[发明专利]基于等效球棍模型的沥青混合料三维骨架接触评价方法

权利要求书

1.基于等效球棍模型的沥青混合料三维骨架接触评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)对沥青混合料芯样进行CT扫描，获取芯样的投影图像；

(2)对芯样的投影图像进行形态学处理，将得到的二值化图像进行三维模型重构；

(3)识别并分割重构样品中的粗集料，利用最大球算法提取芯样等效球棍模型；

(4)利用等效球棍模型计算粗集料的细观参数，评价沥青混合料的骨架接触特征；

所述细观参数包括总接触点数、平均配位数和等效接触长度；

(5)将所述平均配位数按照粒径尺寸进行分类，建立车辙深度与所述细观参数的相关性，选择相关性良好的骨架评价指标；

步骤(3)中，识别并分割重构样品中的粗集料，利用最大球算法提取芯样的等效球棍模型包括：

(301)在重构样品上规定一定尺寸的感兴趣区，使用AVIZO软件的分水岭算法对重构样品进行分割，分离沥青粘接剂和集料颗粒；

(302)依据等效直径原则过滤感兴趣区内粒径小于2.36mm的集料颗粒、沥青砂浆和孔隙，显示粒径在2.36～16.0mm范围内的粗集料颗粒；

(303)以CT扫描的最小分辨率作为集料的接触阈值，以集料体积中的任意一体素为球体增长的原点，不断增大球体半径直至接触沥青砂浆时停止，将停止时对应球体作为集料的最大球，球体之间通过棍棒连接，棍棒长度基于两集料的接触体积等效；

步骤(4)中，利用等效球棍模型计算粗集料的细观参数，评价沥青混合料的骨架接触特征包括：

(401)利用AVIZO软件集成的球棍模型配位数统计方法计算各等效粒径集料的接触点数，得到各集料的配位数，计算芯样粗集料整体的平均配位数，表达式为：

式中，为沥青混合料选定感兴趣区的平均配位数，N为ROI内等效直径大于2.36mm集料总数；为第i个粗集料的配位数；

(402)划分集料空间区域和接触区空间区域，去除集料后得到被各个集料分割的棍棒，棍棒长度L用来等效接触长度，棍棒的实际长度等于相连的两个集料中心点之间的距离D减去两个集料单元体的半径，表达式为：

L＝D-R₁-R₂

式中，R₁、R₂为通过同一棍棒相连的集料半径；

(403)采用对数正态分布函数对等效球棍模型识别的等效接触长度进行拟合，获取L分布的拟合参数，利用对数正态分布的均值μ和方差σ²评价沥青混合料粗集料骨架接触的均值水平和离散程度。

2.根据权利要求1所述的沥青混合料三维骨架接触评价方法，其特征在于，步骤(1)中，对沥青混合料芯样进行CT扫描获取芯样的投影图像包括：

(101)根据马歇尔试验方法确定不同级配类型混合料的最佳油石比和空隙率，通过旋转压实仪准备沥青混合料试样；

(102)采用高精度切割机和取芯设备制备沥青混合料芯样；

(103)使用工业计算机断层扫描仪对沥青混合料芯样从上至下进行扫描，获取芯样的截面投影图像。

3.根据权利要求2所述的沥青混合料三维骨架接触评价方法，其特征在于，步骤(2)中，对芯样的投影图像进行形态学处理，将得到的二值化图像进行三维模型重构包括：

(201)依次对芯样的投影图像进行增强、降噪、腐蚀、膨胀和OTSU阈值分割处理，将灰度图像处理成二值化图像；

(202)对二值化图像中集料颗粒对应的孔洞进行填充修复；

(203)利用AVIZO软件对二值化图像进行集料的分级提取，利用软件的堆栈功能对图像进行叠加生成三维结构模型。

4.根据权利要求1所述的沥青混合料三维骨架接触评价方法，其特征在于，步骤(5)包括：

(501)采用静压法制备沥青混合料车辙板，对混合料进行车辙试验，获取各混合料类型的车辙深度；

(502)将步骤(4)得到的平均配位数按照2.36～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～16.0mm粒径分成三类，将接触点总数、总等效接触长度、各粒径集料的平均配位数分别与混合料的车辙深度进行线性拟合，选择相关性良好的细观骨架评价参数。