[發明專利]一種瀝青混合料均勻性評價方法

有效

• 申請號: 201310542528.7
• 申請日: 2013-11-05
• 公開（公告）號: CN103575752A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 彭勇;王振
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04;G01N21/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

1.一種瀝青混合料均勻性評價方法，其特征在于，該方法具體為：室內成型或現場取樣提供分析所需的瀝青混合料圓柱形試件；通過工業CT機或數碼相機采集瀝青混合料試件的截面圖像，運用后者時，瀝青混合料試件需先經鋸齒切割機切割；將圖像轉化為BMP格式的黑白圖像。分析該黑白圖像，得到瀝青混合料截面圖像中每個集料和孔隙的信息，所述集料和孔隙的信息包括周長、面積、等效直徑、長軸短軸坐標、質心位置坐標等。獲取上述混合料截面上的集料和孔隙信息以后，就混合料中集料和孔隙的位置分布、數量分布、長軸方位角分布三個方面分別計算混合料截面上集料和孔隙的分布狀態，借此評價混合料均勻性。

截面上各檔集料的位置分布狀態通過該檔集料的重心與該截面幾何中心的距離偏差率來衡量。所述計算公式如下：

集料重心與幾何中心的距離偏差：

把距離偏差S轉換成無量綱的r：r_i=S_i/R

式中：分別為第i檔集料的重心坐標，i為集料的篩孔尺寸（方孔篩）；x_in，y_in分別為第i檔集料中第n個顆粒的質心坐標位置；N_i為第i檔集料中顆粒的總數；S_i為截面上第i檔集料的重心與幾何中心的距離偏差；x_PC、y_PC為截面的幾何中心的橫坐標和縱坐標；r_i為截面上第i檔集料的重心與幾何中心的距離偏差率；R為幾何中心到截面邊緣的距離。

將截面對稱劃分為四等分區域，分別統計各區域該檔集料數目，利用下式分別計算各檔集料在各區域里的數目分布情況：

（1）若N_1i=N_3i，N_2i=N_4i，則

ti=|N1i-N2i|Ni,]]>N_1i≠0，N_2i≠0

ti=[1+λ(N1i+N2i)]|N1i-N2i|Ni,]]>N_1i=0或N_2i=0

（2）若N_1i≠N_3i，N_2i≠N_4i，則

ti=c·|N1i-N3i|+|N2i-N4i|Ni,]]>

當N_1i=N_3i=0或N_2i=N_4i=0時，

其他情況下，c=1。

式中：N_1i，N_2i，N_3i，N_4i分別為第i檔集料在四塊區域里的分布數量；t_i為第i檔集料在四塊區域里的數量分布狀況參數；λ為待定系數，一般取0.1；N_i為第i檔集料中顆粒的總數。

分別計算截面上四個區域里各擋集料長軸方位角的均值，以此代表該區域該檔集料方位角的主方向，計算相鄰及相對區域主方向的位置關系作為評價集料長軸方位角分布狀態。集料方位角分布狀態好，則截面上相鄰區域內集料主方向垂直和相對區域內集料主方向對稱。分為兩種情況，所述計算公式如下：

