CN114778244B - 一种评价透光沥青混合料中玄武岩纤维分散均匀性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种评价透光沥青混合料中玄武岩纤维分散均匀性的方法，该方法包括：步骤1，制备拥有良好透光性能的玄武岩纤维环氧沥青混合料试件；步骤2，对制备成型的试件进行薄片切割；步骤3，在白光灯照射下用高清摄像机对切割件进行拍摄并获取二维截面图像；步骤4，采用图像处理软件对图像中的纤维束团进行提取，同时定义评价纤维分散程度的特征指标；步骤5，通过特征指标判断透光沥青混合料中玄武岩纤维的分散均匀性等级。该评价透光沥青混合料中玄武岩纤维分散均匀性的方法，能够对透光沥青混合料中玄武岩纤维的分散均匀性进行定量分析，为进一步提升玄武岩纤维沥青混合料的路用性能提供了理论依据及现实参考。
Description
技术领域
本发明属于道路工程领域，具体地说，涉及一种评价玄武岩纤维透光沥青混凝土中玄武岩纤维分散均匀性的方法。
背景技术
目前我国所常用的沥青是具有热塑性的黑色有机高分子化合物材料，当遇高温时，传统沥青会与混合料中的集料发生相对位移，这样的位移有助于修复一些混合料内部的细微裂缝，但同时传统沥青混合料也会产生一些病害，如车辙、拥包等。而高韧性冷拌环氧沥青混合料作为一种新型沥青混合料，其与目前国内常用的沥青混合料在性能方面和功能方面上有很大的差异。高韧性冷拌环氧沥青与传统沥青不同，是一种透明或半透明的热固性材料，在高温条件下，冷拌环氧沥青中的沥青基团会和其中的环氧树脂相互反应结合，该种材料改变了传统沥青混合料受热软化的特征，具有远高于普通沥青混合料的强度和稳定性，极大地提升了沥青混合料的路用性能。
除此之外，冷拌环氧沥青混合料在拌合、运输和施工的过程中，能够显著地减少沥青烟气和其他有害气体的排出，在实际施工过程中，可以降低碳排放50％左右，能降低氮氧化合物和二氧化硫排放65％以上，具有节能环保的特点，同时又满足中国高速发展的交通建设对高性能沥青混合料的要求，目前国内外对于透明混合料的研究，主要集中在道路采光节能的应用上，所采用的导光材料主要有光导纤维或透明树脂，所制备的透明混凝土具有良好的透光效果和一定的力学性能，具有很好的市场发展前景。
纤维沥青混合料是指将纤维掺进混合料中，以提高其路用性能的一种新型沥青混合料。相比于传统的沥青混合料，纤维沥青混合料能够延长路面的寿命，提高路面性能，提升路面的服役能力。通过在沥青混合料中加入纤维来改善，不仅可以增强沥青和矿料相互之间的粘结性，还可以同时提高沥青混合料的高低温的性能。玄武岩纤维相较于其他的纤维和改性剂，具有更高的强度、更优异的耐酸碱性能、更好的耐高低温性能以及环保无污染等优点。如果将玄武岩纤维掺加到环氧沥青混合料中，可提高环氧沥青混合料的抗开裂、抗车撤、抗疲劳及抗冻融等性能，特别是能够延缓环氧沥青混合料服役时疲劳裂纹的产生和发展，进而提高环氧沥青混合料的耐久性和优质服役年限。但是目前道路工程中应用的玄武岩纤维在实际工程中主要呈簇状或布状，如果将未分散的束状纤维直接加入混合料中搅拌，在所形成的环氧沥青混合料中不易分散，工程实际证明了沥青混合料中纤维分散不均匀会显著降低混合料的路用性能和使用寿命。纤维间距理论明确指出纤维发挥作用的前提是纤维在混合料中具有良好的分散性，但由于技术手段的限制，目前仍欠缺直接评估玄武岩纤维在沥青混合料中的分散形态的方法，而玄武岩纤维在环氧沥青混合料中的分散性又会显著地影响环氧沥青混凝土的路用性能和使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提出一种评价透光沥青混合料中玄武岩纤维分散均匀性的方法，能够快速且精准地对透光沥青混合料中玄武岩纤维的均匀性进行定量的评价。
为达到上述目的，本发明公开了一种评价透光沥青混合料中玄武岩纤维分散均匀性的方法，包括如下步骤：
