技术领域
[0001] 本
发明属于道路工程领域，具体涉及纳米ZnO在沥青中分散状态的定量评价方法。
背景技术
[0002] 随着道路沥青需求的日益增长，对回收沥青路面材料的再生循环利用研究也日趋重视。由于沥青组成的复杂性，新旧沥青混合后难以区分，而新旧沥青的混溶状态会直接影响再生沥青的性能。目前，可以采用纳米
氧化物作为示踪剂，对沥青进行标记，通过对新旧沥青混溶后纳米示踪剂行为的观测分析，来确定新旧沥青的混溶状态。其中，以纳米ZnO作为示踪剂标记沥青效果最好。
[0003] 纳米ZnO标记沥青，其在沥青中的分散状态对标记效果有重要的影响。纳米ZnO在沥青中的分散状态分为分散均匀性和分散程度两方面。纳米ZnO的分散程度越高，分布的越均匀，就越有利于纳米ZnO粒子作为示踪剂标记沥青效果的发挥。朱成选择的纳米ZnO作为示踪剂标记新沥青，模拟了沥青混合料再生过程，通过对新旧沥青混溶之后的纳米ZnO的分散状态的观测，定性地说明了新旧沥青发生了部分混溶。徐伟对纳米ZnO示踪剂的分散情况，如示踪剂粒子的分散间距，进行简单地分析，对分散均匀性进行了定性说明。但该研究缺少对示踪剂在沥青中分散状态的参数的统计，如粒子数量、面积、粒径等。
[0004] 上述有关纳米示踪剂在沥青中分散状态的研究仅限于定性的观测，不能对纳米示踪剂在沥青中分散均匀性与分散程度进行定量地评价。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于针对
现有技术的不足，提供了一种评价结果可靠、过程简单并且可定量检测的纳米ZnO在沥青中分散状态的评价方法。
[0006] 本发明解决问题所采用的方案是由以下步骤组成：
[0007] (1)将含有经过表面改性的纳米ZnO的沥青滴于
铜片上，加热铜片底部至50～60℃,使沥青滴分散，之后冷却至室温，削平沥青表面至铜片上留下厚度为0.5mm的ZnO/沥青
薄膜；
[0008] (2)在5～10min内将步骤(1)中得到的ZnO/沥青薄膜按照常规的
真空镀膜法喷金，得到ZnO/沥青试样；
[0009] (3)利用扫描电镜对步骤(2)中得到的ZnO/沥青试样表面某一
位置处进行扫描，得到一张放大倍数为1000倍的矩形图像，矩形图像中白点的面积、数量对应为纳米ZnO粒子的面积、数量；
[0010] (4)将步骤(3)中得到的矩形图像均分为n个矩形网格，25≥n≥16，利用Image-Pro Plus
软件对每个网格中的白点进行数据统计，即得到每个网格中纳米ZnO粒子的面积、数量和粒径；
[0011] (5)利用步骤(4)中所得到的纳米ZnO粒子的面积和数量分别计算矩形图像所对应的位置处纳米ZnO粒子分布的面积比变异系数Sx、数量变异系数Mx；利用步骤(4)中得到的纳米ZnO粒子的粒径计算该位置处纳米ZnO粒子的平均粒径
[0012] (6)根据上一步所得面积比变异系数Sx和数量变异系数Mx，按照下式计算得到纳米ZnO粒子的分布指数T，
[0013] T＝Sx×0.5+Mx×0.5
[0014] 当分布指数T<0.200时，则表示纳米ZnO粒子分散均匀；当平均粒径 <0.490，则表示纳米ZnO粒子分散程度高；否则，相反，即可完成对纳米ZnO的分散状态的定量评价。
[0015] 上述纳米ZnO粒子的粒径大小为30±5nm。
[0016] 上述步骤(1)之前还包括步骤(a)
[0017] 其中步骤(a)具体是：以
硅烷
偶联剂、
钛酸偶联剂或
铝酸偶联剂中任意一种为偶联剂用常规干燥法对纳米ZnO进行表面改性，偶联剂用量为纳米ZnO
质量的1％。
[0018] 上述步骤(1)中纳米ZnO在沥青中的重量掺量是4％。
[0019] 上述步骤(3)与步骤(4)之间还包括步骤(b)和步骤(c)：
[0020] 步骤(b)具体是：对步骤(3)的扫描位置处进行二次扫描，得到相同位置处的另一张矩形图像；
[0021] 步骤(c)具体是：利用Image-Pro Plus软件分别对步骤(3)中得到的矩形图像与步骤(b)中得到的矩形图像上的白点进行数据统计，得到白点面积和白点数量，并依据统计数据分别绘制两张矩形图像上所有不同面积白点的
频率分布直方图，通过对频率分布直方图上相同面积白点的频率值对比，确定频率值变化较大的白点的面积范围，并将该面积范围内的白点定义为干扰点，统计时排除对该部分干扰点的数据统计。
[0022] 上述步骤(5)与步骤(6)之间还包括步骤(d)和步骤(e)；
[0023] 步骤(d)具体是：在ZnO/沥青试样表面另外选取两个位置，按照步骤(3)的操作分别得到这两个位置处的放大倍数为1000倍的矩形图像，按照步骤(4)、(5)的操作，分别得到这两个位置处的面积比变异系数、数量变异系数和平均粒径；
[0024] 步骤(e)具体是：计算步骤(5)和步骤(d)所得到的面积比变异系数、数量变异系数和平均粒径的平均值。
[0025] 本发明的纳米ZnO在沥青中分散状态的评价方法，是基于数字