（1）若N_i>0，則

對于一、三區域：

1）若a1i‾-a3i‾>π2,S13i=π-(a1i‾-a3i‾)π/2;]]>

2）若0≤a1i‾-a3i‾<π2,S13i=a1i‾-a3i‾π/2;]]>

3）若-π2<a1i‾-a3i‾<0,S13i=a3i‾-a1i‾π/2]]>

4）若a1i‾-a3i‾<-π2,S13i=π+(a1i‾-a3i‾)π/2]]>

對于二、四區域：

1）若a2i‾-a4i‾>π2,S24i=π-(a2i‾-a4i‾)π/2;]]>

2）若0≤a2i‾-a4i‾<π2,S24i=a2i‾-a4i‾π/2;]]>

3）若-π2<a2i‾-a4i‾<0,S24i=a4i‾-a2i‾π/2]]>

4）若a2i‾-a4i‾<-π2,S24i=π+(a2i‾-a4i‾)π/2]]>

對于一、二區域：

1）若a1i‾-a2i‾>π2,S12i=(a1i‾-a2i‾)-π/2π/2;]]>

2）若0≤a1i‾-a2i‾<π2,S12i=π/2-(a1i‾-a2i‾)π/2;]]>

3）若-π2<a1i‾-a2i‾<0,S12i=π/2+(a1i‾-a2i‾)π/2]]>

4）若a1i‾-a2i‾<-π2,S12i=-π/2-(a1i‾-a2i‾)π/2]]>

S_i=S_13i+S_24i+S_12i

（2）若N_i=0，S_i=0；

式中：分別為第i檔集料在四塊區域里的方位角的平均數，即方位角的主方向，S_1i，S_2i，S_3i，S_4i分別為第i檔集料在四塊區域里的方位角總和；N_1i，N_2i，N_3i，N_4i分別為第i檔集料在四塊區域里的分布數量；S_13i，S_24i，S_12i分別為第i檔集料在一、三區域，二、四區域和一、二區域方位角分布的評價指數；S_i為第i檔集料方位角分布的評價指標。

截面上集料的分布狀態指標為：

d_a=η×∑ki×(ri+ti+si)

式中：d_a為瀝青混合料中集料分布狀態指標；η為與集料級配相關的一待定系數；k_i為截面上第i檔集料的面積比；r_i為截面上第i檔集料的重心與幾何中心的距離偏差率；t_i為第i檔集料在四塊區域里的數量分布狀況參數；s_i為第i檔集料方位角分布的評價指數。

類似于集料分布狀態的計算方法，截面上各類孔隙的位置分布狀態通過該類孔隙的重心與該截面幾何中心的距離偏差率來衡量。所述計算公式如下：

孔隙重心與幾何中心的距離偏差：

把距離偏差S′轉換成無量綱的r′：r′_i=S′_i/R

式中：S′_i為截面上第i類孔隙的重心與幾何中心的距離偏差；分別為第i類孔隙的重心坐標，x′_in，y′_in分別為第i類孔隙中第n個顆粒的質心坐標位置；N′_i為第i類孔隙中顆粒的總數；x_PC，y_PC為截面的幾何中心位置坐標；r′_i為截面上第i類孔隙的重心與幾何中心的距離偏差率；R為幾何中心到截面邊緣的距離。k′_i為截面上第i類孔隙的面積比，k′_i=a′_i/a′；a′_i為截面上的第i類孔隙的總面積；a′為截面上各類孔隙的總面積；

將截面對稱劃分為四等分區域，分別統計各區域該類孔隙數目，利用下式分別計算各類孔隙在各區域里的數目分布情況：

（3）若N′_1i=N′_3i，N′_2i=N′_4i，則

ti'=|N1i'-N2i'|Ni',]]>N′_1i≠0，N′_2i≠0

ti'=[1+λ'·(N1i'+N2i′)]|N1i'-N2i'|Ni',]]>N′_1i=0或N′_2i=0

（4）若N′_1i≠N′_3i或N′_2i≠N′_4i，則

ti'=c·|N1i'-N3i'|+|N2i'-N4i'|Ni']]>

當N′_1i=N′_3i=0或N′_2i=N′_4i=0時，其他情況下，

c′=1。

式中：N′_1i，N′_2i，N′_3i，N′_4i分別為第i類孔隙在四塊區域里的分布數量；t′_i為第i類孔隙在四塊區域里的數量分布狀況參數；λ′為待定系數，一般取0.1；N′_i同上。

分別計算截面上四個區域里各擋孔隙長軸方位角的均值，以此代表該區域該類孔隙方位角的主方向，計算相鄰及相對區域主方向的位置關系作為評價孔隙長軸方位角分布狀態。孔隙方位角分布狀態好，則截面上相鄰區域內孔隙主方向垂直和相對區域內孔隙主方向對稱。分為兩種情況，所述計算公式如下：

