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。     

沥青混合料骨架稳态参数及模型

为明确沥青混合料粗集料的骨架特征参数与路用性能之间的相关性,基于优化的分级掺配设计方法设计3种骨架密实型沥青混合料,采用数字图像处理技术观察混合料粗集料骨架特征参数转变的全过程,结合路用性能试验建立基于骨架特征参数的动稳定度估算模型,研究骨架参数的合理范围。研究结果表明：采用简化的分级掺配设计方法可以得到3种不同骨架特征的沥青混合料;混合料的空隙率和矿料间隙率VMA随着粗集料分级掺配次数的增加而降低,稳定度和动稳定度指标则随着掺配次数的增加而增加;混合料密度和有效沥青饱和度VFA最大值出现在二级掺配混合料中,采用间断级配有利于增加混合料的密度;随着掺配次数的增加,混合料粗集料接触点数量先增多后减少,但集料长轴水平倾角呈减小趋势;成型后混合料粗集料长轴初始倾角越小,混合料的动稳定度越高;试验数据暗示了沥青混合料存在一个粗集料骨架初始接触点数与初始倾角的合理范围,使混合料在一定的压实功下能够形成稳定的骨架嵌挤结构;混合料的粗集料接触点不宜过多,级配设计时应将粗集料接触点的数量控制在一个合理范围内;建立的沥青混合料动稳定度估算模型可分辨出粗集料接触点、倾角和沥青种类对混合料动稳定度的影响,但仅适用于有显著骨架特征的混合料。     

基于数字图像处理的粗集料颗粒分布分析

利用数字图像处理分析了粗集料颗粒的大小分布.对沥青混合料采用VB编制了有针对性的数字图像处理(DIP)程序,使用大小修正因子将DIP获得的颗粒尺寸转换为可与实际方孔筛尺寸相比较的尺寸,并将DIP获得的面积级配转换为质量级配,采用质量级配比较了DIP与传统方法获得的级配曲线.     

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。     

基于分形理论橡胶沥青混合料集料级配优化研究

为了优化橡胶沥青混合料集料级配,基于分形理论,对四种橡胶沥青混合料集料级配进行评价,并通过混合料路用性能试验对其评价加以验证。研究结果表明:基于分形理论,可以对橡胶沥青混合料集料级配进行优化;橡胶沥青混合料集料级配质量分维值最佳为2.4左右。     

基于X-ray CT和离散元法级配离析对沥青混合料骨架结构力学性能的影响

为从细观角度探究分析级配离析对沥青混合料骨架结构力学性能的影响,基于X-ray CT断层图像扫描技术和离散元法建立三维混合料骨架模型,对不同级配离析情况下的混合料骨架内部受力情况、抵抗荷载性能、应力传递性能等方面进行了对比和研究。结果表明:提出了利用X-ray CT断层图像扫描技术构建更接近于真实形态的集料颗粒模型的方法;骨架结构中较粗集料承受了主要的外力荷载作用;以典型的SMA-16级配为例,4.75~9.5 mm档集料是构成该级配集料骨架的关键粒径;骨架结构中细集料的增多有助于提高骨架的抗压强度,发生粗集料离析时,抗压强度将随着离析程度的加剧而显著地降低;不同的级配离析状态对混合料骨架结构的竖向与横向应力传递性能产生不同影响,其中细集料离析对应力传递性能的影响更大。     

基于数字图像处理技术的沥青混合料级配离析评价方法

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强;对于最大公称粒径相同的级配,SMA级配类型...     

橡胶颗粒沥青混合料的级配设计

分析了橡胶颗粒沥青混合料的结构组成特点与防冻抗滑作用机理.为保证橡胶颗粒沥青混合料的结构整体性和密实性,确定混合料类型采用骨架密实结构.由于橡胶颗粒的密度与集料的密度差距较大,传统沥青混合料级配组成范围和设计方法显然已不再适用于橡胶颗粒沥青混合料.根据橡胶颗粒沥青混合料的材料组成特点,针对橡胶颗粒沥青混合料进行了基于主骨料嵌挤的体积法优化,提出了橡胶颗粒沥青混合料的级配设计方法.依据此级配设计方法进行了橡胶颗粒沥青混合料配合比设计实例分析.结果表明:按照此级配设计方法设计的橡胶颗粒沥青混合料各项技术指标均满足规范要求,设计的橡胶颗粒沥青混合料具有良好的路用性能.     

