基于图像处理技术的厂拌热再生混合料均匀性研究_唐伟.pdf

第 卷第 期重 庆 交 通 大 学 学 报（自 然 科 学 版）年 月 （）：基于图像处理技术的厂拌热再生混合料均匀性研究唐 伟，李 宁，邹晓勇，詹 贺，于 新（河海大学 土木与交通学院，江苏 南京；金华市公路与运输管理中心，浙江 金华）摘要:厂拌热再生沥青混合料由于其材料组成复杂且施工和易性较差,容易出现集料分散不均匀问题。基于此,制备不同R A P料掺量和沥青类型的厂拌热再生混合料旋转压实试件,首先采用数码相机获取试件截面的图像,通过图像处理技术对集料等结构进行识别;然后将图像内的最大内接正方形划分为面积相等的1 6个小方格,基于对方格集料面积比的正态分析提出均匀性评价指标H值。结果表明:基于方形区域划分提出的均匀性指标能有效评价混合料中集料的分散均匀性,再生混合料的均匀性低于新沥青混合料;不同R A P掺量下,相比于普通新沥青,采用泡沫新沥青制备的再生混合料均匀性至少高1 1%。关 键 词:道路工程;厂拌热再生沥青混合料;均匀性;数字图像处理技术;泡沫沥青;区域划分中图分类号:U 4 1 6文献标志码:A文章编号:1 6 7 4-0 6 9 6(2 0 2 3)0 1-0 6 0-0 6H o m o g e n e i t yo fP l a n t-P r o d u c e dR A PM i x t u r e sB a s e do nD I PT e c h n o l o g yT ANG W e i1,L IN i n g1,Z OUX i a o y o n g2,Z HAN H e1,YUX i n1(1.C o l l e g eo fC i v i l a n dT r a n s p o r t a t i o nE n g i n e e r i n g,H o h a iU n i v e r s i t y,N a n j i n g2 1 0 0 9 8,J i a n g s u,C h i n a;2.J i n h u aH i g h w a ya n dT r a n s p o r t a t i o nA d m i n i s t r a t i o nC e n t e r,J i n h u a3 2 1 1 0 3,Z h e j i a n g,C h i n a)A b s t r a c t:D u et ot h ec o m p l e x m a t e r i a lc o m p o s i t i o na n dp o o rc o n s t r u c t i o n w o r k a b i l i t yo fp l a n t-p r o d u c e d R A Pm i x t u r e s,t h ep r o b l e mo f i n h o m o g e n o u s a g g r e g a t ed i s p e r s i o n i s e a s y t oo c c u r.B a s e do n t h i s,t h e r o t a t i n gc o m p a c t i o nt e s tp i e c e so fp l a n t-p r o d u c e dh o tr e c y c l e d m i x t u r ew i t hd i f f e r e n tR A Pc o n t e n ta n da s p h a l tt y p e sw e r ep r e p a r e d.F i r s t l y,t h ed i g i t a lc a m e r aw a su s e dt oo b t a i nt h ei m a g eo ft h es p e c i m e ns e c t i o n,a n dt h ea g g r e g a t ea n do t h e rs t r u c t u r e sw e r ei d e n t i f i e db yi m a g ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g y.T h e n,t h el a r g e s ti n s c r i b e ds q u a r ei nt h ei m a g ew a sd i v i d e d i n t o1 6s m a l l s q u a r e sw i t he q u a l a r e a.B a s e do nt h en o r m a la n a l y s i so fa r e ar a t i oo fa g g r e g a t e st oe a c hu n i tg r i d,a g g r e g a t eh o m o g e n e i t y i n d e x(Hv a l u e)w a sp r o p o s e d.T h e r e s u l t ss h o wt h a t t h eh o m o g e n e i t y i n d e xb a s e do nt h es q u a r ea r e ad i v i s i o nc a ne f f e c t i v e l ye v a l u a t et h ed i s p e r s i o nh o m o g e n e i t yo ft h ea g g r e g a t ei nt h em i x t u r e.T h eh o m o g e n e i t yo f t h er e c y c l e dm i x t u r e i sl o w e rt h a nt h a to f t h en e wa s p h a l tm