Sbs改性瀝青相態分布特性的熒光顯微圖像分析方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種SBS改性瀝青相態分布特性的熒光顯微圖像分析方法，具體涉及 一種適用于熒光顯微手段分析試驗室高速剪切乳化機制備聚合物改性瀝青相態分布特征 的方法。
【背景技術】
[0002] 傳統方法主要通過破壞性試驗評價共混材料中外摻物的相容程度，如瀝青離析試 驗，試驗過程繁雜，需消耗大量人工、材料、能源和時間，故而基于共混材料顯微相態的分布 特征理論得到了快速發展。聚合物改性瀝青屬于典型的兩相共混體系，聚合物相態分布特 征是決定其各項使用性能的重要指標，其相態結構特征主要包括瀝青單相連續、兩相互鎖、 聚合物單相連續三種形式。

【發明內容】

[0003] 本發明的目的是提供一種基于熒光顯微圖像的SBS改性瀝青相態分布特性分析 方法，本發明給出了聚合物改性瀝青相態分布特性的圖像評價方法，并確定了定量的評價 參數，避免了傳統試驗的大量器具和時間耗費。
[0004] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的，SBS改性瀝青相態分布特性的熒光顯 微圖像分析方法，首先對標準方法采集的熒光顯微圖像進行濾波分析、分割處理得到表示 瀝青相和聚合物相的二值圖像，然后提取圖像中的聚合物形態并轉為二值文件，最后對二 值圖形文件矩陣進行分塊操作，將圖像主矩陣（主圖）等分為若干子矩陣（子圖）并提取 主圖連通域的數量及各個子圖中的聚合物粒子數量，并據此計算圖的克里斯欽森系數；根 據其連通域的數量判斷聚合物改性瀝青的相態結構特征，即瀝青單相連續、兩相互鎖、聚合 物單相連續，并結合聚合物粒子分布的克里斯欽森系數定量刻畫聚合物在瀝青中的分布特 征。
[0005] 首先對標準方法采集的熒光顯微圖像進行濾波分析、分割處理得到表示瀝青相和 聚合物相的二值圖像，然后提取圖像中的聚合物形態并轉為二值文件，最后對二值圖形文 件矩陣進行分塊操作，將圖像主矩陣等分為若干子矩陣并提取圖像主矩陣連通域的數量及 各個子矩陣中的聚合物粒子數量，并據此計算圖的克里斯欽森系數；根據其連通域的數量 判斷聚合物改性瀝青的相態結構特征，即瀝青單相連續、兩相互鎖、聚合物單相連續，并結 合聚合物粒子分布的克里斯欽森系數定量刻畫聚合物在瀝青中的分布特征。
[0006] 優選的，所述分析方法具體包括如下步驟：
[0007] (1)采集SBS改性瀝青熒光顯微圖像，以其灰色圖像為研究對象；
[0008] (2)對所述灰色圖像進行濾波分析，確定最佳鄰域水平；
[0009] (3)對所述經過最佳鄰域水平處理的灰色圖像進行分割處理，按照"類間方差最 大"原則，尋找經濾波圖像的全局最佳分割閾值，將經濾波處理的灰色圖像二值化，得到表 示聚合物和瀝青背景的二值圖像；
[0010] (4)對所述二值圖像的數字矩陣進行分塊處理，按照4連通尋找主圖連通域的數 量C，并提取各子圖的聚合物粒子數n1;
[0011] (5)計算克里斯欽森系數：
[0012] (6)分別以所述克里斯欽森系數、連通域的數量為縱坐標，繪制其隨剪切時間和改 性劑摻量變化的曲線。
[0013] 優選的，所述采集SBS改性瀝青熒光顯微圖像，包括以下步驟：
[0014] (1)采用高速剪切乳化法制備SBS摻量分別為3%、4%、5%、6%、7%的改性瀝青， 并按照規范要求在剪切90分鐘時取樣、澆筑、冷卻、刮平軟化點試樣，以備觀測使用；
[0015] (2)使用熒光采集系統獲取SBS改性瀝青軟化點試樣圖像文件。
[0016] 優選的，所述對圖像進行濾波分析，確定最佳鄰域水平，包括以下步驟：
[0017] (1)將彩色圖像轉換為灰度圖像；
[0018] (2)采用不同鄰域水平的維納濾波器對灰度圖像進行濾波處理；
[0019] (3)提取濾波后圖像的聚合物粒子數量；
[0020] (4)繪制"粒子數量-鄰域水平"關系曲線；
[0021] (5)取用粒子數量趨于穩定時對應的鄰域水平為最佳鄰域水平，對應的濾波圖像 為最終研究對象。
[0022] 優選的，所述計算克里斯欽森系數的方法為：
[0023] (1)計算分塊子圖中聚合物粒子數的平均值，記為u;
[0024] (2)計算分塊子圖中聚合物粒子的絕對離差平均值，記為v;
[0025]
[0026] (3)計算克里斯欽森系數K;
[0027]
[0028] 與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
[0029] 第一，本發明提供的SBS改性瀝青相態分布特性的熒光顯微圖像分析方法，通過 軟化點試樣即可采集得到SBS改性瀝青的微觀圖像，通過標準的圖像處理、特征提取步驟 即可獲得聚合物相態結構的定量描述參數，即連通域的數量和克里斯欽森系數。與傳統破 壞性試驗相比，既避免了大量的時間、材料和能源消耗，又能直觀、定量分析改性瀝青的微 觀結構。
[0030] 第二，與傳統試驗相比，本發明克服了室內試驗估測聚合物分布相容性的不足，避 免了傳統試驗耗費大量的人力物力的缺點。
[0031] 第三，本發明方法引入了熒光顯微圖像技術，具有效率高、成本低等優點，可以快 速、定量地分析亞微觀尺度SBS改性瀝青的相態分布特性。
【附圖說明】
[0032] 圖1為熒光顯微圖像方法分析SBS改性瀝青相態分布特性的實現步驟。
[0033] 圖2為SBS改性瀝青熒光顯微圖像的灰度圖像。
[0034] 圖3為圖像濾波操作對聚合物微小粒子的"吞噬"現象，隨著鄰域水平的增加（從 左到右），圖像中細微粒子在逐步消失，其中圖3 (a)為經鄰域水平5X5濾波處理的圖像， 圖3 (b)為經鄰域水平10X10濾波處理的圖像，圖3 (c)為經鄰域水平20X20濾波處理的 圖像，圖3(d)經鄰域水平40X40濾波處理的圖像。
[0035] 圖4為粒子數隨鄰域水平的變化曲線。
【具體實施方式】
[0036] 量化評價SBS改性瀝青相態分布特性的實現過程：
[0037] 在本發明中，微觀觀測樣本按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011)中軟化點試樣制備；待試樣冷卻至室溫，置于OLYMPUS熒光顯微鏡下，以放大倍 數20X、圖