基于图像数字化处理的泡沫沥青分散均匀性研究_李秀君.pdf

第 40 卷第 2 期2023 年 2 月公路交通科技Journal of Highway and Transportation esearch and DevelopmentVol.40No.2Feb 2023收稿日期:20210422基金项目:住房城乡建设部 2018 年科学技术项目(2018k9062)作者简介:李秀君(1976)，女，江苏江阴人，副教授，博士.(363096289 )doi:10.3969/j.issn.10020268.2023.02.003基于图像数字化处理的泡沫沥青分散均匀性研究李秀君1，赵麟昊1，高世柱2，董力铭1，严玉苗1(1.上海理工大学环境与建筑学院，上海200093;2.上海勘察设计研究院(集团)有限公司，上海200093)摘要:泡沫沥青冷再生混合料材料组成复杂，原材料的选择和沥青发泡性能对冷再生混合料强度有较大影响。为设计出适用于多雨重载公路下面层的泡沫沥青冷再生混合料，依托课题工程项目，对原材料性能进行分析，而传统沥青发泡性能评价指标(膨胀率和半衰期)存在非唯一性、误差大和非直观性等问题。因此，利用泡沫沥青胶浆颜色特征，基于 IPP 软件对泡沫沥青胶浆分布图数字化处理，在面积指标、数目指标和均匀性指标的基础上，提出了沥青发泡性能综合评价指标 FBCE，并对沥青发泡性能和混合料力学性能开展了试验研究。结果表明:综合指标 FBCE可对沥青发泡性能进行定量评价，该指标包含泡沫沥青胶浆面积指标 FBA、数目指标 FBAN 和均匀性指标 FBAD，提高了确定发泡条件的准确性，具有直观性、唯一性和与力学性能相关性强等优点;沥青发泡性能对泡沫沥青冷再生混合料高温抗剪切和抗水损性能有较大影响，最佳发泡条件(160，2.5%)较最差发泡条件(150，1.5%)的混合料最大贯入荷载和 ITS 分别提高 16.7%和 9.2%，表明改善沥青发泡性能可有效提高泡沫沥青分散性进而提升冷再生混合料的高温抗剪切和抗水损性能，沥青发泡性能综合指标 FBCE 与最大贯入荷载和 ITS 均有较好的相关性，进一步证明了综合指标 FBCE 的合理性。关键词:道路工程;泡沫沥青;膨胀率;半衰期;发泡特性;IPP 软件中图分类号:U 414文献标识码:A文章编号:10020268(2023)02001507Study on Dispersion Uniformity of Foamed Asphalt Based on Digital Image ProcessingLI Xiu-jun1，ZHAO Lin-hao1，GAO Shi-zhu2，DONG Li-ming1，YAN Yu-miao1(1 School of Environment and Architecture，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China;2 Shanghai Survey and Design esearch Institute(Group)Co.，Ltd.，Shanghai 200093，China)Abstract:The composition of foam asphalt cold recycled mix material is complex，the choice of raw materialsand asphalt foaming properties have great influence on the strength of cold recycled mixture.In order todesign the foamed asphalt cold recycled mixture suitable for the lower surface layer of highway subjected torainfall and heavy loads，the performance of raw material is analyzed relying on the subject project，while thetraditional asphalt foaming performance evaluation indicators(expansion rate and half-life period)have theproblems of non-uniqueness，large errors and non-intuitiveness.Therefore，using the color characteristics offoamed asphalt mastic，the digital processing of foamed asphalt mastic distribution map is conducted based onIPP software，the comprehensive evaluation indicator FBCE of asphalt foaming performance is proposed basedon area indicator，number indicator and uniformity indicator，and the experimental study of asphalt foamingperformance and mixture mechanical properties is carried out.The result shows that(1)the comprehensiveindicator FBCE can quantitatively evaluate the foaming performance of asphalt，it includes the foam asphalt公路交通科技第 40 