本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于圖像處理技術(shù)的環(huán)氧瀝青兩相分布狀態(tài)定量分析方法。利用image?J軟件處理環(huán)氧瀝青的熒光顯微圖像，對瀝青相和環(huán)氧樹脂相的分布狀態(tài)進(jìn)行定量分析，評估兩相分布的均勻性、分散相的形態(tài)學(xué)特征及緊密性。同時(shí)，本發(fā)明專利技術(shù)通過引入形態(tài)學(xué)參數(shù)、溫度變化因子和時(shí)間變化因子，分析不同溫度和時(shí)間條件下兩相的演變規(guī)律。該方法能夠提供高精度的微觀結(jié)構(gòu)分析手段，為環(huán)氧瀝青材料的性能優(yōu)化、使用壽命評估及質(zhì)量控制提供了科學(xué)依據(jù)，并有助于在復(fù)雜環(huán)境條件下優(yōu)化其應(yīng)用性能。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于環(huán)氧瀝青微觀形態(tài)分析領(lǐng)域，具體涉及一種基于圖像處理技術(shù)的環(huán)氧瀝青兩相分布狀態(tài)定量分析方法。
技術(shù)介紹
1、環(huán)氧瀝青作為一種高性能的熱固性材料，在道路工程中具有廣泛的應(yīng)用。環(huán)氧瀝青由瀝青、環(huán)氧樹脂和固化劑組成，通過固化反應(yīng)形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能和粘接性能。
2、環(huán)氧瀝青微觀結(jié)構(gòu)中的瀝青相和環(huán)氧樹脂相的分布情況對材料的宏觀性能有著決定性的影響。均勻分布的兩相可以提供更好的力學(xué)性能，如抗拉強(qiáng)度和彈性模量，而相容性良好的兩相可以提高材料的耐久性和抗老化性能。
3、然而，環(huán)氧樹脂與瀝青在分子量、物理密度以及化學(xué)結(jié)構(gòu)等方面存在顯著差異，導(dǎo)致它們在熱力學(xué)上不相容。這種不相容性可能導(dǎo)致環(huán)氧瀝青在實(shí)際使用過程中出現(xiàn)性能下降，如早期老化、粘接性能降低等問題。
4、目前，對環(huán)氧瀝青微觀結(jié)構(gòu)的研究多依賴于定性分析，如光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡(sem)等。這些方法雖然能夠提供兩相分布的直觀圖像，但無法提供關(guān)于兩相分布均勻性和相容性的定量信息。
5、定性分析方法的局限性在于無法準(zhǔn)確評估兩相分布的均勻性和相容性，從而無法為材料性能的優(yōu)化提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。例如，定性分析無法精確測量兩相的面積比、分布的連續(xù)性，這些都是影響環(huán)氧瀝青宏觀性能的關(guān)鍵因素。
6、為了克服以上局限性，需要開發(fā)一種定量分析兩相分布狀態(tài)的方法，以精確分析和量化環(huán)氧瀝青中環(huán)氧樹脂相和瀝青相的分布情況，從而為環(huán)氧瀝青的性能優(yōu)化和應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對上述問題，本專利技術(shù)提供了一種基于圖像處理技術(shù)的環(huán)氧瀝青兩相分布狀態(tài)定量分析方法，該方法具體包括以下步驟：
2、步驟s1，材料準(zhǔn)備：將瀝青與環(huán)氧樹脂按照比例均勻攪拌，攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分鐘，時(shí)間為5分鐘，得到初始樣品；然后將初始樣品放置在60℃烘箱中固化4天，得到環(huán)氧瀝青樣品；
3、步驟s2，熒光顯微圖像獲取：制備固化后的環(huán)氧瀝青玻片樣品，采用ix53型熒光顯微鏡觀察樣品中環(huán)氧樹脂與瀝青的分布狀態(tài)，放大倍數(shù)為400倍；然后使用綠色激發(fā)光激發(fā)，得到環(huán)氧瀝青樣品的熒光顯微圖像，并將圖像保存為tiff格式；
4、步驟s3，熒光顯微圖像處理：使用image-j軟件將環(huán)氧瀝青樣品的熒光顯微圖像轉(zhuǎn)變?yōu)?-bit灰度圖，設(shè)置灰度閾值為50-150，根據(jù)灰度差異分割出環(huán)氧瀝青樣品的連續(xù)相和分散相，并確保不同圖片間的處理標(biāo)準(zhǔn)一致；
