引言

車(che)轍變形(xing)(xing)(xing)是瀝青路(lu)(lu)面(mian)(mian)主(zhu)要的(de)(de)損(sun)壞形(xing)(xing)(xing)式(shi)，瀝青路(lu)(lu)面(mian)(mian)車(che)轍病害除受溫度及荷載等(deng)外界因素(su)(su)的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)，還受到其他多方面(mian)(mian)因素(su)(su)的(de)(de)綜合(he)(he)作用。以往的(de)(de)許(xu)多研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)集(ji)中(zhong)在瀝青混合(he)(he)料(liao)(liao)原材料(liao)(liao)性(xing)(xing)能(neng)、骨料(liao)(liao)級配、瀝青路(lu)(lu)面(mian)(mian)內部結(jie)構(gou)及路(lu)(lu)面(mian)(mian)車(che)轍發(fa)生的(de)(de)機理等(deng)方面(mian)(mian)，關(guan)于(yu)集(ji)料(liao)(liao)自身的(de)(de)形(xing)(xing)(xing)態特(te)(te)性(xing)(xing)對瀝青混合(he)(he)料(liao)(liao)高溫性(xing)(xing)能(neng)影(ying)(ying)響(xiang)的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)相(xiang)對較(jiao)少。由于(yu)針片狀(zhuang)指數指標(biao)受人為因素(su)(su)影(ying)(ying)響(xiang)大(da)，誤(wu)差易較(jiao)大(da)，且只能(neng)反映粗(cu)(cu)集(ji)料(liao)(liao)的(de)(de)形(xing)(xing)(xing)狀(zhuang)特(te)(te)性(xing)(xing)；所以越(yue)(yue)來越(yue)(yue)多的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)人員采(cai)用數字圖像處理技術(shu)等(deng)直接測量方法(fa)對粗(cu)(cu)集(ji)料(liao)(liao)的(de)(de)形(xing)(xing)(xing)態特(te)(te)征進行測量，試驗結(jie)果與混合(he)(he)料(liao)(liao)的(de)(de)路(lu)(lu)用性(xing)(xing)能(neng)具有(you)良好的(de)(de)相(xiang)關(guan)性(xing)(xing)。

眾所周知(zhi)，集(ji)料(liao)顆粒(li)的(de)(de)形態特(te)征(zheng)對(dui)(dui)成型壓實(shi)后的(de)(de)瀝(li)青混(hun)合(he)(he)料(liao)顆粒(li)之(zhi)間的(de)(de)相對(dui)(dui)位置起重要的(de)(de)作用。粗(cu)集(ji)料(liao)顆粒(li)之(zhi)間形成的(de)(de)嵌擠(ji)骨架結(jie)(jie)構(gou)是(shi)瀝(li)青混(hun)合(he)(he)料(liao)高溫抗車轍能(neng)力的(de)(de)保證，穩固(gu)的(de)(de)嵌擠(ji)骨架結(jie)(jie)構(gou)可(ke)以有效地抵抗混(hun)合(he)(he)料(liao)的(de)(de)高溫形變。因此，粗(cu)集(ji)料(liao)的(de)(de)形態特(te)征(zheng)對(dui)(dui)瀝(li)青混(hun)合(he)(he)料(liao)高溫性能(neng)有重要意義。

同樣作(zuo)為瀝青混合(he)(he)料(liao)(liao)的組成(cheng)成(cheng)分，細(xi)集(ji)料(liao)(liao)的特(te)性(xing)(xing)(xing)也影(ying)響著混合(he)(he)料(liao)(liao)的高溫(wen)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)，常用(yong)的細(xi)集(ji)料(liao)(liao)有機制(zhi)砂(sha)(sha)、天(tian)然砂(sha)(sha)和石屑。天(tian)然砂(sha)(sha)由于(yu)呈渾圓狀，棱(leng)(leng)角(jiao)性(xing)(xing)(xing)小，粘附(fu)性(xing)(xing)(xing)較差(cha)，使用(yong)過多無益于(yu)高溫(wen)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)，工程應(ying)用(yong)中(zhong)經常被(bei)放棄，多使用(yong)棱(leng)(leng)角(jiao)性(xing)(xing)(xing)較好的機制(zhi)細(xi)集(ji)料(liao)(liao)。因此(ci)，細(xi)集(ji)料(liao)(liao)的棱(leng)(leng)角(jiao)性(xing)(xing)(xing)及(ji)相對(dui)用(yong)量(liang)對(dui)瀝青混合(he)(he)料(liao)(liao)高溫(wen)穩定性(xing)(xing)(xing)具有重要的影(ying)響。本(ben)文采用(yong)數字圖像處理技術及(ji)流動時間法(fa)對(dui)粗細(xi)集(ji)料(liao)(liao)的形態特(te)征(zheng)進(jin)行分析(xi)，并研究粗集(ji)料(liao)(liao)形態特(te)征(zheng)及(ji)細(xi)集(ji)料(liao)(liao)中(zhong)河(he)砂(sha)(sha)摻量(liang)對(dui)瀝青混合(he)(he)料(liao)(liao)高溫(wen)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)的影(ying)響。

