瀝青混合料集料接觸點(diǎn)分析

祝鳳丹 謝若奇 陳明輝 譚振宇

(廣州大學(xué)土木工程學(xué)院,廣東 廣州 510006)

瀝青混合料集料接觸點(diǎn)分析

祝鳳丹 謝若奇 陳明輝 譚振宇

(廣州大學(xué)土木工程學(xué)院,廣東 廣州 510006)

研究不同摻配下混合料的接觸點(diǎn)與其相關(guān)性能關(guān)系，得出了比較客觀、合理的抗車轍性能的混合料。并通過研究發(fā)現(xiàn)隨著摻配的增加，相應(yīng)的混合料的接觸點(diǎn)也發(fā)生相應(yīng)變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著級(jí)配增加粗集料之間的接觸點(diǎn)增加的比例不一定發(fā)生正比例關(guān)系。

瀝青混合料，圖像處理，接觸點(diǎn)

0 引言

隨著車輛的增加，道路的破壞速率及程度也在增加，特別是經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)車輛猛增。研究混合料的骨架是為了提高路面抗車轍的性能，延長(zhǎng)道路使用年限和增加使用的舒適度。

所謂骨架，廣泛被用于支持某物的結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)或輪廓的一種支架。對(duì)于瀝青混合料的骨架研究具有相當(dāng)重要的意義[1]。國(guó)內(nèi)外對(duì)混合料骨架有一定的研究，研究方法有很多種。本文主要是利用了圖像處理技術(shù)來分析混合料合理的骨架特性。

1 試驗(yàn)材料與過程

1.1 試驗(yàn)材料介紹

本研究集料為石灰?guī)r，礦粉為石灰?guī)r礦粉，普通70號(hào)瀝青。原材料相關(guān)指標(biāo)根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行試驗(yàn)[2]，材料性能指標(biāo)見表1～表3。

表1 粗集料試驗(yàn)結(jié)果

表2 細(xì)集料試驗(yàn)結(jié)果

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)的混合料級(jí)配設(shè)計(jì)使用的分級(jí)摻配法[3]，主要目的是使混合料達(dá)到最大密實(shí)度[4]。空隙率主要反映主骨架的密實(shí)狀態(tài)，本實(shí)驗(yàn)主要利用了簡(jiǎn)單易操作的搗實(shí)試驗(yàn)，共分為三個(gè)摻配，第一摻配：粒徑為13.2和9.5進(jìn)行搗實(shí)試驗(yàn)。第二摻配：粒徑13.2，9.5和4.75進(jìn)行搗實(shí)試驗(yàn)。第三摻配：粒徑13.2，9.5，4.75和2.36進(jìn)行搗實(shí)試驗(yàn)。每一摻配均用Gauss peak擬合，得出每級(jí)摻配空隙率最小值，也就是集料之間最緊密狀態(tài)，并且下級(jí)摻配利用上級(jí)摻配空隙率擬合結(jié)果。粗集料擬合的空隙率峰值結(jié)果如下：一級(jí)摻配為40.437%、二級(jí)摻配為39.934%、三級(jí)摻配為37.99%。根據(jù)空隙率最小值也就是瀝青混合料最大密實(shí)度確定AC-13的級(jí)配曲線。瀝青混合料AC-13的級(jí)配曲線如表4所示。

表3 70號(hào)瀝青試驗(yàn)結(jié)果

表4 AC-13礦料級(jí)配

本試驗(yàn)做了多組平行試驗(yàn)，依據(jù)Superpave的要求，選取瀝青含量為5%，礦粉6%進(jìn)行試驗(yàn)。主要試件含有馬歇爾試件和車轍，分析瀝青混合料的骨架性能與其他指標(biāo)的相關(guān)性。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 試驗(yàn)基本性能

根據(jù)上面所述瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)根據(jù)分級(jí)摻配方法確定，瀝青和礦粉根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。然后根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[5]進(jìn)行常規(guī)的馬歇爾試驗(yàn)、車轍板成型試驗(yàn)，不符合規(guī)定的試件不進(jìn)行性能相關(guān)試驗(yàn)。馬歇爾力學(xué)指標(biāo)見表5。

