李偉聰 龔僥斌 李 浩

(廣東華路交通科技有限公司1) 廣州 510420) (廣州大學(xué)土木工程學(xué)院2) 廣州 510006)

0 引 言

落錘擊實(shí)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)、剪切壓實(shí)是成型瀝青混合料試件的三種主要方式，其典型的成型設(shè)備分別為馬歇爾擊實(shí)儀、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀(SGC)、剪切壓實(shí)儀(SBC).不同成型原理制備試件的均勻性相差較大，而瀝青混合料試件均勻性與其力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果息息相關(guān)，試件越均勻，試驗(yàn)結(jié)果越可靠，反之亦然[1].衡量試件均勻性的有效指標(biāo)是瀝青混合料的重要設(shè)計(jì)參數(shù)——空隙率.為此，測試試件的空隙率分布規(guī)律便可把握其均勻性.

Hall等[2]利用Superpave混合料和變水頭滲透儀進(jìn)行空隙率路徑試驗(yàn)，表明空隙大多數(shù)處于橫截面表面以下25 mm；Masad等[3]利用CT和圖像分析技術(shù)研究旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型試件空隙分布規(guī)律，結(jié)果表明，試件空隙分布呈現(xiàn)浴盆狀，多數(shù)空隙集中于試件的上部和下部；裴建中等[4]利用分形理論研究了PAC空隙數(shù)量、空隙率沿試件高度方向分布情況；吳文亮等[5]采用CT技術(shù)對(duì)比研究了采用馬歇爾、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型的試件空隙分布，表明前者空隙率沿試件深度方向不斷變化，后者在30～105 mm高度范圍內(nèi)空隙率分布均勻；郭乃勝等[6]利用CT和數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)比分析了3種級(jí)配類型、2種成型方法、不種壓實(shí)功下的試件空隙分布特征，提出了沿著試件高度方向三段式劃分方法，并建立了空隙率預(yù)測模型.

現(xiàn)有研究對(duì)落錘擊實(shí)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)兩種方式成型試件的空隙率分布規(guī)律研究較多，對(duì)新型的剪切壓實(shí)成型試件的空隙率分布規(guī)律研究較少.為此，本文通過對(duì)比分析不同裝料方式對(duì)空隙空間分布的影響，在確定合理裝料方式的基礎(chǔ)上，采用CT掃描法和逐層切割法研究并得到了剪切壓實(shí)成型試件的空隙分布規(guī)律，并與常規(guī)落錘擊實(shí)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型試件空隙分布特性進(jìn)行對(duì)比.

1 試驗(yàn)材料

1.1 瀝青

瀝青膠結(jié)料選用韓國SK改性瀝青，參照文獻(xiàn)[7]進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測試,瀝青主要技術(shù)指標(biāo)見表1.

1.2 集料

粗集料為廣西貴港石牛嶺料場的輝綠巖，細(xì)集料、礦粉為馬水鎮(zhèn)馬蘭石場的石灰?guī)r，集料性能指標(biāo)分別見表2～4.集料和礦粉各指標(biāo)均滿足規(guī)范要求.

表1 瀝青主要技術(shù)性質(zhì)

表2 粗集料檢測結(jié)果

表3 細(xì)集料檢測結(jié)果

表4 礦粉檢測結(jié)果

1.3 配合比設(shè)計(jì)

采用廣東省典型級(jí)配GAC-16，瀝青混合料合成級(jí)配見表5.

表5 GAC-16瀝青混合料合成礦料級(jí)配組成

2 試件制備

不同于馬歇爾的擊實(shí)和旋轉(zhuǎn)壓實(shí)的旋轉(zhuǎn)揉搓，SBC通過提供一個(gè)恒定的壓力及恒定剪切角的循環(huán)剪切力，來模擬現(xiàn)場壓實(shí)機(jī)具的剪切揉搓壓實(shí)行為.

SBC成型時(shí)需要約30 kg瀝青混合料，試件尺寸大、約束小，集料在試模中的移動(dòng)與實(shí)際路面壓實(shí)行為更接近.

采用SBC制備試件，按照馬歇爾設(shè)計(jì)方法確定最佳油石比為4.7%，成型溫度為140 ℃，剪切壓實(shí)儀剪切角為4°，垂直壓力為0.7 MPa，壓實(shí)頻率16 s/周期，試件成型尺寸為450 mm×150 mm×170 mm.

3 裝料操作對(duì)試件均勻性影響

室內(nèi)裝料操作方式對(duì)瀝青混合料空隙率分布影響顯著，文獻(xiàn)[7]對(duì)瀝青混合料裝料操作有明確規(guī)定：擊實(shí)法要求用小鏟將混合料鏟入試模后，用熱的插刀沿周邊插搗15次、中間10次，插搗完后將混合料表面找平；輪碾法要求裝料時(shí)用小鏟拌合均勻后，沿試模由邊至中按順序轉(zhuǎn)圈裝模，中部要略高于四周，再用預(yù)熱的擊實(shí)錘由邊至中轉(zhuǎn)圈夯實(shí)整平成凸圓弧形；文獻(xiàn)[8]要求混合料分三層裝入試模，每層用鏟搗實(shí)5次.