步骤1，制备玄武岩纤维透光沥青混合料试件，确定试件具有良好的透光性能；
步骤2，对所述试件进行薄片切割，获得切割件；
步骤3，在白光灯照射下对所述切割件进行拍摄并获取二维截面图像；
步骤4，分层提取二维截面图像中的玄武岩纤维束团分布，定义评价玄武岩纤维分散均匀性的特征指标；
步骤5，对玄武岩纤维分散均匀性的特征指标范围进行分级，评定玄武岩纤维在透光沥青混合料中的分散均匀性等级。
进一步地，步骤1中，采用透光性能良好的环氧树脂和玻璃集料按7％的油石比制备圆柱体玄武岩纤维透光沥青混合料试件。
进一步地，步骤2中，假设玄武岩纤维透光沥青混合料试件高度为h厘米，将所述试件沿高度方向分层切割为h个高度为1厘米的薄片状切割件，对切割件的切割面进行打磨抛光。
进一步地，步骤3中，在白光灯照射下用高清摄像机对所述切割件进行拍摄并获取二维截面图像，白光灯光照强度不低于1000Lux，白光灯距离所述切割件表面20～40mm，二维截面图像的图片分辨率不低于2560×1440像素，摄像环境亮度低于10Lux。
进一步地，步骤4中，将二维截面图像导入Image Pro Plus图像处理软件，剔除试件截面以外的干扰区域，剩余区域设置为目标区域，获得目标区域的面积，将目标区域分成y个分析区域，并对每个分析区域进行编号，分层提取二维截面图像中的玄武岩纤维束团分布，定义玄武岩纤维束团分散系数(DC)作为评价纤维分散均匀性的特征指标，其中，玄武岩纤维束团分散系数的计算公式如下：
(1)计算玄武岩纤维束团面积变异系数(VCF)
(2)根据变异系数计算玄武岩纤维束团分散系数(DC)
式中：x为薄片状切割件的数量；y为每块薄片状切割件的目标区域所分割成的分析区域的数量；Aij代表第j层第i个分析区域内的玄武岩纤维束团所占面积，mm2；Sij为单个分析区域的面积；n为区域总数；Fij为第j层第i个分析区域内的玄武岩纤维束团面积与所属分析区域面积之间的面积比；为全部分析区域内的玄武岩纤维束团面积与所属分析区域面积之间面积比的平均值；DC为玄武岩纤维束团分散系数。
进一步地，步骤5中，根据特征指标的取值范围，将玄武岩纤维在透光沥青混合料中的分散均匀性分为三个等级，包括一级、二级、三级，进行等级评定，当分散系数DC∈[0,0.7]时，对应等级为三级，表示纤维分散均匀性不合格；当分散系数DC∈[0.7,0.9]时，对应等级为二级，表示纤维分散均匀性合格；当分散系数DC∈[0.9,1.0]时，对应等级为一级，表示纤维分散均匀性优异。
与现有技术相比，本发明的优点在于，选用透光性能良好的玻璃集料和环氧树脂代替传统的石料和沥青制备玄武岩纤维透光沥青混合料试件，应用图像处理技术对制备的玄武岩纤维透光沥青混合料切割件进行图像处理和分析，通过特征指标判断透光沥青混合料中玄武岩纤维的分散均匀性等级。该评价透光沥青混合料中玄武岩纤维分散均匀性的方法，能够对透光沥青混合料中玄武岩纤维的分散均匀性进行定量分析，为进一步提升玄武岩纤维沥青混合料的路用性能提供了理论依据及现实参考。
附图说明
图1为本发明评价透光沥青混合料中玄武岩纤维分散均匀性的方法的流程图。
图2为透光沥青混合料沿高度方向分层切割示意图。
图3为玄武岩纤维透光沥青混合料切割件二维截面图像获取示意图。
图4为玄武岩纤维透光沥青混合料截面分区示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
本发明提出了一种评价透光沥青混合料中玄武岩纤维分散均匀性的方法，观测玄武岩纤维在玄武岩纤维透光沥青混合料中的分布情况，并对其分散均匀性进行定量的表征与评价，对改善玄武岩纤维透光沥青混合料的综合性能有重要意义。采用透光的冷拌环氧沥青和透明的玻璃集料制备透光沥青混合料，可以对混合料中玄武岩纤维分布进行直观的观测和分析。
本发明所述的图像处理方法是指在白光灯照射下用高清摄像机对拥有良好透光性能的玄武岩纤维透光沥青混合料试件切割件进行拍摄并获取二维截面图像，采用图像处理软件对图像中的纤维束团进行提取，同时通过特征指标定量判断透光沥青混合料中玄武岩纤维的分散均匀性。
