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专利名称：一种沥青混凝土路面集料级配的快速检测方法
技术领域：
本发明属于浙青路面面层施工质量控制的应用技术领域，具体涉及一种浙青混 凝土路面集料级配的快速检测方法。
背景技术：
作为道路结构的主要型式之一，浙青混凝土路面因具有行车舒适、维修方便等 优势在中国得到了十分广泛的应用。然而，有些浙青路面在设计使用年限内即出现了 不同程度的损坏，其中路表水损坏、局部脱落等是常见的病害类型。经过大量的调查研 究，道路工作者发现浙青混凝土面层的摊铺质量，尤其是包括集料级配控制、离析防治 等在内的施工质量控制是导致浙青路面面层材料早期损坏的重要原因。为了保证浙青混凝土面层施工尤其是混合料摊铺的质量，对集料级配稳定性和 离析程度进行有效的监控显得尤为必要。在这一方面，国内外学者进行了大量的研究， 并且提出了一些评价浙青混凝土路面集料离析程度的方法，这些方法大体上可以分为破 损和无破损两类。破损类主要是对路面进行钻孔取芯，对芯样的水平截面和竖直截面内 集料的面积进行统计分析，进而研究集料的离析程度。无损检测方法包括核子密度仪、 激光断面仪和热成像三种方法。其中，核子密度仪法主要是基于混合料密度随着粗集料 离析的加重而降低这一原则，通过描绘路面沿纵向的密度来识别离析区域；激光断面仪 法通过激光断面仪所测得的表面构造深度，与事先假定的非离析区域内表面构造深度之 间的比较来评价离析程度；热成像则是在路面混凝土摊铺过程中，采用热成像仪获取路 表的热能量视图，根据视图中色彩的变化，分析路面摊铺的不均勻性。但是，随着路面施工中质量控制研究的深入，上述方法的缺陷也逐渐被人们所 认识，主要有(1)破损类方法需要运用专业作业工具对路面进行钻孔操作，而且事后 需要对坑孔进行回填，其过程繁琐；无损类测试方法需要十分专业的设备，目前核子密 度仪、激光断面仪和热成像等设备在中国尚未得到大面积应用；(2)核子密度仪法的主 要前提假设是混合料的密度随着粗集料离析的加重而降低，这一假设没有考虑到级配和 最大密实曲线的关系，而且不同来源集料的测试变异性不同，比如石灰岩的变异性大于 玄武岩；(3)激光断面仪法只能通过测量浙青混凝土路面的表面缺陷，对离析程度进行 定性的分析与判断，而且测试时激光断面仪移动速度不能过快、路表要保持干燥；(4) 在热成像法中，温度和级配离析都会在热能量视图中显示“冷”域，这就需要采取进 一步试验以更加准确地评价级配的离析程度；而且由于面层的压实会改变表面热量的特 征，因而热能量数据要在混合料第一次压实前取得，这必然对施工组织提出了更高的要 求。由上述介绍可见，现有浙青混凝土路面离析评价方法都或多或少地存在不足， 而且各种评价方法都只能对集料的离析进行评价，并不能获得集料的级配特征。值得注 意的是，路面集料级配的获取对于路面施工质量的控制具有十分重要的意义，它一方面 可以评价集料的离析程度，另一方面还可以监测摊铺过程中浙青混合料级配与设计级配的差异，并据此对混合料拌合时的配合比进行相应的调整。因此，设计一种浙青路面集 料级配的快速检测方法对于提高浙青面层的施工质量显得十分必要。

发明内容
发明目的本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种浙青混凝土路面 集料级配的快速检测方法。技术方案本发明所述的浙青混凝土路面集料级配的快速检测方法，是在借鉴 图像处理技术在浙青混合料领域成功使用经验的基础上，综合运用图像处理技术和概率 理论，提出了包括浙青混合料截面的图像获取、集料信息提取和集料级配转换在内的一 整套浙青路面级配快速测定的方法。本发明所述的浙青混凝土路面集料级配的快速检测方法，具体包括如下步骤(1)在浙青面层选择一正方形区域作为集料级配测定和分析的对象，所述的正方 形区域的边长优选为30cm ；(2)打磨正方形区域至少Imm的深度并清洁其表面；对于浮尘较多的情形，采 用清水洗净方形区域，并晾干；(3)采用像素不低于300万的数码相机，拍摄正方形区域，获得其数码相片， 并将所述数码相片转化为黑白图像，获得图像的分辨率为a像素；黑白图像的获得方法 为在计算机内导入数码相片，采用PhotoShop、HyperSnap> ImagePlus Pro等图像处理
软件，把数码相片转化为黑白图像，获得图像的分辨率为a像素；
QQ(4)把获得的黑白图像导入至Image Plus Pro软件内，按Α =。把集料控制筛孔
的单位由mm转化为像素，然后分析图像内各粒径集料的数量百分比；其中a为图像的分 辨率，c是集料以mm为单位的控制筛孔，b是以像素为单位的集料控制筛孔；具体操作方法为A、集料粒径的转化根据浙青面层所采用集料的最大粒径，把集料分成几个档次，如当集料最大 粒径为 16mm 时，贝U可以分成 13.2mm 16mm、9.5mm 13.2mm、4.75mm 9.5mm 禾口 2.36mm 4.75mm四档集料，对应于0.52a像素 0.63a像素、0.37a像素 0.52a像素、 0.19a像素 0.37a像素、0.09a像素 0.19a像素四档以点/英寸为单位的集料粒径。B、数量级配的获取把黑白图像导入至Image Plus Pro图像处理软件内，并按照 "Measure，，- "Count/Size，，- "Measure，，进入"Select Measurements” 对话框，选