試驗材料及方案

原材料

瀝青采用SK-90號基(ji)質(zhi)瀝青，粗集(ji)料為石灰巖，細集(ji)料為機制砂和河(he)砂。瀝青和集(ji)料的技術(shu)性(xing)能指標均滿足施工技術(shu)規(gui)范的技術(shu)要(yao)求。

其中AC-13瀝青(qing)混合(he)料(liao)(liao)的(de)油(you)石(shi)比(bi)為4.5%，AC-16混合(he)料(liao)(liao)的(de)油(you)石(shi)比(bi)為4.8%。

試驗方案

為(wei)了(le)保證粗(cu)集料(liao)形態(tai)特征對瀝青混合料(liao)性能影響(xiang)分析試驗的(de)準確(que)性，粗(cu)集料(liao)選(xuan)用來自同一產地及(ji)批次的(de)石(shi)灰巖。用洛杉磯磨耗儀將石(shi)灰巖分別磨耗0、500、750、1000次，篩分出單一粒(li)徑的(de)石(shi)灰巖，得到不同棱角性的(de)粗(cu)集料(liao)。為(wei)避免(mian)砸碎(sui)集料(liao)，在(zai)磨耗時未(wei)加(jia)入鋼球。

細集(ji)(ji)料(liao)(liao)(liao)采用河砂(sha)與石灰巖機制砂(sha)，集(ji)(ji)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)粒徑范圍(wei)均為0.075~2.36mm。為了分(fen)析細集(ji)(ji)料(liao)(liao)(liao)棱(leng)角(jiao)性對瀝青(qing)混(hun)合料(liao)(liao)(liao)高(gao)溫(wen)性能(neng)的(de)(de)(de)(de)影響，將(jiang)河砂(sha)與石灰巖機制砂(sha)按照不(bu)同比(bi)例混(hun)合，細集(ji)(ji)料(liao)(liao)(liao)按河砂(sha)占集(ji)(ji)料(liao)(liao)(liao)總量的(de)(de)(de)(de)百(bai)分(fen)比(bi)0、10%、20%、40%組(zu)合成(cheng)4種棱(leng)角(jiao)性不(bu)同的(de)(de)(de)(de)混(hun)合集(ji)(ji)料(liao)(liao)(liao)。

集料形態特征的測定

集料形態特征(zheng)主要包括圓度(du)、球度(du)、棱角(jiao)度(du)及表(biao)面(mian)紋理等(deng)。

粗集(ji)料形態特征的測定

粗集料(liao)特性量化指標有圓度、棱(leng)角度、平均最(zui)小曲率半(ban)徑、圓形度、凸度以及基(ji)于(yu)等(deng)效(xiao)橢(tuo)圓提(ti)出的(de)棱(leng)角性等(deng)。

測試粗(cu)集(ji)料(liao)棱角(jiao)(jiao)性的方(fang)法(fa)有集(ji)料(liao)圖像處(chu)理(li)分析法(fa)、5821法(fa)、集(ji)料(liao)顆粒(li)形(xing)狀和(he)構(gou)造指(zhi)數(shu)標準試驗法(fa)、粗(cu)集(ji)料(liao)未(wei)壓實(shi)空隙率法(fa)和(he)法(fa)國18－564方(fang)法(fa)。為了能夠快速準確地(di)測定單個集(ji)料(liao)的棱角(jiao)(jiao)性，本文采(cai)用圖像處(chu)理(li)分析法(fa)。

粗(cu)集(ji)料(liao)棱角性的(de)數字圖像(xiang)分析法(fa)是利用數碼相機獲取粗(cu)集(ji)料(liao)的(de)圖像(xiang)，再利用圖像(xiang)處(chu)理(li)系統對圖像(xiang)進(jin)行處(chu)理(li)與識(shi)別，得到集(ji)料(liao)單個顆(ke)粒的(de)面積、周長、長軸(zhou)、短軸(zhou)等基本參(can)數，最后對粗(cu)集(ji)料(liao)棱角性進(jin)行量化。

