顏家學(xué)

(貴州省交通科學(xué)研究院股份有限公司)

1 細(xì)集料棱角性評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)

1.1 我國(guó)常用方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

(1)間隙率法

細(xì)集料棱角性試驗(yàn)(間隙率法)，首先稱取接收容器質(zhì)量m0和容器中加滿水的質(zhì)量m1，按照集料最大公稱粒徑的不同，將細(xì)集料通過(guò)2.36 或4.75 的標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行過(guò)篩，除去篩上剩余的部分，然后將細(xì)集料清洗后，仔細(xì)沖走小于0.075 mm的部分。最后集料部分放入烘箱中烘干至恒重，使細(xì)集料從漏斗處流出，通過(guò)容器來(lái)接收細(xì)集料。最后將容器表面用直尺刮平，不加任何振動(dòng)，稱容器與集料質(zhì)量m2進(jìn)行3 次重復(fù)試驗(yàn)，以三次試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為細(xì)集料棱角性的試驗(yàn)結(jié)果。間隙法的計(jì)算公式，其公式為

γfa=(m2－m0)/(m1－m0)

U=(1－γfa/γfb)×100

其中:U 是細(xì)集料間隙率;γfa是細(xì)集料松裝密度;γfb為細(xì)集料毛體積的密度。

1.2 細(xì)集料流動(dòng)時(shí)間法

根據(jù)試驗(yàn)細(xì)集料規(guī)格選擇漏斗，當(dāng)細(xì)集料粒徑為0.075 ～2.36 mm時(shí)，漏斗的漏出孔徑選擇為12 mm，當(dāng)細(xì)集料規(guī)格為0.075 ～4.75 mm 時(shí)，漏斗的漏出孔徑選擇為16 mm，關(guān)閉漏斗下方的閥門，在漏斗下方放置接收容器;將細(xì)集料從圓筒開(kāi)口處慢慢倒入漏斗;在打開(kāi)漏斗的閥門的同時(shí)啟動(dòng)秒表進(jìn)行計(jì)時(shí)，漏斗中的細(xì)集料通過(guò)漏斗開(kāi)口緩慢流出，當(dāng)細(xì)集料全部流出漏斗時(shí)停止計(jì)時(shí)，讀取細(xì)集料流出的時(shí)間，流動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)就表明細(xì)集料的棱角性越好。

1.3 細(xì)集料棱角性的測(cè)定

為了實(shí)際分析不同細(xì)集料之間棱角性的相互差異性，本文在研究過(guò)程中將河砂與石灰?guī)r機(jī)制砂按照不同比例進(jìn)行相互混合，從而形成4 種棱角性不同的細(xì)集料。4 種不同棱角性的細(xì)集料按照石河砂占集料總量的0%、15%、25%和35%進(jìn)行組合，對(duì)組合的4 種棱角性不同的混合料進(jìn)行流動(dòng)時(shí)間試驗(yàn)(本文未采用間隙率法是基于毛體積密度難以測(cè)定的原因)。4 中不同棱角性的細(xì)集料流動(dòng)時(shí)間分別為37.4 s、34.4 s、32.1 s、30.1 s。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著石灰?guī)r機(jī)制砂含量的增加，細(xì)集料流動(dòng)時(shí)間增大。這主要是因?yàn)槭規(guī)r機(jī)制砂通過(guò)機(jī)器生產(chǎn)，其形狀接近立方體，其表面棱角豐富，所以流動(dòng)時(shí)間長(zhǎng);天然河砂經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化和河水的搬運(yùn)作用，導(dǎo)致顆粒表面圓滑，棱角性小，其流動(dòng)時(shí)間就越短。細(xì)集料棱角性過(guò)大會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料難以壓實(shí)，而細(xì)集料棱角性過(guò)小會(huì)影響到瀝青混合料的性能，所以在實(shí)際瀝青混合料的生產(chǎn)過(guò)程中要嚴(yán)格控制天然河砂在集料中的含量。

1.4 細(xì)集料棱角性評(píng)價(jià)新方法

(1)單軸貫入試驗(yàn)

流動(dòng)時(shí)間法和間隙率法這兩種方法是我國(guó)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的兩種評(píng)價(jià)細(xì)集料棱角性的試驗(yàn)方法，兩種試驗(yàn)方法有著不同的側(cè)重點(diǎn)和試驗(yàn)意義，流動(dòng)時(shí)間法試驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)單，并且不需要測(cè)量集料的毛體積密度，而間隙率法要求測(cè)量集料的毛體積密度，然而測(cè)定細(xì)集料的毛體積密度相對(duì)比較困難，其結(jié)果的準(zhǔn)確性受諸多偶然因素的影響。針對(duì)目前在細(xì)集料棱角性評(píng)價(jià)中的這些問(wèn)題，提出了一種評(píng)價(jià)細(xì)集料棱角性的新方法，即單軸貫入試驗(yàn)。

