路用集料形態(tài)特征測(cè)試與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程

1路用集料形態(tài)特征測(cè)試與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程本文件規(guī)定了公路工程用粗集料形態(tài)特征檢測(cè)技術(shù)的基本要求，包括粗集料形態(tài)特征的檢測(cè)指標(biāo)、檢測(cè)方法、自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)等。本文件適用于公路工程粗集料形態(tài)特征的科學(xué)快速精準(zhǔn)檢測(cè)。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T14685建設(shè)用卵石、碎石JGJ52普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)JJF1593針狀、片狀規(guī)準(zhǔn)儀校準(zhǔn)規(guī)范JTGD50公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGE42公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程JTG5142公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)程3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件3.1粗集料形態(tài)特征Morphologicalofcoarseaggregate粗集料的形態(tài)特征主要包括針片狀顆粒含量、凸度、軸向系數(shù)以及棱角值四個(gè)方面。3.2形態(tài)特征檢測(cè)設(shè)備Detectionequipmentofmorphologicalcharacteristics能批量獲取粗集料顆粒的2D二值圖像和3D圖像等信息，并能通過實(shí)時(shí)或后處理的信息處理方式，獲取粗集料針片狀顆粒含量、凸度、軸向系數(shù)以及棱角值的檢測(cè)設(shè)備。3.3軸向系數(shù)Axialfactor表征粗集料針片狀特性的參數(shù)。軸向系數(shù)為集料輪廓投影的等效橢圓主軸L和次軸W的比值。3.42棱角值A(chǔ)ngularityValue表征粗集料的棱角性的參數(shù)。利用2D二值圖像識(shí)別計(jì)算出粗集料顆粒的外切多邊形周長(zhǎng)PC與等效橢圓周長(zhǎng)PE之比值的平方。3.5凸度ConvexityRatio表征粗集料棱角性的參數(shù)。利用2D二值圖像識(shí)別計(jì)算出粗集料顆粒的實(shí)際面積SA與其外切多邊形面積SC比值的平方根。4一般規(guī)定4.1粗集料形態(tài)特征檢測(cè)應(yīng)做到數(shù)字化檢測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。4.2本方法適用于粗集料針片狀顆粒含量、軸向系數(shù)、凸度和棱角值的數(shù)字化測(cè)試與評(píng)價(jià)。4.3本方法適用于粗集料加工后和進(jìn)場(chǎng)前的檢測(cè)。4.4粗集料形態(tài)特征檢測(cè)的粒徑范圍是4.75mm~31mm。4.5粗集料形態(tài)特征檢測(cè)結(jié)果認(rèn)定以針片狀顆粒含量為主要指標(biāo)，軸向系數(shù)、凸度和棱角值為輔助性指標(biāo)。4.6粗集料針片狀顆粒含量的數(shù)字化檢測(cè)應(yīng)采用人工游標(biāo)卡尺法進(jìn)行相關(guān)性試驗(yàn)，兩者相關(guān)性應(yīng)大于95%，具體計(jì)算方法見附錄A。5粗集料形態(tài)特征檢測(cè)指標(biāo)的計(jì)算方法5.1基本參數(shù)通過圖像處理獲取粗集料投影的面積、周長(zhǎng)、長(zhǎng)軸、短軸、體積等輪廓參數(shù)。5.2針片狀顆粒含量采用計(jì)算機(jī)程序獲取抽樣粗集料的針片狀顆粒含量，計(jì)算方法如式1。Q=V0/V1×100%（1）式中：Q一針片狀顆粒含量（%V1一試驗(yàn)用的集料總體積（cm3V0一針片狀顆粒的體積（cm3）。5.3軸向系數(shù)采用計(jì)算機(jī)程序獲取抽樣粗集料的軸向系數(shù)，計(jì)算方法如式2。3A＝L/W（2）式中：L一粗集料顆粒等效橢圓的長(zhǎng)軸（cmW一粗集料顆粒等效橢圓的短軸（cmA一粗集料顆粒的軸向系數(shù)。5.4凸度采用計(jì)算機(jī)程序獲取抽樣粗集料的凸度，計(jì)算方法如式3。（3）式中：SA一粗集料顆粒投影的實(shí)際面積（cm2Sc一粗集料顆粒投影外切多邊形的面積（cm2CR一粗集料顆粒的凸度值。5.5棱角值采用計(jì)算機(jī)程序獲取抽樣粗集料的棱角值，計(jì)算方法如式4。（4）式中：Pc一粗集料顆粒投影外切多邊形的周長(zhǎng)（cmPE一粗集料顆粒投影等效橢圓的周長(zhǎng)（cmAP一粗集料顆粒的棱角值。