路用粗集料的三维形态表征及加工工艺影响分析

为定量分析路用粗集料的形状特征，采用高精度三维扫描仪获取集料表面的特征点阵，建立粗集料颗粒的实体模型；对集料二维与三维形态指标进行分析，探讨各指标的适用性；分析不同加工工艺对集料形态的影响。结果表明：不同视角下的集料轮廓周长和投影面积的差异较大，与集料扁平率指标密切相关，集料越接近针片状，二维轮廓的代表性越差；球度指标能够较好地表征集料三维粒型，集料越接近立方体状态，其球度值越大；椭球度指标可以较好地表征集料的棱角特性，棱角性越差，相应的椭球度值越大；反击破碎加工的集料球度偏低，棱角性较好；整形破碎加工的集料球度最优，但棱角性偏低；结合实际的需求，可以选择不同加工工艺组合掺配的形式，获得粒型与棱角性较均衡的集料成品。     

粗集料形态对宽温度域下沥青混合料高低温性能影响

为了掌握粗集料形态对宽温度域条件下沥青混合料高低温性能影响,基于集料图像测量系统(AIMS),对5种粗集料棱角性、三维形状和表面纹理进行量化分析,进而制备SMA-13试件进行不同温度范围高温车辙试验和低温弯曲蠕变试验,分析集料棱角性指数、球度和表面纹理指数与高低温性能指标的相关性。结果表明:选用棱角性好、粒形饱满和表面纹理深度大的粗集料有利于改善沥青混合料高低温性能;随着试验温度增加,粗集料棱角性指数和球度对沥青混合料高温性能的影响程度逐渐增大,纹理指数对其影响程度则逐渐减小,且高温性能对棱角性指数和球度变化的敏感性增强;随着试验温度降低,粗集料棱角性指数、球度和纹理指数对沥青混合料低温性能的影响程度及低温性能对前述三指标变化的敏感性均逐渐降低。     

基于图像分析的粗集料形状特征参数及分布规律

沥青混合料的路用性能受粗集料的形状特征影响显著。为解决集料基本轮廓形状特征的测量和表征问题,通过对集料进行清洗、染色、烘干、平铺拍照等一系列试验,使用MATLAB软件编程计算,对试验采集的玄武岩粒径分别为4.75,9.5,13.2,16,19 mm的粗集料图像进行了增强、分割等处理。基于数字图像处理技术计算得到不同粒径集料的大小指标(长短轴、周长和面积)。引入形状参数指标(矩形度、形状指数和棱角性),通过集料大小指标计算了不同颗粒的形状特征参数。基于统计学方法研究了各形状特征参数的分布规律,利用线性回归模型分析了各形状特征参数与级配的相关性,并通过形状参数对集料加工和混合料级配进行了评价。结果表明:矩形度在数值上体现出较好的一致性,平均值与最大值变化幅度小,粒径为9.5 mm的集料矩形度分布更均匀;形状指数的平均值和最小值变化不明显,在数值上其差异性较大;不同粒径集料的棱角性差异性较大,棱角性大于1.20的集料颗粒较少;矩形度和棱角性与集料级配之间有着较好的相关性,而形状指数与级配不相关;矩形度和棱角性能够表征混合料级配的粗细;形状指数可以评价集料加工是否符合要求,为混合料级配范围的确定提供依据。     

图像处理方法在粗集料形态评价中的应用研究进展

粗集料是沥青混合料的主要成分之一,我国每年公路建设需要消耗几十亿吨的粗集料。粗集料形状、棱角和纹理对沥青混合料高温稳定性、水稳定性和抗疲劳性能具有显著影响。准确评价粗集料的形态特征对于粗集料的质量控制和沥青混合料设计具有重要意义。图像处理方法是研究粗集料形状、棱角和纹理特征的有效手段。系统总结了二维图像处理方法(基于图像尺寸和半径的方法、腐蚀-膨胀法、分形维数法、梯度法和多边形拟合法、霍夫变换法、傅里叶变换法、小波变换法)和三维图像处理方法(球谐变换法、傅里叶变换法、小波变换法、腐蚀-膨胀法)在粗集料形态评价中的应用和取得的研究成果,并针对不同方法的局限性进行了评述。针对二维图像方法的固有缺陷,提出了今后的研究重点是基于粗集料的三维点云数据使用三维图像处理方法构建粗集料形状、棱角和纹理评价指标。最后结合作者现行的研究,介绍了使用激光三维扫描技术采集粗集料三维图像的步骤,并探讨了利用三维点云数据计算粗集料三维尺寸、处理粗集料棱角和平滑粗集料纹理的方法。     

