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        細(xì)集料形貌特征參數(shù)的表征及對(duì)SMA瀝青混合料性能影響研究

        2024-04-07 06:56:32周權(quán)王濤利羅正宇
        交通科技與管理 2024年4期
        關(guān)鍵詞:棱角石灰?guī)r玄武巖

        周權(quán) 王濤利 羅正宇

        摘要 文章采用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)玄武巖細(xì)集料和石灰?guī)r細(xì)集料以及混摻細(xì)集料的二維形狀指數(shù)和棱角性指數(shù)進(jìn)行定量表征,并評(píng)價(jià)了細(xì)集料形貌特征對(duì)SMA-13瀝青混合料路用性能的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果顯示:隨著細(xì)集料二維形狀指數(shù)的減小,SMA-13瀝青混合料的高溫性能提高,低溫抗裂性和水穩(wěn)定性降低;隨著細(xì)集料棱角性指數(shù)的增大,SMA-13瀝青混合料的高溫性能和水穩(wěn)定性提高,低溫抗裂性降低。

        關(guān)鍵詞 玄武巖細(xì)集料;二維形狀指數(shù);棱角性指數(shù);SMA-13瀝青混合料;路用性能

        中圖分類號(hào) U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949(2024)04-0081-03

        0 引言

        細(xì)集料在瀝青混凝土中起著充填縫隙、傳遞荷載和膠結(jié)的作用[1],細(xì)集料形貌特征對(duì)瀝青混合料的體積、力學(xué)和路用性能有顯著影響[2-4]。我國(guó)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》雖然提出采用棱角性(流動(dòng)時(shí)間)評(píng)價(jià)細(xì)集料形貌特征[5],但現(xiàn)有研究尚未表明此方法對(duì)細(xì)集料形貌特征評(píng)價(jià)的合理性與準(zhǔn)確性。

        玄武巖集料由于其耐久性好、穩(wěn)定性高、壓碎值較小、抗磨耗性能好、耐腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于路面材料。因此,該文針對(duì)玄武巖細(xì)集料和石灰?guī)r細(xì)集料,通過(guò)AIMS集料成像系統(tǒng)開(kāi)展細(xì)集料形貌特征研究,并探究細(xì)集料形貌特征對(duì)SMA-13瀝青混合料性能的影響規(guī)律。

        1 試驗(yàn)材料及細(xì)集料形貌特征

        1.1 原材料

        試驗(yàn)用瀝青為SBS改性瀝青,其軟化點(diǎn)為92 ℃,5 ℃延度為43.8 cm,針入度為53.1(0.1 mm),技術(shù)性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求。試驗(yàn)用粗集料為玄武巖,細(xì)集料采用玄武巖和石灰?guī)r,礦粉為石灰?guī)r,均由浙江交投麗新礦業(yè)有限公司生產(chǎn)提供。SMA-13設(shè)計(jì)級(jí)配組成見(jiàn)表1,油石比為6.0%。

        1.2 細(xì)集料形貌特征

        為了分析細(xì)集料形貌特征對(duì)瀝青混合料路用性能的影響,將玄武巖細(xì)集料和石灰?guī)r按照不同比例混合,按玄武巖細(xì)集料占細(xì)集料總量的100%、50%、0%組成3種不同形貌特征的混合細(xì)集料,主要獲得細(xì)集料的棱角性和二維形狀指標(biāo)。試驗(yàn)樣品數(shù)為50,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

        由表2可知,隨著玄武巖細(xì)集料含量的減少,細(xì)集料的二維形狀指數(shù)增加,棱角性指數(shù)降低。100%玄武巖細(xì)集料二維形狀指數(shù)比100%石灰?guī)r細(xì)集料小約12%,細(xì)集料二維形狀指數(shù)越小,細(xì)集料更接近圓形,說(shuō)明玄武巖細(xì)集料形狀比石灰?guī)r細(xì)集料更接近圓形;玄武巖細(xì)集料棱角性指數(shù)比石灰?guī)r細(xì)集料高9%,說(shuō)明玄武巖細(xì)集料微觀棱角性比較豐富。