卷mastic area indicator FBA，number indicator FBAN and uniformity indicator FBAD，which improves theaccuracy of determining the foaming conditions and has the advantages of intuitiveness，uniqueness and strongcorrelation with mechanical properties;(2)the foaming performance of asphalt has greater influence on thehigh temperature shear resistance and water damage resistance of the cold recycled mixture，the maximumpenetration load and ITS of the mixture under the best foaming condition(160，2.5%)are 16.7%and9.2%higher than those under the worst foaming condition(150，1.5%)respectively，indicating that theimprovement of asphalt foaming performance can effectively improve the dispersion of foam asphalt and thusimprove the high temperature shear resistance and water damage resistance of the cold recycled mixture，andthe asphalt foaming performance comprehensive indicator FBCE has good correlation with the maximumpenetration load and ITS，which further proves the rationality of the comprehensive indicator FBCE.Key words:road engineering;foamed bitumen;expansion ratio;half-life period;foaming property;Image-Pro Plus software0引言泡沫沥青胶浆的分散性对泡沫沥青冷再生混合料力学性能有重要影响，若泡沫沥青破灭后不能形成数量较多的沥青胶浆均匀分散在混合料中，而是以大沥青团的形式存在，将导致沥青胶浆数量减少，松散细集料增多，且大沥青团在集料间还起到润滑作用，造成混合料高温抗剪切和抗水损性能降低14。而影响泡沫沥青胶浆分散性的主要内因是沥青发泡性能56，因此，为保证混合料的力学性能，应对沥青发泡效果进行评价。目前，国内外普遍选择膨胀率和半衰期表征沥青发泡性能，为提高泡沫沥青胶浆在混合料中的分散性，膨胀率和半衰期应尽可能同时取最大值，但二者往往呈相反的变化趋势，无法同时取得最大值78。因此，工程中只能在两指标均满足规范限值要求的发泡条件中选择，但满足工程应用的发泡条件往往是不唯一的，缺少明确的数值评价标准。同时，传统方法检测膨胀率和半衰期时，存在误差大和人为主观性强等问题910。并且评价沥青发泡效果，其根本目的在于确保泡沫沥青胶浆具有较好的分散性，但传统方法仅能反映泡沫沥青的黏度和稳定性，并不能直观地表征泡沫沥青胶浆在混合料中的分散性。因此，为解决传统评价方法非唯一性、误差大和非直观性等问题，本研究将利用泡沫沥青胶浆颜色特征，基于图片数字化处理软件 IPP(Image-ProPlus)研究不同发泡条件下泡沫沥青胶浆在混合料中的分散性，并以此评价沥青发泡效果和确定最佳发泡试验条件。1沥青发泡性能评价指标设计沥青发泡效果直接影响泡沫沥青胶浆的数量和分散性。在泡沫沥青用量、矿料级配、拌和用水量等因素相同条件下，若沥青发泡性能好，泡沫沥青将裹附大量细集料以数量较多的小体积泡沫沥青胶浆的形式均匀分布在混合料中，而不是以大沥青团的形式存在11。若结合马歇尔试件分析，如图 1 所示，沥青发泡性能越好，表现为试件内部和表面的泡沫沥青胶浆总面积越大、总数目越多和分布越均匀。其中试件内部用 2 张破坏截面图表征，表面用 2张正面图和 2 张侧面图表征，即用这 6 张图中的泡沫沥青胶浆分布情况来间接表征 1 个试件的泡沫沥青胶浆分布情况。为定量分析沥青发泡效果，可利用泡沫沥青胶浆颜色特征，对试件断面和表面图进行处理，得到泡沫沥青胶浆点状分布图，如图 1 所示。若能利用图像数字化处理技术计算 6 张图片上的泡沫沥青胶浆总面积、总数目以及分布的均匀性，即可对沥青发泡效果进行定量评价。因此，本研究将从面积、数量和分布均匀性这 3 个方面建立分项评价指标，并在此基础上提出沥青发泡效果综合指标。(1)泡沫沥青胶浆面积、数目和均匀性指标在其他因素相同条件下，沥青发泡性能越好，泡沫沥青破灭时更能均匀地向四周分散成数目越多的沥青小液滴并裹附细集料，形成的泡沫沥青胶浆总面积、总数目越大，在混合料中分布越均匀。同时，为避免图片面积大小对泡沫沥青胶浆总面积和总数目的影响，本研究定义 6 张图片中泡沫沥青胶浆总面积与试件总面积之比为泡沫沥青胶浆的面积指标，简称 FBA(Foamed Bitumen Area)。定义 6 张图片中泡沫沥青胶浆总数目与试件总面积之比为泡沫沥 青 胶 浆 的 数 量 指 标，简 称 FBAN(FoamedBitumen Area Number);将每张泡沫沥青胶浆分布图61第 2 期李秀君，等:基于图像数字化处理的泡沫沥青分散均匀性研究图 1泡沫沥青胶浆分布Fig.