一种基于元素示踪检测玄武岩纤维沥青混合料中纤维的方法

1.本发明属于元素示踪技术应用领域，具体涉及玄武岩纤维沥青混合料中纤维的检测方法。


背景技术：

2.随着技术的发展和社会的进步，元素示踪技术也在不断发展和完善，并广泛应用于生命科学、医学、环境保护、农业和工业等领域，产生了巨大的经济、社会和生态效益。在工业活动中，元素示踪法为诸多研究提供了可能性，如判断油水井的注采关系、排土场水土流失治理、砂级物质迁移扩散研究等，克服了传统检测方法难以甚至无法完成的难题。
3.玄武岩纤维具有强度高、耐高温、耐腐蚀等优点，在生产应用于沥青混合料中的玄武岩纤维时，需要对其浸润改性、剪切等。目前，众多学者开展了玄武岩纤维沥青混合料的路用性能试验研究，研究结果表明：玄武岩纤维能够将沥青混合料疲劳开裂能力提高2～6倍，其他各项性能均有不同程度提高；且玄武岩纤维的掺量对沥青混合料性能提升差异较大，除此之外，纤维的分散性也是很重要的因素。
4.但是目前常用的方法有环境扫描电镜、抽提法等，环境扫描电镜是制作厘米级别的固体试样进行形态观察和定性定量分析；抽提法是将将拌和后的沥青混合料浸入三氯乙烯中，抽提后将纤维从沥青中分离。这两种方法只能小面积地观测或者抽提出纤维质量，而很难检测沥青混合料中玄武岩纤维的分散状态，导致纤维规格的选用过于经验化，不利于从机理方面深层次的研究玄武岩纤维沥青混合料。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种能够准确定位玄武岩纤维在沥青混合料中的分散情况的基于元素示踪检测玄武岩纤维沥青混合料中纤维的方法。
6.本发明包括以下步骤：1）在玄武岩纤维的浸润阶段添加重金属元素无机盐，得到被标识的玄武岩纤维；2）将被标识的玄武岩纤维与沥青混合料混合得到玄武岩纤维沥青混合料，再制成马歇尔标准试件；3）对马歇尔标准试件用ct逐层扫描，取得至少10张ct图像；4）对每张ct图像分别依次进行图像增强、图像分割、图像的三值化处理；5）沿着试件高度方向间隔相同的层厚进行ct扫描，按照该ct扫描顺序，对以上取得的三值化图进行排序；6）采用三次线性图像插值算法，在排序后的每相邻两张三值化图之间获得一张新的图像；7）对取得的三值化图和步骤6）取得的新的图像进行三维重构；8）判断玄武岩纤维在沥青混合料中的分散性。
7.本发明在图像增强处理时，利用中值滤波、图像锐化使图像变得清晰、平滑；
在图像分割处理时，利用阈值分割对图像给定不同的阈值，将图像进行区别；图像的三值化处理时，通过双峰法实现三值化，将沥青混合料的组成清晰的分开；在三维重构处理时，建立三维数值试样，实现沥青混合料试件的三维重构。
8.通过上述步骤，将玄武岩纤维沥青混合料的灰度以0～52为空隙和沥青胶浆，52～178为集料，178～255为玄武岩纤维，实现图像的可视化。
9.本发明于现有技术相比，具有如下优点：（1）本发明将元素示踪法应用于道路工程，能够准确定位玄武岩纤维在沥青混合料中的分散情况，具有灵敏度高、定位定量准确等优点。
10.（2）与环境扫描电镜相比，元素示踪法能较大面积的观测玄武岩纤维在沥青混合料的分散状态，更具有说服力；与抽提法相比，元素示踪法误差小，损耗量小，且能观测玄武岩纤维的形态。
11.本发明能够准确定位玄武岩纤维在沥青混合料中的分散情况，具有灵敏度高、定位定量准确等优势，实现了玄武岩纤维分散性的定量化评价。本发明将元素示踪法应用于道路工程是创新性的，实现对玄武岩纤维在沥青混合料中分散形态的跟踪观测也是至关重要的。
12.进一步地，本发明所述重金属元素无机盐为zrcl4，该无机盐不溶于浸润剂，有较好的稳定性，不容易在高温时分解，以保障沥青高温拌和时能完好地依附于纤维表面。
13.所述重金属元素无机盐与浸润剂的混合质量比为3∶100，采用该比例能满足检测浓度，并且不改变浸润剂的化学性质。
14.所述ct逐层扫描时，采用x
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ray ct机，扫描电压为140kv，层厚为1mm～10mm，分辨率≤0.5
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0.5mm。采用以上合适的扫描厚度和电压，是获取理想扫描效果的前提，所以在真正试验开始之前，需对试件同一层位进行不同扫描条件的扫描，用肉眼定性比较不同扫描电压和不同扫描厚度下扫描的图片效果，为了使图像层次丰富，利于观测和评价。
附图说明
15.图1为增强ct图。
16.图2为分割图。
17.图3为三值化图。
18.图4为三维重构图。
具体实施方式
19.1、浸润、标识玄武岩纤维：分别称取玄武岩纤维36g、zrcl4无机盐3g和浸润剂100g。
20.先将zrcl4无机盐与浸润剂混合搅拌直至全部溶解，再将玄武岩纤维放入溶液中，充分浸泡45min后用105℃烘箱烘干，得到被标识的玄武岩纤维。
21.2、按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（jtg e20
‑
2011）制备马歇尔试件：选取ac
‑
13级配沥青混合料，称取各质量的集料、矿粉、玄武岩纤维、沥青，将集料、矿粉、沥青放入烘箱加热至165℃，拌锅温度175℃，依次将集料、玄武岩纤维、沥青、矿粉加入拌锅各搅拌90s后，装入模具，用马歇尔击实仪正反各击75次，得到直径为100mm，高度为
63.5mm的马歇尔标准试件。
22.3、扫描标准试件：用x
‑
ray ct机对马歇尔标准试件进行扫描，扫描电压为140kv，每隔3mm获取一张ct图像，共获得19张ct图像。
23.4、用matlab软件进行图像增强、图像分割、图像的三值化处理：（1）图像增强处理：采用中值滤波、图像锐化使以上19张图像分别变得清晰、平滑，取得如图1所示的19张增强图。
24.（2）图像分割处理：采用阈值分割对19张增强图分别给定不同的阈值，将每张增强图进行区别，取得如图2所示的19张分割图。
25.（3）图像的三值化处理：通过双峰法实现三值化，将沥青混合料的组成清晰的分开，取得如图3所示的19张三值化图。
26.5、三维重构处理：沿着试件高度方向每间隔3mm采集一张ct图像，按照扫描顺序，对获得的19张三值化图进行排序。
27.再利用三次线性图像插值算法，在每相邻两张三值化图之间获得一张新的图像，共获得18张新的图像。
28.将19张三值化图和18张新的图像（共37张ct图像）进行三维重构，实现沥青混合料试件的三维可视化，取得如图4所示的三维重构。
29.6、判断玄武岩纤维在沥青混合料中的分散性：灰度图把白色与黑色之间按对数关系用灰度表示的图像，0是黑，255是白。
30.将玄武岩纤维沥青混合料的灰度以0～52为空隙和沥青胶浆，52～178为集料，178～255为玄武岩纤维，实现图像的可视化。