实施例
结合图1，本实施例为一种具体的评价透光沥青混合料中玄武岩纤维分散均匀性的方法：
步骤1，根据传统沥青混合料的AC-13级配，选用福达矿产品加工厂生产的粒径为0～5mm、5～10mm、10～15mm的无色透明玻璃砂进行纤维透光沥青混合料试件的制备，将透光性能良好的雅颂牌环氧树脂、玻璃集料和天龙集团市售的6mm玄武岩纤维按照7％的油石比和3‰的玄武岩纤维掺量在常温下拌合90s，制备玄武岩纤维透光沥青混合料试件，检测试件透光性能，透光性能良好的试件中玄武岩纤维束团、玻璃集料和环氧树脂呈现出三种不同的颜色，玄武岩纤维呈黑色，玻璃集料无色透明，环氧树脂呈浅灰色，便于后续纤维分散性评价。
步骤2，结合图2，制备好的玄武岩纤维透光沥青混合料试件高度为6cm，将试件沿高度方向分层切割成6个高度为1cm的薄片状切割件，对切割件的切割面进行打磨抛光。
步骤3，结合图3，在白光灯照射下用高清摄像机对玄武岩纤维透光沥青混合料切割件进行拍摄并获取二维截面图像。白光灯光照强度不低于1000Lux，光照设备距离玄武岩纤维透光沥青混合料切割试件20～40mm，图片分辨率不低于2560×1440像素，摄像环境亮度低于10Lux；
步骤4，结合图4，将纤维透光混合料切割件图像导入Image Pro Plus图像处理软件，剔除试件截面以外的干扰区域，剩余区域设置为目标区域，获得目标区域的面积，将目标区域分成y个分析区域，并对每个分析区域进行编号。定义纤维束团分散系数(DC)作为评价纤维分散性的特征指标。
步骤5，在软件中提取玄武岩纤维透光沥青混合料切割试件中分散的纤维束团，同时计算纤维分散的特征参数。
步骤4和步骤5的具体过程如下：
将获取的玄武岩纤维透光沥青混合料切割试件图像导入图像处理软件Image ProPlus，剔除图像的干扰区域，将剔除干扰区域后的剩余设置为目标区域，获得目标区域的面积数据。开所获目标区域图片，单击Count/Size>
Intensity Range Selection>Select Colors>Segmentation>New选择滴管工具选中目标区域中玄武岩纤维束团区域。对于部分难以选中的玄武岩纤维束团，可采用逐个点击的方法，单击不规则AOI，对于难以选中的玄武岩纤维束团区域，使用不规则AOI圈选工具对范围内的纤维束团的边缘进行逐个点选。将目标范围内全部玄武岩纤维束团区域选中后，单击Count/Size>Edit>Convert AOI(s)To Object(s),将所有选中的纤维束团区域进行编号。将目标区域分成y个分析区域，并对每个分析区域进行编号。单击Count/Size>Measure>Select Measurements>Area(polygon),计算出每块纤维束团区域的面积，并按照如下公式计算分散系数(DC)。
(1)计算玄武岩纤维束团面积变异系数(VCF)
(2)根据变异系数计算玄武岩纤维束团分散系数(DC)
式中：x为薄片状切割件的数量；y为每块薄片状切割件的目标区域所分割成的分析区域的数量；Aij代表第j层第i个分析区域内的玄武岩纤维束团所占面积，mm2；Sij为单个分析区域的面积；n为区域总数；Fij为第j层第i个分析区域内的玄武岩纤维束团面积与所属分析区域面积之间的面积比；为全部分析区域内的玄武岩纤维束团面积与所属分析区域面积之间面积比的平均值；DC为玄武岩纤维束团分散系数。
该实施例中，F11＝0.186，F21＝0.194，F31＝0.231，F41＝0.245，F51＝0.173，
