，制备后立即采用透气不透水的膨化聚四氟乙烯薄膜将其包裹，并置于氮气干燥箱中自然冷却至室温26℃，得到泡沫沥青混合料检测试件。
S3、对步骤S2制得的泡沫沥青混合料检测试件模拟轮胎抽吸作用，得到轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件；
将步骤S2制备的泡沫沥青混合料待测试件，置于密闭干燥式真空负压抽吸装置
中，如图1所示，模拟车辆运行速度V=120km/h，汽车轮胎型号为215/70R15，其真空负压力为
；调整抽吸时间为2h，抽吸后膨
化聚四氟乙烯薄膜存在破损，立即予以更换，得到轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试
件。
S4、对步骤S3得到的轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件的残存水分中子成像；
将步骤S3制备的轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件固定于中子成像装置中的试件支架上，如图2所示，并且300mm×300mm的侧面正对中子放射装置，启动中子放射装置，设定中子束半径20cm，中子能级强度2Mev，利用中子束透射泡沫沥青混合料试件，利用成像系统得到泡沫沥青混合料试件的中子成像图，图片分辨率0.02mm，像素1280×1280。
S5、识别步骤S4得到的轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件的残存水分中子成像图中残存水分的留存位置；
对步骤S4得到的中子成像图，采用大津算法灰度化处理技术将其转化为二值化灰度图像，并将含水区域设定为白色，不含水区域设定为黑色，将二值化后的图片，以图像左下角点为坐标原点，建立平面直角坐标系，并将图片分割为1280×1280个像素栅格，采用鼠标点击白色含水区域像素栅格边沿，并利用OpenCV软件提取鼠标点击处的坐标点，从而获得泡沫沥青混合料残存水分留存位置。
S6、重复步骤S1-S5，分析不同轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件残存水分迁移路径。
重复步骤S1-S5分别获取时间为8h和14h的泡沫沥青混合料残存水分留存位置，并以点线图形式将其绘制于二维坐标轴中，如图3所示，可看出泡沫沥青混合料的水分主要留存在右下部，抽吸作用下，水分向四周扩散，通过对散点图最小二乘法的线性拟合，可得到水分扩散主路径为y=1.38x-697.36。因此，随着抽吸时间增长，其迁移的范围不断扩散，并主要沿y=1.38x-697.36扩散。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种泡沫沥青混合料残存水分迁移路径的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、泡沫沥青混合料试样的制备；
S2、将步骤S1制得的泡沫沥青混合料试样制成泡沫沥青混合料检测试件；
S3、对步骤S2制得的泡沫沥青混合料检测试件模拟轮胎抽吸作用，得到轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件；
S4、对步骤S3得到的轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件的残存水分中子成像；
S5、识别步骤S4得到的轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件的残存水分中子成像图中残存水分的留存位置；
S6、重复步骤S1-S5，分析不同轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件残存水分迁移路径。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫沥青混合料残存水分迁移路径的评价方法，其特征在于：所述步骤S1的具体过程为：将普通基质沥青加热至145-155℃或者将改性沥青加热至160-170℃后，加入其重量比为1-10%的20-30℃的水搅拌均匀，利用室内发泡设备制成泡沫沥青，然后将泡沫沥青与集料、矿粉、纤维按照马歇尔配合比设计方法确定适宜比例后，加入搅拌设备拌合制得泡沫沥青混合料试样。
3.根据权利要求1所述的一种泡沫沥青混合料残存水分迁移路径的评价方法，其特征在于：所述步骤S2的具体过程为：将步骤S1制得的泡沫沥青混合料试样置于长方体试件模具中，利用轮碾成型设备将其压实，压实厚度为集料公称粒径的1.5倍，压实度不小于96%，随后立即用透气不透水的薄膜将其包裹，并置于氮气干燥箱中自然冷却至20-30℃，得到泡沫沥青混合料检测试件。
4.根据权利要求1所述的一种泡沫沥青混合料残存水分迁移路径的评价方法，其特征在于：所述步骤S3的具体过程为：将步骤S2制得的泡沫沥青混合料检测试件置于密闭干燥式真空负压抽吸装置中，抽吸时间为0.5-48h，模拟路面不同车辆通过次数的轮胎抽吸作用，抽吸后若透气不透水的薄膜破损，则立即更换新的薄膜进行包裹，得到轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件。
5.根据权利要求4所述的一种泡沫沥青混合料残存水分迁移路径的评价方法，其特征在于：所述真空负压大小根据车辆行驶速度的关系确定，通过Abaqus虚拟实验软件，建立常用汽车轮胎、车辆行驶速度、轮胎抽吸真空负压的流固耦合仿真模型，计算汽车以不同速度行驶路表所产生的轮胎抽吸真空负压值，拟合真空负压与车辆行驶速度的关系式如下：
其中P为真空负压，单位为MPa，V为车辆运行速度，单位为Km/h。
6.根据权利要求1所述的一种泡沫沥青混合料残存水分迁移路径的评价方法，其特征在于：所述步骤S4的具体过程为：将步骤S3得到的得到不同轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件固定于中子成像装置中的试件支架上，且待测试件面积最大的侧面朝向中子放射装置，启动中子放射装置，设定中子束半径为5-40cm，中子能级强度为1-3Mev，利用中子束透射检测试件，利用成像系统得到轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件的中子成像图。
7.根据权利要求6所述的一种泡沫沥青混合料残存水分迁移路径的评价方法，其特征在于：所述中子成像图的图片分辨率为0.01-1.0mm，像素为1280×1280。
8.根据权利要求1所述的一种泡沫沥青混合料残存水分迁移路径的评价方法，其特征在于：所述步骤S5的具体过程为：对步骤S4得到的中子成像图的图像利用灰度化处理技术进行灰度化处理，将其转化为二值化灰度图像，将含水区域设定为白色，不含水区域设定为黑色，以二值化灰度图像左下角点为坐标原点，建立平面直角坐标系，将图片分割为1280×1280个像素栅格，采用鼠标点击白色含水区域像素栅格边沿，并利用OpenCV软件提取鼠标点击处的坐标点，获得轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件残存水分留存位置。
9.根据权利要求8所述的一种泡沫沥青混合料残存水分迁移路径的评价方法，其特征在于：所述灰度化处理技术包括大津算法、多大津算法、灰度平局值法、双峰法、最佳迭代法、Niblac二值化算法和bernsen二值化算法。
10.根据权利要求1所述的一种泡沫沥青混合料残存水分迁移路径的评价方法，其特征在于：所述步骤S6的具体过程为：重复步骤S1-S5得到不同抽吸时间的轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件残存水分留存位置，以点线图形式将其绘制于一个二维坐标轴中，分析不同抽吸时间下散点的分布扩散状态，并对散点的分布进行最小二乘法的线性拟合，得到不同轮胎抽吸作用下泡沫沥青混合料待测试件残存水分迁移路径。
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