5、步驟s4，兩相混合均勻性評價(jià)：使用image-j軟件的measure功能統(tǒng)計(jì)環(huán)氧樹脂相與瀝青相的總面積，計(jì)算環(huán)氧樹脂與瀝青面積的比值k，用以表征環(huán)氧樹脂與瀝青混合的均勻性；
6、步驟s5，分散相均勻性和緊密性評價(jià)：使用image-j軟件中的analyze?particles功能對熒光顯微圖像中分散相的顆粒數(shù)量、面積及形態(tài)學(xué)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算顆粒的長寬比和圓度，設(shè)定顆粒最小面積為1μm2，最大面積為300μm2，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果計(jì)算分散相平均面積和方差，以評價(jià)體系中分散相的均勻性和緊密性；
7、步驟s6，溫度變化下的分布評估：在不同溫度條件下，至少包含25℃、40℃、60℃，重復(fù)上述步驟s3至步驟s5，分析溫度變化對兩相分布均勻性和分散相顆粒形態(tài)的影響；
8、步驟s7，時(shí)間演化評估：周期性觀察環(huán)氧樹脂與瀝青相的分布變化，評估固化時(shí)間對混合均勻性和分散相穩(wěn)定性的影響。
9、根據(jù)本申請的另一個(gè)方面，步驟s1中環(huán)氧瀝青樣品是瀝青和環(huán)氧樹脂的混合物，環(huán)氧樹脂是指環(huán)氧樹脂a劑和b劑按比例6:4混合攪拌得到的混合物，其中b劑為固化劑，混合溫度為60℃，攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間為5分鐘。
10、根據(jù)本申請的另一個(gè)方面，步驟s5中對分散相的顆粒形態(tài)學(xué)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，包括長寬比ar和圓度r，其中長寬比ar通過顆粒的最大直徑與最小直徑之比進(jìn)行計(jì)算，多個(gè)顆粒的平均長寬比計(jì)算公式為：
11、其中，ari為第i個(gè)顆粒的長寬比，n為顆粒的總數(shù)；
12、ari的計(jì)算公式為：
13、其中，li為第i個(gè)顆粒的最大直徑，wi為第i個(gè)顆粒的最小直徑；
14、圓度r通過顆粒的面積與最大直徑的平方比進(jìn)行計(jì)算，多個(gè)顆粒的平均圓度計(jì)算公式為：
15、其中，ri為第i個(gè)顆粒的圓度，n為顆粒的總數(shù)；
16、ri的計(jì)算公式為：
17、其中，ai為第i個(gè)顆粒的面積，li為第i個(gè)顆粒的最大直徑，圓度越接近1表示顆粒越接近圓形。
18、根據(jù)本申請的另一個(gè)方面，步驟s6中在不同溫度下重復(fù)圖像處理與分析過程，評估溫度變化對兩相分布均勻性和分散相顆粒形態(tài)的影響，使用溫度變化因子tf描述溫度對環(huán)氧樹脂與瀝青相分布的影響，具體公式為：
19、
20、其中，tf為溫度變化因子；δk(t)＝kt-k0，kt為在溫度t下的面積比，k0為常溫25℃下的面積比；δt＝t-t0，t0為常溫25℃，t為實(shí)驗(yàn)設(shè)定的不同溫度；k0為在常溫下計(jì)算的面積比；通過此公式可以計(jì)算出溫度變化對環(huán)氧瀝青兩相分布的敏感性，溫度變化因子tf越大，表明溫度對兩相分布的影響越顯著。
21、根據(jù)本申請的另一個(gè)方面，步驟s7是通過多時(shí)間點(diǎn)采集圖像，計(jì)算隨時(shí)間的環(huán)氧樹脂相與瀝青相的面積變化情況，使用時(shí)間變化因子tf描述時(shí)間對兩相分布的影響，具體公式如下：
22、
23、其中，tf為時(shí)間變化因子；δk(t)＝kt-k0，kt為在時(shí)間t時(shí)的面積比，k0為初始時(shí)間0天時(shí)的面積比；δt＝t-t0，t0為初始時(shí)間，t為實(shí)驗(yàn)設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)，包括1天、3天、7天；λ為時(shí)間變化的衰減常數(shù)，用于描述隨時(shí)間增長兩相分布趨于穩(wěn)定的速率；通過此公式可以計(jì)算出時(shí)間變化對兩相分布均勻性的動(dòng)態(tài)影響，時(shí)間變化因子tf隨時(shí)間的增加而逐漸減小，表明時(shí)間對分布的影響趨于平穩(wěn)。
