一種瀝青混合料空隙率預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種瀝青混合料空隙率預(yù)測(cè)方法，具體的說是涉及一種基于X-ray CT 技術(shù)的瀝青混合料空隙率預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，獲取瀝青混合料二維圖像的方法有很多，較為常用的是采用基于X-ray CT 技術(shù)獲取瀝青混合料二維圖像，并據(jù)此分析為瀝青混合料空隙率做了較多工作。但是，一方 面因二維CT掃描圖像無法還原空隙在瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的真實(shí)形態(tài)，因此空隙率預(yù) 測(cè)的精度成為困擾研究人員的主要問題；另一方面，采用沿著瀝青混合料試件高度方向進(jìn) 行分層CT掃描的方法，若要提高CT掃描的精度，即需要CT分層處理的精度（分層的層數(shù)增 加）提高，以便獲取更為真實(shí)的瀝青混合料空隙率，如已有的研究采用沿著高度方向每Imm 為1個(gè)掃描層面，若改成〇. Imm為1個(gè)掃描層面，則提高了 10倍，而這樣的后續(xù)圖像處理分 析效率成為了問題。因此在提高CT掃描精度的基礎(chǔ)上，如何提高分析計(jì)算效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 瀝青混合料空隙率預(yù)測(cè)更成為了難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是要提供一種基于X-ray CT技術(shù)的瀝青 混合料空隙率預(yù)測(cè)方法，該預(yù)測(cè)方法具有計(jì)算精度高且參數(shù)計(jì)算簡便、計(jì)算效率高等優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0005] -種瀝青混合料空隙率預(yù)測(cè)方法，其特征在于：
[0006] 包括如下步驟
[0007] ①、采用X-ray CT掃描儀沿待測(cè)瀝青混合料試件的高度方向進(jìn)行掃描，并將獲得 掃描信息進(jìn)行分層處理，以獲得待測(cè)瀝青混合料試件各單層對(duì)應(yīng)的截面圖層掃描信息；
[0008] ②、基于所述瀝青混合料試件內(nèi)部各組分的分布狀態(tài)，根據(jù)上述待測(cè)瀝青混合料 試件各單層對(duì)應(yīng)的截面圖層掃描信息，計(jì)算待測(cè)瀝青混合料試件每一單層對(duì)應(yīng)的瀝青混合 料試件單層計(jì)算空隙率以及整體計(jì)算空隙率；
[0009] ③、將經(jīng)分層處理獲得的待測(cè)瀝青混合料試件沿試件的高度方向依次分為若干 段，計(jì)算每一段對(duì)應(yīng)的段空隙率，所述段空隙率通過計(jì)算每一段內(nèi)各個(gè)單層對(duì)應(yīng)的瀝青混 合料試件單層計(jì)算空隙率的平均值獲得；
[0010] ④、分別計(jì)算各段的段空隙率相對(duì)于待測(cè)瀝青混合料試件整體計(jì)算空隙率的段貢 獻(xiàn)值；并將各所述段貢獻(xiàn)值與待測(cè)瀝青混合料試件整體計(jì)算空隙率的比值作為評(píng)價(jià)各段的 段空隙率與待測(cè)瀝青混合料試件整體計(jì)算空隙率關(guān)系的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中各所述段貢獻(xiàn)值是 指各段對(duì)應(yīng)的段空隙率與各段包含的單層截面圖層對(duì)應(yīng)的層數(shù)所占試件總層數(shù)百分比的 乘積，即段空隙率X段內(nèi)層數(shù)所占總層數(shù)百分比=段貢獻(xiàn)值；