然而，目前卻并無規(guī)范或文獻(xiàn)研究剪切壓實(shí)儀裝料操作方式對(duì)試件均勻性的影響.若直接套用其他成型方法的裝料方式，難以確?；旌狭暇鶆蚍植?，混合料的分布不均有可能導(dǎo)致同一批試件性能試驗(yàn)結(jié)果離散性較大，從而對(duì)性能試驗(yàn)結(jié)果的精度造成較大影響.同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范、研究成果及瀝青混合料性能試驗(yàn)對(duì)試件空隙率的要求，約定空隙率與目標(biāo)值的偏差小于等于0.5%的為均勻試件；超出此范圍，為不均勻試件.

為了避免因裝料方式的隨意性造成試驗(yàn)結(jié)果可比性差的現(xiàn)象，采用兩種不同裝料操作方式分別成型剪切壓實(shí)試件，并對(duì)成型的試件進(jìn)行切割，然后分別測試其毛體積密度，對(duì)比分析不同裝料操作方式的差異，以確定合理的裝料方式.

方法一 直接將拌和好的瀝青混合料一次性全部倒入試模，用熱的鐵棒沿周邊插搗15次、中間10次，插搗完畢后將混合料表面找平.

方法二 將拌和好瀝青混合料分三次倒入試模，每次倒入的質(zhì)量相當(dāng)，每倒一次后的處理方法同方法一.

試件成型尺寸為長×寬×高=450 mm×150 mm×170 mm，對(duì)兩組試件沿高度方向進(jìn)行均勻切割，編號(hào)為上、中、下，并將切割后的三塊試件二次切割，每塊試件切割成兩根長380 mm、厚度50 mm、寬度63.5 mm的四點(diǎn)疲勞小梁試件.分別測試六根小梁試件的空隙率，整塊試件的空隙率取六根小梁試件空隙率的平均值，計(jì)算結(jié)果見表6.六根小梁的空隙率分布見圖1.

表6 兩種裝料方法的整塊試件空隙率

圖1 兩種裝料操作空隙分布情況

由圖1和表6可知，采用方法一成型試件的空隙率、極差、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)均大于方法二，表明后者成型試件的空隙率分布更均勻，且上、中、下三塊試件空隙率差值不超過0.5%，滿足瀝青混合料性能試驗(yàn)對(duì)空隙率差異性的要求.因此，將方法二作為剪切壓實(shí)儀標(biāo)準(zhǔn)的裝料方法.

作風(fēng)問題從本質(zhì)上說是黨性問題，反映的是黨的純潔性與先進(jìn)性。加強(qiáng)作風(fēng)修養(yǎng)是黨性修養(yǎng)的基礎(chǔ)問題，體現(xiàn)的是我們黨的人格力量與魅力。目前高校黨建工作存在的許多問題與“四風(fēng)”息息相關(guān)，或者說是“四風(fēng)”衍生出來的產(chǎn)物。糾正“四風(fēng)”永遠(yuǎn)不能止步，要從我做起，從身邊小事做起，以身作則，率先垂范，言出必行，說到做到。要以踏石留印、抓鐵有痕的勁頭與壯士斷腕的果敢勇氣，緊抓不放，永不懈怠，善始善終，善做善成。加強(qiáng)作風(fēng)修養(yǎng)要踐行黨全心全意為人民服務(wù)的宗旨，自覺接受群眾批評(píng)與監(jiān)督，經(jīng)得起群眾與時(shí)代的考驗(yàn)。

4 試件空隙空間分布規(guī)律

4.1 CT掃描法

工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層成像(industrial computed tomograph，工業(yè)CT)是一種借助計(jì)算機(jī)將X線斷層掃描裝置掃描的斷面再現(xiàn)出來的一種全新成像技術(shù)，以二維斷層圖像或三維立體圖像的形式能清晰、準(zhǔn)確、直觀地展示被檢測物體內(nèi)部的信息特征.該技術(shù)可從微觀角度研究瀝青混合料空隙率分布規(guī)律.

由于剪切壓實(shí)成型試件為大體積長方體試件，試件截面尺寸為450 mm×150mm，而CT機(jī)掃描視野有限，不能掃描整個(gè)截面全部圖像，因此，對(duì)立方體試件取芯，芯樣尺寸：直徑100 mm、高度170 mm.

在處理瀝青混合料內(nèi)部空隙特性前，應(yīng)對(duì)掃描圖片做灰度處理.CT定量描述的是CT數(shù)，利用CT數(shù)實(shí)時(shí)反饋功能對(duì)瀝青混合料圖像中的集料、瀝青膠漿及空隙各組分進(jìn)行深入識(shí)別.根據(jù)文獻(xiàn)[9-10]研究結(jié)論：確定CT數(shù)大于1 950的圖像代表粗集料；CT數(shù)在1 200～1 950之間的圖像代表瀝青膠漿；CT數(shù)小于1 200的圖像代表空隙.處理前后效果見圖2.

