细集料棱角性试验方法及标准研究

2014-08-15颜家学

黑龙江交通科技 2014年8期

关键词：棱角集料容器

颜家学

(贵州省交通科学研究院股份有限公司)

1 细集料棱角性评价方法及标准

1.1 我国常用方法及评价标准

(1)间隙率法

细集料棱角性试验(间隙率法)，首先称取接收容器质量m0和容器中加满水的质量m1，按照集料最大公称粒径的不同，将细集料通过2.36 或4.75 的标准筛进行过筛，除去筛上剩余的部分，然后将细集料清洗后，仔细冲走小于0.075 mm的部分。最后集料部分放入烘箱中烘干至恒重，使细集料从漏斗处流出，通过容器来接收细集料。最后将容器表面用直尺刮平，不加任何振动，称容器与集料质量m2进行3 次重复试验，以三次试验结果的平均值作为细集料棱角性的试验结果。间隙法的计算公式，其公式为

γfa=(m2－m0)/(m1－m0)

U=(1－γfa/γfb)×100

其中:U 是细集料间隙率;γfa是细集料松装密度;γfb为细集料毛体积的密度。

1.2 细集料流动时间法

根据试验细集料规格选择漏斗，当细集料粒径为0.075 ～2.36 mm时，漏斗的漏出孔径选择为12 mm，当细集料规格为0.075 ～4.75 mm 时，漏斗的漏出孔径选择为16 mm，关闭漏斗下方的阀门，在漏斗下方放置接收容器;将细集料从圆筒开口处慢慢倒入漏斗;在打开漏斗的阀门的同时启动秒表进行计时，漏斗中的细集料通过漏斗开口缓慢流出，当细集料全部流出漏斗时停止计时，读取细集料流出的时间，流动时间越长就表明细集料的棱角性越好。

1.3 细集料棱角性的测定

为了实际分析不同细集料之间棱角性的相互差异性，本文在研究过程中将河砂与石灰岩机制砂按照不同比例进行相互混合，从而形成4 种棱角性不同的细集料。4 种不同棱角性的细集料按照石河砂占集料总量的0%、15%、25%和35%进行组合，对组合的4 种棱角性不同的混合料进行流动时间试验(本文未采用间隙率法是基于毛体积密度难以测定的原因)。4 中不同棱角性的细集料流动时间分别为37.4 s、34.4 s、32.1 s、30.1 s。试验结果表明，随着石灰岩机制砂含量的增加，细集料流动时间增大。这主要是因为石灰岩机制砂通过机器生产，其形状接近立方体，其表面棱角丰富，所以流动时间长;天然河砂经过长时间的风化和河水的搬运作用，导致颗粒表面圆滑，棱角性小，其流动时间就越短。细集料棱角性过大会导致沥青混合料难以压实，而细集料棱角性过小会影响到沥青混合料的性能，所以在实际沥青混合料的生产过程中要严格控制天然河砂在集料中的含量。

1.4 细集料棱角性评价新方法

(1)单轴贯入试验

流动时间法和间隙率法这两种方法是我国《公路工程集料试验规程》规定的两种评价细集料棱角性的试验方法，两种试验方法有着不同的侧重点和试验意义，流动时间法试验过程简单，并且不需要测量集料的毛体积密度，而间隙率法要求测量集料的毛体积密度，然而测定细集料的毛体积密度相对比较困难，其结果的准确性受诸多偶然因素的影响。针对目前在细集料棱角性评价中的这些问题，提出了一种评价细集料棱角性的新方法，即单轴贯入试验。

单轴贯入试验方法以材料抵抗局部荷载压入变形的能力评价细集料的棱角性细集料棱角性的大小通过贯入荷载来表征，细集料的棱角性越好，贯入荷载也就越大。在贯入过程中，试件内产生的剪切应力分布与实际路面在车辆荷载作用下产生的剪应力分布相似，所以，该法可以较好地评价细集料间的内摩阻力和集料的棱角性。

试验方法为将细集料通过2.36 或4.75 的标准筛进行过筛，除去筛上剩余的部分，烘干备用，将烘干后的细集料按照级配设计组成制备沥青混合料，之后在细集料沥青混合料中假如35%的水，放入容器中静止1 h，之后利用马歇尔击实仪单面击实50 次。将成型完成的试件进行贯入试验，贯入速度为50 mm/min，观察贯入的荷载和试件的变形量。通过贯入值的大小就可以评价不同细集料的棱角性。

(2)数字图像分析技术

由于细集料的的自身特性，诸多传统的对其棱角性的试验方法部分较为繁琐或者受主客观影响因素较多，但是随着计算机图像处理技术的不断发展，采用图像处理技术来采集集料的形态特征逐渐得到了重视和发展。

目前在细集料的形态研究中常用的方法为利用Matlab软件对对象进行分割来回去其二维形态特征或三维形态特征。首先需要对集料进行图像采集，利用常见的数码相机就可以完成图像采集，当然相机的分辨率越高获得图像处理后的效果就越明显。将数字图像进行二进制转化就可以获得灰度图像，利用灰度图像可以方便的进行图像分割，图像分割可以将图像分成各具特性的区域，包括图像对象的边缘、区域等。同时可以利用边缘检测来分割图像，从图像的某边缘点开始，沿着设定好的进程来分割区域。根据灰度变化的特点，可分为阶跃型、房顶型和凸缘型。对于棱角性的算法，众多研究人员提出了不同的计算方法，常见的有基于等效椭圆提出的指标。其在计算过程中弱化了形状对棱角性量化的影响，其常用简单公式如:

P' =(P/Pe)2

式中:P 为颗粒的轮廓周长，Pe为等效的椭圆周长。对棱角性指标的算法有多种多样，需要在具体实践过程中根据实际情况合理确定。