تغييرات رنگ و محوسازي در آسفالت از طريق متد آناليز
خلاصه
جاده اي كه با آسفالت رنگي سنگ فرش شده باشد مي تواند به همان اندازه كه امنيت و يكنواختي رانندگي را بهبود مي دهد مجموعه ديدني بهتري ايجاد كند. در اين تحقيق، نمونه هاي آسفالت رنگي به همراه مقادير مختلف رنگ براي مطالعه تغييرات رنگ سطح در دوره هاي مختلف افزايش طول عمر، بررسي مي شوند. توضيح رنگ هاي سطح در نمونه ها در فضاهاي رنگي HIS و RGB بررسي مي شوند. دو نوع رنگ، سبز و قرمز، با ۵ نسبت مختلف با آسفالت روشن براي ساخت نمونه هاي آسفالت رنگي تركيب مي شوند. نمونه ها براي ۵ دهانه مختلف قديمي در دستگاه آزمايش QUV در معرض نور ماوراء بنفش قرار مي گيرند. نتايج نشان مي دهد كه مقدار و نوع رنگ افزوده شده و دهانه هاي مختلف قديمي بر محوسازي آسفالت رنگي تأثير مي گذارد. همچنين نتايج نشان مي دهد كه آسفالت روشن به همراه % ۵ يا بيشتر رنگ قادر به ساخت آسفالتي است كه بهتر رنگ شده است. سرانجام، آسفالت رنگي به همراه رنگ قرمز مقاومت بهتري را در مقابل نور ماوراء بنفش نشان داد.
مقدمه
آسفالت رنگي در زندگي روزمره كاربردهاي مختلفي دارد. Moxon آسفالت رنگ روشن را براي سطح سد در فرانسه به كار برد. آسفالت رنگي از طريق منعكس كردن نور ماوراء بنفش از سطح به عنوان روپوش آب بند گرم به كار مي رود، بنابراين در نور ممتد خورشيد دما را ۵ تا c ْ ۱۰ كاهش مي دهد.
براي بهبود امنيت عبور موتورسيكلت در امريكا، شهد پرتلند ۱۰ منطقه متضاد را براي آسفالت كردن با رنگ و قابليت ارتجاع بر اثر حرارت مانند آسفالت هاي رنگي و به كارگيري سيستم سيگناژ بديع – انتخاب كرد نتايج نشان مي دهد كه اكثر دوچرخه سواران به همان اندازه اكثر موتورسواران مورد بررسي احساس كردند كه آسفالت رنگي، امنيت عبور را گسترش مي دهد. اسميت (Smith) كشف كرد كه آسفالت بتون رنگي به هم پيوسته كاربردهاي زيادي در معماري و مهندسي دارد. او همچنين ذكر كرد كه آسفالت هاي رنگي به خاطر املاحي كه يخ نمي زنند به طور ذاتي هزينه حفظ و نگهداري را كاهش داده و به طور مؤثر در مقابل نابودي مقاومت كنند.
در تايوان اساساً، بزرگراه هاي محلي با بتون آسفالت، سنگ فرش مي شوند. اين جاده ها در مجموعه هاي رنگ مشكي ساخته مي شوند و از اين رو شهرها يكنواخت به نظر مي رسند. توسعه جاده هايي كه با آسفالت رنگي سنگ فرش شده اند نه تنها نماي شهر را رنگي مي سازد بلكه امنيت رانندگي را نيز بهبود مي دهد. به طور رايج كاربرد اين سنگ فرش ها براي مناطق پاركينگ، مسيرهاي نمايشي، پارك ها و ساير واحدهاي دولتي مهم استفاده شده است. بنابراين هوا و ساير فاكتورهايي كه در ساخت و استفاده سنگ فرش ها ديده مي شوند، موجب محو شدن جاده هايي مي شوند كه با آسفالت رنگي سنگ فرش شده است. اين محوسازي رنگ باعث از دست رفتن زيبايي جاده و آسفالت دوباره سطح مي شود. متعاقباً، اين هزينه حفظ و نگهداري جاده را افزايش خواهد داد كه مخالف نيت اصلي آسفالت اصلي مي باشد. به چند دليل، رنگ آسفالت به طور جدي در حدود يك سال مي شد و در پاسخ به بهبود استاندارد زندگي در تايوان، نمايندگان دولتي پروژه هايي براي جاده هايي كه با آسفالت رنگي سنگ فرش شده بودند، طراحي كرد. اين مناطق، مانند مناطق استراحت در بزرگراه ها و مسيرهاي نمايشي هدف قرار گرفت. هزينه هاي كلي اين پروژه ها بيشتر از ميليون ها دلار آمريكايي هستند. علاوه بر اين، دولت برنامه يزي كرد تا در آينده روي آن ها سرمايه گذاري كند.
