论文总字数：12060字

摘 要

沥青混合料是一种由骨料、沥青、矿粉组成复合型材料。对于不同等级的沥青混合料，其宏观性质相差很大，而即使是对于配合比、颗粒级配等指标都相同的两种沥青混合料，其力学性能也可能有很大差异。产生这种差异的主要原因是沥青混合料组成成分本身具有很大的复杂性。本文将基于数字图象处理技术，从微观角度对沥青混合料性质差异的本质进行深入研究。

关键词：数字图像处理；图像分析；表面积测定；虚拟筛分；

Abstract

Asphalt mixture is a composite material consisting of aggregate, asphalt and mineral powder. There is a great discrepancy among different grades of asphalt mixture . Even for two kinds of asphalt , which are of the same mix ratio and particle size grading, the mechanical properties may also be very different. It is mainly caused by the complexly constituent of asphalt mixture. Based on the digital image processing technology, the essence of asphalt mixture is researcher from the microscopic point of view in this paper.

Keywords: digital image processing, image analysis, surface area measurement, virtual screening

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1选题背景 1

1.2研究现状 1

1.2.1沥青混合料颗粒表面积对沥青混合料性能的影响及沥青混合料表面积的测量 1

1.2.2沥青混合料集料的形状对沥青混合料性能的影响 2

1.3本文主要的研究内容 2

第二章 数字图像处理概述 4

2.1数字图像处理所需硬件 4

2.2数字图像处理常用方法 4

第三章 沥青混合料图像的获取、处理与识别 6

3.1沥青混合料数字图像的获取设备 6

3.2沥青混合料数字图像的获取与处理 6

3.3图像分析 7

3.3.1面积与重心的计算 7

3.3.2轮廓体取 7

3.3.3轮廓跟踪 8

第四章 沥青混合料颗粒表面积测定 10

4.1理论背景 10

4.2计算原理 11

第五章 图像处理法在研究沥青混合料级配方向的应用 12

5.1虚拟筛分 12

5.2方差分析 12

5.3偏心率分析 12

第六章 总结与结论 13

致 谢 14

参考文献（References） 15

第一章 绪论

1.1选题背景

新中国成立后，尤其是改革开放以后，随着国家对交通事业重视程度的不断提升、建设投资的不断增加，我国的公路事业得到了迅速的发展。沥青路面是一种连续式的无接缝路面，因其具有良好的力学性能、平整耐磨的表面、平稳舒适的行车条件、无扬尘、振动小、噪音低、施工周期短以及养护维修简便等特点在高速公路工程中得到广泛应用。（2010）^[1]因沥青路面的普及，国内外也对作为建设沥青路面主要材料的沥青混合料进行了大量的研究。目前国内的沥青混合料配合比设计方法主要使用的是经验法，即使用经过大量实验以及工程实践的最终结果，统计总结所得出的沥青混合料配合比设计方法。经验法满足了大量工程的设计需求，但也存在很多缺陷。其一，早期投入了大量的人力与财力进入实验，同时也因不充足的实验统计结果导致了大量的“豆腐渣 ”工程；其二，实验结果并不具有足够的稳定性和可靠性，这使得建设的路面结构极易产生早期破坏。由于对沥青混合料认识的不足，在沥青路面的实际建设中为避免工程质量的下降，普遍采用的方法是使用改性沥青和进口沥青，这不仅大大增加了工程成本，而且致使很多工程的实际使用效果仍不够理想。

在沥青混合料中，沥青的含量通常只占5%左右，所以只通过提升沥青质量等级，沥青混合料品质的提升是有限的。从微观角度而言，沥青混合料的组成主要有三个部分：矿质集料、沥青粘结料和孔隙。其中矿质集料所占比例最大，因此矿质集料较之沥青对沥青混合料的影响也更大。而目前国内的现行规范，只规定沥青混合料必须满足宏观上的指标要求，而并无微观结构上的要求。所以当出现沥青混合料的性能不能满足宏观上要求的情况时，往往也只通过提升沥青的品质和用量来使混合料满足要求。但实际上规范中对沥青混合料未有要求的性质，如颗粒形状、颗粒棱角性、颗粒表面纹理等，对沥青混合料的影响却不可忽略，因为即使是宏观指标上完全相等的两个沥青混合料试块，也可能会因为内部结构的差异使得实验结果完全不同。因此，从微观角度对沥青混合料进行深入研究十分必要。

1.2研究现状

沥青混合料的微观结构会对其宏观性能产生影响是毋庸置疑的事实。无数专家学者早已对沥青混合料微观结构的哪些方面会对宏观性能产生何种影响做过研究。

1.2.1沥青混合料颗粒表面积对沥青混合料性能的影响及沥青混合料表面积的测量

据Kandhal和Chakraborty（1996）^[2]进行的全方面研究，随着沥青的粘度、复合模量以及沥青混合料的弹性模量的增加，沥青膜涂料的骨料颗粒的平均厚度将变薄。而过早老化的较薄沥青膜的刚度增加将引起的混合弹性模量降低与沥青膜厚度的增加。Kandhal和Chakraborty（1996）推荐的平均沥青膜厚度是根据沥青所需骨料颗粒的精确测量的表面积，而非从基于热拌沥青（HMA）要求的矿料最小空隙率（VMA）和填充沥青的空隙率（VFA）在高性能沥青路面沥青混合料设计法的配合比设计的方面进行考虑。

在以前的研究中评估配合比设计容量根据的是平均沥青膜厚度，及骨料颗粒的总表面积而大致估计的聚合共混物的分级，或使用间接的方法，如离心煤油当量法测定的。这些方法经报导后历经了多年的实践，以提供低精确度要求和受影响因素教多的情况使用。在沥青研究所研究沥青混合料耐久性与薄膜厚度和表面平均膜厚间的关系过程中，Kandhal等人提出需要开发新的更准确的用于沥青混合料配合比设计的总表面积测量方法。

方法之一是，使用以X射线为基础的计算机断层扫描技术。该技术是通过针对形状不规则的骨料颗粒表面的面积进行近似计算，以得到精确的3D成像的测量方法。一系列在特定深度（在固定的时间间隔内）的2D断层捕获图像被从这些图像的3D结构中提取并用以重建。3D重建的表面面积计算是对不规则形状的骨料颗粒的表面积的计算（Wang和Lai1997，2001）^[3]。由于高成本且要求复杂和长时间地使用X射线断层扫描技术，它应用于表面面积计算仍处于研究阶段。

Tongyan和Erol所研究的UIAIA SA法（2010）^[4]是通过高分辨率相机拍摄骨料离子，并将拍摄结果进行3D建模，进行数学分析的方法。SA法使用的是已有的UIAIA系统基于粗骨料颗粒的数字图像三视图，即正视，俯视和仰视，将骨料的颗粒的三维形状构造成长方体像素或三个2D图像。聚集体颗粒的表面积值，是包含在每个单一像素的3D粒子表面2D区域的元素面积的总和。SA法已通过比较UIAIA法预测SA值的与立方体和球体等规则形状的SA值，或制造业中应用三维激光扫描仪所测得的不规则形状聚集体SA值所证实。对图像的分辨率误差具体成因进行合理解释后，改进的SA法提供了测量不规则形状骨料颗粒SA值的定量分析方法。

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