一种沥青砂浆中玄武岩纤维的分布均匀性评价方法

技术领域

本发明涉及道路工程的技术领域，尤其涉及一种沥青砂浆中玄武岩纤维的分布均匀性评价方法。

背景技术

如今我国的路面工程正处于高速发展的阶段，沥青路面因其优越的性能已逐渐取代水泥路面。可沥青路面依然存在着耐久性不足、抗裂性能低、车辙严重等问题。近年来，许多研究发现，玄武岩纤维作为稳固加筋的无机材料，可大幅提高沥青混合料的多项性能指标，延长沥青路面的使用寿命，达到高性能路面的施工质量要求，符合可持续发展战略。

但是，玄武岩纤维沥青混合料性能受纤维分布均匀性的影响较大，分布均匀性是评价玄武岩纤维沥青混合料性能的重要指标。通常评价纤维均匀性的方法采取局部切割后洗去沥青，再通过筛分得到纤维。这样的方法并不能评价所切割局部的纤维分布，且沥青难以从纤维表面完全剥离，导致均匀性指标离散性较大。

根据研究发现，纤维作为沥青混合料的增强材料，主要位于沥青砂浆中，受拌和、成型等条件影响容易出现聚团现象，准确地评价纤维在沥青砂浆中的分布均匀性非常重要。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明提供了一种沥青砂浆中玄武岩纤维的分布均匀性评价方法，能够现有技术不能完全洗去沥青，造成质量误差和质量损失的问题，评价玄武岩下纤维在沥青砂浆中的三维分布情况。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，将玄武岩纤维放置于真空加压机的真空罐中，倒入萘酰亚胺类荧光剂直至所述萘酰亚胺类荧光剂完全浸没所述玄武岩纤维，获取荧光纤维；根据沥青混合料的级配类型和最佳油石比计算沥青砂浆的配合比，根据所述沥青砂浆的配合比和所述荧光纤维，并通过旋转压实仪制备玄武岩纤维沥青砂浆试件；沿纵向和横向分别对所述玄武岩纤维沥青砂浆试件进行划分，以10mm间隔等分并标记截面位置，并采用切割机沿标记处切割，获取纵向和横向的二维截面；去除杂光，利用波长为410～460nm的紫外线对所述纵向和横向的二维截面进行照射，并利用荧光显微镜对所述纵向和横向的二维截面进行观测，而后通过荧光显微镜CCD将观测的截面进行图像数字化处理；利用MATLAB对图像数字化处理获得的截面图像进行处理，进而获取截面纤维数量及二维分布情况，根据所述截面纤维数量及二维分布情况对纵向和横向的二维截面进行二维分布均匀性评价；根据二维分布均匀性评价结果对玄武岩纤维沥青砂浆试件的三维分布均匀性进行评价。浸没所述玄武岩纤维包括，

作为本发明所述的沥青砂浆中玄武岩纤维的分布均匀性评价方法的一种优选方案，其中：设置真空加压机的气压为0.4MPa，加压时间为10min。

作为本发明所述的沥青砂浆中玄武岩纤维的分布均匀性评价方法的一种优选方案，其中：计算所述沥青砂浆的配合比包括，

M

M

其中，M

作为本发明所述的沥青砂浆中玄武岩纤维的分布均匀性评价方法的一种优选方案，其中：观测所述纵向和横向的二维截面包括，所述荧光显微镜通过QB24激发滤板对纵向和横向的二维截面进行观测。

作为本发明所述的沥青砂浆中玄武岩纤维的分布均匀性评价方法的一种优选方案，其中：制备所述玄武岩纤维沥青砂浆试件包括，通过Autosorb IQ3比表面分析及孔隙综合分析仪获取荧光玄武岩纤维的比表面积，计算玄武岩纤维表面裹附的沥青用量。