择“Perimeter (ellipse)”(集料的当量圆直径)作为集料粒径大小的评价指标；返回至 “Count/Size” 对话框，点击 “Count”，并点击 “Measure” 菜单内的 “Single Variable Class",在“Bins Start”内按由小到大的顺序设置集料的控制粒径(对于最大粒径为 16mm的浙青混合料，控制粒径分别为0.09a、0.19a、0.37a、0.52a和0.63a)，由此可以得 到粒径分别在0.09a 0.19a、0.19a 0.37a、0.37a 0.52a和0.52a 0.63a内的集料数 量。图像处理软件内尺寸的单位为像素，因此在对集料粒径大小进行识别时，需要把传统的集料尺寸单位mm按照下式转化为像素。
, ac,1.b = ^⑴式中，a为黑白图像的分辨率；b为以像素为单位的集料控制粒径大小；C为以 mm为单位的集料控制粒径大小。
N(Dm=Cij)3(5)按照"(^=O “ (代+D，把粒径为φ d1+1的第i档集料数重百
2Δ1Λ
i=J
分比，转化为粒径为(^ (^的第i档集料的质重分数，获得浙青面层混合料中集料的质
量级配。步骤(5)具体计算原理如下为了便于运用概率理论，假定集料为球体，则对于任一直径为Ci1的球形集料被 一平面相切得到直径为^平面圆，其概率为P(D 圆=dj|D 球=(I1) (2)其中，P(Dffl= Ci1ID3f= Ci1)可理解为各粒径集料对形成直径Ci1的平面圆所作的 “贡献”，当然可以得出p(D圆=(Ij) = ΣΡφ球=(I1) · P(D圆=dj|D球=(I1) (3)式中，P(Dffl= Cij)为等效直径4的平面圆在单位面积的混合料截面内出现的概 率，可由数字图像技术求得；P(D3f=Ci1)为混合料内部所有集料中，当量直径为Ci1的球 形出现的概率，即体积比，当混合料中粗细集料密度相差不大时，可以把体积比理解为 质量比，可转化为各级集料的通过率或混合料级配；由式(3)不难看出，由混合料级配 P (D3f= Ci1)推测截面级配P(Dffl= Cij),需要解决的关键问题是P(Dffl= CijID3f= d)的求 解；根据Saltykov，DeHoff等学者的研究，在球形骨料假设条件下，如果将二维截 面上所有截面圆按照直径分为m组，直径为4 C^1的第j组截面圆出现的频率数为N(D M=Cij),三维骨料按照直径分为η组，直径为φ (11+1的第i组骨料出现的频率数为N(D 球=(I1)，则两者存在如下关系
N (Dm =Cij) = IA^kjlN (Dm =Ci1)(4)
i=j亦即
,、N(Dm=d,、
= (5)其中，Δ为组距，Δ = ^^，^即为第i组集料对形成第j组截面圆的贡献量，
η
也就是P(Dffl= CyD3f=Ci1)在多级粒径下的数学表达；考虑到集料级配为质量级配，本发
明提出了由平面数量级配计算混合料质量级配的计算公式
权利要求
1.一种浙青混凝土路面集料级配的快速检测方法，其特征在于包括如下步骤(1)在浙青面层选择一正方形区域作为集料级配测定和分析的对象；(2)打磨正方形区域至少Imm的深度并清洁其表面；(3)采用像素不低于300万的数码相机，拍摄正方形区域，获得其数码相片，并将所 述数码相片转化为黑白图像，获得图像的分辨率为a像素；QQ(4)把获得的黑白图像导入至ImagePlus Pro软件内，按力=^；把集料控制筛孔的单位由mm转化为像素，分析图像内各粒径集料的数量百分比；其中a为图像的分辨率，c 是集料以mm为单位的控制筛孔，b是以像素为单位的集料控制筛孔；(_^_N(Dm=dj)(, 、3(5)按照球^，把粒径为$ C^1的第j组集料数量2Δ2Λi=j百分比，转化为粒径为Ci1 d1+1的第i档集料的质量分数，获得浙青面层混合料中集料的 质量级配；其中N(D球=Ci1)为直径为Ci1 d1+1的第i组集料的质量百分率，N(Dffl= dj) 为浙青混合料截面上直径为^ C^1的第j组集料截面的质量百分率，Δ为组距，I^1为 第i组集料对形成第j组截面圆的贡献量。
2.根据权利要求1所述的浙青混凝土路面集料级配的快速检测方法，其特征在于 步骤1中所述的正方形区域的边长为30cm。
全文摘要
本发明公开一种沥青混凝土路面集料级配的快速检测方法，在借鉴图像处理技术在沥青混合料领域成功使用经验的基础上，综合运用图像处理技术和概率理论，提出了包括沥青混合料截面的图像获取、集料信息提取和集料级配转换在内的一整套沥青路面级配快速测定的方法。本发明方法只需要在路表打磨1mm的厚度，对原有路面结构和功能没有破坏和损伤，不仅可以分析沥青混合料摊铺过程中集料的离析程度，还可以定量分析路面实际级配与设计级配的差异，便于施工过程中对集料级配进行及时、有效的调整。
文档编号G01N15/02GK102012356SQ20101055853
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者陈俊, 黄晓明 申请人:东南大学