基于工業(yè)ct的瀝青混合料水分分布測試方法
【專利摘要】基于工業(yè)CT的瀝青混合料水分分布測試方法，本發(fā)明涉及一種用于瀝青混合料內(nèi)部水分分布的測試方法，它要解決現(xiàn)有測試瀝青混合料水分分布的方法無法直觀準確獲取水分分布規(guī)律的問題。瀝青混合料水分分布測試方法是先將泡沫材質(zhì)的夾具固定到工業(yè)CT機支撐臺上，X射線出口位置加蓋金屬片，啟動工業(yè)CT機，干燥試件放置于夾具中，調(diào)試工業(yè)CT機的掃描參數(shù)，對試件進行掃描，通過軟件對掃描結(jié)果進行圖像重構(gòu)，分析試件的體積參數(shù)，然后將干燥試件作浸水處理，再對掃描結(jié)果進行圖像重構(gòu)和參數(shù)分析，非空隙物質(zhì)的增加區(qū)域即為水分分布的區(qū)域，從而完成瀝青水分分布的測試。通過本發(fā)明的測試方法可將水分分布可視化，提高了測量精度。
【專利說明】基于工業(yè)CT的瀝青混合料水分分布測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于浙青混合料內(nèi)部水分分布的測試方法，具體涉及基于工業(yè)CT的浙青混合料內(nèi)部水分分布測試及分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]浙青路面作為一種無接縫的連續(xù)式路面，具有連續(xù)性好、行車平穩(wěn)舒適、噪聲小、無揚塵、養(yǎng)護方便、易于回收等優(yōu)點，因而在高等級公路建設(shè)中占據(jù)主導地位。例如，浙青路面在美國和日本的高速公路中占到了 90%以上，全世界大約80%的路面為浙青路面，近年來我國新建及改建的高等級路面90%以上為浙青路面。隨著浙青路面的廣泛使用，其早期損壞問題也日益突出。在對浙青路面損壞問題廣泛調(diào)查的基礎(chǔ)上，道路工作者發(fā)現(xiàn)，浙青路面的早期損壞大多與水有關(guān)。水損害已成為各類浙青路面早期損壞現(xiàn)象中最主要、危害最大的損壞類型。
[0003]水損害的發(fā)生與水在浙青路面中的存在及分布有密切的關(guān)系，進入路面空隙或裂縫中的水在汽車車輪動態(tài)荷載的作用下，不斷產(chǎn)生動水壓力或真空負壓抽吸的反復循環(huán)作用，使得浙青粘附性逐漸降低并喪失粘結(jié)力，從而導致浙青膜剝落，浙青混合料出現(xiàn)掉粒、松散等現(xiàn)象。水的存在及分布直接或者間接地影響了路面的使用性能，降低了路面的使用壽命。傳統(tǒng)的關(guān)于浙青路面水損害的研究主要集中在浙青混合料的水穩(wěn)定性評價、抗水損害材料的開發(fā)以及施工的質(zhì)量控制等問題上，對不同類型浙青混合料中水分的分布狀態(tài)分析較少。然而，浙青路面水損害是外界因素、自身結(jié)構(gòu)特性及材料相互作用、相互影響的綜合外在表現(xiàn)，了解浙青混合料中水分的分布狀態(tài)，掌握不同條件下水分的存在及分布規(guī)律，對于提高道路的耐久性及使用性能具有重要的理論意義。
[0004]目前世界各國學者針對浙青混合料內(nèi)部的水分分布開展了一些研究工作，這些研究大都采用數(shù)值模擬的方法:通過X射線獲取浙青混合料的內(nèi)部細觀結(jié)構(gòu)，將圖像進行處理作為數(shù)值模擬的輸入數(shù)據(jù)，通過設(shè)定邊界條件等一系列操作對水分的分布狀態(tài)進行模擬分析，這些基于數(shù)值模擬的研究所采用的方式是間接的，其可靠度有待驗證。迄今為止，尚沒有一種可行的試驗方法探測浙青混合料內(nèi)部水分分布，路面內(nèi)部水分分布情況猶如一個“黑箱”，無法確切直觀地了解其分布規(guī)律。
[0005]計算機X射線斷層攝影術(shù)(簡稱X-ray CT)是利用X射線在穿透物體的過程中，由于不同的被檢測物擁有不同的成分、密度、厚度等而對射線具有不同的吸收或散射特性，通過射線強度的變化達到檢測物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的目的。經(jīng)過X射線掃描重構(gòu)后的數(shù)字圖像可以獲取浙青混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，包括集料取向及分布特征、離析、壓實度、接觸狀況、空隙大小及分布特征等，因此，此項技術(shù)成為目前研究浙青混合料微細觀結(jié)構(gòu)的重要手段，也為從細觀角度測試浙青混合料內(nèi)部水分分布提供了條件。
