沥青混合料均匀性评价

沥青混合料均匀性评价

张建飞

重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074

摘 要：采用数字图像技术定量评价不同类型的密级配沥青混合料均匀性。提出相邻粗集料区域面积比相对平均差作为评价指标来分析评价AC-13和SMA-13两种类型混合料的均匀性。结果表明：SMA-13比AC-13的相邻粗集料区域面积比提高了50.69%；SMA-13比AC-13相邻粗集料区域面积比相对平均差降低了36.3%，说明SMA-13的均匀性较AC-13更好，相比AC-13，SMA-13的骨架结构变异性更小，结构更稳定。提出的均匀性评价方法可以较好地反映两种混合料的均匀性。

关键词：道路工程；沥青混合料；均匀性；数字图像技术

0 引 言

沥青混合料是由矿料、矿粉、沥青及空隙组成的复杂道路工程材料,其均匀性对沥青路面的使用性能有潜在却未明确的影响。基于数字图像技术的沥青混合料均匀性评价已开展较多研究。根据沥青混合料试件截面的集料分布位置、集料分布数，建立了基于集料水平分布和集料竖向分布的整体均匀性指标。Li Zhi等人^[1]采用集料面积比和颗粒分布不均匀系数来评价平面内集料分布的均匀程度；同时采用试件颗粒竖向分布变异系数来评价路面在该位置的竖向结构离析。梁乃兴等人^[2]建立了以集料静矩为主要研究参数的沥青混合料均匀性评价指标，并在试验路段进行了应用，取得了良好的评价效果。郭乃胜等人^[3]综合考虑了沥青混合料中全部组分（粗集料、沥青胶浆和空隙）的内部结构分布特征，并利用各组分的密度，建立了一种沥青混合料内部结构均匀性评价方法，可有效评价沥青混合料试件的结构均匀性。

上述方法在评价沥青混合料均匀性方面均取得了一定的成果。但上述等人的研究未考虑模具给混合料均匀性带来的影响，导致结合工程背景验证均匀性指标时往往不具备充分的参考价值。

1 沥青混合料均匀性评价方法

1.1 沥青混合料均匀性评价分析参数

为减小边缘集料分布对均匀性分析的影响，以切片截面上边缘最大粒径的集料等效直径为缩减尺寸，以截面中心为圆心划出评价区域，而参与均匀性评价的集料包括内部集料和与内部集料直接相邻的外部集料，减少了切片截面上边缘集料参与计算和评价。

给出式（1）关系式：

式中 为相邻粗集料区域面积比值， 为质心围成区域内粗集料面积， 为质心围成区域面积。

相邻粗集料区域面积比相对平均差可作为截面均匀性评价的指标，如式（2）所示：

（2）

式中 为相邻粗集料区域面积比相对平均差， 为相邻粗集料区域个数， 为截面上各相邻粗集料区域面积比值， 为 的平均值。指标反映了各相邻集料区域面积比与面积比平均值的偏差程度。

1.2 沥青混合料试验设计

根据JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》设计AC-13和SMA-13两种类型的沥青混合料配合比。其中AC-13采用70#石油沥青，油石比5.0%，矿粉5%；SMA-13采用SBS改性沥青，油石比6.0%，矿粉10.5%，木质素纤维0.3%。

试件横向切割3刀，考虑到刀具的厚度，共可产生6个截面，采用数码相机和图像采集平台采集沥青混合料切片图像，利用图像处理技术，对沥青混合料图像进行处理，包括图像灰度化、图像分割、形态学运算等。

2 分析与讨论

2.1 相邻粗集料区域面积比参数

两种混合料的相邻粗集料区域面积比存在显著差异性，AC-13的平均值为0.3535，SMA-13的平均值为0.5327。SMA-13比AC-13提高了50.69%，SMA-13的相邻粗集料区域面积比显著高于AC-13C，造成这一现象的原因与两种混合料的结构类型有关，AC-13为悬浮密实型结构，粗集料间接触较少，集料与集料间距相对较远，骨架移动空间大，因此相邻粗集料区域面积比较小；SMA-13属于骨架密实型混合料，粗集料间相互嵌挤接触，集料与集料间距较小，粗集料较难产生移动，因此相邻粗集料区面积比较大。

两种类型混合料分计后的相邻粗集料区域面积比随粒径的增长而增大，随着粗集料粒径的增大，其中AC-13各档位粗集料面积比相比次级档位粗集料面积比分别提高了5.60%，14.73%和16.54%，而SMA-13则分别提高了1.94%，7.73%和9.3%。SMA-13各档位间粗集料面积比的增长率均显著低于AC-13C相同档位间的粗集料面积比增长率，SMA-13各档位间粗集料面积比更接近，在一定程度上反映出SMA-13的粗集料组成比AC-13C更均匀。

2.2 AC-13和SMA-13沥青混合料均匀性对比

面积比相对平均差越小则沥青混合料中粗集料的分布就越均匀。两种类型的沥青混合料均匀性存在显著区别，AC-13和SMA-13相邻粗集料区域面积比相对平均差的平均值分别为0.1386和0.2174，SMA-13比AC-13降低了36.3%，说明SMA-13的沥青混合料均匀性整体好于AC-13。

3 结论

本文提出了一种基于数字图像技术的沥青混合料均匀性评价方法，并对AC-13和SMA-13两种类型的密级配沥青混合料均匀性进行了定量研究分析，结论如下所示：

（1）SMA-13沥青混合料的水平截面相邻粗集料区域面积比较AC-13高了50.69%。

（2）SMA-13的相邻粗集料区域面积比相对平均差比AC-13降低了36.3%，SMA-13沥青混合料的均匀性整体好于AC-13沥青混合料,该方法可有效区分两种类型的沥青混合料。

参考文献:

1. 李智, 陈思宇. 采用X射线CT技术评价沥青路面结构内部质量均匀性[J]. 公路交通科技, 2014, 31(12): 6-11.

2. 赵毅, 梁乃兴. 沥青混凝土均匀性数字图像评价方法[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2019, 51(09): 88-95.

3. 郭乃胜, 尤占平, 谭忆秋, 等. 基于CT技术的沥青混合料均匀性评价方法[J]. 中国公路学报, 2017, 30(01): 1-9.