基于工業(yè)ct的瀝青混合料水分分布測(cè)試方法
【專利摘要】基于工業(yè)CT的瀝青混合料水分分布測(cè)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(cè)試方法，它要解決現(xiàn)有測(cè)試瀝青混合料水分分布的方法無(wú)法直觀準(zhǔn)確獲取水分分布規(guī)律的問題。瀝青混合料水分分布測(cè)試方法是先將泡沫材質(zhì)的夾具固定到工業(yè)CT機(jī)支撐臺(tái)上，X射線出口位置加蓋金屬片，啟動(dòng)工業(yè)CT機(jī)，干燥試件放置于夾具中，調(diào)試工業(yè)CT機(jī)的掃描參數(shù)，對(duì)試件進(jìn)行掃描，通過軟件對(duì)掃描結(jié)果進(jìn)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(duì)掃描結(jié)果進(jìn)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(cè)試。通過本發(fā)明的測(cè)試方法可將水分分布可視化，提高了測(cè)量精度。
【專利說(shuō)明】基于工業(yè)CT的瀝青混合料水分分布測(cè)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(cè)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(cè)試及分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]浙青路面作為一種無(wú)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(wú)揚(yáng)塵、養(yǎng)護(hù)方便、易于回收等優(yōu)點(diǎn)，因而在高等級(jí)公路建設(shè)中占據(jù)主導(dǎo)地位。例如，浙青路面在美國(guó)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(lái)我國(guó)新建及改建的高等級(jí)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(duì)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(jìn)入路面空隙或裂縫中的水在汽車車輪動(dòng)態(tài)荷載的作用下，不斷產(chǎn)生動(dòng)水壓力或真空負(fù)壓抽吸的反復(fù)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(dǎo)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(píng)價(jià)、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(duì)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(duì)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(guó)學(xué)者針對(duì)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(xì)觀結(jié)構(gòu)，將圖像進(jìn)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(duì)水分的分布狀態(tài)進(jìn)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(yàn)證。迄今為止，尚沒有一種可行的試驗(yàn)方法探測(cè)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(gè)“黑箱”，無(wú)法確切直觀地了解其分布規(guī)律。
[0005]計(jì)算機(jī)X射線斷層攝影術(shù)(簡(jiǎn)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(cè)物擁有不同的成分、密度、厚度等而對(duì)射線具有不同的吸收或散射特性，通過射線強(qiáng)度的變化達(dá)到檢測(cè)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(shí)度、接觸狀況、空隙大小及分布特征等，因此，此項(xiàng)技術(shù)成為目前研究浙青混合料微細(xì)觀結(jié)構(gòu)的重要手段，也為從細(xì)觀角度測(cè)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(duì)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(cè)試浙青混合料內(nèi)部水分分布情況，X射線計(jì)算機(jī)層析技術(shù)為從細(xì)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(cè)試浙青混合料水分分布的方法無(wú)法直觀準(zhǔn)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(cè)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(cè)試方法按下列步驟實(shí)現(xiàn):
[0009]一、將泡沫材質(zhì)的夾具固定到工業(yè)CT機(jī)支撐臺(tái)上，使夾具豎直方向的中軸與工業(yè)CT機(jī)支撐臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸重合；
[0010]二、在工業(yè)CT機(jī)的發(fā)射X射線出口位置加蓋上金屬片，啟動(dòng)工業(yè)CT機(jī)，對(duì)工業(yè)CT機(jī)進(jìn)行暖機(jī)，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(cè)器的接收范圍之內(nèi)，記錄浙青混合料試件的位置坐標(biāo)；
[0011]三、調(diào)試工業(yè)CT機(jī)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(gè)數(shù)為1500，曝光時(shí)間為IOOOms及敏感度系數(shù)為2，對(duì)干燥的浙青混合料試件進(jìn)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(jī)配帶的軟件datos I x reconstruction對(duì)步驟三得到的掃描結(jié)果進(jìn)行圖像重構(gòu)，然后采用軟件VGStudio MAx2.2分析計(jì)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(biāo))以及非空隙物質(zhì)體積大小及分布(坐標(biāo));
[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(duì)含水的浙青混合料試件進(jìn)行掃描，掃描的位置也與步驟三對(duì)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(jī)配帶的軟件datos I x reconstruction對(duì)步驟五得到的含水浙青混合料試件掃描結(jié)果進(jìn)行圖像重構(gòu)，然后采用軟件VGStudio MAx2.2分析計(jì)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(biāo))以及非空隙物質(zhì)體積大小及分布(坐標(biāo))，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(jìn)行對(duì)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(cè)試。
[0015]本發(fā)明采用非空隙物質(zhì)增加法測(cè)試水分分布的區(qū)域，即以非空隙物質(zhì)為研究對(duì)象，針對(duì)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(guó)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(jī)進(jìn)行掃描成像,利用機(jī)器附帶軟件datos I x reconstruction對(duì)掃描圖像進(jìn)行重構(gòu)，得到標(biāo)準(zhǔn)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(cè)試方法包括如下優(yōu)點(diǎn):
[0018](I)直觀性，本發(fā)明可以直接探測(cè)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(wú)損性，運(yùn)用工業(yè)CT探測(cè)浙青混合料試件內(nèi)部的含水情況，該方法對(duì)浙青試件沒有損害，可以對(duì)同一試件進(jìn)行多次重復(fù)試驗(yàn)。