[0006]綜上所述，水分的分布對浙青混合料性能有重要影響，而目前尚沒有一種明確的方法能測試浙青混合料內(nèi)部水分分布情況，X射線計算機層析技術(shù)為從細觀角度研究浙青混合料的水分分布提供了條件。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有測試浙青混合料水分分布的方法無法直觀準確獲取水分分布規(guī)律的問題，而提供基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測試方法。
[0008]本發(fā)明基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測試方法按下列步驟實現(xiàn):
[0009]一、將泡沫材質(zhì)的夾具固定到工業(yè)CT機支撐臺上，使夾具豎直方向的中軸與工業(yè)CT機支撐臺旋轉(zhuǎn)軸重合；
[0010]二、在工業(yè)CT機的發(fā)射X射線出口位置加蓋上金屬片，啟動工業(yè)CT機，對工業(yè)CT機進行暖機，將圓柱形干燥的浙青混合料試件放置于夾具中，保證浙青混合料試件在探測器的接收范圍之內(nèi)，記錄浙青混合料試件的位置坐標；
[0011]三、調(diào)試工業(yè)CT機的掃描參數(shù)，設(shè)置掃描參數(shù)的電壓為140?220kV，電流為60?140 μ Α，旋轉(zhuǎn)面的個數(shù)為1500，曝光時間為IOOOms及敏感度系數(shù)為2，對干燥的浙青混合料試件進行掃描，獲取干燥浙青混合料試件的掃描結(jié)果；
[0012]四、通過工業(yè)CT機配帶的軟件datos I x reconstruction對步驟三得到的掃描結(jié)果進行圖像重構(gòu)，然后采用軟件VGStudio MAx2.2分析計算圖像重構(gòu)后干燥浙青混合料試件空隙體積大小及分布(坐標)以及非空隙物質(zhì)體積大小及分布(坐標);
[0013]五、將干燥的浙青混合料試件作浸水處理，擦除浙青混合料試件表面上的水分，然后以與步驟三相同的掃描參數(shù)對含水的浙青混合料試件進行掃描，掃描的位置也與步驟三對干燥浙青混合料試件掃描的位置相同，獲取含水浙青混合料試件的掃描結(jié)果；
[0014]六、通過工業(yè)CT機配帶的軟件datos I x reconstruction對步驟五得到的含水浙青混合料試件掃描結(jié)果進行圖像重構(gòu)，然后采用軟件VGStudio MAx2.2分析計算圖像重構(gòu)后含水浙青混合料試件空隙體積大小及分布(坐標)以及非空隙物質(zhì)體積大小及分布(坐標)，將步驟四得到的干燥浙青混合料試件重構(gòu)的圖像與含水浙青混合料試件重構(gòu)的圖像進行對比，非空隙物質(zhì)的增加區(qū)域即為水分分布的區(qū)域，從而完成浙青混合料水分分布的測試。
[0015]本發(fā)明采用非空隙物質(zhì)增加法測試水分分布的區(qū)域，即以非空隙物質(zhì)為研究對象，針對含水浙青混合料試件與干燥浙青混合料試件的掃描重構(gòu)圖像分別選定合適的區(qū)分空隙與非空隙物質(zhì)的閾值，含水浙青混合料試件非空隙物質(zhì)的增加區(qū)域即為水分分布的區(qū)域。
[0016]本發(fā)明利用德國菲尼克斯公司(Phoenix I x_ray)生產(chǎn)的Phoenixv I tome I xS240型工業(yè)CT機進行掃描成像,利用機器附帶軟件datos I x reconstruction對掃描圖像進行重構(gòu)，得到標準裝置下的數(shù)字圖像。
[0017]綜上所述，本發(fā)明基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測試方法包括如下優(yōu)點:
[0018](I)直觀性，本發(fā)明可以直接探測到浙青混合料試件內(nèi)部水分含量,通過分析可將水分分布可視化。
[0019](2)無損性，運用工業(yè)CT探測浙青混合料試件內(nèi)部的含水情況，該方法對浙青試件沒有損害，可以對同一試件進行多次重復試驗。
[0020](3)平行性好，對同一浙青試件進行多次試驗，結(jié)果表明該測試方法具有較好的平行性。[0021](4)測量精度高，利用工業(yè)CT掃描浙青試件，通過不斷調(diào)整獲取最佳的掃描參數(shù)，保證了成像質(zhì)量，采用VGStudio MAx2.2軟件進行圖像處理和體積分析時，對背景做處理，在一定程度上提高了精度，同時運用非空隙物質(zhì)體積增加法分析含水量，避免了水分與浙青的難區(qū)分性，進一步提高分析精度。該方法具有的測量精度可以完全滿足浙青混合料內(nèi)部水分分析需要。