（3）若N′_i>0，則

對于一、三區域：

5）若a1i‾'-a3i‾'>π2,S13i'=π-(a1i‾'-a3i‾')π/2;]]>

6）若0≤a1i‾′-a3i‾'<π2,S13i'=a1i‾'-a3i‾'π/2;]]>

7）若-π2<a1i‾'-a3i‾'<0,S13i'=a3i‾'-a1i‾'π/2]]>

8）若a2i‾'-a4i‾'<-π2,S24i'=π+(a2i‾'-a4i‾')π/2]]>

對于二、四區域：

5）若a2i‾'-a4i‾'>π2,S24i'=π-(a2i‾'-a4i‾')π/2;]]>

6）若0≤a2i‾'-a4i‾'<π2,S24i'=a2i‾'-a4i‾'π/2;]]>

7）若-π2<a2i‾'-a4i‾'<0,S24i'=a2i‾'-a4i‾'π/2]]>

8）若a2i‾'-a4i‾'<-π2,S24i'=π+(a2i‾'-a4i‾')π/2]]>

對于一、二區域：

5）若a1i‾'-a2i‾'>π2,S12i'=(a1i‾'-a2i‾')-π/2π/2;]]>

6）若0≤a1i‾′-a2i‾′<π2,S12i′=π/2-(a1i‾′-a2i‾′)π/2;]]>

7）若-π2≤a1i‾'-a2i‾'<0,S12i'=π/2+(a1i‾'-a2i‾')π/2;]]>

8）若a1i‾′-<a2i‾′<-π2,S12i′=-π/2-(a1i‾′-a2i‾′)π/2;]]>

S′_i=S′_13i+S′_24i+S′_12i

（4）若N′_i=0，S′_i=0；

式中：分別為第i類孔隙在四塊區域里的方位角的平均數，即方位角的主方向，a1i‾′=S1i′/N1i′,a2i‾′=S2i′/N2i′,a3i‾′=S3i′/N3i′,a4i‾′=S4i′/N4i′,;]]>S′_1i，S′_2i，S′_3i，S_4i′分別為第i類孔隙在四塊區域里的方位角總和；N′_1i，N′_2i，N′_3i，N′_4i分別為第i類孔隙在四塊區域里的分布數量；S′_13i，S′_24i，S′_12i分別為第i類孔隙在一、三區域，二、四區域和一、二區域方位角分布的評價指數；S′_i為第i類孔隙方位角分布的評價指標。

截面上孔隙的分布狀態指標為：

d_p=η′×∑k′_i×(r′_i+t′_i+S′_i)

式中：d_a為瀝青混合料中孔隙分布狀態指標；η′為與孔隙尺寸相關的一待定系數；k′_i為截面上第i類孔隙的面積比，k_i=a_i/a；a_i為截面上的第i檔集料的總面積，;a為截面上各檔集料的總面積；r′_i為截面上第i類孔隙的重心與幾何中心的距離偏差率；t′_i為第i類孔隙在四塊區域里的數量分布狀況參數；S′_i為第i類孔隙方位角分布的評價指數。

截面上混合料均勻性指標d為：

d=d_a+d_p

以一組平行截面上混合料均勻性表征這一方向上混合料均勻性。瀝青混合料整體均勻性通過混合料水平方向和豎直方向均勻性進行綜合評價。

計算公式如下：

D=α×d_h+β×d_v

式中：D為瀝青混合料均勻性指標；α，β分別為水平方向和豎直方向混合料均勻性對整體均勻性的權重；d_h，d_v分別為瀝青混合料水平方向和豎直方向均勻性指標。

d_h=∑γ_h(i-i)×d_h(i-i)

d_v=∑γ_v(i-i)×d_v(i-i)

式中，γ_h(i-i)，γ_v(i-i)分別為水平和豎直方向第i個截面混合料均勻性對整體均勻性的影響系數；d_h(i-i)，d_v(i-i)分別為水平和豎直方向第i個截面混合料均勻性指數。

瀝青混合料均勻性指標D越小，對應的瀝青混合料均勻性就越好；反之，則瀝青混合料均勻性就越差。