基于图像处理的集料形态特征定量评价

数字图像处理技术的引入,将会实现矿质集料颗粒形态特征的直接、客观的定量评价。通过对矿质集料数字图像进行噪声消除、图像分割、二值化形态学处理、边缘跟踪以及颗粒分析,得到了各个集料颗粒的面积、周长、拟合椭圆等形态特征参数。进一步对各参数进行统计分析,得到了针对集料的圆度、棱角性、表面纹理以及针片状颗粒含量等形态特征指标的分析结果。基于成像相关知识,采用基于LED光源的背光图像采集平台,对不同档位的集料颗粒形态特征进行定量评价和分析。试验结果表明:通过数字图像处理技术对不同档位集料颗粒形态特征参数进行图像描述,可以遴选出高效可行的有利于定量分析形态特征的参数;背光源采集方法可以更好提取集料颗粒图像边缘特征,使图像更有利于后续处理;不同档位下集料的圆度趋势比较明显,随粒径的增大而减小;棱角性变化与圆度截然不同,其中粗集料棱角性基本不变,而细集料随粒径的增大变化明显;粗集料的纹理指标值变化不大;粗集料的针片状颗粒含量为0,细集料的针片状颗粒含量大于1%。研究可以为矿质集料进场质量的过程控制提供快速高效的定量依据。     

粗集料性能对沥青混合料高温性能的影响

为明确沥青混合料中粗集料的表面特性及几何形状对高温性能的影响机理,进而为集料选择及性能评定提供参考,结合当前沥青混合料高温性能的研究状况,通过大量室内试验,分析了粗集料表面纹理、棱角性、扁平颗粒含量对沥青混合料高温性能的影响.研究结果表明:粗集料表面纹理与内摩擦角、动稳定度呈线性关系,表面纹理越大,动稳定度越高;平均棱角性系数大于14.5%时,沥青混合料动稳定度提高幅度明显;粗集料扁平颗粒含量越高,其混合料的高温稳定性越差,同时不同级配条件下,扁平颗粒含量对混合料高温性能影响程度不同,骨架型级配最为敏感.     

沥青混凝土路面细集料棱角性表征方法及技术标准研究

利用间隙率U法和流动时间S法表征细集料棱角性,分析表明,两者具有明显的线性相关性,其回归系数可用于细集料棱角性的间隙率U与流动时间S指标间相互换算。通过SMA-13沥青混凝土路用性能试验,分析了细集料棱角性对SMA沥青混凝土性能的影响规律,建立了沥青混凝土性能与细集料棱角性表征指标的相关关系,结合沥青混凝土路用性能要求,提出了沥青混凝土路面细集料棱角性技术标准。结果表明,这可作为沥青混凝土路面施工技术规范的修订建议,以提高石料企业加工细集料的质量。     

再生粗集料棱角性对混合料高温性能评价

为分析再生粗集料棱角性对混合料高温性能的影响,采用动态颗粒图像分析仪测试了石灰岩、花岗岩、旧集料(花岗岩)3种集料不同粒径颗粒的形态结构,以球形度、凸形度、粗糙度3个指标定量评价集料颗粒的棱角性,分析集料棱角性的变化特征及不同掺配比例再生粗集料的棱角性与再生沥青混合料高温稳定性的相关性。结果表明:集料颗粒棱角性与其粒径大小呈线性相关,随着集料颗粒粒径的增大,其棱角性降低;旧集料与所选新集料相比,其棱角性会有一定程度降低;再生粗集料的棱角性随着旧集料掺配比例增大而减小,再生粗集料的棱角性与再生沥青混合料高温性能呈高度线性相关。     

