一种确定健康监测路面中导电介质最佳掺量和种类的方法

：本发明涉及沥青混凝土领域，尤其涉及一种确定健康监测路面中导电介质最佳掺量和种类的方法。

背景技术

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背景技术：

1、健康监测路面是一种加入了导电介质(石墨、碳纤维、钢纤维等)的沥青混凝土材料铺设成的路面，导电介质由于闭环效应形成导电通路，使得路面具有一定的导电能力。利用健康监测路面路用性能变化与其电阻变化之间的关系，对路面内部的疲劳损伤进行判断，从而使提前预知路面病害并进行自我修复变得可能，这就是健康监测路面。其原理是健康监测路面在受到外部条件作用时，其应力、应变、疲劳裂纹、老化等结构损伤使得沥青路面微观结构发生变化，从而导致电阻率发生变化。

2、然而，由于导电介质的种类、掺量以及搅拌方法、搅拌时间等因素的影响，健康监测路面中导电介质分布出现较大的不均匀性，使得是否能形成导电通路，以及导电通路的长度差异很大。因此，亟需以种确定健康监测路面中导电介质最佳掺量和种类的方法，使健康监测路面内的导电介质可以形成最短导电通路。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、为了解决上述技术问题，本发明公开了一种确定健康监测路面中导电介质最佳掺量和种类的方法，对于提升健康监测路面的健康监测性能，确定导电介质掺量方面等具有重要意义，具体按照以下步骤实施：

2、s1：制备多组导电介质掺量不同的健康监测路面试件；

3、s2：对健康监测路面试件沿高度方向纵向切割，切割成半圆柱形健康监测路面试件；

4、s3：将半圆柱健康监测路面试件平放，利用磁声成像技术获取健康监测路面试件切割面图像，提取图像中导电介质所在的像素点；

5、s4：根据s3得到的导电介质所在的像素点，计算导电介质的分散度；

6、s5：根据s3得到的导电介质所在的像素点，计算导电介质的聚集度；

7、s6：计算健康监测路面试件的电阻率；

8、s7：采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价健康监测路面试件的水稳定性；

9、s8：对分散度、聚集度、电阻率三项指标进行均一化处理；

10、s9：根据归一值算术和各指标均一化数值求和ods最大值、浸水残留稳定度、冻融后劈裂抗拉强度比均大于80％的试件，确定健康监测路面导电介质的最佳掺量和种类。

11、优选的，所述s4中，计算导电介质的分散度，计算方法如下：

12、s4.1：用边长为r×r的正方形网格覆盖图像，统计覆盖到铝片粒子的非空网格的数目n(r)；

13、s4.2：计算分形中的点落在第i个网格的概率pi；

14、s4.3：根据上述数据，计算分形维数di

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17、优选的，所述s5中，计算导电介质的聚集度，具体方法为：

18、s5.1：用边长为r×r的正方形网格(每个小正方形边长为r′)覆盖图像，利用等间隔直线截取图像；

19、s5.2：确定某一直线截取到的导电介质的位置，统计每个导电介质所在的边长为2r′正方形网格(统一为包含该导电介质的左下方网格)内的导电介质数目n；

20、s5.3：计算边长为2r′正方形网格内其它导电介质与截取到的导电介质的平均最邻近距离

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22、其中，di为范围内任一导电介质(除截取到的导电介质外)与截取到的导电介质之间的距离；

23、s5.4：计算聚集度k

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25、优选的，在所述s6中，计算健康监测路面试件电阻率，具体步骤如下：

26、s6.1：对健康监测路面试件顶部和底面电极接触处进行清洗以及抛光打磨；

27、s6.2：在健康监测路面试件表面填充石墨粉，石墨粉夹于电极与试件之间，利用电极的自重对健康监测路面试件表面加压，使其接触紧密；

28、s6.3：计算健康监测路面试件的电阻率

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30、其中，ρ为健康监测路面试件的电阻率，r为健康监测路面试件的电阻，s为健康监测路面试件的截面积，h为健康监测路面试件的高度。

31、优选的，在所述s8中，判定导电介质分散均匀度，具体方法为：

32、s8.1：每个指标均标准化为0～1之间的归一值，对取值越大越好的分散度和电阻率两指标分别计算归一值dmax和取值越小越好的聚集度指标计算归一值dmin；

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35、其中，yi是所计算试件的指标值，ymax是所有试件中的指标最大值，ymin是所有试件中的指标最小值；

36、s8.2：计算归一值的算术和ods。

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38、与现有技术相比，本发明提供一种确定健康监测路面中导电介质最佳掺量和种类的方法，可以获得包括以下技术效果：

39、(1)本发明提供一种确定健康监测路面中导电介质最佳掺量和种类的方法，基于分形维数、聚集度、电阻率三个指标，精确定量表征导电介质的分散程度和所能形成的最短导电通路，为导电介质闭环性程度判定提供了一种综合、全面的评价方法。

40、(2)本发明提供一种确定健康监测路面中导电介质最佳掺量和种类的方法，对于提升健康监测路面的健康监测性能，确定导电介质掺量和种类等具有重要意义。

技术特征：

1.一种确定健康监测路面中导电介质最佳掺量和种类的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种确定健康监测路面中导电介质最佳掺量和种类的方法，其特征在于，所述s4中，计算导电介质的分散度，具体步骤如下：

3.根据权利要求1所述的一种确定健康监测路面中导电介质最佳掺量和种类的方法，其特征在于，所述s5中，计算导电介质的聚集度，具体步骤如下：

4.根据权利要求1所述的一种确定健康监测路面中导电介质最佳掺量和种类的方法，其特征在于，所述s6中，计算健康监测路面试件电阻率，具体步骤如下：

5.根据权利要求1所述的一种确定健康监测路面中导电介质最佳掺量和种类的方法，其特征在于，所述s8中，判定导电介质分散均匀度，具体方法为：

技术总结
本发明公开了一种确定健康监测路面中导电介质最佳掺量和种类的方法，涉及沥青混凝土领域，包括以下步骤：制备多组导电介质掺量不同的健康监测路面试件；对健康监测路面试件切割成半圆柱形健康监测路面试件；提取图像中导电介质所在的像素点；计算导电介质的分散度；计算导电介质的聚集度；计算健康监测路面试件的电阻率；采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价健康监测路面试件的水稳定性；对分散度、聚集度、电阻率三项指标进行均一化处理；确定健康监测路面导电介质最佳掺量和种类。本发明为导电介质闭环性程度判定提供了一种综合、全面的评价方法，对于确定导电介质掺量和种类等具有重要意义。

技术研发人员：刘凯,张雅婧,徐晓倩,张益翔,蔡文静,张猛,赵俊仁,丁伟伦,汪师培,笪艺,童健航,张玄成
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12