        2 細(xì)集料形貌特征對(duì)SMA-13瀝青混合料路用性能的影響

        2.1 高溫性能

        根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)對(duì)采用固定玄武巖粗集料、不同細(xì)集料的SMA-13瀝青混合料進(jìn)行路用性能評(píng)價(jià),每種細(xì)集料的混合料進(jìn)行三組平行實(shí)驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

        由表3結(jié)果可知,采用不同種類細(xì)集料的SMA-13瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度大小順序?yàn)樾鋷r細(xì)集料>50%玄武巖細(xì)集料>石灰?guī)r細(xì)集料,均滿足規(guī)范要求(≥3 000 次/mm)。相比100%石灰?guī)r細(xì)集料,采用100%、50%玄武巖細(xì)集料的SMA-13動(dòng)穩(wěn)定度分別高11%、2%。

        不同細(xì)集料的二維形狀指數(shù)和棱角性指數(shù)對(duì)SMA-13瀝青混合料高溫性能的影響規(guī)律如圖1所示。

        根據(jù)圖1可知,隨著細(xì)集料二維形狀指數(shù)的增大,瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度隨之減小。當(dāng)細(xì)集料二維形狀指數(shù)增加14%,SMA-13動(dòng)穩(wěn)定度降低12%。這是由于隨著細(xì)集料二維形狀指數(shù)的增加,其形狀更偏離圓形,趨向于針片狀,導(dǎo)致瀝青混合料在高溫荷載作用下變形加大,使混合料高溫性能降低。

        此外,隨著細(xì)集料棱角性指數(shù)增加,瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度隨之增大。當(dāng)細(xì)集料棱角性指數(shù)增加9%,SMA-13動(dòng)穩(wěn)定度提高12%。這是由于細(xì)集料棱角性指數(shù)越大,細(xì)集料的微觀棱角性越豐富,細(xì)集料與瀝青的黏附性增大,瀝青混合料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增加,故動(dòng)穩(wěn)定度增加。

        綜合上述分析,顆粒形狀接近圓形、棱角豐富的細(xì)集料能提高SMA-13高溫穩(wěn)定性。

        2.2 低溫抗裂性能

        該文采用低溫小梁彎曲試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)SMA-13瀝青混合料的低溫抗裂性能,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。由表結(jié)果可知,不同細(xì)集料的SMA-13瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變均滿足規(guī)范要求,抗彎拉強(qiáng)度和彎曲勁度模量大小順序?yàn)樾鋷r細(xì)集料>50%玄武巖細(xì)集料>石灰?guī)r細(xì)集料,最大彎拉應(yīng)變的大小順序相反。

        彎曲勁度模量綜合了抗彎拉強(qiáng)度與最大彎拉應(yīng)變,其值越小則低溫抗裂性能越好。相比石灰?guī)r細(xì)集料,采用100%、50%玄武巖細(xì)集料的SMA-13彎曲勁度模量分別高14%、8%。由此可見(jiàn),采用石灰?guī)r細(xì)集料的SMA-13混合料的低溫性能較好。

        不同細(xì)集料的二維形狀指數(shù)和棱角性指數(shù)對(duì)SMA-13瀝青混合料低溫性能的影響規(guī)律如圖2所示。

        根據(jù)圖2可知,隨著細(xì)集料二維形狀指數(shù)的增大,瀝青混合料彎曲勁度模量隨之減小。當(dāng)細(xì)集料二維形狀指數(shù)增加14%,SMA-13彎曲勁度模量降低12%。此外,隨著細(xì)集料棱角性指數(shù)增加,瀝青混合料彎曲勁度模量隨之增大。當(dāng)細(xì)集料棱角性指數(shù)增加9%,SMA-13彎曲勁度模量提高12%。

