[发明专利]一种基于原子力显微镜测试集料表面粗糙度的方法

说明书

本发明涉及一种基于原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）测试集料表面粗糙度的测试方法。包括如下步骤：1）制备集料试件。2）利用AFM中的轻敲（Tapping）模式对集料表面粗糙度进行测试。3）将测试所得到的三维坐标信息通过Nanoscape Analysis导出。4）对集料表面粗糙度的轮廓算数平均偏差Ra进行有效性验证。5）采用SPSS软件中的独立样本t检验集料表面粗糙度的区分性。本发明为一种基于AFM镜测试集料表面粗糙度的方法，AFM作为纳米科技研究中的主要工具，应用在新一代微电子芯片、光学系统、新材料以及生物工程等领域，采用AFM技术测试集料表面粗糙度的研究目前相对较少，对集料表面粗糙度的分析十分有限，而对于在集料表面粗糙度的研究，研究者大部分采用的是分形理论。

技术领域

本发明属于建筑技术领域，涉及一种基于原子力显微镜测试集料表面粗糙度的方法

背景技术

在沥青混合料中，集料的形状以及表面粗糙度特征对于混合料的路用性能具有非常显著的影响。集料表面粗糙度是影响其吸附沥青膜厚度的主要因素之一，集料表面粗糙度越大，吸附的沥青膜越厚，沥青—集料之间的黏结力也越大。

目前，国内外在集料表面粗糙度方面的研究，大多数学者采用分形理论。

陈国明采用激光轮廓仪测量了9种不同粗集料的表面粗糙度曲线，利用特征粗糙度综合表征粗集料的表面粗糙度，发现混合料的性能与特征粗糙度有显著的线性关系，特征粗糙度越大，混合料的高、低温及水稳定性能越好。

Yang等利用一种基于体素的三维方法量化集料的棱角性与表面粗糙度，提出了3DAI(Three-dimensional angularity index)作为集料表面粗糙度指标3D STI(Three-dimensional surface texture index)，并验证了这种三维方法得到的数据，其变异性较二维方法小，可以作为一种可靠的技术来量化集料棱角性和表面粗糙度。

周兴林以多重分形理论为基础，研究了6种集料表面粗糙度，通过60x显微放大6种集料表面，获得各集料较为直观的粗糙度评价；然后采用激光轮廓仪获取集料表面轮廓高程数据，对轮廓数据进行Butterworth高通滤波处理，分离出表面粗糙度纹理信号，验证了集料表面粗糙度具有多重分形特性；最后对各集料的多重分形谱参数Δα与集料磨光值P_PSV进行相关性分析.结果表明：Δα与P_PSV具有较好的线性关系(拟合优度达0.84)，集料磨光值越高，其谱宽越大。

张肖宁研制了一种采用激光三角测量技术的微距测量系统,对路面常用的花岗岩、玄武岩等粗集料的表面粗糙度进行测量,并分析了系统各种误差等干扰因素。利用MATLAB平台,采用盒子计数法对各种表面曲线及其所对应的原始数据进行分析,得出表面纹理的分形维数。

孔维川在研究集料的表面粗糙度方面，利用分形理论表征集料的表面粗糙度。选用投影覆盖法并编写Matlab程序测算了三种不同集料的分形维数Ds，集料表面粗糙度对沥青-集料界面强度的影响，分析表明：随着集料的分形维数增大，界面剪切强度也随之增大，基本呈线性关系，即集料的表面粗糙度越大，沥青-集料界面强度越大。

采用分形理论进行集料表面粗糙度的研究不是很直观，这种方法的准确性，也非常依赖于将表面粗糙度曲线转化成特征粗糙度时采用分析方法的准确性，而无论通过哪种方法整合集料表面粗糙度曲线，都会产生一定的误差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于原子力显微镜测试集料表面粗糙度的方法，对今后集料表面粗糙度的测试具有重要的指导意义。

本发明提供了如下的技术方案：