基于数字图像处理技术的沥青混合料级配离析评价方法

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1、万方数据第31卷第4期2011年8月中外公路221文章编号：1671--2579(2011)04--0221--03基于数字图像处理技术的沥青混合料级配离析评价方法潘艳珠k2。吴文亮1。王端宜1(1．华南理工大学土木与交通学院，广东广州510640；2．广东交通职业技术学院)摘要：沥青混合料级配离析对路面使用性能有重要影响。文章基于数字图像处理技术，直接针对混合料中集料的分布状态，将各档集料对X轴、y轴的静矩作为离析评价指标，选择了工程中常见的6种典型级配，定量地评价沥青混合料的离析。研究结果表明：随着级配中最大公称粒径的增大，沥青混合料的离析明显增

2、强；对于最大公称粒径相同的级配，SMA级配类型有着更好的均匀性。关键词：道路工程；沥青混合料；数字图像处理；级配离析从国内外现有研究成果的检索和分析中可以发现，对沥青混合料离析的定性分析及控制措施方面的研究居多，而对沥青混合料离析的定量评价，尤其是直接针对集料颗粒的分布状态来评价沥青混合料离析的研究还很少；其次传统的沥青混合料离析检测方法，如目测法和铺砂法，以及新兴的热成像和激光表面构造度量等无损检测方法，虽然各有其优点，但大多只能评价路表面的离析状况。沥青混合料的级配离析状况，主要受其组成成分中集料的分布状态决定。笔者基于数字图像处理技术，直接针对

3、混合料中集料的分布状态，将各档集料对X轴、y轴的静矩作为离析评价指标，选择了工程中常见的6种典型级配，定量地评价沥青混合料的离析。I数字图像处理技术简介数字图像处理技术是指通过扫描仪或数码相机将一幅连续的图像离散化为计算机可以处理的信息，并对此信息进行各种操作处理，以达到某一效果的过程。由于数字图像处理技术的方便性、经济性、可利用信息量大和形象化存储等方面的优点，其工程应用已成为国际上道路领域的热门课题。数字图像处理由两部分组成：物理图像转化为对应的数字图像和通过各种运算法则从数字图像中提取有用的信息。一个典型的数收稿日期：2010一10--11基金

4、项目：国家自然科学基金资助项目(编号：51008131)作者简介：潘艳珠，女，博士(后)．E-mail：sunnie--pan@126．corn字图像处理系统如图I所示。图I数字图像处理系统在该研究中，集料采用花岗岩，沥青为泰普克AH--70。沥青，使用Superpave旋转压实仪(SGC)成型沥青混合料试件，6种沥青混合料级配如表1所示，每种级配制作3个试件。使用双面锯切割试件，方法如图2所示，每个试件可获得8个圆形截面。采用CCD数码相机拍摄试件截面，AC一16试件截面如图3所示。2集料提取方法沥青混合料离析研究主要是沥青混合料中集料分布状态的研

5、究，因此有必要根据某种指标，分离出各档集料颗粒。直观上应当有多种合适的分类参数可供选择，即可以按面积分类，按周长分类，按长轴分类，按短轴分类以至于按等效矩形或等效椭圆分类等。E．Masad等使用等效直径区分各粒径集料。其计算公式如下：万方数据222中外公路第31卷表1沥青混台料级配组成黑豳豳FeretDiameter=2~／A”d／Ⅱ(1)式中：FeretDiaraeter为等效直径；Area为颗粒截面面积。在沥青混合料离析研究中，细集料由于颗粒细小、数量众多，基本不存在离析问题，而粗集料的分布情况则对沥青混合料的离析影响重大，因此该研究中选择4．7

6、5mm以上颗粒作为研究对象。根据等效直径的计算方法，可得到各粒径集料的辨识范围如表2所示。表2粗集料颗粒的等效直径筛孔大小／等效直径／筛孔大小／等效直径／mm4．755．416．018．19．510．819．021．413．214．926．529．9应用时，根据数字图像的分辨率，将等效直径的辨识参数由毫米单位换算为像素单位，然后计算颗粒的c)132ram颗粒图像(d)16．0mm颗粒图像图4租藁料颗粒分离结果3沥青混合料离析指标若沥青混合料是均匀的，则在所取芯样的竖向截面内，任一档集料对x轴、y轴的静矩都应该为0，如图5所示。基于以上假设，根据静矩的

7、定义可以得到：SⅨ一>：m。×(％一o)(2)SⅣ一∑mh×(z。--b)(3)式中：s。、s。为截面上第i档集料分别对x轴、y轴的静矩；m。为截面上第i档集料中第n个集料颗粒的质量(此处以颗粒面积代替)；z⋯Y为截面上第i档集料中第一个集料颗粒的质心坐标；n、b为截面的几何中心坐标。由于各档集料对混合料截面静矩的影响程度不一圈一一一一一

8、

9、万方数据2011年第4期潘艳珠，等：基于数字图像处理技术的沥青混合料级配离析评价方法223◆图5截面静矩示薏图同，使用各档粗集料分计筛余百分率作为加权平均参数，对s。、s。加权平均，得到混合料截面上，各档集料对X

10、轴、y轴的静矩和为：Sx一∑k。xSⅨ(4)S，一∑k，XS一(5)式中：s。、s，为截面上各档集料分别对x