公称最大集料粒径对沥青混合料劈裂强度影响数值分析

为研究公称最大集料粒径对沥青混合料劈裂强度影响,基于数字图像处理技术,采用有限元法建立基于混合料二维截面的劈裂试验模型,数值模拟公称最大集料粒径对沥青混合料劈裂强度影响,并加以试验验证。研究表明:公称最大集料粒径影响沥青混合料劈裂强度,公称最大集料粒径与沥青混合料劈裂强度变异性间相关性好。公称最大集料粒径小,相应的沥青混合料劈裂强度数值变异系数则小,反之亦反。     

不同马歇尔击实方法乳化沥青冷再生混合料细微观结构性能研究

基于X-ray CT和数字图像处理技术研究了五种击实方法下乳化沥青冷再生混合料试件内部粗颗粒的颗粒主轴取向角和细微观空隙分布特征,并通过统计分析提出数学模型对其进行表征。结果表明:马歇尔击实方式下乳化沥青冷再生混合料粗集料取向角基本符合洛伦兹分布,第二遍击实次数越多,粗集料取向角减小幅度越大,增大二次击实功虽然可改善乳化沥青冷再生混合料的颗粒分布结构,但远没有增大第一次击实功效果明显;"50+25"、"60+15法"空级配中大孔百分比明显减小,同时小孔百分比显著增大,随着第二遍击实次数的减小,乳化沥青冷再生混合料平均孔径呈先减小后增大的变化趋势,马歇尔试件平均孔径与劈裂强度之间具有良好的线性拟合关系。二次击实可减小乳化沥青冷再生混合料内部的大孔,改善粗集料的骨架承载结构,综合考虑击实方法对乳化沥青冷再生混合料劈裂强度、粗颗粒存在形态以及细微观空隙分布特征的影响,推荐采用"50+25法"成型马歇尔试件。     

多源视觉集料动态图像控制系统设计与实现

采用多源视觉技术,从沥青混合料原材料选取级配设计要求进行集料动态图像采集研究,解决了当前沥青混合料生产中集料级配检测过程滞后、工序复杂、不能实时的监控问题。针对生产现场多料仓集料图像并行实时检测要求,设计了大功率LED光源结合以太网面阵相机多源视觉动态图像采集控制系统。设计了电动分料抽样采集装置、基于PLC的多轴无线运动控制系统、自适应千兆以太网交换机配合光纤收发器的动态图像数据传输系统,解决了多通道数据采集和实时快捷数据存储的可靠性问题,实现了集料动态图像的多相机实时并行采集与处理。试验证明本系统能满足集料级配实时检测精度、可靠性和控制要求。     

基于数字图像处理技术的粗集料针片状评价与实例验证

针对粗集料针片状颗粒含量检测方法普遍存在检测效率低、无法快速对其进行评价的问题,采用逆光拍摄粗集料颗粒图像的方法通过数字图像处理技术,对集料颗粒的正面图像和侧面图像进行采集,并采用最小外接椭圆法提取图像中集料颗粒的轮廓,分别对针状颗粒和片状颗粒进行评价,结合两者评价标准得出针片状颗粒含量评价指标;通过对粗集料颗粒针片状含量进行实测分析,并与现行规范方法实测结果进行相关性分析。结果表明:1)基于数字图像技术的集料颗粒针片状含量评价指标,能较好地评价粗集料针片状含量; 2)对比不同分档集料针片状颗粒含量实测结果,随着集料颗粒粒径的减小,图像法识别准确性降低,表明该方法对较大粒径集料颗粒针片状含量评价具有较好的适用性; 3) 9.5 mm以上的粗集料针片状评价相关系数能达到0.9以上,而9.5 mm以下相关系数在0.9以下,可靠性相对较低。     

级配对基层混合料离析影响的理论分析

针对目前缺乏有效评价与预测基层混合料离析方法的问题,在研究混合料颗粒在离析前后的运动方程的基础上,定义基层混合料离析指数L为集料各筛孔分计筛余与相应尺寸颗粒在离析状态下的相对位移的乘积,同时探讨了离析指数与混合料离析趋势之间的关系。并通过计算4种典型级配的基层混合料的离析指数,分析集料级配对基层混合料离析的影响。结果认为:离析指数完全可以表征不同级配对基层混合料的离析影响;在4类典型级配中,悬浮密实型级配的离析趋势较骨架密实型要小,且悬浮密实型级配中正S型级配的离析趋势最小。     

