碎石封层三维视角的剥落程度量化方法

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.240152

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2025, Vol. 53 ›› Issue (2): 80-91.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.240152

碎石封层三维视角的剥落程度量化方法

张炎棣¹, 惠冰¹^,², 马子业¹, 李元乐¹, 汪海年¹^,²

^1.长安大学公路学院，陕西西安 710064
^2.民航机场智慧建造与维养重点实验室，陕西西安 710075

收稿日期:2024-04-03 出版日期:2025-02-25 发布日期:2025-02-03
通信作者: 惠冰（1982—），男，博士，教授，主要从事机场与沥青道路病害自动化检测研究。 E-mail:82628532@qq.com
作者简介:张炎棣（1997—），男，博士生，主要从事沥青路面病害无损检测研究。E-mail： 506347241@qq.com
基金资助:
国家重点研发计划项目(2021YFB2601000);国家自然科学基金项目(52078048)

Quantitative Method of Aggregate Spalling Degree of Chip Seal in Three Dimension

ZHANG Yandi¹, HUI Bing¹^,², MA Ziye¹, LI Yuanle¹, WANG Hainian¹^,²

^1.School of Highway，Chang’an University，Xi’an 710064，Shaanxi，China
^2.Key Laboratory of Intelligent Construction and Maintenance of CAAC，Xi’an 710075，Shaanxi，China

Received:2024-04-03 Online:2025-02-25 Published:2025-02-03
Contact: 惠冰（1982—），男，博士，教授，主要从事机场与沥青道路病害自动化检测研究。 E-mail:82628532@qq.com
About author:张炎棣（1997—），男，博士生，主要从事沥青路面病害无损检测研究。E-mail： 506347241@qq.com
Supported by:
the National Key R & D Program of China(2021YFB2601000);the National Natural Science Foundation of China(52078048)

摘要/Abstract

摘要：

为准确量化碎石封层集料剥落程度，克服传统脱石法和图像法因忽视碎石粒形与嵌固姿态导致对剥落程度模糊评价的问题，采用室内三维激光检测设备采集碎石封层剥落前后点云数据，引入大津法中最小类内方差概念求取高程分割阈值，进而提取空间剥落轮廓，实现剥落面积指标的计算并提供了激光法测算剥落面积的误差分布，复位了逐颗剥落集料，进而对比了每个剥落区域的脱石质量和剥落面积指标，最后采用集料图像测量系统AIMS-Ⅱ分析剥落集料的粒形特征。结果表明：统计了共计75个剥落面积样本的相对误差，均值为4.07%，表明激光法具有良好的检测精度；同时剥落面积计算标准差位于1.73~3.89，表明激光法具有良好的检测稳定性；对比了逐个剥落区域的剥落集料质量与剥落面积，随着剥落面积增大，剥落颗粒的质量具有随之增大的趋势，然而剥落面积与剥落颗粒质量并非同步增大，存在剥落面积增大但质量减小的现象；通过AIMS-Ⅱ对剥落颗粒的粒形分析表明片状集料更可能出现质量小但剥落面积大的情况，而针状集料更可能出现质量大但剥落面积小的情况。

关键词: 道路工程, 碎石封层, 三维激光, 集料剥落, 剥落面积

Abstract:

In order to accurately quantify aggregate loss in chip seals and address the limitations of traditional methods that overlook the shape and orientation of chip seals, this study utilized indoor 3D laser scanning equipment to capture point cloud data of chip seals before and after stripping. By introducing the minimum intra-class variance, the elevation segmentation threshold was determined, allowing for the spatial stripping contours. This enables the calculation of stripping area indicators and provides the error distribution of the laser method for measu-ring stripping areas. Individual stripped aggregates were reassembled, and the stripping mass and stripping area indicators for each stripped region were compared. Additionally, the AIMS-Ⅱ system was employed to examine the shape characteristics of the spalling aggregates. The results demonstrated the mean relative error for 75 stripping area samples was 4.07%, indicating high detection accuracy. The standard deviation of the spalling area calculation ranged from 1.73 to 3.89, confirming the good detection stability. A comparison of the mass loss and spalling area of each spalling region revealed a general trend of increasing mass loss with increasing spalling area; however, discrepancies were observed where increased spalling area corresponded to decreased mass loss. Shape analysis using AIMS-II indicated that flaky aggregates tend to have large spalling areas but small masses, whereas needle-like aggregates typically have large mass loss but small spalling areas.