單軸貫入試驗(yàn)方法以材料抵抗局部荷載壓入變形的能力評(píng)價(jià)細(xì)集料的棱角性細(xì)集料棱角性的大小通過(guò)貫入荷載來(lái)表征，細(xì)集料的棱角性越好，貫入荷載也就越大。在貫入過(guò)程中，試件內(nèi)產(chǎn)生的剪切應(yīng)力分布與實(shí)際路面在車輛荷載作用下產(chǎn)生的剪應(yīng)力分布相似，所以，該法可以較好地評(píng)價(jià)細(xì)集料間的內(nèi)摩阻力和集料的棱角性。

試驗(yàn)方法為將細(xì)集料通過(guò)2.36 或4.75 的標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行過(guò)篩，除去篩上剩余的部分，烘干備用，將烘干后的細(xì)集料按照級(jí)配設(shè)計(jì)組成制備瀝青混合料，之后在細(xì)集料瀝青混合料中假如35%的水，放入容器中靜止1 h，之后利用馬歇爾擊實(shí)儀單面擊實(shí)50 次。將成型完成的試件進(jìn)行貫入試驗(yàn)，貫入速度為50 mm/min，觀察貫入的荷載和試件的變形量。通過(guò)貫入值的大小就可以評(píng)價(jià)不同細(xì)集料的棱角性。

(2)數(shù)字圖像分析技術(shù)

由于細(xì)集料的的自身特性，諸多傳統(tǒng)的對(duì)其棱角性的試驗(yàn)方法部分較為繁瑣或者受主客觀影響因素較多，但是隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，采用圖像處理技術(shù)來(lái)采集集料的形態(tài)特征逐漸得到了重視和發(fā)展。

目前在細(xì)集料的形態(tài)研究中常用的方法為利用Matlab軟件對(duì)對(duì)象進(jìn)行分割來(lái)回去其二維形態(tài)特征或三維形態(tài)特征。首先需要對(duì)集料進(jìn)行圖像采集，利用常見(jiàn)的數(shù)碼相機(jī)就可以完成圖像采集，當(dāng)然相機(jī)的分辨率越高獲得圖像處理后的效果就越明顯。將數(shù)字圖像進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)化就可以獲得灰度圖像，利用灰度圖像可以方便的進(jìn)行圖像分割，圖像分割可以將圖像分成各具特性的區(qū)域，包括圖像對(duì)象的邊緣、區(qū)域等。同時(shí)可以利用邊緣檢測(cè)來(lái)分割圖像，從圖像的某邊緣點(diǎn)開(kāi)始，沿著設(shè)定好的進(jìn)程來(lái)分割區(qū)域。根據(jù)灰度變化的特點(diǎn)，可分為階躍型、房頂型和凸緣型。對(duì)于棱角性的算法，眾多研究人員提出了不同的計(jì)算方法，常見(jiàn)的有基于等效橢圓提出的指標(biāo)。其在計(jì)算過(guò)程中弱化了形狀對(duì)棱角性量化的影響，其常用簡(jiǎn)單公式如:

P' =(P/Pe)2

式中:P 為顆粒的輪廓周長(zhǎng)，Pe為等效的橢圓周長(zhǎng)。對(duì)棱角性指標(biāo)的算法有多種多樣，需要在具體實(shí)踐過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況合理確定。

2 結(jié) 語(yǔ)

瀝青混合料的路用性能跟集料的棱角性有著極為密切的關(guān)系，粗集料主要是用來(lái)形成瀝青混合料的骨架結(jié)構(gòu)，細(xì)集料主要是來(lái)保證瀝青混合料具有合適的空隙率。其中集料的棱角性是關(guān)系集料質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。所以在今后的研究中還需要不斷深化對(duì)細(xì)集料棱角性的研究，完善和開(kāi)發(fā)更為合理的棱角性試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)。

［1］趙延慶，侯俊，何連明.細(xì)集料棱角性實(shí)驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)分析［J］.公路管理，2011，(5):172－175.

［2］李國(guó)，苑克偉，王積鑫.測(cè)定細(xì)集料棱角性實(shí)驗(yàn)方法的研究［J］.北方交通，2012，(3):79－83.

［3］公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E42－2005)［S］.北京:人民交通出版社.