i x t u r e.U n d e rd i f f e r e n tR A Pc o n t e n t,c o m p a r e dw i t ho r d i n a r yn e wa s p h a l t,t h eh o m o g e n e i t yo f r e c y c l e dm i x t u r ep r e p a r e dw i t h f o a m e dn e wa s p h a l t i s 1 1%h i g h e ra t l e a s t.K e yw o r d s:h i g h w a ye n g i n e e r i n g;p l a n t-p r o d u c e dR A Pm i x t u r e s;h o m o g e n e i t y;d i g i t a l i m a g ep r o c e s s i n g t e c h n o l o g y;f o a m e da s p h a l t;r e g i o nd i v i s i o n 引 言厂拌热再生技术因其能重新利用沥青路面回收料（），降低工程造价，保护环境且适用层位较广，施工工艺简单，在沥青路面养护行业中应用越来越广泛。但该技术目前仍存在许多实际问题，比如冷铣刨时破坏集料、级配细化、结团成块、加热温度受限导致混合料和易性差及新、老化沥青不完全融合等。这些都将导致厂拌热再生沥青混合料的均匀性问题更为突出。收稿日期：；修订日期：基金项目：江苏省研究生科研与实践创新计划项目（）；中央高校基本科研业务费教师项目（）；浙江省浙江省交通厅科技计划项目（）第一作者：唐 伟（），男，江西高安人，博士研究生，主要从事沥青路面再生技术方面的研究。：沥青混合料的均匀性是各组分均匀性的综合体现，其中集料均匀性起主导作用。集料均匀性不仅是保障级配设计稳定性的基础，还关系到沥青路面的路用性能，尤其是耐久性。传统均匀性评价方法主要有目测法，铺砂法和密度法，这些宏观检测方法的精度和效率低，不能满足研究的高精度和智能化发展要求。数字图像处理（）技术可从二维图像中准确提取沥青混合料内部结构信息，已逐渐应用于评价沥青混合料的均匀性。等将混合料截面图像分为内外两个区域，提出以区域集料平均直径差来评价混合料的均匀性；吴文亮等和 等则是将旋转压实试件截面图像按扇形进行等面积区域划分，采用集料占扇形面积比的变异系数为指标，定量评价沥青混合料的均匀性；等基于旋转压实试件的计算机断层（）扫描图像，提出以正态分布参数为指标，评价集料不均匀性，并研究了集料不均匀性对混合料力学性能的影响；郭乃胜等将马歇尔试件的 扫描图像按环形进行区域划分，考虑沥青混合料中各组分权重，提出了单层截面和单一试件的均匀性评价指标；李雪连等基于环形结合扇形的区域划分方法，提出了集料均匀性指标，可以囊括径向和法向的均匀性；等通过 图像获取集料几何信息，建立了马歇尔试件的 模型，基于各组分的空间分布特性，提出了均匀性评价指标。目前研究采用 技术研究沥青混合料的均匀性，大多直接对圆形截面图像进行扇形或是环形划分，不仅操作较为复杂，且没有考虑到试件在成型过程中外边缘本就存在的不均匀性，或是在切割过程中边缘集料极易脱落造成的误差。为此，笔者提出方形区域划分的图像处理方法及均匀性评价指标，并通过统计分析验证方法的可行性，进而研究厂拌热再生沥青混合料的均匀性。试验与方法 再生混合料试件的制备 原材料 料来源于江苏宁宿徐高速公路 年铺筑的 型上面层沥青混合料。该 料经预处理后分为 ，和 三档，如图。按照 公路工程沥青及沥青混合料试验规程（后简称规范）中 和 分别测定各档 料的沥青含量和集料级配，结果如表。新添加的沥青为 型 改性沥青，并将其作为对照组，其性能指标见表。采用徐工集团 型发泡机制备泡沫沥青，根据江苏省地方标准 泡沬温拌沥青混凝土路面施工技术规范，发泡温度和用水量分别确定为 和沥青质量占比的。新集料为玄武岩，矿粉为石灰岩。纤维为山东沃尔森工程材料有限公司生产的木质素纤维。再生剂采用润强 型改性沥青再生剂。图 材料 表 集料级配与沥青含量 筛孔粒径 以下 粒径 通过率沥青含量 表 沥青的性能指标 性能指标试验结果技术要求试验方法 针入度 延度 软化点（环球法）布氏黏度 分级 第 期唐 伟，等：基于图像处理技术的厂拌热再生混合料均匀性研究 配合比设计设计的厂拌热再生混合料类型为 型，在混合料中的质量掺量分别为（即新沥青混合料），和，其中 ，和 三档按 的比例混合。为避免级配对均匀性的影响，三种 掺量的再生混合料合成级配尽量保持一致，如图。根据马歇尔设计方法，确定新混合料和再生混合料的最佳沥青含量分别为和。再生混合料的配合比如表。图 再生混合料合成级配 表 再生混合料配合比 含量 新矿料 矿粉新沥青 再生剂 纤维 注：再生剂比例为占老化沥青的质量比；新沥青和纤维比例为占整个混合料的质量比 试件制备在室内成型高度 、直径 的旋转压实试件，每种混合料制备 个试件，因此共计 个旋转压实试件。具体过程如下：）和新集料分别在、下预热，新沥青加热至 ；）首先将 和再生剂预拌 ，使再生剂与老化沥青充分作用。然后添加新集料和木质素纤维一起拌和，将纤维分散开。接着依次添加新沥青（或泡沫新沥青）和矿粉分别拌和，制备再生混合料；）拌好的再生混合料在 下保温 后，按照规范中 将其成型为旋转压实试件。图像处理 截面图像获取采用双面锯将旋转压实试件沿径向切割分成 份，由于每次切割可以得到 个截面，因此每个试件可以获得 个截面，如图。切割完成后，用数码相机获取各个截面的图像，如图。拍摄时应固定相机的高度，保证截面图像的大小一致。图 试件切割示意 图 试件截面 集料识别为评价再生混合料的集料均匀性，关键是要识别截面图像中的集料、砂浆等结构的信息。因此如图，基于一系列的数字图像处理操作，包括灰度化处理，二值化处理和图像形态学处理等，区分集料和沥青砂浆结构。具体处理过程如下：）采用 图像处理软件先