CN102519855B - 一种多孔沥青混合料抗堵塞性能的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔沥青混合料抗堵塞性能的评价方法，该方法对获取的试件采用CT扫描设备采集试件水平或竖直方向上的断面图像，应用图像软件对所采集的CT图像进行处理，包括阈值处理、空隙拟合、空隙面积和数量统计等，可以计算得到断面图像信息，主要包括断面平均空隙数量、断面空隙总面积和平均单个空隙面积。根据平均单个空隙面积这一参数值可以对多孔沥青混合料试件的抗堵塞性能进行定量评价。平均单个空隙面积值越大，说明该混合料的抗堵塞性能越好；平均单个空隙面积值越小，则该混合料的抗堵塞性能较差。该方法可以对多孔沥青混合料的抗堵塞性能进行评价，从而可以从延长路面使用功能的角度对不同材料组成的多孔沥青混合料进行比选。

Description

一种多孔沥青混合料抗堵塞性能的测定方法

技术领域

本发明涉及一种评价方法，特别是一种多孔沥青混合料抗堵塞性能的测定方法。

背景技术

多孔沥青混合料（Porous Asphalt concrete，PAC）作为一种环保型铺面材料，具有排水、降噪、抗滑、安全等诸多优点，在路面工程中得到了越来越广泛的应用。与常规的密实型沥青混合料不同，多孔沥青混合料是骨架空隙结构，空隙率在20%左右，在长期的使用过程中存在着空隙堵塞的问题，从而造成路面功能的衰减。

不同材料组成的多孔沥青混合料在细观空隙大小和空间分布上存在较大差异，造成了多孔沥青混合料抗堵塞性能的不同。多孔沥青混合料抗堵塞性能的优劣对于路面功能的持续具有直接的影响，抗堵塞性能越好，多孔沥青路面的排水、降噪等功能持续时间越长，并且采用高压水冲洗等功能恢复措施的实施效果也越好。

当前的多孔沥青混合料评价体系中，没有相关方法涉及到混合料的抗堵塞性能评价，因而在混合料设计和比选时，没有办法优选出抗堵塞性能良好的多孔沥青混合料，因此对于多孔沥青混合料抗堵塞性能的评价方法研究，是本领域技术人员所关注的课题之一。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种多孔沥青混合料抗堵塞性能的评价方法。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种多孔沥青混合料抗堵塞性能的测定方法，其特征在于，该方法采用CT扫描技术采集多孔沥青混合料试件断面图像，通过图像分析软件对采集得到的断面图像进行处理分析，统计计算试件的平均单个空隙面积，通过该参数定量测定多孔沥青混合料的抗堵塞性能。

具体包括如下步骤：

1）按照现行标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的击实法获取所测定多孔沥青混合料试件；

2）采用CT扫描设备采集试件断面图像

采用CT扫描设备采集试件水平或者竖直断面图像，其中水平断面图像处理后用于评价试件竖直方向上的抗堵塞性能，而竖直断面图像处理后用于评价试件在水平方向上的抗堵塞性能；

采集图像的间距或者精度根据CT设备的性能以及测试要求的进行控制，选择间距为5mm或者2mm扫描一张图像；

3）对采集到的CT图像进行计算统计断面图像信息

采用图像处理软件对所采集到的多孔沥青混合料试件的断面图像进行处理，首先按照状态法调整采集得到的初始断面图像的阈值，进一步通过软件拟合断面图像中的空隙，并统计计算各断面图像上的空隙几何特征参数，包括空隙数量和断面空隙总面积指标；

4）定量评价多孔沥青混合料试件的抗堵塞性能

根据统计计算所得的断面空隙数量、断面空隙总面积，按照下式1～3计算得到试件的平均单个空隙面积a；

$N=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{N}_i}{n}---\left(1\right)$

$A=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i}{n}---\left(2\right)$

$a=\frac{A}{N}---\left(3\right)$

其中：n为试件的扫描断面总层数；N_i为试件第i层的断面空隙数量；N为试件的断面平均空隙数量；A_i为试件第i层的断面空隙总面积；A为试件的断面平均空隙总面积；a为试件的平均单个空隙面积；

根据a值的大小对多孔沥青混合料试件的抗堵塞性能进行定量评价，a值越大，说明相同粒径的堵塞物穿过空隙的可能性越大，造成空隙堵塞的可能性越小，从而多孔沥青混合料的抗堵塞性能越强；