Key words: road engineering, chip seal, 3D laser, aggregate spalling, spalling area

中图分类号:

U418.6

张炎棣, 惠冰, 马子业, 李元乐, 汪海年. 碎石封层三维视角的剥落程度量化方法[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2025, 53(2): 80-91.

ZHANG Yandi, HUI Bing, MA Ziye, LI Yuanle, WANG Hainian. Quantitative Method of Aggregate Spalling Degree of Chip Seal in Three Dimension[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2025, 53(2): 80-91.

图/表 17

表1

表2

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参考文献 22

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指标		数值
指标		SBS改性沥青	技术要求
针入度（25 ℃）/（10^-1 mm）		67.7	60~80
软化点/℃		71.8	≥55
延度（5 ℃）/cm		43.2	≥30
闪点/℃		328	≥230
RTFO试验（163 ℃，85 min）	质量变化/%	0.07	≤ ± 1.0
	残留针入度（25 ℃）/%	78.8	≥60
	延度（5 ℃）/cm	21	≥20

指标	相对密度/（g·cm^-3）			压碎值/%	洛杉矶磨耗损失/%
指标	表观	表干	毛体积	压碎值/%	洛杉矶磨耗损失/%
测试值	2.690	2.651	2.621	13.28	16.31
规范要求	—	—	—	≤ 28	≤ 30

区域	1#试件						区域	2#试件						区域	3#试件
区域	S₁	S₂	S₃	S₄	S₅		区域	S₁	S₂	S₃	S₄	S₅		区域	S₁	S₂	S₃	S₄	S₅
A₁	11.3	3.2	14.5	1.9	10.6	B₁		52.3	55.6	52.5	50.7	51.2	C₁		7.5	1.2	0.0	0.0	11.9
A₂	20.1	17.5	19.4	23.5	17.8	B₂		97.1	100.9	98.7	93.5	96.4	C₂		16.1	11.6	1.3	13.3	9.5
A₃	24.2	8.6	18.6	24.6	18.8	B₃		100.2	107.5	99.6	101.5	103.1	C₃		33.3	37.2	32.3	35.7	34.1
A₄	82.1	75.5	83.3	79.2	79.5	B₄		167.6	163.6	170.5	165.4	168.7	C₄		115.7	120.6	116.4	115.8	114.3
A₅	183.5	188.6	190.3	185.3	181.7	B₅		210.2	214.3	207.9	205.6	212.5	C₅		544.4	542.5	542.7	543.9	545.2
A₆	323.2	325.6	320.9	319.7	329.5	B₆		244.2	241.6	249.5	244.4	242.8
						B₇		418.1	413.4	415.2	422.3	417.9
						B₈		597.2	603.2	596.4	595.8	594.3

区域	人工测量剥落面积		人工测量剥落面积
A1	0.0	B5	215.4
A2	19.4	B6	241.4
A3	0.0	B7	413.0
A4	79.0	B8	564.6
A5	182.6	C1	0.0
A6	309.4	C2	0.0
B1	55.2	C3	32.6
B2	89.4	C4	109.2
B3	100.6	C5	529.0
B4	159.2

区域	剥落面积/mm²		集料剥落质量/g	试件类型与颗粒标记
区域	激光	人工	集料剥落质量/g	试件类型与颗粒标记
1	19.66	19.40	5.50	A-2
2	34.52	32.60	9.70	C-3
3	52.46	55.20	4.80	B-1
4	79.92	79.00	6.90	A-4
5	97.32	89.40	7.20	B-2
6	102.38	100.60	9.00	B-3
7	116.56	109.20	12.40	C-4
8	167.16	159.20	8.30	B-4
9	185.88	182.60	14.70	A-5
10	210.10	215.40	10.60	B-5
11	244.50	241.40	15.20	B-6
12	323.78	309.40	21.20	A-6
13	417.38	413.00	18.00	B-7
14	543.74	529.00	38.20	C-5
15	597.38	564.60	25.30	B-8

碎石封层三维视角的剥落程度量化方法

Quantitative Method of Aggregate Spalling Degree of Chip Seal in Three Dimension

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