论文总字数：19328字

摘 要

论文作者签名：＿＿＿＿＿导师签名：＿＿＿＿日期：＿＿＿＿

基于数字图像及显微技术的改性沥青微观结构量化分析

学号 21713232 学生姓名 孙方正

指导教师 杨若冲

摘要

这篇论文主要讨论利用MATLAB等图像处理软件对沥青改性后的微观结构进行处理分析，并结合沥青的三大指标针入度、软化点和延度，获得评价其微观结构的指标。

实验中选用了中石化1301-I型类SBS改性剂型在实验室中制备SBS改性沥青，得到不同剪切速率、剪切时间、剪切温度和SBS含量的4组SBS改性沥青试样，并获取不同掺量的SBS改性沥青荧光显微图像。借助图像处理软件与数学方法计算出荧光显微图片中的荧光剂面积（即SBS所占面积）比例、SBS改性剂溶胀倍数，分析SBS面积比、溶胀倍数与针入度、软化点、延度等宏观性能之间的关系，得出宏观路用性能优良的改性沥青微观结构，并用相应的面积比和溶胀倍数指标对其进行定义，供实际工程参考。

对实验及图像进行处理分析，定性的观察荧光显微图像发现， SBS掺量越大则黄色荧光部分在整个体系中占据的面积越大，SBS与沥青形成两相连续的网状结构的转变点在SBS质量比掺量3%~5%范围内；从SBS改性剂面积比来看，随着SBS的掺量的增加，改性剂荧光部分所占沥青面积也同步增加，初步推荐优良的SBS改性沥青的一项微观结构指标为15%~20%的SBS面积比。

本项目的创新之处在于结合了对图像的宏观定性分析、使用MATLAB得出的微观结构定量分析以及SBS改性沥青的宏观路用性能的测定对改性沥青的微观结构进行研究，得到影响其宏观性能的重要微观评价指标，从而与宏观性能建立联系，更加科学的说明影响其性能的微观因素，为改良改性沥青材料的制备工艺、质量检测手段等提供了微观上的支持。

关键词：改性沥青；数字图像处理技术；微观机理

Abstract

This paper mainly discusses the use of MATLAB and other image processing software to analysis the microstructure of modified asphalt, combined with the three indicators of asphalt: penetration, softening point and the ductility, to obtain the evaluation of its microstructure indicators.

Four SBS modified asphalt samples with different shear rate, shear time, shear temperature and SBS content were prepared by SBS modified asphalt in the laboratory. The SBS modified asphalt samples were prepared by using Sinopec 1301-I. And different content of SBS modified asphalt fluorescence microscopy images were obtained. The ratio of the area of the phosphor in the fluorescence micrograph (that is, the area occupied by SBS), the swelling ratio of SBS modifier, the ratio of SBS area, the degree of swelling and the degree of penetration, the softening point and the extension of the viscosity were calculated by means of image processing software and mathematical method. And the macroscopic properties of modified asphalt were obtained, and the corresponding area ratio and swelling index were used to define it for practical engineering reference.

The experimental results show that the larger the SBS content is, the larger the area occupied by the yellow fluorescent part in the whole system, and the SBS and the asphalt form the transition point of the two-phase continuous network structure In the SBS mass ratio of 3% to 5%; from the aspect ratio of SBS modifier, with the increase of SBS content, the area occupied by the fluorescent part of the modifier also increased, and the preliminary recommendation was excellent SBS modified asphalt a microstructure index of 15% to 20% of the SBS area ratio.

The innovation of this project is to combine the macroscopic qualitative analysis of the image, use the quantitative analysis of microstructure and the macroscopic road performance of SBS modified asphalt to study the microstructure of modified asphalt, Macroscopic performance of the important micro-evaluation indicators, and thus establish a link with the macro performance, more scientific description of the micro-factors affect its performance, to improve the modified asphalt material preparation process, quality testing means to provide a micro-support.

Key words：modified asphalt; digital image processing technology; micro mechanism

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 研究目标和技术路线 2

1.2.1 研究目标 2

1.2.2 技术路线 2

第二章 原材料的技术性质及改性沥青的技术指标 3

2.1 原材料的技术性质 3

2.2 改性沥青主要的技术指标及试验方法 4

2.2.1 针入度 4

2.2.2 软化点 5

2.2.3 延度 6

第三章 改性沥青微观结构量化分析 8

3.1 改性沥青的制备及荧光显微分析 8

3.1.1 室内制备改性沥青 8

3.1.2 样本处理及图像采集 9

3.1.3 图像处理分析 9

3.2 微观结构量化指标的确定 13

3.2.1 SBS改性剂面积比 13

3.2.2 SBS溶胀倍数 14

第四章 试验流程及试验结果 16

4.1 试验流程 16

4.1.1 室内改性沥青的制备 16

4.2 试验结果 16

4.2.1 剪切速率 16

4.2.2 剪切时间 17

4.2.3 SBS含量 18

4.3 微观结构与宏观性能关系的探索 19

4.3.1 SBS面积比 19

4.3.2 SBS溶胀倍数 20

第五章 结语 22

5.1 主要结论 22

5.2 项目创新点以及不足与展望 22

5.2.1 项目创新点 22

5.2.2 不足与展望 22

致谢 24

参考文献 25

绪论

课题研究的背景及意义

公路交通对于一个国家的发展而言至关重要，公路交通发展技术的先进与否足以体现出一个国家的经济实力与科技水平。从建国开始确立从上到下的公路管理机构开始，我国的公路建设开始进入强盛的发展时期，即便是在动荡的六十年代中期到七十年代中期，我们的公路发展也没有停下脚步。而随着改革开放和经济现代化的建设，我国的公路发展再一次提速，而相应的，公路发展在经济产业发展中的重要性和必要性也被各方面所认知。到今年为止，我国的高速公路总长度已经稳居世界首位，实现了改革开放快速发展的目标。然而在高速公路快速发展的背景下，一些问题也显现出来。目前，我国的高速公路主要选用的是沥青混凝土路面。在当前高速公路对沥青广泛使用的大环境下，我们对路面质量有了更高的要求，因此我们对沥青质量的要求也越来越高。而随着现代化的不断发展，现代道路交通正在朝着流量大、载重大、重荷载的方向发展，加之我国原油大多属于石蜡基，耐久性较差，以至于其在高速公路上的推广较为困难，因此改性沥青得到了广泛使用。

最近几年新新建设或是改建的高速公路多使用聚合物改性沥青混合料进行建设。聚合物改性沥青是在沥青中加入某些高分子聚合物（如 SBS、 EVA、 PE、 SBR 等），一般在高温环境下进行一段较长时间的高速剪切使聚合物均匀地分散在沥青中而形成的一种沥青和聚合物的共混材料。通过这种方式提高沥青混合料的路用性能和使用寿命的原因是，SBS等聚合物具有优秀的物理性能和化学性能，可以弥补沥青本身软化点偏低等缺陷，使之在实际工程中发挥更加出色。

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