可(ke)以看出，隨(sui)著(zhu)磨(mo)耗次數(shu)的(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)，粗(cu)集(ji)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)圓度下降，棱角性指標(biao)減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)。原因是(shi)：隨(sui)著(zhu)磨(mo)耗次數(shu)的(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)，粗(cu)集(ji)料(liao)(liao)表面的(de)(de)(de)突起部分逐(zhu)漸被磨(mo)掉，粗(cu)集(ji)料(liao)(liao)變(bian)得越(yue)(yue)來越(yue)(yue)光滑，形狀更接近(jin)球形；同(tong)時，隨(sui)著(zhu)磨(mo)耗次數(shu)的(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)，粗(cu)集(ji)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)紋理(li)(li)指數(shu)越(yue)(yue)來越(yue)(yue)小(xiao)(xiao)，表面變(bian)得越(yue)(yue)來越(yue)(yue)平坦。圓度和紋理(li)(li)指標(biao)的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)趨(qu)勢都是(shi)減(jian)(jian)緩的(de)(de)(de)，在500次之前(qian)變(bian)化(hua)較大，500次之后變(bian)化(hua)減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)。

細集料形態特(te)征的測(ce)定

細(xi)集(ji)料(liao)棱角(jiao)性(xing)(xing)(xing)主要(yao)表征了集(ji)料(liao)顆粒的(de)表面紋理和形狀。評價(jia)(jia)細(xi)集(ji)料(liao)棱角(jiao)性(xing)(xing)(xing)的(de)常(chang)用(yong)試(shi)驗方法有滲透系(xi)數法、流動時(shi)間(jian)法、未壓實空隙率(lv)法和間(jian)隙率(lv)法。其中(zhong)，間(jian)隙率(lv)法和流動時(shi)間(jian)法是工(gong)程(cheng)(cheng)施工(gong)中(zhong)最常(chang)用(yong)的(de)方法，也是中(zhong)國《公路工(gong)程(cheng)(cheng)集(ji)料(liao)試(shi)驗規程(cheng)(cheng)》中(zhong)評價(jia)(jia)細(xi)集(ji)料(liao)棱角(jiao)性(xing)(xing)(xing)的(de)試(shi)驗方法。本文采用(yong)流動時(shi)間(jian)法測定(ding)細(xi)集(ji)料(liao)棱角(jiao)性(xing)(xing)(xing)。

可以(yi)看出，隨(sui)著河砂(sha)(sha)含量(liang)的增加(jia)，細集(ji)料流(liu)動時(shi)間(jian)減小(xiao)(xiao)。當(dang)細集(ji)料全(quan)部(bu)為機(ji)制砂(sha)(sha)時(shi)，流(liu)動時(shi)間(jian)最長；當(dang)細集(ji)料為河砂(sha)(sha)時(shi)，其(qi)流(liu)動時(shi)間(jian)最短，僅為30.170s。其(qi)原因為：石灰巖機(ji)制砂(sha)(sha)形狀接近棱角(jiao)方體，表面棱角(jiao)豐富(fu)，摩擦系數較(jiao)大，因此流(liu)動時(shi)間(jian)長；河砂(sha)(sha)由于經過長時(shi)間(jian)流(liu)水(shui)沖擊，顆粒圓滑，棱角(jiao)性小(xiao)(xiao)，所(suo)以(yi)流(liu)動時(shi)間(jian)短。

集料(liao)形態(tai)特征對瀝青混合(he)料(liao)高溫(wen)性能的影(ying)響

粗(cu)集料(liao)形態特(te)征對瀝青混(hun)合(he)料(liao)高溫穩定(ding)性的影(ying)響

不同形態粗(cu)集料(liao)的(de)高溫穩定性。按照《公(gong)路工程(cheng)瀝青及(ji)瀝青混合(he)料(liao)試(shi)驗(yan)規程(cheng)》對采用(yong)固定細(xi)集料(liao)、不同磨耗次數粗(cu)集料(liao)成型(xing)的(de)AC-16試(shi)件進行高溫車轍試(shi)驗(yan)，檢(jian)測其動穩定度(du)。

可以(yi)看出(chu)，隨著磨耗次數的(de)增(zeng)加，粗集料棱角性指標(biao)減(jian)小，圓度(du)及(ji)紋理指標(biao)減(jian)小，瀝青混合料動(dong)穩定度(du)也(ye)隨之減(jian)小，車轍深度(du)增(zeng)加。

