瀝青混合料空隙體積提取精度測試方法技術

瀝青混合料空隙體積提取精度測試方法，它涉及瀝青混合料空隙體積提取精度測試方法。它為了解決現有工業X-ray?CT成像下無法準確對其表面孔隙體積以及與貫穿到內部的開口孔隙進行空隙體積數據的提取的問題。它的方法為：在工業CT機的發射X射線出口處覆蓋厚度為0.2mm金屬片；將待掃描標準試件放到工業CT機的旋轉臺中心，將工業CT機的射線開關打開，發射X射線；工業CT機發射X射線，進入對待掃描標準試件掃描狀態；掃描結束后停止發射X射線，對試件進行圖像的重構，得到重構后試件圖像；對重構后試件圖像進行體積參數提取，根據灰度分布圖波峰，設定閾值，進行提取，得到瀝青混合料空隙體積精度。本發明專利技術適用于土木工程領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種提高空隙體積數據提取精度的方法，具體涉及浙青混合料空隙體積提取精度測試方法。
技術介紹
浙青混合料是由浙青、石料、礦粉、空隙等多種具有不同力學性質、不同幾何形狀尺寸的材料所組成的具有多相結構的非各向同性材料；而且，由于組成材料的質量和構造的差異、數量比例的不同以及骨料分布的隨機性會造成內部結構組成的顯著差異。各組分的物理力學性質以及它們的相對數量都對浙青混合料的工程性能有很大的影響，當前，在世界范圍內，浙青路面材料結構組成設計正處于一個發展的轉折時期。在國內，當高速公路建設規模飛速發展的同時，浙青路面卻出現了不同程度的早期損壞；在美國，投入巨資的公路戰略研究計劃(SHRP)的研究成果之一 Superpave設計方法,該方法相比于傳統的Marshall設計方法而言，是浙青混合料設計方法的重大進步，但是該體系同樣無法直接獲得浙青混合料內部的空間分布規律。無論是SHRP計劃中的Superpave設計法還是傳統的Marshall設計方法,都是局限于從浙青混合料的表象來分析浙青混合料性能的優越性，主要研究的是宏觀性能，如低溫抗裂性能、高溫抗車轍性能、抵抗水損害性能等；很少考慮其組成材料的內部細觀的真實特性，如內部孔隙分布、集料的存在分布情況、尺寸大小以及棱角性等。由此看來，當前的浙青混合料的設計理念和方法已經不能滿足科研及工程上的要求，亟待提出一種新的設計理念和方法以及評價指標。隨著各種交叉學科在道路工程中的不斷滲透以及研究手段的不斷豐富，對其內部結構研究是近年來國內外關注的課題，越來越多的學者開始致力于研究浙青混合料內部微細觀結構與外部宏觀力學特性之間的關系，從新的角度探求宏觀現象的微觀機理。特別是計算機層析技術(Computed Tomography)的飛速發展，為浙青混合料材料結構組成設計提供了一種新的手段，對傳統的浙青混合料馬歇爾設計方法和Superpave設計方法進行改善，進而對相應的路面路用性能進行預測。從圖像特征看，浙青混合料中的集料接近于白色，浙青膠漿為深灰色，空隙趨于黑色。混合料各組成具有很好的色彩對比度，其掃描后的圖像能很好的反映出浙青混合料的細觀結構特性。涉及到浙青混合料微細觀研究，主要起源于美國著名的SIMAP(Simulation,Imaging, and Mechanics of Asphalt Pavements)研究計劃，1998 年，美國聯邦公路局與特納公路研究中心(TFHRC)聯合開展了 SIMAP計劃，準備運用數字圖像、X-ray CT、光彈鏡像技術對浙青混合料內部的集料取向、離析、接觸狀況、空隙分布、浙青砂膠分布等進行識另O，并對浙青混合料的內部組成狀況進行三維的重建，對其宏觀力學與強度機理進行數值模擬。旨在開發基于CT掃描的三維圖像技術來獲取浙青混合料試件的內部結構，在三維圖像施加荷載預測混合料的力學響應；開發模擬浙青混合料內部結構的計算模型，基于體積特性和力學性能預測其行為；并試圖在上述基礎上開發基于虛擬試驗的系統的混合料設計方法.SIMAP重要成員的Masad轉至德克薩斯農工大學研究崗位以后，涌現了大量研究成果。