[0022]通過本發(fā)明基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測試方法可以了解浙青混合料中水分的分布狀態(tài)，掌握不同條件下水分的存在及分布規(guī)律，對研究路面內(nèi)水分遷移及水損害機理提供直觀依據(jù)，對于提高道路的耐久性及使用性能具有重要的意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測試方法步驟一所述夾具的俯視圖，I一夾具底座，2一泡沫塊,3一浙青混合料試件；
[0024]圖2是本發(fā)明基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測試方法步驟一所述夾具的側(cè)視圖，I一夾具底座，2一泡沫塊,3一浙青混合料試件；
[0025]圖3是本發(fā)明采用軟件VGStudio MAx2.2分析計算圖像重構(gòu)時選取的背景區(qū)域的俯視示意圖，I一采用datos I X reconstruction軟件重構(gòu)后的浙青混合料試件圖像,2—所選取的背景區(qū)域；
[0026]圖4是本發(fā)明采用軟件VGStudio MAx2.2分析計算圖像重構(gòu)時選取的背景區(qū)域的側(cè)視示意圖，I一采用datos I X reconstruction軟件重構(gòu)后的浙青混合料試件圖像,2—所選取的背景區(qū)域；
[0027]圖5是本發(fā)明基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測試方法步驟四獲取的干燥浙青混合料試件斷面二維圖像示意圖，I一非空隙物質(zhì)，2—空隙；
[0028]圖6是本發(fā)明基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測試方法步驟六獲取的含水浙青混合料試件斷面二維圖像非空隙，I一非空隙物質(zhì)，2—空隙；
[0029]圖7是本發(fā)明基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測試方法獲取的浙青混合料試件斷面的水分分布二維圖像，3—水分；
[0030]圖8是實施例一基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測試方法的測試結(jié)果，I一等值線，2 — CT測試數(shù)據(jù)回歸線。
【具體實施方式】
[0031]【具體實施方式】一:本實施方式基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測試方法按下列步驟實施:
[0032]一、將泡沫材質(zhì)的夾具固定到工業(yè)CT機支撐臺上，使夾具豎直方向的中軸與工業(yè)CT機支撐臺旋轉(zhuǎn)軸重合；
[0033]二、在工業(yè)CT機的發(fā)射X射線出口位置加蓋上金屬片，啟動工業(yè)CT機，對工業(yè)CT機進行暖機，將圓柱形干燥的浙青混合料試件放置于夾具中，保證浙青混合料試件在探測器的接收范圍之內(nèi)，記錄浙青混合料試件的位置坐標；
[0034]三、調(diào)試工業(yè)CT機的掃描參數(shù)，設(shè)置掃描參數(shù)的電壓為140?220kV，電流為60?140 μ A，旋轉(zhuǎn)面的個數(shù)為1500，曝光時間為1000ms及敏感度系數(shù)為2，對干燥的浙青混合料試件進行掃描，獲取干燥浙青混合料試件的掃描結(jié)果；
[0035]四、通過工業(yè)CT機配帶的軟件datos I x reconstruction對步驟三得到的掃描結(jié)果進行圖像重構(gòu)，然后采用軟件VGStudio MAx2.2分析計算圖像重構(gòu)后干燥浙青混合料試件空隙體積大小及分布(坐標)以及非空隙物質(zhì)體積大小及分布(坐標); [0036]五、將干燥的浙青混合料試件作浸水處理，擦除浙青混合料試件表面上的水分，然后以與步驟三相同的掃描參數(shù)對含水的浙青混合料試件進行掃描，掃描的位置也與步驟三對干燥浙青混合料試件掃描的位置相同，獲取含水浙青混合料試件的掃描結(jié)果；
[0037]六、通過工業(yè)CT機配帶的軟件datos I x reconstruction對步驟五得到的含水浙青混合料試件掃描結(jié)果進行圖像重構(gòu)，然后采用軟件VGStudio MAx2.2分析計算圖像重構(gòu)后含水浙青混合料試件空隙體積大小及分布(坐標)以及非空隙物質(zhì)體積大小及分布(坐標)，將步驟四得到的干燥浙青混合料試件重構(gòu)的圖像與含水浙青混合料試件重構(gòu)的圖像進行對比，非空隙物質(zhì)的增加區(qū)域即為水分分布的區(qū)域，從而完成浙青混合料水分分布的測試。