6粗集料形態(tài)特征的自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)6.1測(cè)試階段劃分按照材料獲取和道路施工全過程的需求，將粗集料測(cè)試流程劃分為粗集料破碎形態(tài)檢測(cè)階段和集料進(jìn)場(chǎng)形態(tài)檢測(cè)階段，具體劃分如下：a）粗集料破碎形態(tài)檢測(cè)階段：從原石破碎到集料出場(chǎng)使用。本階段主要針對(duì)集料破碎廠或擁有集料破碎設(shè)備和破碎資質(zhì)的施工單位，在原石的破碎過程中對(duì)破碎完成的集料形態(tài)（針片狀）進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)，確保集料破碎廠所輸出集料滿足規(guī)范要求，如圖1所示；4圖1集料破碎形態(tài)檢測(cè)基本流程b）集料進(jìn)場(chǎng)形態(tài)檢測(cè)階段：從集料破碎完成到運(yùn)輸?shù)巾?xiàng)目進(jìn)場(chǎng)使用。本階段主要針對(duì)集料外購項(xiàng)目，即本項(xiàng)目沒有集料破碎場(chǎng)地和集料破碎設(shè)備，所需集料都需要從其他料場(chǎng)購進(jìn)，在進(jìn)場(chǎng)前需要對(duì)集料的形態(tài)特征進(jìn)行檢測(cè)。6.2檢測(cè)設(shè)備要求粗集料顆粒形態(tài)特征的自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備建議具有以下功能：a）自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備應(yīng)包含硬件和軟件兩部分；b）設(shè)備硬件包含但不限于視覺模塊、直線滑動(dòng)平臺(tái)模組、托盤和底座（圖21-視覺模塊；2-直線滑動(dòng)平臺(tái)模組；3-托盤；4-底座；圖2設(shè)備硬件構(gòu)成示意圖c）視覺模塊宜采用雙目相機(jī)和線激光輔助定位的方式，雙目相機(jī)的技術(shù)參數(shù)要求如表1；表1雙目相機(jī)技術(shù)參數(shù)參數(shù)名稱技術(shù)要求分辨率不低于1536×2048像素對(duì)外接口USB2.0或USB3.0通信方式TCP/IP協(xié)議或通信SDK支持系統(tǒng)Windows/Linux/Android輸出數(shù)據(jù)X/Y/Z深度點(diǎn)云數(shù)據(jù)、深度圖工作溫度-10℃~50℃5d）直線滑動(dòng)平臺(tái)模組宜選用攝影專用的直線滑臺(tái)模組，一般由同步帶直線滑臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等構(gòu)成；為保證直線滑動(dòng)平臺(tái)模組不發(fā)生豎直方向位移并承受測(cè)試樣品的負(fù)載承受力，宜設(shè)置滑塊最大負(fù)載為30kg?；_(tái)移動(dòng)速度最高設(shè)置在15-30kg時(shí)速為不超過350mm/s，不超過15kg設(shè)置時(shí)速不超過460mm/s；e）托盤宜一次性可放置不小于100顆4.75mm~31mm的集料，集料總質(zhì)量不超過15kg，位于托盤邊緣的集料距離外邊緣不小于10mm，集料隨機(jī)放置且集料之間不能有接觸；f）底座宜選用鋁合金型材，易裝配和拆卸。配合調(diào)整地腳，可調(diào)整托盤使其保持水平；g）設(shè)備不受光線影響，軟件可自動(dòng)采集和計(jì)算粗集料的空間三維坐標(biāo)信息；h）設(shè)備軟件可獲取每顆粗集料顆粒的最大長(zhǎng)度L、最大寬度w、最大厚度t，并記錄保存；i）設(shè)備軟件可獲取每顆粗集料顆粒的體積，并記錄保存；j）設(shè)備軟件可獲取每顆粗集料2D二值圖像的外切多邊形和等效橢圓的面積、周長(zhǎng)等基本參數(shù)，并記錄保存。6.3檢測(cè)樣本取樣6.3.1在料場(chǎng)的同批來料的料堆上取樣時(shí)，應(yīng)先鏟除堆腳等處無代表部分，再在料堆的頂部、中部和底部，各自均勻分布的幾個(gè)不同部位，取得大致相等的若干份組成一組試樣，務(wù)必使所取試樣能代表本批來料的情況和品質(zhì)。取樣時(shí)應(yīng)保持所取集料干燥、清潔和表面無泥土。取樣量參照表2進(jìn)行，該表給出每個(gè)粒徑的最小取樣量，所取初步待測(cè)樣品量應(yīng)不少于表2所給數(shù)量。表2建議最小抽樣量試驗(yàn)項(xiàng)目相對(duì)于最大粒徑（mm）的最小取樣量4.759.526.531.5質(zhì)量（kg）0.82.5488206.3.2從滿足表2最小抽樣量的樣品中抽取自動(dòng)化檢測(cè)樣本。抽取的粗集料粒徑為4.75mm~9.5mm、9.5mm~16mm、16mm~31.5mm三檔，每檔集料抽取量不小于1kg。