作为本发明所述的沥青砂浆中玄武岩纤维的分布均匀性评价方法的一种优选方案，其中：获取所述截面纤维数量及二维分布情况包括，利用MATLAB先对所述图像数字化处理获得的截面图像进行阈值分割，而后区分所述荧光纤维与沥青砂浆的颜色以及对单位面积内的荧光纤维数进行识别。

作为本发明所述的沥青砂浆中玄武岩纤维的分布均匀性评价方法的一种优选方案，其中：所述切割包括，所述玄武岩纤维沥青砂浆试件需在0～10℃静置24小时，而后对其进行脱模处理和切割；其中，切割方法采用干法切割。

作为本发明所述的沥青砂浆中玄武岩纤维的分布均匀性评价方法的一种优选方案，其中：所述二维分布均匀性评价包括，利用图像分割技术对所述横向的二维截面进行等面积环形切割，对所述纵向的二维截面进行长方形等面积切割，评价不同截面、不同角度、不同位置处荧光纤维的二维分布均匀性，计算公式如下：

其中，n为样本数量；H

作为本发明所述的沥青砂浆中玄武岩纤维的分布均匀性评价方法的一种优选方案，其中：所述三维分布均匀性评价包括，三维分布均匀性的计算公式如下：

α+β＝1

E

其中，α为试件三维横向均匀性参数；β为试件三维纵向均匀性参数；E

本发明的有益效果：本发明从沥青砂浆着手，首先制备荧光纤维，再通过沥青混合料与砂浆的换算公式获得砂浆试件配合比，进而得以制备玄武岩纤维沥青砂浆试件，最后通过在紫外线照射下的截面图像评价纤维的均匀性；因而可以较为准确地获得纤维的分布情况，对于纤维沥青砂浆以及纤维沥青混合料的制备和性能评判具有指导意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明第一个实施例所述的一种沥青砂浆中玄武岩纤维的分布均匀性评价方法的流程示意图；

图2为本发明第一个实施例所述的一种沥青砂浆中玄武岩纤维的分布均匀性评价方法的玄武岩纤维沥青砂浆试件纤维均匀性纵向图像切割示意图；

图3为本发明第一个实施例所述的一种沥青砂浆中玄武岩纤维的分布均匀性评价方法的玄武岩纤维沥青砂浆试件纤维均匀性横向图像切割示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1～图3，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种沥青砂浆中玄武岩纤维的分布均匀性评价方法，包括：

S1：将玄武岩纤维放置于真空加压机的真空罐中，倒入萘酰亚胺类荧光剂直至萘酰亚胺类荧光剂完全浸没玄武岩纤维，获取荧光纤维。

根据纤维染色工艺，设置真空加压机的气压为0.4MPa，加压时间为10min，使得萘酰亚胺类荧光剂能够完全浸没玄武岩纤维。

S2：根据沥青混合料的级配类型和最佳油石比计算沥青砂浆的配合比，根据沥青砂浆的配合比和荧光纤维，并通过旋转压实仪制备玄武岩纤维沥青砂浆试件。

其中需要说明的是，沥青混合料的级配类型有：沥青混凝土(AC)悬浮密实型、沥青玛蹄脂(SMA)骨架密实型和开级配抗滑表层(OGFC)骨架空隙型。

通过比表面积法确定沥青砂浆的配合比：

M

M

其中，M

进一步的，制备玄武岩纤维沥青砂浆试件，步骤如下：

(1)轻轻拭去荧光纤维表面残余的萘酰亚胺类荧光剂，并在常温下蒸发(自然蒸发)水分；

(2)根据沥青砂浆的配合比和荧光纤维，通过旋转压实仪制备玄武岩纤维沥青砂浆试件；其中，试件尺寸为直径150mm×高60mm。

需要说明的是，在制备玄武岩纤维沥青砂浆试件时需考虑沥青裹附集料和会裹附纤维玄武岩纤维表面裹附的沥青，通过Autosorb IQ3比表面分析及孔隙综合分析仪获取荧光玄武岩纤维的比表面积，计算玄武岩纤维表面裹附的沥青用量。