[0038]本實施方式步驟一所述的泡沫材質(zhì)的夾具是在圓盤形的夾具底座的3點鐘方向、6點鐘方向、9點鐘方向和12點鐘方向上設(shè)置有四件泡沫塊，用于支撐并固定浙青混合料試件，使浙青混合料試件與工業(yè)CT機的底座隔離，避免試件與支撐臺相對移動。而選取泡沫材質(zhì)是因為泡沫密度很小，對X射線的影響較小，可近似于空氣處理，因此可以大大減小底座影響，降低如圓環(huán)等掃描缺陷的發(fā)生，且便于單獨分析試件自身的非空隙物質(zhì)部分。
[0039]本實施方式步驟二在X射線出口位置加金屬片(一片錫片或兩片銅片)濾波以減少低能射線部分所占比例，防止產(chǎn)生“射束硬化”現(xiàn)象。
[0040]本實施方式所使用的德國菲尼克斯公司(Phoenix I χ-ray)生產(chǎn)的Phoenixv I tome I xS240型工業(yè)CT機,該工業(yè)CT機的主要參數(shù)如下表1。
[0041]表1CT機主要參數(shù)
[0042]
【權(quán)利要求】
1.基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測試方法，其特征在于基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測試方法按下列步驟實現(xiàn): 一、將泡沫材質(zhì)的夾具固定到工業(yè)CT機支撐臺上，使夾具豎直方向的中軸與工業(yè)CT機支撐臺旋轉(zhuǎn)軸重合； 二、在工業(yè)CT機的發(fā)射X射線出口位置加蓋上金屬片，啟動工業(yè)CT機，對工業(yè)CT機進行暖機，將圓柱形干燥的浙青混合料試件放置于夾具中，保證浙青混合料試件在探測器的接收范圍之內(nèi)，記錄浙青混合料試件的位置坐標； 三、調(diào)試工業(yè)CT機的掃描參數(shù)，設(shè)置掃描參數(shù)的電壓為140?220kV，電流為60?140 μ A，旋轉(zhuǎn)面的個數(shù)為1500，曝光時間為IOOOms及敏感度系數(shù)為2，對干燥的浙青混合料試件進行掃描，獲取干燥浙青混合料試件的掃描結(jié)果； 四、通過工業(yè)CT機配帶的軟件datosI X reconstruction對步驟三得到的掃描結(jié)果進行圖像重構(gòu)，然后采用軟件VGStudio MAx2.2分析計算圖像重構(gòu)后干燥浙青混合料試件空隙體積大小及分布以及非空隙物質(zhì)體積大小及分布； 五、將干燥的浙青混合料試件作浸水處理，擦除浙青混合料試件表面上的水分，然后以與步驟三相同的掃描參數(shù)對含水的浙青混合料試件進行掃描，掃描的位置也與步驟三對干燥浙青混合料試件掃描的位置相同，獲取含水浙青混合料試件的掃描結(jié)果； 六、通過工業(yè)CT機配帶的軟件datosI X reconstruction對步驟五得到的含水浙青混合料試件掃描結(jié)果進行圖像重構(gòu)，然后采用軟件VGStudio MAx2.2分析計算圖像重構(gòu)后含水浙青混合料試件空隙體積大小及分布以及非空隙物質(zhì)體積大小及分布，將步驟四得到的干燥浙青混合料試件重構(gòu)的圖像與含水浙青混合料試件重構(gòu)的圖像進行對比，非空隙物質(zhì)的增加區(qū)域即為水分分布的區(qū)域，從而完成浙青混合料水分分布的測試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測試方法，其特征在于浙青混合料試件的級配類型為浙青混凝土 AC、浙青瑪蹄脂碎石SMA、浙青碎石AM或排水式浙青磨耗層OGFC。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測試方法，其特征在于步驟二在工業(yè)CT機的發(fā)射X射線出口位置加蓋上金屬片，金屬片為錫片或銅片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測試方法，其特征在于圓柱形干燥的浙青混合料試件的高度為63.5mm,直徑為50_。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測試方法，其特征在于步驟三調(diào)試工業(yè)CT機的掃描參數(shù)，設(shè)置掃描參數(shù)的電壓為180kV，電流為100 μ A，旋轉(zhuǎn)面的個數(shù)為1500，曝光時間為1000ms及敏感度系數(shù)為2。
【文檔編號】G01N23/04GK103558236SQ201310528531
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】譚憶秋, 姚形傲, 徐慧寧, 許聰, 張紅, 許振宇, 任俊達, 邢超, 龔湘兵 申請人:哈爾濱工業(yè)大學