針對PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石尚無嚴(yán)格的纖維拌和均勻性評價方法問題，AOI提取了不同狀態(tài)的PVA纖維，結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)及加權(quán)四邊距標(biāo)準(zhǔn)差理論，選用拌和時間對PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石纖維拌和均勻性開展研究，得出了判斷PVA纖維拌和均勻性的評價方法，并進行了試驗結(jié)果分析。試驗結(jié)果表明：PVA纖維加權(quán)四邊距標(biāo)準(zhǔn)差可以對PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石纖維拌和均勻性進行評價。
水泥穩(wěn)定碎石因其具有性能優(yōu)良、經(jīng)濟效益好，強度高、剛度大、抗沖刷能力強等諸多特點，且能夠有效承擔(dān)并傳遞面層的行車荷載，是目前我國公路路面基層最主要的結(jié)構(gòu)形式。
為了改進水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能差的問題，道路工程界將纖維加入水泥穩(wěn)定碎石形成了纖維水泥穩(wěn)定碎石基層材料，改善了水泥穩(wěn)定碎石基層材料的力學(xué)性能及抗裂性能。摻入PVA纖維還可改善基層的耐磨性能，提高基層抗?jié)B性、抗凍性，從而提高基層的耐久性。
但是有大量試驗研究表明：纖維在水泥穩(wěn)定碎石中均勻分散是影響其增韌阻裂性能的必要因素。
目前關(guān)于水泥穩(wěn)定碎石均勻性評價的研究，國外提出射線可用于測定集料的均勻性。
國內(nèi)有：遼寧省交通運輸廳公路管理局的高曉剛等人，利用超聲波在水泥基材料傳播過程中遇到水泥基材料均勻性變化時，其超聲波的物理參數(shù)將發(fā)生變化這一原理來評價混凝土的均勻性;
長安大學(xué)的曹露、李永鵬等人，通過熒光顯微鏡和CCD相機，拍攝PVA-ECC試件的截面熒光數(shù)字圖像，再通過統(tǒng)計方法及圖像處理技術(shù)研究了PVA纖維在ECC中的分散狀態(tài);
交通運輸部公路科學(xué)研究院高海鵬等相關(guān)研究人員進行了新拌混凝土均勻性評價試驗，分析了等體積新拌混凝土中集料在不同攪拌時間下的變化情況，并給出了集料在混凝土中均勻分布這一概念，同時給出了新拌混凝土集料均勻度這一均勻性分布的評價指標(biāo)，即骨料的分散均勻程度。但是，目前PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石中纖維的拌和均勻性評價方法尚無嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。
針對目前尚無方法評價PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石中纖維拌和均勻性的問題，本文利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，結(jié)合加權(quán)四邊距標(biāo)準(zhǔn)差理論，選用拌和時間來進行PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石試驗研究，得出PVA纖維加權(quán)四邊距標(biāo)準(zhǔn)差可以判斷PVA纖維拌和是否均勻的結(jié)論。
加權(quán)四邊距標(biāo)準(zhǔn)差理論
纖維提取及預(yù)處理
也被稱作感興趣區(qū)域的提取。具體提取過程可分為3步。首先，將程序系統(tǒng)中的灰度單位轉(zhuǎn)成光密度單位;然后，通過吸管工具選擇感興趣的顏色;最后將識別出的相似區(qū)域轉(zhuǎn)換為二值圖。提取出不同狀態(tài)的纖維在轉(zhuǎn)化為二值圖的過程中會產(chǎn)生一些噪聲使得圖像失真，因此還需對二值圖像進行預(yù)處理，以便于后期計算。
加權(quán)四邊距標(biāo)準(zhǔn)差計算
本研究將水泥穩(wěn)定碎石中的PVA纖維分為4種狀態(tài)，分別是單絲、雙絲、多絲及束狀。對水泥穩(wěn)定碎石中PVA纖維的評價，主要是對其中的單絲、雙絲和多絲進行均勻性評價。
由于束狀纖維相對于單絲、雙絲和多絲，其數(shù)量較少，而且對水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能的提高并無顯著影響，所以不采用束狀纖維進行評價。黑色小圓點表示單絲，有陰影的小圓點表示雙絲，白色小圓點表示多絲;L1、L2、L3、L4分別為小圓點中心到四邊的距離。文中采用加權(quán)四邊距標(biāo)準(zhǔn)差來評價水泥穩(wěn)定碎石中PVA纖維的均勻性。先分別求出單絲、雙絲及多絲的四邊距標(biāo)準(zhǔn)差，然后求加權(quán)后的四邊距標(biāo)準(zhǔn)差。
(1)m取1、2、3，當(dāng)m=1時所求值分別為單絲狀PVA纖維到四邊的平均距離，μ1為單絲狀PVA纖維到四邊的平均距離的均值，σ1為單絲狀PVA纖維到四邊的平均距離的標(biāo)準(zhǔn)差;