表5 馬歇爾試件力學(xué)指標(biāo) kN

通過規(guī)范《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[4]做車轍試驗(yàn)，三級(jí)摻配車轍試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

動(dòng)穩(wěn)定度如表6所示。

表6 車轍動(dòng)穩(wěn)定度 次/mm

2.2 數(shù)字圖像處理

本研究通過專用相機(jī)拍攝試件切割面，試驗(yàn)選取一組試件切割面為代表，由于拍攝的原圖受到噪聲的影響，需要對(duì)圖片進(jìn)行處理，調(diào)高圖像對(duì)比度，提高精確度。圖2a)～圖2c)是原始圖片通過降噪、二值化一系列的處理過程。

通過切割馬歇爾試件可得切割面接觸點(diǎn)平均值數(shù)據(jù)見表7。

表7 馬歇爾接觸點(diǎn)平均值

首先分析馬歇爾試件的穩(wěn)定度與接觸點(diǎn)關(guān)系如圖3所示。

由圖3可知，隨著摻配的增加馬歇爾穩(wěn)定度隨著增加，但是接觸點(diǎn)一級(jí)摻配大于二級(jí)摻配和三級(jí)摻配。

車轍板試驗(yàn)得出試件接觸點(diǎn)平均值及加載前后接觸點(diǎn)差值如表8所示。

表8 車轍板接觸點(diǎn)數(shù)

車轍試驗(yàn)得出的動(dòng)穩(wěn)定度與加載前后接觸點(diǎn)平均值的差值如圖4所示。

通過以上分析我們可知，隨著摻配的增加，車轍動(dòng)穩(wěn)定度也是隨著增加的，對(duì)應(yīng)的接觸點(diǎn)平均值同樣二級(jí)摻配多于一級(jí)摻配和三級(jí)摻配。

3 結(jié)論

本文針對(duì)瀝青混合料骨架性能研究，通過數(shù)字圖像處理方法對(duì)試件切割面進(jìn)行分析，得出以下相關(guān)結(jié)論：

1)試件基本性能與接觸點(diǎn)分析對(duì)比可知，馬歇爾試件和車轍板試驗(yàn)的結(jié)果趨勢(shì)大同，均是隨著摻配的增加，接觸點(diǎn)先增加后減少。

2)車轍板在加載之后的接觸點(diǎn)多于加載之前。

3)接觸點(diǎn)數(shù)與抗車轍性能并非直接關(guān)系，例如三級(jí)摻配的接觸點(diǎn)少于前兩級(jí)摻配，但是二級(jí)摻配接觸點(diǎn)多于三級(jí)，具體接觸點(diǎn)數(shù)與抗車轍性能的關(guān)系還有待于研究。

[1] 倪 敏.瀝青混合料骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指標(biāo)及性能研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué),2015:3-4.

[2] JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] Lees G. The rational design of aggregate grading for dense asphaltic compositions[G].Proceedings of Asphalt,1970.

[4] 高丹盈,湯寄予,趙 軍.骨架密實(shí)型瀝青混合料礦料級(jí)配的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].公路，2017(11):1.

[5] JTGE 20—2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

Analysisofaggregatecontactpointofasphaltmixture

ZhuFengdanXieRuoqiChenMinghuiTanZhenyu

(SchoolofCivilEngineering,GuangzhouUniversity,Guangzhou510006,China)

The experiments mainly studied the contact point of mixtures under different blending conditions and their relative properties, and obtained an objective and reasonable rutting resistance mixture. It was found that the contact point of the corresponding mixture also changed with the increase of the blending. The result shows, with the increase of gradation, the proportion of the contact points between coarse aggregate does not necessarily have a positive proportion.

bituminous mixture, image processing, contact point

1009-6825(2017)23-0119-02

2017-06-04

祝鳳丹(1988- )，女，在讀碩士

TU535

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