6.4檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定采用針片狀顆粒含量指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定。將采用自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備獲取的指標(biāo)結(jié)果與傳統(tǒng)檢測(cè)方法（游標(biāo)卡尺法）進(jìn)行對(duì)比，每次選取1kg粗集料，選取的粗集料粒徑為4.75mm~9.5mm、9.5mm~16mm、16mm~31.5mm三檔，采用自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備對(duì)每檔集料分別測(cè)試三組樣品，結(jié)果取平均值。自動(dòng)化檢測(cè)和人工檢測(cè)的真實(shí)誤差需控制在0％-2以1kg為標(biāo)準(zhǔn)）為宜。標(biāo)定樣例如表3所示。6表3粗集料形態(tài)自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定樣例/每1kg測(cè)試粒徑/mm測(cè)試1/%測(cè)試2/%測(cè)試3/%平均值/%人工測(cè)試/%測(cè)試誤差/%4.75~9.5mm9.5~16mm7.847.857.847.8437.8716~31.5mm0.87%6.5檢測(cè)步驟6.5.1按照6.3進(jìn)行取樣，從料倉三個(gè)不同部位各取1kg水洗并烘干的集料。6.5.2使用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)獲取粗集料形態(tài)特征時(shí)，保證集料彼此互不重疊、搭接和接觸，相鄰集料顆粒間保持一定的間隙，間隙寬度自行調(diào)節(jié)。6.5.3將集料分別置于自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備的托盤內(nèi)，檢查設(shè)備是否可以正常使用，開始測(cè)試。6.5.4打開檢測(cè)軟件，啟動(dòng)直線滑臺(tái)，擺放的集料通過雙目相機(jī)激光線，待全部通過后，完成檢測(cè)。6.5.5目測(cè)每顆集料2D二值圖像是否分割開，確認(rèn)測(cè)試結(jié)果的有效性，待有效后，記錄實(shí)際數(shù)據(jù)，獲取針片狀顆粒含量、凸度、軸向系數(shù)以及棱角值。重復(fù)三次測(cè)試并求得平均值。6.5.6編制檢測(cè)報(bào)告，并記錄集料的種類、產(chǎn)地、巖性和用途等信息。6.6復(fù)測(cè)驗(yàn)證復(fù)測(cè)驗(yàn)證為前期檢測(cè)分析的補(bǔ)充工作，復(fù)測(cè)驗(yàn)證比例不少于異常數(shù)據(jù)總數(shù)的10%。為了消除取樣、外界環(huán)境、集料擺放對(duì)于測(cè)試結(jié)果的影響，對(duì)粗集料形態(tài)特征異常值進(jìn)行復(fù)測(cè)驗(yàn)證。驗(yàn)證流程如下：a）將異常值剔除，對(duì)異常值所屬料堆進(jìn)行復(fù)測(cè)；b）對(duì)異常值粗集料所屬料堆進(jìn)行重新取樣，取樣量不少于異常值數(shù)據(jù)量的10%，并直接分為兩個(gè)測(cè)試組；c）對(duì)兩組樣品進(jìn)行重新測(cè)試，獲取粗集料的形態(tài)特征參數(shù)值；d）將兩組測(cè)試結(jié)果取平均值作為最終的測(cè)試結(jié)果。7數(shù)據(jù)分析7.1數(shù)據(jù)處理從料倉三個(gè)不同部位各取1kg水洗好并烘干的集料，對(duì)于4.75mm-13.2mm，若試驗(yàn)最大值和最小值的差值小于平均值的15％，取平均值為試驗(yàn)值，如大于或者等于15％，去掉試驗(yàn)最大值和最小值，取中間測(cè)試值的平均值作為試驗(yàn)值。對(duì)于大于13.2mm，取試驗(yàn)的平均值作為試驗(yàn)值。7.2結(jié)果應(yīng)用77.2.1當(dāng)粗集料的針片狀顆粒含量滿足國(guó)標(biāo)要求時(shí)，其余三個(gè)形態(tài)指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果可以對(duì)粗集料的質(zhì)量及應(yīng)用范圍進(jìn)行二次判定，判定標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。表4粗集料質(zhì)量判定標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)指標(biāo)優(yōu)中差軸向系數(shù)>3>0.90.7~0.9＜0.7棱角值>1.5＜0.9根據(jù)判定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)形態(tài)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行規(guī)定，如表5所示。