بنابراين، غير از پيمانكاران يا توليد كنندگان، اطلاعات مربوط به ويژگي هاي آسفالت رنگي محدود به چنين مالكاني مانند دولت ها مي شود. كيفيت ساختار و كابرد اين سنگ فرش ها براي مالكان نيز اهميت دارد. علاوه بر اين، بايد روش ها و تكنيك هاي استاندارد براي ارزيابي محو سازي رنگ بنا شوند. از اين رو، كنترل كيفيت اين سنگ فرش ها از ضرورت خاصي برخوردار است لو (Luo) و همكارانش نرم افزار كاربر را – كه آناليز كننده شدت رنگ تصوير ناميده مي شود توسعه دادند و آن را براي بررسي تغييرات رنگ سطح و ملاتي كه در دماهاي مختلف زياد در فضاي رنگي RGB به خاطر آتش صدمه ديده بودند به كار بردند. دوربين ديجيتالي براي گرفتن تصاوير قبل از ارسال آن ها به PC به كار مي رفت و آناليز كننده به گرفتن شدت رنگ هاي قرمز، سبز و آبي براي محدود كردن تغييرات رنگ در دماهاي مختلف كمك كرد. از اين رو، تنوع در شدت رنگ هاي قرمز (R)، سبز (G)، آبي (B) مطابق ارزيابي بالاترين دماي ملات كه از طريق آتش صدمه ديده بود، بررسي مي شد. براي آناليز تغييرات رنگ سطح در آجر به همراه ويژگي هاي مختلف خاكستر لجن فاضلاب كه به دماهاي مختلف آتش اضافه مي شد و براي گرفتن شدت هاي رنگ B و G و R تصاوير سطوح آجرها از طريق آناليز كننده شدت رنگ تصوير مورد بررسي قرار مي گرفت. از اين رو، مقدار مطلوب خاكستر لجن كه به آجرها اضافه مي شد مشخص گرديد.
در اين تحقيق، به كمك دستگاه آزمايش آبگير نور اشعه ماوراء بنفش شدت يافته (دستگاه آزمايش QUV)، محو سازي نمونه هاي آسفالت رنگي مورد بررسي قرار گرفت. آناليز تصوير و نرم افزار آناليز كننده شدت رنگ تصوير براي مطالعه تغييرات رنگ نمونه در فضاهاي رنگ HIS و RGB به كار برده مي شود. سرانجام توزيع رنگ ها در دو فضا براي ارزيابي كيفيت نمونه هاي آسفالت رنگ قبل و بعد از تست هاي افزايش طول عمر گرفته مي شد.
۱- متدهاي تحقيق
۱-۲- منبع مواد
آسفالت روشن كه در اين بررسي به كار گرفته شد از تركيب صمغ، مايه قيري، گريس و مواد دو قطبي شده استخراج و از طريق كارخانه مواد آسفالت محلي توليد مي شد. رنگ هاي به كار رفته از كارخانه اروپايي به دست مي آمد. مواد شيميايي رنگ هاي قرمز و سبز از طريق ميكروسكوپ الكترون بررسي و در جدول ۱ نشان داده مي شوند. اجزاي اصلي شيميايي رنگ قرمز Cr و K هستند. بنابراين رنگ سبز از Fe و K تشكيل شده است. با گرم كردن آسفالت روشن در اجاق تا C ْ ۱۶۰ و سپس تركيب آن ها با رنگ هاي سبز و قرمز در نسبت هاي طراحي شده مختلف، آسفالت رنگي براي اين بررسي آماده شد. سپس تست افزايش طول عمر آسفالت رنگي انجام شد.
۲-۲- ساخت نمونه ها و روش هاي تست
براي ساخت آسفالت رنگي، رنگ هاي قرمز و سبز به ۱۰۰۰ گرم آسفالت روشن در نسبت هاي ۵, ۷، ۰, ۵، ۵/۲، ۰ و % ۱۰ اضافه مي شوند. زماني كه گرم مي شوند رنگ آسفالت روشن نزديك به زرد است. بعداً، تركيب آسفالت روشن با وزن g 0/1 توسط نگهدارنده هاي نمونه ها بار مي شد. اين نگهدارنده ها روي چارچوب QUV در حفره دستگاه آزمايش نصب مي شدند. در تست QUV، نمونه ها براي مدت هاي ۴۸ , ۲۴ , ۱۲ , ۶ , ۰ در C ْ ۶۰ در معرض لامپ هاي ماوراء بنفش فلورسنت قرار مي گرفتند. متعاقباً، نمونه ها در اتاق تاريك گذاشته شد، و براي عكاسي توسط دوربين ديجيتالي آماده مي شدند. سپس تصاوير با استفاده از راه حل ۱۴۰ ۱۴۰ به همراه ۲۰ هزار پيكسل به PC ارسال مي شدند. بعداً، براي گرفتن شدت هاي سه جزء رنگ اصلي از طريق آناليز كننده شدت رنگ تصوير بررسي مي شدند. افزايش طول عمر كه در فضاهاي رنگ HIS و RGB بررسي مي شدند موجب تغييرات رنگ آسفالت مي شدند.