[0020](3)平行性好，對(duì)同一浙青試件進(jìn)行多次試驗(yàn)，結(jié)果表明該測(cè)試方法具有較好的平行性。[0021](4)測(cè)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(jìn)行圖像處理和體積分析時(shí)，對(duì)背景做處理，在一定程度上提高了精度，同時(shí)運(yùn)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(jìn)一步提高分析精度。該方法具有的測(cè)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(cè)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(duì)研究路面內(nèi)水分遷移及水損害機(jī)理提供直觀依據(jù)，對(duì)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(shuō)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(cè)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(cè)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(jì)算圖像重構(gòu)時(shí)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(jì)算圖像重構(gòu)時(shí)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(cè)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(cè)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(cè)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(shí)施例一基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測(cè)試方法的測(cè)試結(jié)果，I一等值線，2 — CT測(cè)試數(shù)據(jù)回歸線。
【具體實(shí)施方式】
[0031]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式基于工業(yè)CT的浙青混合料水分分布測(cè)試方法按下列步驟實(shí)施:
[0032]一、將泡沫材質(zhì)的夾具固定到工業(yè)CT機(jī)支撐臺(tái)上，使夾具豎直方向的中軸與工業(yè)CT機(jī)支撐臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸重合；
[0033]二、在工業(yè)CT機(jī)的發(fā)射X射線出口位置加蓋上金屬片，啟動(dòng)工業(yè)CT機(jī)，對(duì)工業(yè)CT機(jī)進(jìn)行暖機(jī)，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(cè)器的接收范圍之內(nèi)，記錄浙青混合料試件的位置坐標(biāo)；
[0034]三、調(diào)試工業(yè)CT機(jī)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(gè)數(shù)為1500，曝光時(shí)間為1000ms及敏感度系數(shù)為2，對(duì)干燥的浙青混合料試件進(jìn)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(jī)配帶的軟件datos I x reconstruction對(duì)步驟三得到的掃描結(jié)果進(jìn)行圖像重構(gòu)，然后采用軟件VGStudio MAx2.2分析計(jì)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(biāo))以及非空隙物質(zhì)體積大小及分布(坐標(biāo)); [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(duì)含水的浙青混合料試件進(jìn)行掃描，掃描的位置也與步驟三對(duì)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(jī)配帶的軟件datos I x reconstruction對(duì)步驟五得到的含水浙青混合料試件掃描結(jié)果進(jìn)行圖像重構(gòu)，然后采用軟件VGStudio MAx2.2分析計(jì)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(biāo))以及非空隙物質(zhì)體積大小及分布(坐標(biāo))，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(jìn)行對(duì)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(cè)試。
[0038]本實(shí)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(diǎn)鐘方向、6點(diǎn)鐘方向、9點(diǎn)鐘方向和12點(diǎn)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(jī)的底座隔離，避免試件與支撐臺(tái)相對(duì)移動(dòng)。而選取泡沫材質(zhì)是因?yàn)榕菽芏群苄?，?duì)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(dú)分析試件自身的非空隙物質(zhì)部分。
[0039]本實(shí)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(shí)施方式所使用的德國(guó)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(jī),該工業(yè)CT機(jī)的主要參數(shù)如下表1。
[0041]表1CT機(jī)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(cè)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(cè)試方法按下列步驟實(shí)現(xiàn): 一、將泡沫材質(zhì)的夾具固定到工業(yè)CT機(jī)支撐臺(tái)上，使夾具豎直方向的中軸與工業(yè)CT機(jī)支撐臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸重合； 二、在工業(yè)CT機(jī)的發(fā)射X射線出口位置加蓋上金屬片，啟動(dòng)工業(yè)CT機(jī)，對(duì)工業(yè)CT機(jī)進(jìn)行暖機(jī)，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(cè)器的接收范圍之內(nèi)，記錄浙青混合料試件的位置坐標(biāo)； 三、調(diào)試工業(yè)CT機(jī)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(gè)數(shù)為1500，曝光時(shí)間為IOOOms及敏感度系數(shù)為2，對(duì)干燥的浙青混合料試件進(jìn)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(jī)配帶的軟件datosI X reconstruction對(duì)步驟三得到的掃描結(jié)果進(jìn)行圖像重構(gòu)，然后采用軟件VGStudio MAx2.2分析計(jì)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(duì)含水的浙青混合料試件進(jìn)行掃描，掃描的位置也與步驟三對(duì)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(jī)配帶的軟件datosI X reconstruction對(duì)步驟五得到的含水浙青混合料試件掃描結(jié)果進(jìn)行圖像重構(gòu)，然后采用軟件VGStudio MAx2.2分析計(jì)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(jìn)行對(duì)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(cè)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(cè)試方法，其特征在于浙青混合料試件的級(jí)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(cè)試方法，其特征在于步驟二在工業(yè)CT機(jī)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(cè)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(cè)試方法，其特征在于步驟三調(diào)試工業(yè)CT機(jī)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(gè)數(shù)為1500，曝光時(shí)間為1000ms及敏感度系數(shù)為2。
【文檔編號(hào)】G01N23/04GK103558236SQ201310528531
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)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(dá), 邢超, 龔湘兵 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)