(2)當(dāng)m=2時所求值分別為雙絲狀PVA纖維到四邊的平均距離，μ2為雙絲狀PVA纖維到四邊的平均距離的均值，σ2為雙絲狀PVA纖維到四邊的平均距離的標(biāo)準(zhǔn)差;
(3)當(dāng)m=3時所求值分別為多絲狀PVA纖維到四邊的平均距離，μ3為多絲狀PVA纖維到四邊的平均距離的均值，σ3為多絲狀PVA纖維到四邊的平均距離的標(biāo)準(zhǔn)差;
(4)n1、n2、n3分別為單絲、雙絲、多絲數(shù)。根據(jù)PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石拌和理論，則有“PVA纖維四邊距加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差隨著PVA纖維攪拌時間的增加呈現(xiàn)先減小后穩(wěn)定的趨勢”。由此可知：當(dāng)纖維四邊距加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差小于穩(wěn)定值的情況下可以判定為均勻，否則為不均勻。
試驗結(jié)果分析
針對PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石中纖維的均勻性，通過不同的PVA纖維攪拌時間的拌和、試件成型、圖像采集及集合數(shù)字圖像處理技術(shù)、加權(quán)四邊距標(biāo)準(zhǔn)差理論研究計算，可以得出單絲、雙絲及多絲四邊距標(biāo)準(zhǔn)差。將數(shù)據(jù)帶入可得PVA纖維加權(quán)四邊距標(biāo)準(zhǔn)差隨PVA纖維攪拌時間的變化情況。
可以看出，當(dāng)攪拌時間為45s時，纖維加權(quán)四邊距標(biāo)準(zhǔn)差為2.1，隨著攪拌時間的增加PVA纖維加權(quán)四邊距標(biāo)準(zhǔn)差逐漸減小;當(dāng)攪拌時間到60s時，纖維水泥穩(wěn)定碎石的PVA纖維加權(quán)四邊距標(biāo)準(zhǔn)差達到穩(wěn)定值0.5，此后隨著PVA纖維攪拌時間的增加PVA纖維加權(quán)四邊距標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)基本接近但小于0.5。
這與PVA纖維四邊距加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差隨著PVA纖維攪拌時間的增加，呈現(xiàn)先減小后穩(wěn)定的理論基本吻合?？梢耘袛喈?dāng)PVA纖維四邊距加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差小于0.5時，PVA纖維攪拌均勻。
根據(jù)對PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石的大量研究，分別選取攪拌時間為45s和70s時的纖維截面圖片進行對比分析、驗證說明。
通過計算，可得攪拌時間為45s時，其單絲四邊距標(biāo)準(zhǔn)差為1.68，雙絲四邊距標(biāo)準(zhǔn)差為2.02，多絲四邊距標(biāo)準(zhǔn)差為1.56，計算可得纖維四邊距加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差為1.73，大于所給出的四邊距加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差評價標(biāo)準(zhǔn)(0.5)，所以可以認為該截面的纖維并未分布均勻;
攪拌時間為70s時，其單絲四邊距標(biāo)準(zhǔn)差為0.43，雙絲四邊距標(biāo)準(zhǔn)差為0.49，多絲四邊距標(biāo)準(zhǔn)差為0.52，計算可得纖維四邊距加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差為0.46，小于所給出的四邊距加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差評價標(biāo)準(zhǔn)(0.5)，所以可以認為該截面的纖維分布均勻。
結(jié)語
(1)本文利用軟件進行纖維的提取，并結(jié)合加權(quán)四邊距標(biāo)準(zhǔn)差理論與MATLAB數(shù)字圖像處理技術(shù)對PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石中纖維拌和均勻性進行研究，得出PVA纖維加權(quán)四邊距標(biāo)準(zhǔn)差可以判斷PVA纖維拌和是否均勻的結(jié)論。(2)通過對攪拌時間為45s和70s時的纖維截面圖片進行對比分析，進一步驗證了PVA纖維加權(quán)四邊距標(biāo)準(zhǔn)差可以對PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石纖維拌和均勻性進行評價。
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