并进行如下多孔沥青混合料的抗堵塞性能的测定过程，先采用渗水系数测定装置测定多孔沥青混合料试件的渗水系数，即初始渗水系数，而后在试件表面均匀撒布具有一定级配的细料24克，摇振并均匀喷洒一定量的水进行冲滤，再次测定冲滤后试件的渗水系数，即残留渗水系数，计算得到残留渗水系数与初始渗水系数的比值，即残留透水能力，通过残留透水能力值评价多孔沥青混合料的抗堵塞性能；

平均单个空隙面积指标与上述反映空隙抗堵塞性能的残留透水能力指标具有良好的线性相关性，相关系数为0.9747。

本发明的多孔沥青混合料抗堵塞性能的测定方法，可以准确快速的定量评价多孔沥青混合料的抗堵塞性能，从而能够从延长路面使用功能的角度对不同材料组成的多孔沥青混合料进行优选。

附图说明

图1为试件在CT扫描时的每层间隔空间定位情况；

图2为CT扫描设备采集到的试件断面初始图像；

图3为采用ImageJ图像处理软件对试件断面初始图像进行阈值调整后的图像；

图4为采用ImageJ图像处理软件进行空隙拟合和标记后的断面图像；

图5为平均单个空隙面积同混合料残留透水能力指标的线性关系。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

按照本发明的技术方案，本实施例给出一种多孔沥青混合料抗堵塞性能的测定方法。

该方法首先获取多孔沥青混合料试件，可以采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）中的击实法（T0702-2000）成型标准马歇尔试件，或者采用轮碾法（T0703-1993）成型车辙板试件，也可以按现行《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60—2008）中给定的取样方法（T0901-2008）用钻孔机钻取压实沥青混合料路面芯样试件。由于CT扫描设备对被扫描物件的尺寸有一定的要求，必要时需要按照设备的尺寸要求对试件进行切割。

对于得到试件断面图像，采用图像处理软件（例如ImageJ）对采集到的试件断面图像进行处理，首先按照状态法调整采集得到的初始断面图像的阈值，进一步通过软件拟合断面图像中的空隙，并统计计算各断面图像上的空隙几何特征参数，包括空隙数量和断面空隙总面积等指标。

根据统计计算所得的断面空隙数量、断面空隙总面积，可以按照式1～式3计算试件的平均单个空隙面积a；根据a值的大小对多孔沥青混合料试件的抗堵塞性能进行评价，a值越大，说明相同粒径的堵塞物穿过空隙的可能性越大，造成空隙堵塞的可能性越小，从而多孔沥青混合料的抗堵塞性能越强。

$N=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{N}_i}{n}---\left(1\right)$

$A=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i}{n}---\left(2\right)$

$a=\frac{A}{N}---\left(3\right)$

其中：n为试件的扫描断面总层数；N_i为试件第i层的断面空隙数量；N为试件的断面平均空隙数量；A_i为试件第i层的断面空隙总面积；A为试件的断面平均空隙总面积；a为试件的平均单个空隙面积。

以下是发明人给出的具体实施：

1）选定7种不同级配的多孔沥青混合料，如表1所示。采用击实法成型上述7种级配的马歇尔试件，试件为圆柱形，高度控制在63.5±1.3mm，直径为101.6±0.2mm。

表1试验用多孔沥青混合料级配

2）采用PICKER公司的PQ5000型扫描仪对各试件进行水平断面扫描，获取试件水平方向上的圆形断面图像。扫描角度为360°，每隔2mm进行扫描，每层间隔空间定位情况如图1所示，每个试件得到25张初始断面图像，如图2所示，像素为512×512。

3）应用图像处理软件ImageJ，按照状态法调整初始断面图像的阈值，得到如图3所示的空隙分布情况（黑色部分代表空隙），并基于ImageJ软件的相应功能，拟合空隙轮廓，标记空隙个数，如图4，然后根据图像像素和试件面积，计算断面空隙特征参数。

CT扫描所得到的试件断面图像经过处理，通过数理统计，可以得到如下空隙特征参数：断面平均空隙数量、断面平均空隙总面积、平均单个空隙面积等。断面平均空隙数量是单个试件各断面的CT原始图像进行阈值处理后统计得到的空隙数量加权平均值，如式1；断面平均空隙总面积，是单个试件各断面的CT原始照片进行阈值处理后统计得到的空隙总面积加权平均值，如式2；平均单个空隙面积按照式3进行计算。