F12＝0.195，F22＝0.173，F32＝0.216，F42＝0.205，F52＝0.186，F13＝0.186，F23＝0.194，F33＝0.231，F43＝0.245，F53＝0.173，F14＝0.195，F24＝0.173，F34＝0.216，F44＝0.205，F54＝0.186，F15＝0.186，F25＝0.194，F35＝0.231，F45＝0.245，F55＝0.173，F16＝0.195，F26＝0.173，F36＝0.216，F46＝0.205，F56＝0.186，对应等级为一级，表示纤维分散均匀性优异。
Claims (4)
1.一种评价透光沥青混合料中玄武岩纤维分散均匀性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，制备玄武岩纤维透光沥青混合料试件，确定试件具有良好的透光性能，透光性能良好的试件中玄武岩纤维束团、玻璃集料和环氧树脂呈现出三种不同的颜色，玄武岩纤维呈黑色，玻璃集料无色透明，环氧树脂呈浅灰色；
步骤2，对所述试件进行薄片切割，获得切割件；
步骤3，在白光灯照射下对所述切割件进行拍摄并获取二维截面图像；
步骤4，分层提取二维截面图像中的玄武岩纤维束团分布，定义评价玄武岩纤维分散均匀性的特征指标；
步骤5，对玄武岩纤维分散均匀性的特征指标范围进行分级，评定玄武岩纤维在透光沥青混合料中的分散均匀性等级；
其中，
步骤3中，在白光灯照射下用高清摄像机对所述切割件进行拍摄并获取二维截面图像，白光灯光照强度不低于1000Lux，白光灯距离所述切割件表面20～40mm，二维截面图像的图片分辨率不低于2560×1440像素，摄像环境亮度低于10Lux；
步骤4中，将二维截面图像导入Image Pro Plus图像处理软件，剔除试件截面以外的干扰区域，剩余区域设置为目标区域，获得目标区域的面积，将目标区域分成y个分析区域，并对每个分析区域进行编号，分层提取二维截面图像中的玄武岩纤维束团分布，定义玄武岩纤维束团分散系数DC作为评价纤维分散均匀性的特征指标，其中，玄武岩纤维束团分散系数的计算公式如下：
(1)计算玄武岩纤维束团面积变异系数
(2)根据变异系数计算玄武岩纤维束团分散系数DC
式中：x为切割件的数量；y为切割件的目标区域所分割成的分析区域的数量；Aij代表第j层第i个分析区域内的玄武岩纤维束团所占面积，mm2；Sij为单个分析区域的面积；n为区域总数；Fij为第j层第i个分析区域内的玄武岩纤维束团面积与所属分析区域面积之间的面积比；为全部分析区域内的玄武岩纤维束团面积与所属分析区域面积之间面积比的平均值；DC为玄武岩纤维束团分散系数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，采用环氧树脂和玻璃集料按7wt％的油石比制备圆柱体玄武岩纤维透光沥青混合料试件。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，假设玄武岩纤维透光沥青混合料试件高度为h厘米，将所述试件沿高度方向分层切割为h个高度为1厘米的薄片状切割件，对切割件的切割面进行打磨抛光。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5中，根据特征指标的取值范围，将玄武岩纤维在透光沥青混合料中的分散均匀性分为三个等级，包括一级、二级、三级，进行等级评定，当分散系数DC∈[0,0.7]时，对应等级为三级，表示纤维分散均匀性不合格；当分散系数DC∈[0.7,0.9]时，对应等级为二级，表示纤维分散均匀性合格；当分散系数DC∈[0.9,1.0]时，对应等级为一级，表示纤维分散均匀性优异。
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| 基于图像处理的混合纤网纤维分布情况分析研究;梁振江;中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑;全文 * |
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