表5指標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)景規(guī)定形態(tài)指標(biāo)高速公路、一級(jí)公路其他等級(jí)公路面層其他層位面層其他層位軸向系數(shù)優(yōu)優(yōu)&中優(yōu)&中優(yōu)&中優(yōu)優(yōu)&中優(yōu)&中優(yōu)&中棱角值優(yōu)優(yōu)&中優(yōu)&中優(yōu)&中7.2.2當(dāng)粗集料針片狀顆粒含量不滿足相關(guān)等級(jí)公路要求時(shí)，該批集料禁止直接使用。7.2.3當(dāng)粗集料針片狀顆粒含量滿足相關(guān)等級(jí)公路要求時(shí)，存在兩個(gè)及以上其形態(tài)指標(biāo)等級(jí)為差時(shí)，該批集料禁止直接使用。8報(bào)告編寫8.1編制要求8.1.1報(bào)告編寫應(yīng)根據(jù)任務(wù)書、設(shè)計(jì)書及有關(guān)文件進(jìn)行。8.1.2成果報(bào)告應(yīng)在系統(tǒng)收集、分析、整理公路工程用集料產(chǎn)地、巖性等有關(guān)資料的基礎(chǔ)上編寫。8.1.3成果報(bào)告應(yīng)包含復(fù)測(cè)驗(yàn)證結(jié)果。8.1.4成果報(bào)告應(yīng)章節(jié)合理、內(nèi)容全面、重點(diǎn)突出、立論有據(jù)、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)文字簡(jiǎn)練、圖文并茂、結(jié)論明確。8.1.5報(bào)告附圖、附件應(yīng)目的明確、配置合理、美觀整潔。8.2編制內(nèi)容8.2.1工程概況。8.2.2工作依據(jù)。8.2.3工作技術(shù)方法。8.2.4工作量完成情況及質(zhì)量評(píng)述。8.2.5檢測(cè)結(jié)果。8.2.6結(jié)論與建議。8.2.7附圖、附表。8.2.8工作記錄表（附錄B）。9相關(guān)性計(jì)算方法A.1需要對(duì)料場(chǎng)涉及的所有粒徑的粗集料的針片狀含量進(jìn)行相關(guān)性分析。A.2按照6.1取樣方法進(jìn)行粗集料測(cè)試樣本的選取。A.3最小樣本量滿足表1相關(guān)要求。A.4保證計(jì)算機(jī)圖像處理方法和人工測(cè)試方法所測(cè)試的集料相同。A.5當(dāng)計(jì)算機(jī)圖像處理獲取的結(jié)果與人工測(cè)試獲取的結(jié)果相關(guān)性大于95%時(shí)，可以采用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)后續(xù)粗集料的形態(tài)特征進(jìn)行檢測(cè)；否則需要重新更換計(jì)算機(jī)測(cè)試設(shè)備或測(cè)試算法重復(fù)此項(xiàng)操作。A.6通用要求A.6.1相關(guān)性試驗(yàn)選擇的被測(cè)量對(duì)象應(yīng)不少于4個(gè)，其量值應(yīng)較均勻、穩(wěn)定，范圍應(yīng)能覆蓋日常檢測(cè)工作中檢測(cè)值，且應(yīng)較為均勻地分布于該范圍內(nèi)；A.6.2進(jìn)行相關(guān)性試驗(yàn)時(shí)，宜采用重復(fù)試驗(yàn)條件下的多次測(cè)量的平均值參與回歸分析；A.6.3對(duì)于試驗(yàn)環(huán)境條件敏感的技術(shù)方法，應(yīng)采取必要措施保證重復(fù)性試驗(yàn)條件，盡可能避免采用試驗(yàn)環(huán)境修正后數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析；A.7報(bào)告相關(guān)性試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含但不限于兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)、相關(guān)性公式、線性回歸圖表。條文說明：隨著測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步，在公路現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中存在著針對(duì)同一技術(shù)指標(biāo)采用不同測(cè)試方法的情況，為提高工程質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果的一致性，工程上常通過試驗(yàn)建立兩種不同測(cè)試方法之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同測(cè)試方法所得結(jié)果的轉(zhuǎn)換，以方便地用于工程質(zhì)量評(píng)價(jià)，這種試驗(yàn)通常稱之為相關(guān)性試驗(yàn)。由于相關(guān)性試驗(yàn)建立的