基于成像技术评估粗集料尺寸和形状特征

使用三维成像系统——伊利诺伊大学集料图像分析仪(UIAIA),根据已建立的UIAIA试验方法,由粗集料颗粒图像分别定义出集料基于成像技术的三维形状、尺寸、棱角性和表面构造指数。应用统计学方法,结合图像分析确定了4类常用的粗集料形状特性数据。指出了粗集料基于成像的棱角性和表面构造指数之间存在的确定性关系,并且将它们联系到实验室和现场沥青混合料的使用性能。     

集料形状特征及其对热拌沥青混合料性能的影响

集料的构成、棱角和表面纹理等形状特征,对热拌沥青混合料(HMA)的性能有着重要影响。棱角和形状会影响集料之间的嵌挤锁结,造成路面车辙。集料粗糙的表面纹理减少了疲劳裂缝,提高了集料和胶结料之间的相互作用。该文运用集料成像系统(AIMS),分析了3种不同料源集料的形状特征,研究形状特性在HMA设计和力学性能上的影响,并使用图像处理软件对HMA内部结构进行了分析。结果表明:集料虽在矿物组成上存在差异,但仍具有相似的形状特征;集料表面越粗糙,混合料抗疲劳性能越好;集料棱角性和表面纹理越好,混合料越不易发生集料离析现象。     

沥青路面粗集料棱角性表征方法及技术标准

利用ASTM D3398-97试验方法的改进表征法计算了粗集料颗粒指数Iap,采用数字图像处理技术提出了粗集料半径法棱角性指数IArm和梯度法棱角性指数IAgm的计算公式;通过对2类沥青混凝土的常规与动三轴试验,分析了粗集料棱角性表征指标对沥青混凝土性能和抗剪参数的影响规律,建立了沥青混凝土性能、抗剪参数与粗集料颗粒指数Iap的相关关系,结合沥青混凝土路用性能要求,提出了沥青路面粗集料棱角性技术标准。分析结果表明:Iap与棱角性指数IA具有明显的线性相关性,其回归系数可用于由粗集料颗粒指数Iap换算成IArm和IAgm;所提出的粗集料棱角性技术标准可作为沥青路面施工技术规范修订建议,有利于提高石料企业加工粗集料的质量。     

粗集料形态特征研究与应用

集料形状、棱角与纹理等形态特征对沥青混合料路用性能有着重要影响.简要介绍了国际上相关的测试手段与方法.同时,基于数字图像处理技术.自行研制了粗集料形态特征研究系统(MASCA),对粗集料的形态特征进行探索研究.利用M.ASCA系统对4.75 mm的玄武岩颗粒轴向系数的变异性进行研究.研究表明:该档集料颗粒的轴向系数较小,针状性较弱,具有较好的形状特征.     

南海岛礁珊瑚碎屑颗粒的几何本征研究

珊瑚碎屑颗粒整体形状与表面形态的特殊几何本征,形成了其堆积大孔隙结构与低应力水平颗粒破碎敏感响应机制,成为珊瑚碎屑颗粒不同于一般散体材料的基本特征。基于颗粒几何特征成像与图像处理技术的直接法,引入丰度(AE)和凸度(CP)特征指标,分别表征颗粒轮廓整体形状与棱角度,揭示了珊瑚颗粒形状不规则与棱角突出的几何本证。基于试验数据分析,构建了双指标颗粒形态图谱,揭示了棒片状颗粒含量达到27%,且进一步提出了综合颗粒形状与棱角度特征的几何本证评价方法。同时,采用正态分布分析了珊瑚碎屑颗粒群几何本证,结合变异性指标和偏度值统计参数,初步探讨了珊瑚碎屑颗粒群的几何本证的期望评价方法。     

集料颗粒形态特征对沥青混合料高温性能的影响

采用数字图像处理技术及流动时间法分别对粗集料和细集料的棱角性、圆度和纹理等形态特征进行试验定量描述,并采用车辙试验来评价集料特性对沥青混合料高温性能的影响。试验结果显示:随着集料棱角性及圆度的增大及集料纹理的复杂程度增加,沥青混合料的高温稳定性提高;随着细集料中河砂含量的增加,混合料高温稳定性降低,因此建议沥青混合料中河砂含量不宜超过集料总量的20%。     

