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。     

粗集料贯入试验方法研究

粗集料之间的骨架对路面抗车辙性能有较大的影响，而目前对粗集料骨架力学试验方法存在争议。文中借鉴CBR试验，利用压力机和位移传感器进行粗集料贯入试验，评价不同粗集料之间的嵌挤力，确定了贯入粗集料试验的方法，用来检验粗集料内部的比例是否合理。     

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。     

粗集料棱角性试验方法研究

针对粗集料棱角性评价方法进行理论和试验研究。从集料棱角性定义出发,考虑其对混合料路用性能的影响。提出松装密度、振装密度和流动时间3种评价粗集料棱角性的试验方法,并对石灰岩碎石、玄武岩碎石和破碎河滩料粗集料棱角性进行评价。研究针片状颗粒和浑圆状颗粒（破碎河滩料）含量与棱角性的关系,提出基于3种试验方法的粗集料棱角性技术指标及标准。     

基于彩色数字图像技术的粗集料松方密实方法选择

为确保沥青混合料集料骨架结构的形成,需要找到一种与路面沥青混合料相近的粗集料密实成型方法。基于彩色阈值分割技术,准确提取粗集料颗粒,根据颗粒的积聚状态特点,利用粗颗粒长轴与X轴正方向的夹角角度为评价指标,研究振实、捣实和旋转压实3种粗集料密实方法的粗集料堆积形态,并与沥青混合料试件粗颗粒长轴夹角进行对比。结果表明:基于彩色图像处理技术,避免了大颗粒被判断为小颗粒的误差,保证全部粗集料颗粒均被有效提取。捣实法粗集料夹角明显小于沥青混合料试件统计结果,粗集料松方振实法与沥青混合料试件颗粒长轴夹角统计结果数据最为接近,与捣实和旋转压实相比,是一种更为准确的粗集料密实方法。     

基于分形理论的沥青混合料车辙试验研究

用分形理论对沥青混合料中粗集料骨架间隙的特征进行了分析评价.通过对混合料试件的切割获取截面图像,应用数字图像处理技术,得到粗集料骨架间隙的分形维数,提出了计算方法.以FAC-20为例,计算了原始试件和车辙试验中不同加载时段粗集料骨架间隙分形维数的变化情况,在粗集料骨架间隙的分形维数与力学性能之间建立了联系.     

基于高温稳定性的沥青混合料粗集料骨架性能评价

对3种典型的级配类型沥青混合料进行高温车辙试验,分析了级配对于混合料高温稳定性的影响.通过数字图像技术对沥青混合料的粗集料骨架进行识别,使用贝雷法的粗集料比和图像拓扑性质分别评价粗集料骨架结构,结果发现图像拓扑性质能够较好评价粗集料骨架结构性对沥青混合料高温性能的贡献.     

AC-13沥青混合料级配优化设计研究

针对南方湿热地区沥青路面表面层所采用的玄武岩集料,AC-13以4.75 mm作为粗细集料的分界点,将粗集料进行分级组合捣实密度试验,以所得到的粗集料间隙率作为评价指标,对粗集料中各粒径段颗粒含量与粗集料间隙率之同的关系进行分析,在此基础上以最紧密堆积为原则确定粗集料的级配范围;细集料则以填充且不对粗集料结构产生干涉为原则,将设计空隙率确定为4％并结合粗集料间隙率计算出细集料总的体积比,细集料之间的相互比例则采用均匀分布,其级配范围结合施工技术规范予以确定.按此方法得到的设计成果适合于南方湿热地区公路沥青路面的气候及交通特点.     

SMA沥青混凝土路面材料荷载行为模式研究

采用图像处理分析技术观察SMA沥青混凝土及密级配沥青混凝土在荷载作用下其粗集料移动轨迹的变化,定量描述SMA沥青混凝土粗集料构架形成机制、抗车辙能力成因、粗集料材料形状组合因子偏差等因素,建立粗集料移动轨迹与车辙量的行为模式,研究SMA沥青混凝土材料荷载行为,以使其应用于公路及机场路面能完全发挥其特性。研究结果表明:SMA沥青混凝土粗集料碾压过程中粗集料趋向水平方向移动,且移动量小,粗集料构架处于最稳定阶段,故SMA沥青混凝土车辙量较小,抗车辙能力较好;密级配沥青混凝土中粗集料趋向垂直方向移动,粗集料移动量大,容易造成粗集料构架不稳定,故沥青混凝土车辙量较大。     

沥青与玄武岩粗集料黏附性水煮法试验及评价方法的改进

常规的沥青与粗集料黏附性水煮法试验很难合理评价不同吸水率玄武岩的抗水剥离能力,通过改进测试环境,寻找并确定合理的集料含水量,测试沥青裹覆集料后,在水煮过程中剥落所需要的时间,从而评价沥青与不同吸水率玄武岩的黏附性能,由此判断玄武岩集料能否应用到沥青混合料中。     

水煮法定量研究初探

目前国内外对于沥青混合料的抗水损害有多种评价方法,其中评价沥青与粗集料粘附性的水煮法因操作直观简便而多被采用,但也存在试验条件难以控制、评价结果因人而异的缺陷。本研究通过连续测量沥青和粗集料在水中重量的变化对粘附性进行定量评价以改进目前水煮法主观性大的缺点。文中对4种不同类型石料在基质沥青和添加SEAM改性剂后的情况下的粘附性进行了定量分析和评价。结果表明,采用剥落面积百分率和剥落质量百分率能对沥青与粗集料粘附性进行细化区分,剥落质量百分率指标能更有效、全面、细致地评价沥青与粗集料的粘附性。     

利用压碎值试验方法评价粗集料骨架结构性能

结合虚拟力学试验反映出的矿料级配骨架结构与荷载传递路径的关系,引入粗集料压碎值试验对粗集料骨架结构性能进行评价,利用均匀设计方法得出了试验方案,进行了40组级配粗集料压碎值试验,将压碎值试验结果与VCADRC试验结果进行了比较,并对试验结果进行了线性回归分析与二次非线性回归分析.     

