瀝青混合料中粗集料表面物理特性的研究.pdf

1、在常用的瀝青混合料中，集料的比例約占整個(gè)混合料質(zhì)量的90％以上，即集料性質(zhì)是決定瀝青混合料路用性能的基礎(chǔ)。工程實(shí)際表明車轍是渠化交通下最常見的病害，而瀝青對車轍貢獻(xiàn)率僅占40%，因此公路工程技術(shù)和科研人員十分重視集料的質(zhì)量。雖然粗集料表面物理特性(包括表面紋理、形狀和棱角特性)對瀝青混合料路用性能具有重要的影響，但是長期以來，對粗集料表面物理特性沒有進(jìn)行系統(tǒng)的測量和評定研究，關(guān)鍵在于沒有合適的測量方法和明確的評價(jià)指標(biāo)。
　　為此，

2、本文基于反射式光纖位移傳感器原理二次開發(fā)了激光輪廓儀，測量了7種粗集料的表面紋理曲線，并采用幾何統(tǒng)計(jì)方法對粗集料表面紋理進(jìn)行了評定；采用ASTM D3398方法對7種粗集料的形狀和棱角特性進(jìn)行了測量和評定。在固定其它條件的情況下，以AC-16C型密級配瀝青混合料為例，采用簡單拉壓試驗(yàn)測量了7種不同表面物理特性粗集料組成的瀝青混合料內(nèi)摩擦角，分析了粗集料表面物理特性各參數(shù)對內(nèi)摩擦角的影響，以粗集料表面紋理算術(shù)平均偏差和平均顆粒系數(shù)構(gòu)造了粗

3、集料表面物理特性綜合指標(biāo)BT，考察了綜合指標(biāo)BT對瀝青混合料高溫性能的影響，并提出了易于工程實(shí)際應(yīng)用、并能夠反映出瀝青混合料高溫性能的粗集料表面物理特性工程指標(biāo)BZ。最后探討了分形幾何在粗集料表面物理特性研究中的應(yīng)用，聯(lián)結(jié)分形維數(shù)D和分形截距K，提出了粗集料表面紋理原始曲線的特征粗糙度參數(shù)*r，并進(jìn)行了瀝青混合料高溫性能驗(yàn)證。
　　搜集了7種不同表面物理特性的粗集料，對粗集料的基本物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了測量和評定；采用ASTM D33

4、98方法測量了粗集料顆粒的形狀和棱角特性，并以平均顆粒系數(shù)I評價(jià)了整個(gè)粗集料級配的形狀和棱角特性。
　　基于反射式光纖位移傳感器原理二次開發(fā)了激光輪廓儀，性能測試實(shí)驗(yàn)表明，該測量系統(tǒng)工作穩(wěn)定，測量精度為10μm，測量分辨力為5μm，測量范圍大于4cm。通過對集料表面進(jìn)行真空蒸發(fā)鍍膜處理，消除了由于集料表面顏色不均勻而造成的測量誤差，并使用該儀器直接、定量地測量了7種粗集料的表面紋理曲線。并采用幾何統(tǒng)計(jì)方法分別從高度特征、間距特征和

5、不平度特征評價(jià)了粗集料的表面紋理特性，試驗(yàn)分析表明粗集料粒徑大小對表面粗糙度參數(shù)無顯著影響。
　　在固定其它條件的情況下，采用簡單拉壓試驗(yàn)來模擬三軸壓縮試驗(yàn)對7種不同表面物理特性粗集料組成的瀝青混合料內(nèi)摩擦角進(jìn)行了測量研究，分析了粗集料表面物理特性各參數(shù)指標(biāo)對瀝青混合料內(nèi)摩擦角的影響。結(jié)果表明粗集料表面紋理越豐富、表面越粗糙，其瀝青混合料內(nèi)摩擦角越大，高溫穩(wěn)定性能越好；雖然粗集料平均顆粒系數(shù)I對其瀝青混合料內(nèi)摩擦角具有顯著的影響，

6、但不能夠單獨(dú)反映出瀝青混合料的內(nèi)摩擦角，即粗集料表面紋理、形狀和棱角特性綜合影響瀝青混合料的內(nèi)摩擦角。
　　采用粗集料表面紋理算術(shù)平均偏差和平均顆粒系數(shù)構(gòu)造了粗集料表面物理特性綜合指標(biāo)BT，該指標(biāo)包含了粗集料的表面紋理特性、顆粒形狀和棱角特性。車轍試驗(yàn)結(jié)果表明，隨粗集料表面物理特性綜合指標(biāo)BT的增大，瀝青混合料抗車轍變形能力顯著增強(qiáng)。
　　通過分析粗集料基本物理力學(xué)性質(zhì)與表面物理特性參數(shù)的關(guān)系，本文采用粗集料毛體積密度和吸水

7、率構(gòu)造了粗集料表面物理特性工程指標(biāo)BZ，該指標(biāo)綜合反映了粗集料的表面紋理特性、形狀和棱角特性，并與瀝青混合料高溫性能直接相關(guān)，更便于在工程實(shí)際中應(yīng)用。
　　最后，探索了分形幾何在粗集料表面物理特性研究中的應(yīng)用，根據(jù)結(jié)構(gòu)函數(shù)方法計(jì)算了各粗集料表面紋理原始曲線的分形參數(shù)，表明各粗集料表面紋理原始曲線均在一定范圍內(nèi)顯示出分形特性。針對各分形參數(shù)所描述物理意義的局限性，聯(lián)結(jié)分形維數(shù)和分形截距，提出了粗集料表面紋理原始曲線的特征粗糙度參數(shù)*