抗滑集料颗粒形状及表面纹理特性分析

为研究不同抗滑集料的颗粒形状及表面纹理特征,以玄武岩集料、金刚砂、黑刚玉材料为研究对象,采用Matlab软件计算了3种抗滑集料的圆度值,并对3种抗滑集料的颗粒形状进行了评价;采用SEM扫描电镜试验获取了玄武岩集料、金刚砂、黑刚玉材料的表面图像,并利用FractalFox软件对图像进行了二值化处理,计算了3种集料表面纹理的分形维数,并基于此对3种抗滑集料的表面纹理特征进行了分析。研究结果表明:黑刚玉具有最高的圆度值,即最接近于球状,有利于在车辆荷载碾压下保持稳定;金刚砂表面纹理的分形维数最高、玄武岩集料次之,黑刚玉最低,表明金刚砂和玄武岩集料具有更为发育的表面纹理,有利于与胶结材料间发生黏附。     

集料图像测量系统（AIMSⅡ）的评价指标研究与合理性验证

为了研究集料的测量与评价问题,阐释了集料图像测量系统(AIMSⅡ)设备的工作原理,研究了集料3个形态特征分量,即形状、棱角和表面纹理的评价指标;测量并分析了3种标准形状物体(球体、标准多边体1、标准多边体2)的形态特征。结果表明:集料图像测量系统(AIMSⅡ)的测量结果与物体实际情况相吻合,采用该系统评价集料的形状、棱角和表面纹理均有一定的合理性。     

再生沥青混合料中集料的几何形态分析

文中通过数字图像处理分析回收集料以及新集料中粗集料的二维形态特征，研究不同岩性集料与回收集料二维形态特征变化，采用椭圆度、形态因子和异形指数三个指标参数分析回收集料和新集料的二维形态特征变化及对回收集料整体的影响。试验得出同种集料颗粒的形态因子、异形指数随着颗粒粒径的增大而逐渐增大，椭圆度随粒径的增大而减小；而回收花岗岩集料颗粒总体形状特征较圆形表面平滑、棱角性较小。     

细集料棱角性评价新方法研究

分析了细集料棱角性常用评价方法的缺点,提出了一种新方法-CAR(Compacted Aggregate Resistance)法。该方法为单轴贯入试验,用贯入荷载表征细集料棱角性,试验结果表明,该方法能较好地评价细集料的形状和棱角性,CAR值与沥青混合料高温性能有较好的相关性。     

基于粗集料表面纹理特性的沥青混合料性能研究

目前缺乏对集料表面纹理的直接定量测量和评定方法，基于光纤传感法设计了激光轮廓仪，直接测量了7种不同粗集料的表面纹理，应用算术平均偏差Ra对集料表面纹理进行了定量评定，并对集料表面纹理的粗糙度进行了简单的分类，最后通过沥青混合料力学性能试验对测量和评定结果进行了验证。结果表明，采用激光轮廓仪能够直接、准确地测量集料表面纹理；算术平均偏差对集料表面纹理的评定是合理有效的；其他条件相同的情况下，粗集料表面纹理的R值越大，沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和低潭抗裂性能越好.     

基于图像分析的粗集料三维形态指标研究

粗集料的三维形态特征对沥青混合料的路用性能有着重要影响.为了获取不同岩性、不同粒径粗集料的三维形状特征,利用粗集料形态特征研究系统,结合数字图像处理技术和数理统计方法,对不同岩性、不同粒径、多组粗集料进行了室内试验分析,方便准确地获取了集料的厚宽比和球度比的三维形态特征指标,并对石灰岩、花岗岩、玄武岩、安山岩、卵石,粒径分别为4.75 mm、9.5 mm、13.2 mm、16 mm、19 mm、26.5 mm的粗集料三维形态指标进行对比统计分析.试验结果表明:对于石灰岩、花岗岩、玄武岩、安山岩和卵石,当保证率为95％时,石灰岩的厚宽比最小,为0.290,其片状性较大,玄武岩的厚宽比最大,为0.366,其片状性较小.对于不同粒径的粗集料,花岗岩的厚宽比标准差最小,其变异性最小.花岗岩的球度随粒径变化最敏感,卵石的球度最接近1,即卵石的三维形状更接近球体.