細集料棱角性試驗方法及標準研究

顏家學

(貴州省交通科學研究院股份有限公司)

1 細集料棱角性評價方法及標準

1.1 我國常用方法及評價標準

(1)間隙率法

細集料棱角性試驗(間隙率法)，首先稱取接收容器質量m0和容器中加滿水的質量m1，按照集料最大公稱粒徑的不同，將細集料通過2.36 或4.75 的標準篩進行過篩，除去篩上剩余的部分，然后將細集料清洗后，仔細沖走小于0.075 mm的部分。最后集料部分放入烘箱中烘干至恒重，使細集料從漏斗處流出，通過容器來接收細集料。最后將容器表面用直尺刮平，不加任何振動，稱容器與集料質量m2進行3 次重復試驗，以三次試驗結果的平均值作為細集料棱角性的試驗結果。間隙法的計算公式，其公式為

γfa=(m2－m0)/(m1－m0)

U=(1－γfa/γfb)×100

其中:U 是細集料間隙率;γfa是細集料松裝密度;γfb為細集料毛體積的密度。

1.2 細集料流動時間法

根據試驗細集料規格選擇漏斗，當細集料粒徑為0.075 ～2.36 mm時，漏斗的漏出孔徑選擇為12 mm，當細集料規格為0.075 ～4.75 mm 時，漏斗的漏出孔徑選擇為16 mm，關閉漏斗下方的閥門，在漏斗下方放置接收容器;將細集料從圓筒開口處慢慢倒入漏斗;在打開漏斗的閥門的同時啟動秒表進行計時，漏斗中的細集料通過漏斗開口緩慢流出，當細集料全部流出漏斗時停止計時，讀取細集料流出的時間，流動時間越長就表明細集料的棱角性越好。

1.3 細集料棱角性的測定

為了實際分析不同細集料之間棱角性的相互差異性，本文在研究過程中將河砂與石灰巖機制砂按照不同比例進行相互混合，從而形成4 種棱角性不同的細集料。4 種不同棱角性的細集料按照石河砂占集料總量的0%、15%、25%和35%進行組合，對組合的4 種棱角性不同的混合料進行流動時間試驗(本文未采用間隙率法是基于毛體積密度難以測定的原因)。4 中不同棱角性的細集料流動時間分別為37.4 s、34.4 s、32.1 s、30.1 s。試驗結果表明，隨著石灰巖機制砂含量的增加，細集料流動時間增大。這主要是因為石灰巖機制砂通過機器生產，其形狀接近立方體，其表面棱角豐富，所以流動時間長;天然河砂經過長時間的風化和河水的搬運作用，導致顆粒表面圓滑，棱角性小，其流動時間就越短。細集料棱角性過大會導致瀝青混合料難以壓實，而細集料棱角性過小會影響到瀝青混合料的性能，所以在實際瀝青混合料的生產過程中要嚴格控制天然河砂在集料中的含量。

1.4 細集料棱角性評價新方法

(1)單軸貫入試驗

流動時間法和間隙率法這兩種方法是我國《公路工程集料試驗規程》規定的兩種評價細集料棱角性的試驗方法，兩種試驗方法有著不同的側重點和試驗意義，流動時間法試驗過程簡單，并且不需要測量集料的毛體積密度，而間隙率法要求測量集料的毛體積密度，然而測定細集料的毛體積密度相對比較困難，其結果的準確性受諸多偶然因素的影響。針對目前在細集料棱角性評價中的這些問題，提出了一種評價細集料棱角性的新方法，即單軸貫入試驗。

單軸貫入試驗方法以材料抵抗局部荷載壓入變形的能力評價細集料的棱角性細集料棱角性的大小通過貫入荷載來表征，細集料的棱角性越好，貫入荷載也就越大。在貫入過程中，試件內產生的剪切應力分布與實際路面在車輛荷載作用下產生的剪應力分布相似，所以，該法可以較好地評價細集料間的內摩阻力和集料的棱角性。

試驗方法為將細集料通過2.36 或4.75 的標準篩進行過篩，除去篩上剩余的部分，烘干備用，將烘干后的細集料按照級配設計組成制備瀝青混合料，之后在細集料瀝青混合料中假如35%的水，放入容器中靜止1 h，之后利用馬歇爾擊實儀單面擊實50 次。將成型完成的試件進行貫入試驗，貫入速度為50 mm/min，觀察貫入的荷載和試件的變形量。通過貫入值的大小就可以評價不同細集料的棱角性。

(2)數字圖像分析技術

由于細集料的的自身特性，諸多傳統的對其棱角性的試驗方法部分較為繁瑣或者受主客觀影響因素較多，但是隨著計算機圖像處理技術的不斷發展，采用圖像處理技術來采集集料的形態特征逐漸得到了重視和發展。

目前在細集料的形態研究中常用的方法為利用Matlab軟件對對象進行分割來回去其二維形態特征或三維形態特征。首先需要對集料進行圖像采集，利用常見的數碼相機就可以完成圖像采集，當然相機的分辨率越高獲得圖像處理后的效果就越明顯。將數字圖像進行二進制轉化就可以獲得灰度圖像，利用灰度圖像可以方便的進行圖像分割，圖像分割可以將圖像分成各具特性的區域，包括圖像對象的邊緣、區域等。同時可以利用邊緣檢測來分割圖像，從圖像的某邊緣點開始，沿著設定好的進程來分割區域。根據灰度變化的特點，可分為階躍型、房頂型和凸緣型。對于棱角性的算法，眾多研究人員提出了不同的計算方法，常見的有基于等效橢圓提出的指標。其在計算過程中弱化了形狀對棱角性量化的影響，其常用簡單公式如:

P' =(P/Pe)2

式中:P 為顆粒的輪廓周長，Pe為等效的橢圓周長。對棱角性指標的算法有多種多樣，需要在具體實踐過程中根據實際情況合理確定。

2 結 語

瀝青混合料的路用性能跟集料的棱角性有著極為密切的關系，粗集料主要是用來形成瀝青混合料的骨架結構，細集料主要是來保證瀝青混合料具有合適的空隙率。其中集料的棱角性是關系集料質量的一個重要指標。所以在今后的研究中還需要不斷深化對細集料棱角性的研究，完善和開發更為合理的棱角性試驗方法和標準。

［1］趙延慶，侯俊，何連明.細集料棱角性實驗方法及標準分析［J］.公路管理，2011，(5):172－175.

［2］李國，苑克偉，王積鑫.測定細集料棱角性實驗方法的研究［J］.北方交通，2012，(3):79－83.

［3］公路工程集料試驗規程(JTG E42－2005)［S］.北京:人民交通出版社.