计算得到不同级配试件断面的空隙特征参数，如表2所示。

表2不同级配试件断面的空隙特征参数

根据表中的空隙特征参数-平均单个空隙面积可以对多孔沥青混合料的抗堵塞性能进行评价。为了证明平均单个空隙面积这一参数能够有效评价多孔沥青混合料的抗堵塞性能。首先采用如下室内试验方法评价多孔沥青混合料的抗堵塞性能（该方法目前正在申请发明专利）。先采用渗水系数测定装置测定多孔沥青混合料试件的渗水系数（初始渗水系数），而后在试件表面均匀撒布具有一定级配的细料24克，摇振并均匀喷洒一定量的水进行冲滤，再次测定冲滤后试件的渗水系数（残留渗水系数）。可以计算得到残留渗水系数与初始渗水系数的比值（残留透水能力），通过残留透水能力值评价多孔沥青混合料的抗堵塞性能。

对上述7级配的混合料进行该试验，并将得到的表征多孔沥青混合料抗堵塞性能的残留透水能力指标与平均单个空隙面积进行比较，如图5所示。

可以看出平均单个空隙面积指标与上述反映空隙抗堵塞性能的残留透水能力指标具有良好的线性相关性，相关系数为0.9747。值得说明的是，以上仅仅为试验所得的部分数值，不同细料撒布量时残留透水能力值与平均单个空隙面积均具有良好的线性相关性。上述试验结果证明采用CT扫描图像得到的平均单个空隙面积能够快速准确评价多孔沥青混合料的抗堵塞性能。

需要说明的是，以上实施例仅是为了理解本发明，本发明不限于该实施例，凡在本发明的技术方案所做的技术特征的添加、等同替换或修改，均应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种多孔沥青混合料抗堵塞性能的测定方法，其特征在于，该方法通过室内成型或者路面钻取芯样试件，采用CT扫描技术获取试件断面图像，应用图像处理软件对所获取的CT图像进行处理，统计计算断面图像信息，主要包括断面平均空隙数量、断面空隙总面积和平均单个空隙面积；根据平均单个空隙面积值的大小，测定多孔沥青混合料的抗堵塞性能； 

具体包括如下步骤： 

1）按照标准JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的击实法获取所测定多孔沥青混合料试件； 

2）采用CT扫描设备采集试件断面图像 

采用CT扫描设备采集试件水平或者竖直断面图像，其中水平断面图像处理后用于评价试件竖直方向上的抗堵塞性能，而竖直断面图像处理后用于评价试件在水平方向上的抗堵塞性能； 

采集图像的间距或者精度根据CT设备的性能以及测试要求进行控制，选择间距为5mm或者2mm扫描一张图像； 

3）对采集到的CT图像进行计算统计断面图像信息 

采用图像处理软件对所采集到的多孔沥青混合料试件的断面图像进行处理，首先按照状态法调整采集得到的初始断面图像的阈值，进一步通过软件拟合断面图像中的空隙，并统计计算各断面图像上的空隙几何特征参数，包括空隙数量和断面空隙总面积指标； 

4）定量评价多孔沥青混合料试件的抗堵塞性能 

根据统计计算所得的断面空隙数量、断面空隙总面积，按照下式1～3计算得到试件的平均单个空隙面积a； 

其中：n为试件的扫描断面总层数；N_i为试件第i层的断面空隙数量；N为试件的断面平均空隙数量；A_i为试件第i层的断面空隙总面积；A为试件的断面平均空隙总面积；a为试件的平均单个空隙面积； 

根据a值的大小对多孔沥青混合料试件的抗堵塞性能进行定量评价，a值越大，说明相同粒径的堵塞物穿过空隙的可能性越大，造成空隙堵塞的可能性越小，从而多孔沥青混合料的抗堵塞性能越强； 

并进行如下多孔沥青混合料的抗堵塞性能的测定过程，先采用渗水系数测定装置测定多孔沥青混合料试件的渗水系数，即初始渗水系数，而后在试件表面均匀撒布具有一定级配的细料24克，摇振并均匀喷洒一定量的水进行冲滤，再次测定冲滤后试件的渗水系数，即残留渗水系数，计算得到残留渗水系数与初始渗水系数的比值，即残留透水能力，通过残留透水能力值评价多孔沥青混合料的抗堵塞性能； 

平均单个空隙面积指标与上述反映空隙抗堵塞性能的残留透水能力指标具有良好的线性相关性，相关系数为0.9747。 

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