[资料]使用荧光显微图像计算SBS面积比

发表于2018-12-14     97人浏览     0人跟帖     总热度:113  

 

使用荧光显微图像计算SBS面积比1

文章来源:中国沥青路面网

引言

 

国内外对SBS改性沥青荧光显微形态研究从未间断,从最初的定性分析到目前通过专业设备及软件分析改性沥青微观结构。利用荧光显微图像可以定性地判断不同SBS与沥青的相容性,SBS在沥青体系中所占面积是SBS改性效果的重要表征。黄卫东借助一种专业分析软件,采用分割、计数、测量的方法计算SBS改性剂面积、长度等分布特征。杨群利用数理统计思想以及AutoCAD基础软件量化荧光显微图像中SBS所占面积比来评价改性效果。然而,采用分割、计数的方法计算过程较为复杂,抽样统计不能准确提取整个荧光显微图片中SBS真实面积。

 

MATLAB作为当今最优秀的科技应用软件之一,具有强大科学计算能力,是计算机辅助设计分析、算法、应用开发领域的重要工具和平台。本文提出了一种新的SBS面积比计算方法,运用MATLAB7.X及数学方法实现对SBS改性沥青微观结构中SBS面积比准确、快速的计算,并探讨了SBS面积比与针入度、软化点、延度、SBS掺量间的关系,从而指导生产实践。

 

试验材料及方法

 

原材料

 

采用韩国双龙90#A级道路石油沥青;选用中石化1301-1型SBS改性剂;选用中石化股份有限公司生产的长城牌工业硫磺作为稳定剂,质量比掺量为2‰(除特殊说明外,文中掺量均为质量比掺量)。

 

室内制备SBS改性沥青的方法

 

室内采用恒温油浴剪切机及搅拌机制备SBS改性沥青。将基质沥青预加热150℃放入剪切机的175℃油浴中,在电机4000r/min转速下剪切20min,沿烧杯侧壁加入SBS颗粒并将转速调至7000r/min剪切1.5h。沥青搅拌机175℃油浴中发育6h后掺入稳定剂,继续搅拌1h后即制备得到SBS改性沥青。

 

荧光显微图像采集

 

将搅拌均匀并加热熔融的SBS改性沥青分别选取距烧杯底部2/5,3/5,4/5部位的改性沥青滴布在载玻片上,将盖玻片从一端轻轻推到另一端,在推动过程中尽量保证改性沥青样品内部不产生气泡且厚度均匀,配合数字成像系统和计算机拍照、保存。由于时间、操作、环境因素对成像结果均有一定的影响,在试验过程中尽量不更换人员、仪器、试验环境以及操作流程。

 

基于荧光显微图像的SBS面积比的计算方法

 

计算方法构建

 

采用400倍荧光显微镜放大图像研究SBS改性沥青的微观形态结构,借助MALTAB图像处理软件计算出SBS改性剂在荧光显微图像中的面积比例。

 

(1)运行MATLAB图像处理软件将读取,根据荧光显微镜相关技术参数设置阀值。(2)编译相应的程序并设置阀值将真彩图像转化为二值图像。(3)编译程序白色区域与黑色区域的像素点个数M,N进行统计,则白色区域所占面积比R=M/(M+N),即为SBS改性剂所占整个图片的面积比例。(4)经计算,荧光显微图像SBS面积比为0.2325。通过对整个试验过程进行计时,从制备SBS改性沥青样品到计算SBS面积比结果可以在30min内完成,可以满足工程实际生产阶段质量优化与控制的需要。

 

应用示例

 

按照以上方法,分别对SBS改性剂质量比掺量为3%,4%,5%的SBS改性沥青荧光显微图像中荧光显微图片进行SBS面积比量化。经过以上方式计算出来的SBS掺量为3%,4%,5%改性沥青荧光显微图像中SBS面积比分别为23.25%,37.22%,44.33%。

 

可知:对于本次试验选取的荧光显微图片,SBS改性剂掺量越高则SBS面积比就越大。所用SBS改性剂密度=0.93g/cm3,基质沥青密度=0.983g/cm3,假设SBS改性剂、基质沥青混合之前的体积分别为V1,V2;该试验制备的改性沥青SBS改性剂吸收基质沥青轻质组分溶胀后的SBS改性剂、沥青体积分别为V3,V4,质量分别为m1,m2;SBS改性剂溶胀n倍。

 

将试验计算的SBS改性剂与基质沥青溶胀前后的质量比、SBS面积比分别代入,溶胀后的SBS改性剂与基质沥青的体积比近似于二维荧光显微图片中两者的面积比,得到对应的SBS改性剂溶胀倍数值n1=6.13,n2=6.68,n3=6.12。国内外虽没有针对SBS溶胀倍数进行专门论述,但通过此方法计算的SBS改性剂在不同SBS改性剂掺量条件下溶胀保持在6~7倍,符合SBS改性剂的溶胀属性,印证了通过文中的方法计算SBS改性沥青SBS面积比具有准确、稳定的特点,这与其他研究者所得出的结论是一致的。

 

SBS面积比与沥青性能关系分析

 

通过对SBS改性沥青技术指标与不同SBS剂量改性沥青面积比进行综合分析,得到的SBS掺量与SBS所占面积比的关系图和SBS面积比与其针入度、延度、软化点之间的关系。

 

结果表明,在3%~5%区间内,随着SBS改性剂掺量的增大,SBS改性剂在荧光显微图像中的面积比增大。可知,SBS改性沥青的针入度随着SBS所占面积比的增大而减小,软化点和延度随着面积比的增大而增大。针入度、软化点、延度表征沥青稠度、高温稳定性和塑性变形能力,这就充分表明了在SBS掺量3%~5%时,随着SBS面积比的增加,SBS改性沥青可获得更高的稠度、高温稳定性和塑性变形能力。

 

结合3种不同SBS掺量的荧光显微图像,若将3%,4%,5%的SBS掺量的SBS改性沥青相态结构分别认为是沥青相为连续相而聚合物相为分散相的单相连续结构、两相连续结构或两相互锁结构、接近聚合物相为连续相而沥青相为分散相的单相连续结构,则SBS改性沥青的微观结构在两相连续结构或两相互锁结构或者接近聚合物相为连续相而沥青相为分散相的单相连续结构时具有较高的改性性能。

 

结论

 

(1)以SBS改性沥青荧光400倍显微图像为研究对象,借助MATLAB图像处理软件和数学方法,提出一种计算SBS改性剂在荧光显微图片中面积比例的新方法,此方法具有快速、准确、直观的特点。

 

(2)在二维荧光显微图片中通过改性前后质量、密度、体积比的换算,得到SBS改性剂在3%,4%,5%掺量下分别膨胀6.13,6.68,6.12倍。

 

(3)通过对3%,4%,5%共3种SBS掺量的改性沥青的三大指标试验,随着SBS掺量的增加,SBS面积比、软化点、延度增大,针入度随之减小。荧光显微图片中较大SBS面积比的改性沥青具有较高的稠度、高温稳定性和塑性变形能力。 

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