粗集料細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征對(duì)瀝青混合料性能的影響研究.pdf

1、隨著我國(guó)交通量、交通軸載的不斷增大,對(duì)公路、尤其是高等級(jí)公路的路面性能提出了更高、甚至是苛刻的要求,為了保證整體工程質(zhì)量,提高材料的基本性能就成了關(guān)鍵。以往研究中重點(diǎn)關(guān)注瀝青的性能,認(rèn)為提高瀝青粘結(jié)料性能就可以改善全部混合料性能,大量使用改性瀝青甚至是進(jìn)口改性瀝青,從而使得路面造價(jià)劇增。為了擺脫這一困境,人們逐漸關(guān)注占瀝青混合料體積百分之九十以上的集料性能并對(duì)其進(jìn)行研究。要對(duì)集料進(jìn)行研究,主要包括對(duì)級(jí)配和集料顆粒本身形態(tài)的研究。其中對(duì)級(jí)

2、配的研究,國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都已作出成果,并研究得出幾種適合于不同道路鋪筑的級(jí)配類型。但是對(duì)于集料顆粒本身形態(tài)的研究并不多。
　　針對(duì)這一研究現(xiàn)狀,本課題首先綜合分析目前國(guó)內(nèi)外使用過(guò)的研究集料外形的各種試驗(yàn)手段,并對(duì)國(guó)外發(fā)展中較完善的一種試驗(yàn)方法,集料成像分析系統(tǒng)AIMS進(jìn)行詳細(xì)的闡述,通過(guò)分析不同地區(qū)集料以及不同粒徑尺寸的集料可知,不同地區(qū)集料有著各自的形態(tài)特征,在實(shí)際公路工程中應(yīng)選擇性使用。另外隨細(xì)集料粒徑尺寸的減小,其棱角性逐漸

3、降低。當(dāng)粒徑為0.03mm時(shí),棱角性最差,之后又略有提高;而粗集料隨粒徑尺寸減小其棱角性逐漸增強(qiáng),當(dāng)粒徑為4.75mm時(shí)外形最不規(guī)則,其棱角狀況也最豐富。
　　采用洛杉磯磨耗儀對(duì)16mm,13.2mm,9.5mm和4.75mm四檔集料,分別進(jìn)行0次、600次和1200次三種磨耗次數(shù)的磨耗試驗(yàn),形成12種不同粒徑不同磨耗狀態(tài)的粗集料顆粒,然后根據(jù)自行開(kāi)發(fā)的MASCA系統(tǒng),進(jìn)行圖像信息采集及處理。提出了軸向系數(shù)、凸度、粗糙度、棱角參數(shù)

4、、圓度、分形維數(shù)和球度七個(gè)形態(tài)特征量化指標(biāo)。經(jīng)過(guò)分析粗集料不同粒徑尺寸及不同磨耗狀態(tài)下的各個(gè)指標(biāo)可知,隨著磨耗強(qiáng)度增加,集料顆粒不斷變圓變光滑,凸度逐漸變大,棱角參數(shù)、圓度和分形維數(shù)不斷減小,球狀指標(biāo)值逐漸增大并接近1,這些變化趨勢(shì)都與各指標(biāo)的計(jì)算公式及特殊圖形的變化一致。且在4.75mm至16mm尺寸中,隨著粒徑尺寸增大,外形越平滑。與之前AIMS的分析結(jié)果相比較,結(jié)論一致。通過(guò)磨耗次數(shù)與各指標(biāo)之間的方差分析可知,分形維數(shù)與磨耗次數(shù)的

5、相關(guān)性最高。
　　由于集料顆粒形狀、粗度及表面紋理在很大程度上決定了混合料壓實(shí)后顆粒的位置及顆粒間相互嵌擠鎖結(jié)的狀態(tài),而這種狀態(tài)會(huì)直接對(duì)瀝青混合料的高溫抗剪性能產(chǎn)生影響,故應(yīng)將顆粒形態(tài)量化指標(biāo)與具體的瀝青混合料路用性能聯(lián)系起來(lái),從而指導(dǎo)實(shí)際工程。本文將上述研究的0次,600次和1200次三種不同磨耗次數(shù)的粗集料,按照AC-16、SAC-16和SMA-16三種不同級(jí)配類型,采用馬歇爾級(jí)配設(shè)計(jì)理論,比較各種不同混合料的馬歇爾體積參數(shù)和

6、力學(xué)指標(biāo),并選擇高溫車轍試驗(yàn)、貫入剪切試驗(yàn)和新型圓形壓頭貫入試驗(yàn)進(jìn)行高溫抗剪性能研究,比較在相同實(shí)驗(yàn)條件下,不同級(jí)配之間和不同磨耗狀態(tài)時(shí)的混合料抗剪能力。從試驗(yàn)結(jié)果可知,各試驗(yàn)之間相關(guān)性較好,粗集料表面紋理越粗糙,棱角性越強(qiáng),其高溫抗剪能力越強(qiáng),這種影響對(duì)于不同級(jí)配都有類似變化。只是對(duì)于AC這種密級(jí)配瀝青混合料,當(dāng)粗集料外形改變到一定狀態(tài)時(shí),由集料的改變對(duì)其混合料引起的改變就不再明顯,而對(duì)于SAC和SMA這種粗集料含量占百分之七十以上的