圖2 灰度處理試件前后圖

將掃描后的圖像進(jìn)行灰度處理后，運(yùn)用Image-Pro Plus6.0圖像分析軟件對(duì)圖像進(jìn)行空隙提取處理，見圖3.利用面空隙率表征混合料不同深度下截面空隙分布的均勻性.面空隙率的計(jì)算式為

(1)

式中:VVarea為面空隙率；Ssection為截面上空隙的像素點(diǎn)面積；Stotal為圓截面的面積.

圖3 空隙提取處理(試件中黑色為空隙)

按照上節(jié)提出的標(biāo)準(zhǔn)裝料方法，應(yīng)用SBC成型三種目標(biāo)空隙率(2%，3%，4%)下的試件，取芯后，對(duì)芯樣進(jìn)行不同深度處截面面空隙率的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見圖4.

圖4 不同目標(biāo)空隙率試件CT掃描空隙分布情況

由三種目標(biāo)空隙率下剪切壓實(shí)成型的試件內(nèi)部空隙分布規(guī)律可知：空隙率沿剪切壓實(shí)成型高度方向呈現(xiàn)兩頭大、中間小的類“U”形分布規(guī)律，且在沿高度方向30～150 mm的范圍內(nèi)，試件內(nèi)部空隙率與設(shè)計(jì)值偏差在±0.5%范圍內(nèi).

4.2 逐層切割法

對(duì)試件沿高度方向逐層切割，測試每塊試件的毛體積密度，通過與最大理論密度的關(guān)系求出空隙率，以從宏觀方面體現(xiàn)成型試件的空隙率分布規(guī)律.

圖5 不同目標(biāo)空隙率試件沿成型高度方向空隙分布規(guī)律

由圖5可知，逐層切割法得出的空隙分布規(guī)律與工業(yè)CT法大體一致，空隙率沿剪切壓實(shí)成型高度方向出現(xiàn)兩頭大，中間小的呈類“U”型分布規(guī)律，在沿高度方向30～150 mm的范圍內(nèi)，試件內(nèi)部空隙率與設(shè)計(jì)值偏差在±0.5%范圍內(nèi).

微觀和宏觀方面研究結(jié)果的一致性不僅驗(yàn)證了剪切壓實(shí)成型試件呈類“U”形的空隙分布規(guī)律，且表明了剪切壓實(shí)試件空隙分布規(guī)律的客觀性.

4.3 與其他成型方式對(duì)比

為比較落錘擊實(shí)(Marshall)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)(SGC)、剪切壓實(shí)(SBC)三種不同成型方法的空隙分布特性，分別采用上述成型方法成型目標(biāo)空隙率均為4%且高度為63.5,150,170 mm的試件，后采用CT掃描法分別對(duì)其進(jìn)行掃描[11].三種成型方式的試件空隙分布特性見圖6和表7.

圖6 三種成型方式下空隙分布特性%

定義有效高度為面空隙率在目標(biāo)空隙率0.5%范圍內(nèi)且高度連續(xù)的范圍大?。挥行Ц叨缺葹橛行Ц叨扰c試件成型高度的比值.

圖6表明三種成型方式的試件空隙沿深度方向分布規(guī)律大體一致，均呈類“U”型分布規(guī)律，但有效高度比、空隙變異性差異較大.

表7 三種成型方式下參數(shù)對(duì)比

由圖6和表7可知，三種成型方法的有效高度范圍分別為20～50mm，30～105mm，30～150 mm；有效高度比分別為50.79%，61.33%，68.24%；空隙率變異系數(shù)分別為25.58%，17.45%，12.19%；有效高度范圍內(nèi)空隙率變異系數(shù)相當(dāng).

從有效高度比、空隙率變異系數(shù)來看，采用剪切壓實(shí)成型的試件最均勻、變異性最小，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)居中，落錘擊實(shí)最次.

5 結(jié) 論

1) 裝料方式對(duì)剪切壓實(shí)成型試件空隙空間分布影響較大，確定了分層插搗裝料方法為剪切壓實(shí)成型試件可靠的裝料方法.

2) CT掃描法和逐層切割法均表明剪切壓實(shí)成型試件的空隙率沿高度方向呈兩頭大、中間小的類“U”型分布規(guī)律，在沿高度方向30～150 mm的范圍內(nèi)，試件內(nèi)部空隙率與設(shè)計(jì)值偏差在±0.5%范圍內(nèi).

3) 落錘擊實(shí)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)、剪切壓實(shí)三種不同成型方法的空隙分布特性對(duì)比研究表明剪切壓實(shí)成型的試件最均勻、變異性最小，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)居中，落錘擊實(shí)最次.