[0011] ⑤、根據(jù)各所述段貢獻(xiàn)值與待測(cè)瀝青混合料試件整體計(jì)算空隙率的關(guān)系，建立待 測(cè)瀝青混合料試件整體計(jì)算空隙率的預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)瀝青混合料試件整體計(jì)算空隙 率的預(yù)測(cè)。
[0012] 進(jìn)一步的，所述步驟①中所述分層處理是指基于數(shù)字圖像處理方法將待測(cè)瀝青混 合料試件對(duì)應(yīng)的掃描信息均勻劃分為若干層單層；且在分層后將所述待測(cè)瀝青混合料試件 對(duì)應(yīng)的掃描信息自頂端第一層單層自上至下以及自底端第一層單層自下至上分別剔除一 定數(shù)量的單層；具體單層的剔除數(shù)量由測(cè)試者結(jié)合分層數(shù)量進(jìn)行自由選擇，以不影響計(jì)算 結(jié)果為準(zhǔn)。
[0013] 進(jìn)一步的，所述步驟②包括如下過程：
[0014] 基于所述瀝青混合料試件內(nèi)部各組分的分布狀態(tài)，根據(jù)上述待測(cè)瀝青混合料試件 各單層對(duì)應(yīng)的截面圖層掃描信息，進(jìn)行如下計(jì)算，
[0015]
[0016] (k = 1, 2, 3,......, K ；1 = 1, 2, 3,......, L ；m = 1, 2, 3,......, M) (I)
[0017] 式（1)中，K為單層截面圖層內(nèi)空隙數(shù)量的總和，L為單層截面圖層內(nèi)粗集料數(shù)量 的總和，M為單層截面圖層內(nèi)砂漿數(shù)量的總和，A ep為單層截面圖層內(nèi)的有效面積，Akl為第i 層截面圖層的空隙面積，Au為第i層截面圖層內(nèi)粗集料的面積，Asl為第i層截面圖層內(nèi)砂 漿的面積，A ni為第i層截面圖層內(nèi)第1個(gè)粗集料的面積，Asnil為第i層截面圖層內(nèi)第m個(gè) 砂漿的面積，A kkl為第i層截面圖層內(nèi)第k個(gè)空隙的面積值；
[0018] 同時(shí)基于上述待測(cè)瀝青混合料試件各單層對(duì)應(yīng)的截面圖層掃描信息，利用數(shù)字圖 像處理方法計(jì)算待測(cè)瀝青混合料試件各單層對(duì)應(yīng)的空隙面積即A kl，并利用下述公式（2)計(jì) 算待測(cè)瀝青混合料試件的空隙率VV，即
[0019]
[0020] (i = 1,2, 3,......,n；k= 1,2, 3,......, K)
[0021 ] 公式（2)中，VV為待測(cè)瀝青混合料試件的空隙率或者稱為整體計(jì)算空隙率；VV1S 待測(cè)瀝青混合料試件沿高度方向分層后第i層截面圖層的空隙率或者稱為單層計(jì)算空隙 率；η為待測(cè)瀝青混合料試件沿高度方向分層的總層數(shù)。
[0022] 進(jìn)一步的，所述步驟③將經(jīng)分層處理獲得的待測(cè)瀝青混合料試件沿高度方向依次 分為3段，依次為頂端部分、中間部分和底端部分并計(jì)算各個(gè)部分對(duì)應(yīng)的段空隙率即分別 計(jì)算頂端部分的段空隙率D tss、中間部分的段空隙率和底端部分的段空隙率
[0023] 所述將經(jīng)分層處理獲得的待測(cè)瀝青混合料試件沿高度方向依次分為3段的步驟 包括
[0024] (1)從第1層圖層截面開始，自上至下逐層對(duì)比待測(cè)瀝青混合料試件的每一層圖 層截面對(duì)應(yīng)的單層計(jì)算空隙率與整體計(jì)算空隙率，當(dāng)?shù)赼層圖層截面的單層計(jì)算空隙率等 于或小于整體計(jì)算空隙率時(shí)，記錄第（a-Ι)層圖層截面的單層計(jì)算空隙率P ;