图像处理技术获取纳米ZnO粒子在沥青中分散状态参数，采用面积比变异系数和数量变异系数评价纳米ZnO粒子的分散均匀性，同时采用平均粒径评价纳米ZnO粒子分散程度，从而可定量地评价纳米ZnO在沥青中的分散状态，弥补了纳米ZnO在沥青中分散状态缺少定量评价的不足，同时，本发明的方法简单，操作过程容易，评价结果准确，为研究新旧沥青混溶的状态提供了技术支持，并为沥青混合料的热再生提供指导，利于的推广。
附图说明
[0027] 图2为实施例的第一个位置处SEM图像；
[0028] 图3为实施例的试样研究界面示意图；
[0029] 图4为实施例的第二个位置处SEM图像；
[0030] 图5为实施例的第三个位置处SEM图像。
具体实施方式
[0031] 现结合实验数据和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明：
[0032] 以100g沥青为例，本实施例的纳米ZnO在沥青中分散状态的评价方法依次由以下步骤实现：
[0033] (a)称取4g粒径大小为30±5nm的ZnO粒子，向其中加入0.04g硅烷偶联剂，用常规的干燥法对其进行表面改性。
[0034] (1)将改性后的纳米ZnO与沥青混合后滴于铜片上，加热铜片底部至55℃,使沥青滴分散，之后冷却至室温，削平沥青表面至铜片上留下厚度为0.5mm的ZnO/沥青薄膜；
[0035] (2)在8min内将步骤(1)中得到的ZnO/沥青膜按照常规的
真空镀膜法进行喷金，得到ZnO/沥青试样，如图1；
[0036] (3)利用扫描电镜对步骤(2)中得到的ZnO/沥青试样表面的某一位置处进行扫描，获取该位置处尺寸为128×86μm、放大倍数为1000倍的矩形图像，如图2，矩形图像中白点的面积、数量对应为纳米ZnO粒子的面积、数量；
[0037] (b)对步骤(3)中的扫描位置进行第二次扫描，获取该相同位置处尺寸为128×86μm、放大倍数为1000倍的另一张矩形图像；
[0038] (c)利用Image-Pro Plus软件分别对步骤(3)中得到的矩形图像与步骤(b)中得到的矩形图像上的白点面积和数量进行统计，并依据所统计的数据分别绘制两张矩形图像上所有不同面积白点的频率分布直方图；通过对频率分布直方图上相同面积白点的频率值对比，确定频率值变化较大的白点的面积范围为0～0.02μm2，并将该部分面积范围内的白点定义为干扰点，后续统计时排除对该部分干扰点的数据统计；
[0039] (4)将步骤(3)中得到的矩形图像划分成5×5的25个小矩形网格，参见图3，每个矩形尺寸为25.6×17.2μm，利用Image-Pro Plus软件对每个网格中除干扰点外的剩余白点的面积、数量参数进行统计，即得到每个网格中纳米ZnO颗粒的面积、数量和粒径；
[0040] 表1图2中25个网格的纳米ZnO面积统计数据(单位：μm2)
[0041]
[0042] 表2图2中各网格中纳米ZnO数量数据(单位：个)
[0043]
[0044] (5)利用上述表所得到的纳米ZnO粒子的面积和数量分别计算矩形图像所对应的位置处纳米ZnO粒子分布的面积比变异系数Sx、数量变异系数Mx；利用步骤(4)中得到的纳米ZnO粒子的粒径计算该位置处纳米ZnO粒子的平均粒径
[0045] (d)在步骤(2)的ZnO/沥青试样表面另外选取两个位置，按照步骤(3)的操作分别得到这两个位置处的放大倍数为1000倍的矩形图像，如图4、5所示，按照步骤(4)、(5)的操作，分别得到这两个位置处的面积比变异系数、数量变异系数和平均粒径；
[0046] 表3图3中25个小区域的纳米ZnO面积统计数据(单位：μm2)
[0047]
[0048] 表4图4中25个小区域的纳米ZnO面积统计数据(单位：μm2)
[0049]
[0050] 表5图3中各网格中纳米ZnO数量数据(单位：个)
[0051]
[0052] 表6图4中各网格中纳米ZnO数量数据(单位：个)
[0053]
[0054] (e)利用表1～6中的数据，结合平均值公式、标准差公式、变异系数公式计算图2、3、4中三张图像中纳米ZnO面积比变异系数Sx分别为0.177、0.180、0.184，纳米ZnO数量变异系数Mx分别为0.130、0.134、0.125，纳米ZnO平均粒径 分别为0.464μm、0.478μm、0.489μm，计算步骤(5)和步骤(d)三个位置处所得到的面积比变异系数、数量变异系数和平均粒径的平均值，平均粒径为0.477μm，面积比变异系数为0.180和数量变异系数为0.130。
[0055] (6)根据面积比变异系数Sx和数量变异系数Mx，按照下式计算得到纳米ZnO粒子的分布指数T，
[0056] 分布指数T＝Sx×0.5+Mx×0.5＝0.155
[0057] 本实施例的分布指数T<0.200，则表示纳米ZnO粒子分散均匀；当平均粒径则表示纳米ZnO粒子分散程度良好；否则，相反。