۳-۲- تست QUV
تست هاي QUV در دستگاه آزمايش سايند تسريع شده نور ماوراء بنفش شكل مي گرفتند. دستگاه آزمايش كه با نيازهاي ۹۰۰۰ ISO مطابقت دارد. بخشي از محصولات آزمايشگاه Q – Panel است. مدلي كه براي اين مطالعه و بررسي به كار گرفته شده براساس QUV است و قادر كه در معرض رطوبت و UV قرار گيرد. براي بررسي تغييرات رنگ جاده هايي كه با آسفالت رنگي سنگ فرش شده اند براي ماه ها يا سال ها، نمونه هاي آسفالت رنگي براي مشاهده تغييرات رنگ تحت موقعيت هاي وانمود سازي در دستگاه آزمايش QUV قرار مي گيرند. علاوه بر اين، تأثيرات زمان خدمات، استمرار و قابليت عمل در آسفالت رنگي براي فراهم كردن اطلاعات براي كابرد آينده مورد بررسي قرار مي گيرند. ارتباط بين تغييرات رنگ و افزايش عمر آسفالت به كمك دستگاه آزمايش آبگير تسريع شده QUV مشاهده مي شود.
۴-۲- عكاسي و پردازش تصوير
يك دوربين ديجيتالي، مدل L 2500 – C از اُليمپوس براي گرفتن تصاوير ديجيتالي براي اين بررسي استفاده مي شد. قبل از اين كه تصاوير ديجيتالي گرفته شوند براي تنوع در نورها از ميان تطبيق روشني نسبي سه جزء اصلي رنگ: رنگ قرمز، سبز، آبي از طريق تنظيم كردن الكتريكي موازنه سفيد تطبيق داده مي شد. بعد از اين كه موازنه سفيد انجام مي شد، از رنگ واقعي نمونه هاي آسفالت رنگي قديمي همان طور كه در شكل ۱ نشان داده شده زير نصب عكس گرفته مي شد. بعداً تصاوير به PC ارسال و سپس براي به دست آوردن شدت هاي قرمز و سبز و آبي در هر تصوير توسط نرم افزار آناليز كننده شدت رنگ تصوير مورد بررسي قرار مي گرفتند. سرانجام، ارتباطات تغييرات رنگ در نمونه هاي آسفالت قبل و بعد از تست هاي افزايش طول عمر بررسي مي شدند.
۵-۲- سيستم هاي فضاي رنگ HIS و RGB
معمولاً، طرح تصاويري كه از طريق دوربين ديجيتالي گرفته مي شود و درفضاي رنگ RGB است. RGB آكرونيم قرمز، سبز و آبي است. اين فضا معمولاً به عنوان مكعب رنگي در سيستم هماهنگ Cartesion ديده مي شود. B و G و R به ترتيب در محورهاي z و y و x هستند و براي رنگ bits – ۸ بين ۰ و ۲۵۵ مشخص مي گردد. از اين رو، نقطع (۰، ۰، ۰) براي رنگ مشكي مي ايستد، نقطه (۲۵۵، ۲۵۵، ۲۵۵) سفيد را نشان داده و اريب مكعب مقياس روشن يا خاكستري رنگ را مشخص مي كند. فضاي رنگ RGB در شكل a2 نشان داده مي شود. جداي از فضال رنگ RGB، فضاي رنگ HSI نيز نزديك به اين مطلب است كه چگونه انسان ها رنگ ها را در مي يابند. HIS فرم كوچكي براي ته رنگ، اشباع و شدت است. به طور كلي، ته رنگ، اشباع و شدت از طريق فرمول مختلف تغيير شكل با تبديل مقدارهاي عددي B و G و R به فضاي رنگي HIS گرفته مي شوند. مجموعه اي از معادلات همان طور كه توسط Gonzalez و Woods مشخص شده براي اين تحقيق به كار رفته و در زير نشان داده شده:
معادلات صفحه ۲۵۷
رنگ مايه به طول موج رنگ ها مانند قرمز، زرد و سبز مربوط است. اشباع مقدار سفيدي در تركيب رنگ است. شدت به روشني يا تيرگي رنگ بر مي گردد. معمولاً، فضاي HIS همان طور كه در شكل b2 نشان داده شده در سيستم هماهنگ سيلندري توضيح داده مي شود. اندازه زاويه اي رنگ مايه را نشان مي دهد و معمولاً رنگ قرمز در ْ ۰ جاي داده مي شود. متعاقباً، رنگ مايه به عنوان شماره درجه هايي كه ساير رنگ ها از قرمز مصرف مي شود را در نظر مي گيرد. براي مثال، سبز ْ ۱۲۰ دور از قرمز و آبي ْ ۲۴۰ دورتر است. فاصله شعاعي سيلندر، اندازه اشباع است. محيط سيلندر طرفدار % ۱۰۰ اشباع است در حالي كه محورهاي مركزي طرفدار % ۰ اشباع هستند. شدت ارتفاعي است كه در طول محور مركزي اندازه گيري مي شود و همان طور كه ارتفاع از منشأ به بالاي سيلندر ارتقا مي يابد شدت از مشكي به سفيد متفاوت مي باشد. در اين مطالعه، تغييرات رنگ نمونه هاي آسفالت رنگي قبل و بعد از تست هاي افزايش طول عمر در فضاهاي رنگ HIS و RGB بررسي مي شوند.
