粗集料細觀結(jié)構(gòu)特征對瀝青混合料性能的影響研究.pdf

1、隨著我國交通量、交通軸載的不斷增大,對公路、尤其是高等級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。以往研究中重點關(guān)注瀝青的性能,認為提高瀝青粘結(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口改性瀝青,從而使得路面造價劇增。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其進行研究。要對集料進行研究,主要包括對級配和集料顆粒本身形態(tài)的研究。其中對級

2、配的研究,國內(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配類型。但是對于集料顆粒本身形態(tài)的研究并不多。
　　針對這一研究現(xiàn)狀,本課題首先綜合分析目前國內(nèi)外使用過的研究集料外形的各種試驗手段,并對國外發(fā)展中較完善的一種試驗方法,集料成像分析系統(tǒng)AIMS進行詳細的闡述,通過分析不同地區(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,在實際公路工程中應(yīng)選擇性使用。另外隨細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,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,當(dāng)粒徑為4.75mm時外形最不規(guī)則,其棱角狀況也最豐富。
　　采用洛杉磯磨耗儀對16mm,13.2mm,9.5mm和4.75mm四檔集料,分別進行0次、600次和1200次三種磨耗次數(shù)的磨耗試驗,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)自行開發(fā)的MASCA系統(tǒng),進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)和球度七個形態(tài)特征量化指標(biāo)。經(jīng)過分析粗集料不同粒徑尺寸及不同磨耗狀態(tài)下的各個指標(biāo)可知,隨著磨耗強度增加,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,這些變化趨勢都與各指標(biāo)的計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)會直接對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,從而指導(dǎo)實際工程。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-16三種不同級配類型,采用馬歇爾級配設(shè)計理論,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、貫入剪切試驗和新型圓形壓頭貫入試驗進行高溫抗剪性能研究,比較在相同實驗條件下,不同級配之間和不同磨耗狀態(tài)時的混合料抗剪能力。從試驗結(jié)果可知,各試驗之間相關(guān)性較好,粗集料表面紋理越粗糙,棱角性越強,其高溫抗剪能力越強,這種影響對于不同級配都有類似變化。只是對于AC這種密級配瀝青混合料,當(dāng)粗集料外形改變到一定狀態(tài)時,由集料的改變對其混合料引起的改變就不再明顯,而對于SAC和SMA這種粗集料含量占百分之七十以上的