S3：沿纵向和横向分别对玄武岩纤维沥青砂浆试件进行划分，以10mm的间隔等分并标记截面位置，并采用切割机沿标记处切割，获取纵向和横向的二维截面。

切割玄武岩纤维沥青砂浆试件前需在0～10℃静置24小时，然后进行脱模处理和切割；

采用切割机沿标记处进行精细切割，保持截面平滑且无明显坑槽；其中，切割方法采用干法切割，干法是不加水的切割，一般的切割会因为产生火花而同时洒水，但本实施例为了防止萘酰亚胺类荧光剂被洗掉选择不洒水。

S4：去除杂光，利用波长为410～460nm的紫外线对纵向和横向的二维截面进行照射，并利用荧光显微镜对纵向和横向的二维截面进行观测，而后通过荧光显微镜感光原件(Charge Coupled Device，CCD)将观测的截面进行图像数字化处理。

在照射前利用拧干的湿毛巾清洁所需观察的截面，避免切割产生的灰尘影响试件截面的拍摄效果，待表面水分蒸发后再进行照射。

进一步的，去除杂光，去除实验室其余杂光，用波长为410～460nm的紫外线(为了使图像更易观察)对玄武岩纤维沥青砂浆试件被切割后的截面进行照射，而后利用荧光显微镜对该截面进行观测(荧光显微镜通过QB24激发滤板对纵向和横向的二维截面进行观测)，最后通过荧光显微镜感光原件(CCD)将观测的图像对接至电脑的设备将截面图像数字化处理。

其中需要说明的是，CCD是将观测的图像对接至电脑的设备；图像数字化处理是将连续色调的模拟图像经采样量化后转换成数字影像的过程。

S5：利用MATLAB对图像数字化处理获得的截面图像进行处理，进而获取截面纤维数量及二维分布情况，根据截面纤维数量及二维分布情况对纵向和横向的二维截面进行二维分布均匀性评价。

利用MATLAB软件先对图像数字化处理获得的截面图像进行阈值分割，然后区分荧光纤维与沥青砂浆的颜色，最后对单位面积内的荧光纤维数进行识别，进而获取截面纤维数量及二维分布情况。

进一步的，根据截面纤维数量及二维分布情况，利用图像分割技术分别对横向的二维截面进行等面积环形切割(将截面切割成面积相同但半径不同的圆形或扇形)，对纵向的二维截面进行长方形等面积切割，评价不同截面、不同角度、不同位置处荧光纤维的二维分布均匀性，二维分布均匀性计算公式如下：

其中，n为样本数量；H

S6：根据二维分布均匀性评价结果对玄武岩纤维沥青砂浆试件的三维分布均匀性进行评价。

将二维分布均匀性评价结果进行整合处理，得到玄武岩纤维沥青砂浆试件的三维分布均匀性，计算公式如下：

α+β＝1

E

其中，α为试件三维横向均匀性参数(α为0.1～0.9)；β为试件三维纵向均匀性参数；E

实施例2

为了对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择传统的技术方案和采用本方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。

传统的技术方案一般采用将试件切割至小块，再通过三氯乙烯洗去沥青，再筛分获得纤维，这样会带来两个问题，一是并不能完全洗去沥青，造成质量误差，二是筛分环节也会引起质量损失。

为验证本方法相对传统的技术方案获得的数据较为精确，本实施例中将采用传统的技术方案和本方法分别对试件纤维的质量进行测量对比。

分别采用传统的技术方案和本方法对大小相同的两个玄武岩纤维进行测试，计算获得的纤维质量误差和质量损失度，结果如下表所示。

由上表可见，本方法得到的数据更加准确。

且本方法可以做到评价单个截面的纤维分布均匀性，从而将纤维均匀性与砂浆性能相关联，起到指导沥青砂浆以及沥青混合料制备的作用。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。