۳- نتايج و بحث
توضيح نوعي B و G و R كه توسط آناليز كننده طرح ريزي شده در شكل b و a 3 براي نمونه هاي آسفالت رنگي به ترتيب با رنگ هاي سبز و قرمز نمايش داده مي شود. براي رنگ سبز معمولاً شدت هاي G و B براي نمونه هاي آسفالت رنگي به همراه رنگ قرمز بين ۰ و ۶۳ توزيع مي شوند. از اين رو، شدت هاي اجزاي قرمز نشان مي دهد كه آن در ميان سه جزء اصلي، رنگ غالب است و رنگ هاي سطح براي نمونه هايي با رنگ بيشتر قرمز هستند.
شكل هاي ۴ و ۶ ارتباط بين شدت هاي B و G و R و مقادير رنگ سبز كه بعد از واقع شدن در دستگاه آزمايش از ۰ تا ۴۸ ساعت بر نمونه هاي آسفالت رنگي افزوده شده اند را نشان مي دهند. شدت هاي R با مقدار رو به افزايش رنگ هاي سبز از ۱۵۰ تا نقريباً ۵۰ همان طور كه در شكل ۴ نشان داده شده كاهش مي يابند. شكل ۵ نتايج مشابهي را براي عنصر G نشان مي دهد در شكل ۶ شدت هاي B كمي با مقادير رو به افزايش رنگ هاي سبز افزايش مي يابند و بين ۱۵ و ۳۰ هستند. اين نشان مي دهد كه مقدار رنگ سبز بر شدت هاي سه عنصر رنگ هاي اصلي تأثير مي گذارند. زماني كه مقدار رنگ سبز بيشتر از % ۵ است، توزيع هاي شدت در B و G و R تغييرات كمتري را نشان مي دهند. اين دلالت بر اين مطلب است كه بايد آسفالت روشن براي ساخت آسفالتي كه بهتر رنگ شده با % ۵ يا بيشتر رنگ سبز تركيب شود.
علاوه بر اين، شدت هاي B و G و R با كميت رو به افزايش نور ماوراء بنفش از ۰ تا ۴۸ ساعت در مقادير مختلف داده شده رنگ سبز افزايش مي يابند. اگر چه افزايش ها براي هر عنصر متفاوت هستند، روشن شان از خاكستري به سفيد تا جايي كه روشني رنگ هاي سطح مورد توجه قرار مي گيرد، تغيير مي كند. اين دلالت بر اين مطالب دارد كه رنگ هاي سطح نمونه هاي آسفالت سبزرنگ زماني كه در تست هاي QUV در معرض نور ماوراء بنفش قرار گيرند، محو مي شوند. تنوع مشابه شدت هاي سه عنصر رنگ هاي اصلي براي نمونه هاي آسفالت قرمز رنگ گرفته مي شود. براي مثال، شدت هاي R با مقدار رو به افزايش رنگ قرمز كاهش يافته و به طور طولاني در معرض نور ماوراء بنفش قرارگرفتن موجب افزايش شدت در تست هاي QUV مي شود (همان طور كه در شكل ۷ نشان داده شده) زماني كه افزايش شدت هاي R براي نمونه هاي سبز و قرمز رنگ مقايسه مي شود افزايش R در رنگ سبز بيشتر از افزايش آن در رنگ قرمز است. اين نشان مي دهد كه ممكن است نمونه هاي قرمز رنگ داراي مقاومت بهتري در مقابل محو سازي رنگ ها باشند.