针片状颗粒含量对沥青混合料高温稳定性的影响

沥青混合料高温稳定性影响因素诸多,包括集料性状、沥青性能和矿料级配等,通过室内试验定量分析了集料针片状颗粒含量对沥青混合料动稳定度的影响规律,同时,对沥青性能和矿料级配对沥青混合料高温稳定性的影响进行了实验分析,结果表明,当针片状颗粒含量小于14%时,对沥青混合料的高温稳定性影响减缓;选用改性沥青和粗型、“S”型级配能...     

骨架密实型沥青混合料集料级配设计方法

通过对球体颗粒的堆积和填充特性的研究,从理论上分析了骨架密实型沥青混合料集料中粗、细集料和填料的用量。结合逐级堆积理论和分形理论,根据粗、细集料的架构效应和填充作用的不同,提出了粗、细集料级配设计的数学公式,并给出了粗集料级配调整的数学公式,根据这些数学公式,得出了3种不同的设计级配。结果表明：骨架密实型沥青混合料中粗集料质量分数为74%,细集料质量分数为15.2%,填料质量分数为10.8%;集料的3种级配的体积参数均满足相应的规范要求,3种级配形成的混合料的稳定度和流值也均满足技术规范要求。     

集料及沥青混合料级配变异性分析与评价

在现场施工过程中,集料级配不稳定变异性过大等现象常有发生,显著影响了最终成型的沥青混合料质量的可靠度。调查3处玄武岩石料场石料级配,各进行了20次取样分析,结果显示,石料场石料级配总体变异性偏大。根据相互独立的正态分布随机变量的性质,提出了集料级配变异性与沥青混合料级配变异性相关假设,对现场石料级配及沥青混合料级配进行了分析,并建立了合格性检验标准。研究结果显示,热料仓振动筛"二次筛分"并不能改善集料的变异性,并且目前技术规范中对于石料的要求过低,应提高技术标准。同时建议,对于高速公路沥青路面,应当保证沥青混合料级配各关键筛孔通过率在标准差的2倍以内,否则难以满足高速公路沥青路面工程质量要求。     

沥青混合料级配的控制

使用合格集料并利用级配控制原理使设计混合料级配与要求值一致,能够大幅度减少路面离析,减少维修费用,延长路面使用寿命。主要阐述了沥青混合料级配控制原理;对级配控制原理的检验;混合料的集料规格选用规则;分析了一种沥青混合料应由几种规格集料组成。     

基于集料分形特征的橡胶沥青混合料体积特征研究

根据橡胶沥青混合料集料级配质量分布的分形特性,利用分形几何理论建立了橡胶沥青混合料级配集料分布与分维值D 的关系,探讨了级配分维值与混合料体积指标之间的相关性,并回归得到了分维值与体积指标之间的方程;以 AR-AC13型橡胶沥青混合料为例进行验证,结果表明,利用分维数与体积指标之间的相关性可以简便地获得橡胶沥青混合料的各项体积指标,可为橡胶沥青的设计和施工提供理论参考。     

基于GTM方法的沥青混合料压实特性分析

借鉴SHRP Superpave沥青混合料设计中密实曲线的分析方法,对比粗、细两种级配沥青混合料的密实曲线,分析集料级配和沥青用量对GTM设计沥青混合料压实特性的影响,提供了一种基于现场压实性能的优化集料级配的方法。     

经济型SMA沥青混合料级配优化与路用性能研究

对石灰岩集料的经济型SMA沥青混合料开展矿料级配优化工作,首先根据逐级填充理论和粒子干涉理论确定粗集料最佳组成,以等体积替代方法试验得出细集料各含量最佳组成;然后通过分析粗、细集料含量与路用性能的关系,确定经济型SMA沥青混合料的最佳矿料级配;最后对经济型SMA路用性能与不同集料、级配混合料做了对比分析。结果表明:石灰岩集料级配优化后的经济型SMA混合料的高温性能与玄武岩集料SMA沥青混合料相当,低温性能与水稳定性优于玄武岩集料SMA沥青混合料。