        綜合上述分析,顆粒形狀接近圓形、棱角豐富的細(xì)集料能降低瀝青混合料低溫抗裂性。

        2.3 水穩(wěn)定性能

        該文通過(guò)凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)SMA-13瀝青混合料的水穩(wěn)定性能,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。從水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果看,采用石灰?guī)r細(xì)集料和50%玄武巖細(xì)集料的SMA-13瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比較大,水穩(wěn)定性較好。相比石灰?guī)r細(xì)集料,采用100%玄武巖細(xì)集料的SMA-13混合料的TSR降低5%,混摻50%玄武巖細(xì)集料的SMA-13瀝青混合料水穩(wěn)定性與石灰?guī)r細(xì)集料的瀝青混合料相近。

        不同細(xì)集料的二維形狀指數(shù)和棱角性指數(shù)對(duì)SMA-13瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響規(guī)律如圖3所示。

        根據(jù)圖3可知,細(xì)集料二維形狀指數(shù)、棱角性指數(shù)與SMA-13瀝青混合料TSR關(guān)系均呈線性關(guān)系。當(dāng)細(xì)集料二維形狀指數(shù)增加14%、棱角性指數(shù)增加9%,SMA-13混合料的TSR提高6%。

        綜合上述分析,顆粒形狀偏離圓形、棱角豐富的細(xì)集料能提高瀝青混合料水穩(wěn)定性。

        3 結(jié)語(yǔ)

        (1)采用100%玄武巖細(xì)集料的SMA-13高溫穩(wěn)定性最好,采用50%玄武巖細(xì)集料的混合料高溫性能次之;SMA-13瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度隨著細(xì)集料二維形狀指數(shù)的減小、棱角性指數(shù)的增大而增加;顆粒形狀接近圓形、棱角豐富的細(xì)集料能提高SMA-13高溫穩(wěn)定性。

        (2)采用100%石灰?guī)r細(xì)集料的SMA-13混合料的低溫抗裂性最好,采用50%玄武巖細(xì)集料的混合料低溫性能次之;SMA-13瀝青混合料的彎曲勁度模量隨著細(xì)集料二維形狀指數(shù)的減小、棱角性指數(shù)的增大而增加;顆粒形狀接近圓形、棱角豐富的細(xì)集料能降低SMA-13瀝青混合料低溫抗裂性。

        (3)采用100%石灰?guī)r細(xì)集料和50%玄武巖細(xì)集料的SMA-13瀝青混合料水穩(wěn)定性較好;SMA-13瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比隨著細(xì)集料二維形狀指數(shù)和棱角性指數(shù)的增大而增加;顆粒形狀偏離圓形、棱角豐富的細(xì)集料能提高SMA-13瀝青混合料水穩(wěn)定性。

        參考文獻(xiàn)

        [1]張軍昌. 玄武巖粗集料在道路瀝青混凝土上面層中的應(yīng)用[J]. 安徽建筑, 2017(2): 138-139.

        [2]剛增軍. 集料顆粒形態(tài)特征對(duì)瀝青混合料高溫性能的影響[J]. 筑路機(jī)械與施工機(jī)械化, 2017(1): 47-51.

        [3]王鳳, 肖月, 崔培德, 等. 集料形態(tài)特征對(duì)瀝青混合料性能影響規(guī)律的研究進(jìn)展[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2022(17): 95-107.

        [4]韓海峰, 呂偉民. 細(xì)集料棱角性對(duì)瀝青混合料性能的影響[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2002(3): 302-306.

        [5]張立安, 劉振清, 楊永順, 等. 瀝青混凝土路面細(xì)集料棱角性表征方法及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究[J]. 公路, 2010(10): 177-182.

        收稿日期:2024-01-10

        作者簡(jiǎn)介:周權(quán)(1974—),男,本科,高級(jí)工程師,研究方向:道路工程。

        通信作者:王濤利(1978—),男,碩士研究生,副高級(jí)工程師,研究方向:道路材料。

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