其主要成果包括美國國家科學基金項目(NSF) “基于X-ray CT技術的材料微細觀結構模擬和描述(X-ray Computed Tomography System for the Modeling andCharacterization of Materials with Microstructure) v, NCHRP 資助項目“測試集料形狀、紋理和棱角特征方法(Test methods for characterizing aggregate shape, texture,and angularity)”，美國聯邦公路局(FHWA)和德克薩斯交通廳(TTI)資助項目“基于數字圖像處理的浙青路面力學數值模擬(Simulation, Imaging and Mechanics of AsphaltPavements) ”,作為標志性成果，其開發的集料圖像處理系統(Aggregate Imaging System,AIMS)采用圖像分析技術測量集料顆粒特征的計算機控制系統。AIMS系統先后被美國聯邦公路局，德克薩斯交通廳，佛羅里達大學，德克薩斯大學奧斯汀分校，俄克拉荷馬州和密歇根理工大學引進使用。弗吉尼亞理工大學L. B. Wang教授長期從事浙青混合料微細觀結構方面的研究，取得了大量極具價值的成果L. B. Wang研究了如何采用體視學、模式識別將斷層掃描圖像進行三維重構，并將此結果應用到對浙青混合料內部組成結構分析，應用此技術對美國西部環道使用的3種級配類型的分析，認為粗級配混合料初始損傷最嚴重，所提出的參數可以較好地對應三種級配的實際性能。證明了相同宏觀體積結構下，內部組成結構存在差異，而這種差異直接導致了力學分布的不同，所提出的參數可以較好地對應三種級配的實際性能。另一方面，提出了采用微細觀組成結構實測數據來進行微細觀力學建模的方法。傳統浙青混合料空隙率的計算方法為馬歇爾法，根據《公路工程浙青及浙青混合料試驗規程》中規定，采用馬歇爾方法進行浙青混合料空隙率的計算時，需要對試件的毛體積密度進行計算，而毛體積密度的計算又依賴于表干重的測量，盡管規程中對表干狀態有明確表述，但是，不同的實驗人員會產生不同的判斷標準，這就使得在測量表干重的過程中會產生差異，致使試驗結果的差異性和不準確性。利用工業X-ray CT機對擊實成型后的浙青混合料馬歇爾試件進行掃描，并對掃描后的圖像進行三維重構，得到浙青混合料的真實圖像，進而利用計算機斷層掃描/體素數據分析與可視化應用軟件VGStudio MAX2. 2對掃描重構后的浙青混合料馬歇爾試件分別進行空隙、集料和膠漿體積的提取，進而達到計算空隙率的目的。這種方法較傳統的馬歇爾方法具有極大的改進，可以提高浙青混合料試件空隙率的計算精度。然而，擊實成型后的浙青混合料馬歇爾試件表面會有相當多的孔隙與構造深度，有時，表面孔隙會延伸到馬歇爾試件的內部，即有連通貫穿孔隙時。在這種情況下，在對工業X-ray CT成像下的浙青混合料圖像進行空隙體積的提取時，利用VGStudio MAX2. 2軟件定義感興趣區(Region of Interest)時，由于表面的開口孔隙以及貫穿到內部的孔隙是和掃描成像下的背景相連通的，因此，在定義感興趣區(Region of Interest)的過程中，會將這類孔隙定義識別成掃描成像背景，在孔隙體積提取時，并沒有當做孔隙處理，這樣會使得測得浙青混合料馬歇爾試件的空隙率減小，從而導致誤差。
技術實現思路
本專利技術為了解決現有工業x-ray CT成像下無法準確對其表面孔隙體積以及與貫穿到內部的開口孔隙進行空隙體積數據的提取的問題，從而提出了浙青混合料空隙體積提取精度測試方法。浙青混合料空隙體積提取精度測試方法包括下述步驟步驟一、在工業CT機的發射X射線出口處覆蓋厚度為O. 2mm的金屬片；步驟二、將待掃描標準試件放到工業CT機的旋轉臺中心，將工業CT機的射線開關打開，發射X射線；所述的待掃描標準試件由管、兩個圓板、粘接劑和浙青混合料馬歇爾試件組成，所述的管和兩個圓板均為PVC材質，管的內本文檔來自技高網...