[0025] (2)從最后一層圖層截面開始，自下至上逐層對(duì)比待測(cè)瀝青混合料試件的每一層 圖層截面對(duì)應(yīng)的單層計(jì)算空隙率與整體計(jì)算空隙率，當(dāng)?shù)赽層圖層截面的單層計(jì)算空隙率 等于或小于整體計(jì)算空隙率時(shí)，記錄第（b-1)層截面的單層計(jì)算空隙率Q ;
[0026] (3)利用統(tǒng)計(jì)法計(jì)算從a層圖層截面至b層圖層截面范圍內(nèi)的單層計(jì)算空隙率最 大值R ;
[0027] (4)判斷頂端部分、中間部分以及底端部分對(duì)應(yīng)的起始層以及終止層即
[0028] a、如果P > R，則認(rèn)為頂端部分起始層為第1層圖層截面，終止層為第（a-Ι)層圖 層截面；如果P < R，則需再從第1層圖層截面開始，自上至下逐層對(duì)比待測(cè)瀝青混合料試 件的每一層圖層截面對(duì)應(yīng)的單層計(jì)算空隙率與R值，當(dāng)發(fā)生第al層圖層截面的單層計(jì)算空 隙率等于或小于R值時(shí)，則認(rèn)為頂端部分的起始層為第1層，終止層為第（al-Ι)層；
[0029] b、如果Q > R，則認(rèn)為底端部分的起始層為第（b-Ι)層圖層截面，終止層為最后一 層圖層截面；如果Q < R，則需要從最后一層圖層截面開始，自下至上逐層對(duì)比待測(cè)瀝青混 合料試件的每一層圖層截面對(duì)應(yīng)的單層計(jì)算空隙率與R值，當(dāng)?shù)赽l層圖層截面的單層計(jì)算 空隙率等于或小于R值時(shí)，可以認(rèn)為底端部分的起始層為第（bl-Ι)層圖層截面，終止層為 最后一層圖層截面；
[0030] c、中間部分的起始層為步驟a判定的頂端部分的終止層數(shù)加1，終止層為步驟b判 定的底端部分的起始層數(shù)減1。
[0031] 進(jìn)一步的，分別計(jì)算頂端部分、中間部分以及底端部分各段對(duì)應(yīng)的段貢獻(xiàn)值，即頂 端貢獻(xiàn)值、中端貢獻(xiàn)值以及底端貢獻(xiàn)值，將各所述段貢獻(xiàn)值與待測(cè)瀝青混合料試件整體計(jì) 算空隙率的比值D g]作為評(píng)價(jià)各段的段空隙率與待測(cè)瀝青混合料試件整體計(jì)算空隙率關(guān)系 的評(píng)價(jià)指標(biāo)即
[0032] Dg] =段貢獻(xiàn)值/整體計(jì)算空隙率=(段空隙率X段內(nèi)層數(shù)所占總層數(shù)百分比）/ 整體計(jì)算空隙率
[0033] 由上可知，Dg]值的大小表示各段貢獻(xiàn)值對(duì)整體計(jì)算空隙率值的影響程度，數(shù)值越 大影響程度越大。
[0034] 進(jìn)一步，根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析可知，中部貢獻(xiàn)值對(duì)整體計(jì)算空隙率影響程度最大，因此研 究中間部分的層數(shù)所占百分比和中間部分空隙率的空間分布對(duì)控制整體計(jì)算空隙率的變 化至關(guān)重要，因此⑤選擇中端貢獻(xiàn)值進(jìn)行建模以提高計(jì)算分析效率即所述預(yù)測(cè)模型為
[0035] 預(yù)測(cè)整體計(jì)算空隙率=(中間部分空隙率X中間部分內(nèi)層數(shù)所占總層數(shù)百分 比）/中間部分D g]預(yù)測(cè)值
[0036] 其中，所述中間部分Dg]預(yù)測(cè)值為具有相同初始條件的三個(gè)及三個(gè)以上的同類型 瀝青混合料試件對(duì)應(yīng)的中間部分D gj值的平均值，所有相同初始條件下的同類型瀝青混合 料試件的預(yù)測(cè)整體空隙率都可以采用上述公式計(jì)算，即僅需計(jì)算中間部分空隙率X中間 部分內(nèi)層數(shù)所占總