沥青混合料级配优化设计

以美国加州承载比CBR和骨料间隙率VCA为设计参数对粗集料级配进行试验研究,根据嵌挤密实的原则,给出细集料级配确定方法,提出以体积法确定粗、细集料合成比例,并利用骨架接触度对矿料级配进行性能评价。该方法应用于承唐高速公路唐山段并获得了很好的效果。     

基于数字图像处理的粗集料棱角性量化研究

基于数字图像处理技术,对粗集料棱角性进行量化研究,以取代传统的试验方法。首先从单个颗粒的棱角性定义出发,建立了4个粗集料棱角性量化指标:AR、ARmax、AP、APc;然后采用数字图像处理(DIP)技术,对拍摄的粗集料二维图像进行处理分析,得到粗集料样本棱角性量化结果,最后将20份粗集料样本的未压实空隙率试验与DIP试验进行了比较。结果表明:4个用于评价粗集料棱角性的量化指标与未压实空隙率之间均有较强的相关性,其中以AP指标最佳;AP和APc指标更好地拉大了两个棱角性极端,有利于区分不同棱角性的粗集料。4个量化指标的面积加权平均值与未压实空隙率之间的相关系数均要大于它们的算术平均值与未压实空隙率之间的相关系数,这也表明经面积加权的棱角性指标考虑了粗集料的宏观性能,因此更加合理。     

利用GTM法分析粗集料质量

通过将GTM法引入粗集料质量检验的试验,弥补原有力学性能试验方法只有压碎值试验和磨耗试验的不足,进一步适应目前行驶车辆超载严重以及施工机械功率大幅度提高的现状,通过GTM法对集料的降解进行的试验研究,证明此种试验方法能够更好地分析集料在骨架结构中的性能,更为切合实际情况,能够更好地分析和评价粗集料质量.     

路用粗集料抗滑耐磨性能衰减规律试验研究

为探索沥青面层路用粗集料抗滑耐磨性能衰减规律,测试了石灰岩、硅质石灰岩、辉绿岩和玄武岩等4种常用粗集料的主要物理力学性能,并在粗集料洛杉矶磨耗试验和粗集料磨光值试验的基础上,探究了该4种粗集料的磨耗值和磨光值衰减规律。结果表明:粗集料坚固性(质量损失率)越小,压碎值越小,相应的粗集料磨耗值越小,磨光值越大,粗集料的坚固性和压碎值与磨耗值和磨光值一样,具有一致的抗滑耐磨趋势,也可以反映粗集料抗滑耐磨性能;粗集料的磨耗留存率均随着转数的增大而减小,并成一定的线性规律,且初始磨耗留存率越小,磨耗衰减速率越快,采用一元线性回归方法对试验数据拟合,建立的粗集料磨耗衰减方程对粗集料磨耗衰减曲线拟合良好;粗集料磨光衰减速率前期衰减较快,但随着磨光轮数的增加,粗集料磨光衰减速率逐渐减小,最后趋于零,且粗集料的磨光值衰减曲线接近非线性指数函数曲线。     

基于改进粗集料空隙填充法的密断级配沥青混合料设计

为准确评价密断级配沥青混合料中粗集料的嵌挤特性,提出了粗集料骨架间隙率最小值的测定方法和密断级配混合料骨架嵌挤的新标准;据此,改进了粗集料空隙填充法,应用于密断级配沥青混合料的设计;并通过马歇尔试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温弯曲试验等检测了所设计混合料的路用性能.发现所设计的密断级配沥青混合料中粗集料间隙率比...     

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。     

密级配沥青混合料均匀性评价

为了克服传统沥青混合料均匀性评价准确度低和耗时长的不足,采用数字图像技术定量评价不同类型的密级配沥青混合料均匀性。提出相邻粗集料区域面积比相对平均差作为评价指标来分析评价SMA-13和AC-13C两种类型混合料的均匀性。结果表明：SMA-13比AC-13C的相邻粗集料区域面积比相对平均差降低了33.1%,SMA-13的均匀性显著好于AC-13C。集料粒径的不同对混合料均匀性有较大影响,各档粗集料的均匀性随粒径增长呈二次抛物线分布规律,4.5~9.5mm档位集料的均匀性最好,＞13.2mm档位集料均匀性最差。混合料的局部与整体均匀性存在较好的对比效果。     

AC-13粗集料骨架CBR室内试验研究

通过借鉴骨架结构具有继承性的思想对粗集料进行分级组合CBR室内试验,以所得到的粗集料CBR作为评价指标,CBR值越大,骨架越强,得到AC-13粗集料颗粒组成的最优骨架及整个粗集料为最优骨架的比例组成并确定最强骨架级配范围,并与捣实密度试验的骨架结构进行比较分析,为骨架密实型沥青混合料设计提供依据.