【技術保護點】
瀝青混合料空隙體積提取精度測試方法，其特征在于：它包括下述步驟：步驟一、在工業CT機的發射X射線出口處覆蓋厚度為0.2mm的金屬片；步驟二、將待掃描標準試件放到工業CT機的旋轉臺中心，將工業CT機的射線開關打開，發射X射線；所述的待掃描標準試件由管、兩個圓板、粘接劑和瀝青混合料馬歇爾試件組成，所述的管和兩個圓板均為PVC材質，管的內徑為101.6mm，外徑為106.6mm，管壁厚為2.5mm，管長為63.5mm±1.3mm；圓板的直徑為106.6mm，將瀝青混合料馬歇爾試件裝于管內，通過粘接劑將兩個圓板分別粘結在管的兩端，圓板的邊緣與管的外邊緣相對應，形成一個圓柱結構，步驟三、工業CT機發射X射線，進入對待掃描標準試件掃描狀態；步驟四、掃描結束后停止發射X射線，通過工業CT機配帶的軟件datos|x?reconstruction對試件進行圖像的重構，得到重構后的試件圖像；利用軟件VGStudio?MAX2.2對重構后的試件圖像進行體積參數的提取，所述的體積參數有：空隙體積，粘接劑和瀝青混合料馬歇爾試件的體積，管和兩個圓板的體積，掃描成像后圖像的灰度分布的圖會出現三個波峰，分別為空隙，粘接劑和瀝青混合料馬歇爾試件，管和兩個圓板掃描成像后的灰度分布圖的波峰，根據灰度分布圖的波峰，設定閾值，分別對空隙體積、粘接劑和瀝青混合料馬歇爾試件的體積，管和兩個圓板的體積進行提取，得到標準試件的空隙率，即得到瀝青混合料空隙體積精度。...

【技術特征摘要】
1.浙青混合料空隙體積提取精度測試方法，其特征在于:它包括下述步驟: 步驟一、在工業CT機的發射X射線出口處覆蓋厚度為0.2mm的金屬片； 步驟二、將待掃描標準試件放到工業CT機的旋轉臺中心，將工業CT機的射線開關打開，發射X射線； 所述的待掃描標準試件由管、兩個圓板、粘接劑和浙青混合料馬歇爾試件組成，所述的管和兩個圓板均為PVC材質， 管的內徑為101.6mm,外徑為106.6mm,管壁厚為2.5mm,管長為63.5mm土1.3mm ;圓板的直徑為106.6mm, 將浙青混合料馬歇爾試件裝于管內，通過粘接劑將兩個圓板分別粘結在管的兩端，圓板的邊緣與管的外邊緣相對應，形成一個圓柱結構， 步驟三、工業CT機發射X射線，進入對待掃描標準試件掃描狀態； 步驟四、掃描結束后停止發射X射線，通過工業CT機配帶的軟件datoslxreconstruction對試件進行圖像的重構，得到重構后的試件圖像；利用軟件VGStudioMAX2.2對重構后的試件圖像進行體積參數的提取，所述的體積參數有:空...

【專利技術屬性】
技術研發人員：譚憶秋，任俊達，冷雪，邢超，許振宇，張磊，姚形傲，張紅，邊鑫，龔湘兵，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：