24、根據(jù)本申請的另一個(gè)方面，步驟s4中環(huán)氧樹脂相與瀝青相的面積比k計(jì)算公式為：
25、
26、式中，ae為圖像中環(huán)氧樹脂相的總面積，aa為圖像中瀝青相的總面積。
27、根據(jù)本申請的另一個(gè)方面，步驟s5中分散相顆粒平均面積的計(jì)算公式為：
28、
29、其中，為圖像中分散相顆粒的平均面積，ad為圖像中分散相顆粒的總面積，n為分散相顆粒的總數(shù)，分散相顆粒的面積通過圖像處理軟件analyze?particles功能自動(dòng)計(jì)算，最小顆粒面積為1μm2。
30、根據(jù)本申請的另一個(gè)方面，步驟s5中分散相面積方差的計(jì)算公式為：
31、
32、其中，s2為分散相顆粒的方差，ai(d)為第i個(gè)分散相顆粒的面積；方差s2的大小用于評估分散相顆粒的均勻性，方差越小，顆粒分布越均勻。
33、本專利技術(shù)的有益效果如下：
34、本專利技術(shù)通過引入復(fù)雜的形態(tài)學(xué)參數(shù)、溫度和時(shí)間變化因子，定量化環(huán)氧瀝青兩相分布的均勻性和緊密性，提供了一種精本文檔來自技高網(wǎng)
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于圖像處理技術(shù)的環(huán)氧瀝青兩相分布狀態(tài)定量分析方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像處理技術(shù)的環(huán)氧瀝青兩相分布狀態(tài)定量分析方法，其特征在于：步驟S1中環(huán)氧瀝青樣品是瀝青和環(huán)氧樹脂的混合物，環(huán)氧樹脂是指環(huán)氧樹脂A劑和B劑按比例6:4混合攪拌得到的混合物，其中B劑為固化劑，混合溫度為60℃，攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間為5分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微觀圖像處理的環(huán)氧瀝青兩相分布情況量化方法，其特征在于：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微觀圖像處理的環(huán)氧瀝青兩相分布情況量化方法，其特征在于：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微觀圖像處理的環(huán)氧瀝青兩相分布情況量化方法，其特征在于：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微觀圖像處理的環(huán)氧瀝青兩相分布情況量化方法，其特征在于：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微觀圖像處理的環(huán)氧瀝青兩相分布情況量化方法，其特征在于：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種的基于微觀圖像處理的環(huán)氧瀝青兩相分布情況量化方法，其特征在于：
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于圖像處理技術(shù)的環(huán)氧瀝青兩相分布狀態(tài)定量分析方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像處理技術(shù)的環(huán)氧瀝青兩相分布狀態(tài)定量分析方法，其特征在于：步驟s1中環(huán)氧瀝青樣品是瀝青和環(huán)氧樹脂的混合物，環(huán)氧樹脂是指環(huán)氧樹脂a劑和b劑按比例6:4混合攪拌得到的混合物，其中b劑為固化劑，混合溫度為60℃，攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間為5分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微觀圖像處理的環(huán)氧瀝青兩相分布情況量化方法，其特征在于：
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐光霽，邵楷模，郝斯文，胡靖，王厚植，潘岑，
申請(專利權(quán))人：南京現(xiàn)代綜合交通實(shí)驗(yàn)室，
類型：發(fā)明
國別省市：
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