當(dang)磨(mo)耗次數從0次增加到(dao)500次的時(shi)候，粗(cu)集(ji)料(liao)(liao)(liao)的棱(leng)(leng)角性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、圓度(du)(du)和紋(wen)理變化均(jun)較(jiao)大，瀝(li)(li)青(qing)混(hun)合(he)料(liao)(liao)(liao)的動穩(wen)定(ding)(ding)(ding)度(du)(du)、車(che)轍深度(du)(du)變化較(jiao)為(wei)明顯(xian)，說(shuo)明這段時(shi)間內集(ji)料(liao)(liao)(liao)特(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的變化對(dui)瀝(li)(li)青(qing)混(hun)合(he)料(liao)(liao)(liao)高(gao)(gao)溫(wen)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能影(ying)響較(jiao)明顯(xian)。可以(yi)看出，粗(cu)集(ji)料(liao)(liao)(liao)的棱(leng)(leng)角性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)指(zhi)標(biao)、圓度(du)(du)和表面紋(wen)理指(zhi)標(biao)與動穩(wen)定(ding)(ding)(ding)度(du)(du)和車(che)轍深度(du)(du)的相關性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)較(jiao)明顯(xian)，說(shuo)明粗(cu)集(ji)料(liao)(liao)(liao)特(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)對(dui)瀝(li)(li)青(qing)混(hun)合(he)料(liao)(liao)(liao)的高(gao)(gao)溫(wen)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能影(ying)響較(jiao)顯(xian)著。可知，粗(cu)集(ji)料(liao)(liao)(liao)棱(leng)(leng)角性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)指(zhi)標(biao)、圓度(du)(du)及紋(wen)理指(zhi)標(biao)越(yue)大，瀝(li)(li)青(qing)混(hun)合(he)料(liao)(liao)(liao)的動穩(wen)定(ding)(ding)(ding)度(du)(du)越(yue)大；可知，粗(cu)集(ji)料(liao)(liao)(liao)的棱(leng)(leng)角性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)指(zhi)標(biao)、圓度(du)(du)及紋(wen)理指(zhi)標(biao)越(yue)大，瀝(li)(li)青(qing)混(hun)合(he)料(liao)(liao)(liao)的車(che)轍深度(du)(du)越(yue)小，其高(gao)(gao)溫(wen)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)越(yue)好。

不同形(xing)(xing)態特征粗(cu)集(ji)(ji)料(liao)的(de)(de)性(xing)(xing)能影響(xiang)分析。集(ji)(ji)料(liao)顆(ke)粒(li)形(xing)(xing)狀對瀝青(qing)路(lu)面的(de)(de)結構強度有(you)重要影響(xiang)，隨著粗(cu)集(ji)(ji)料(liao)棱角性(xing)(xing)指標及骨料(liao)間的(de)(de)摩擦性(xing)(xing)增(zeng)大，瀝青(qing)混(hun)合料(liao)的(de)(de)結構穩定性(xing)(xing)增(zeng)加；隨著磨耗次數增(zeng)加，粗(cu)集(ji)(ji)料(liao)棱角性(xing)(xing)、圓度變差(cha)，顆(ke)粒(li)間嵌擠作用減小，因此瀝青(qing)混(hun)合料(liao)動穩定度降低。

隨著集料(liao)棱(leng)角性的(de)減(jian)弱，集料(liao)顆粒變得(de)圓滑，表面(mian)積減(jian)小，裹覆(fu)集料(liao)的(de)結構(gou)瀝青變少，相應的(de)自由瀝青變多，因此瀝青混合料(liao)的(de)動穩(wen)定(ding)度降低。

磨耗次(ci)(ci)數在(zai)0~500次(ci)(ci)時(shi)，集料(liao)(liao)(liao)顆粒(li)突起(qi)部分最(zui)先被磨掉，集料(liao)(liao)(liao)形(xing)態(tai)特征發生變(bian)化，使混合料(liao)(liao)(liao)動(dong)穩定度變(bian)化較(jiao)大；磨耗次(ci)(ci)數在(zai)500~1000次(ci)(ci)時(shi)，集料(liao)(liao)(liao)顆粒(li)的表面(mian)特性變(bian)化放緩(huan)，混合料(liao)(liao)(liao)動(dong)穩定度變(bian)化較(jiao)小。

細(xi)集料形態(tai)特(te)征(zheng)對瀝(li)青(qing)混合料高(gao)溫穩定性的(de)影(ying)響

不同形態細集料的高溫(wen)穩(wen)定(ding)性。按照相關試(shi)驗規(gui)程對采用固定(ding)粗集料、不同比(bi)例河(he)砂的細集料成型的AC-13試(shi)件進行車轍(che)試(shi)驗。

可以看(kan)出，混合(he)料的(de)動穩定(ding)度(du)隨細(xi)集(ji)(ji)料流動時間(jian)的(de)增大(da)而增大(da)，車轍深度(du)隨流動時間(jian)的(de)增大(da)而減小(xiao)(xiao)。當(dang)(dang)細(xi)集(ji)(ji)料全為機制砂時，流動時間(jian)最大(da)，瀝青混合(he)料的(de)動穩定(ding)度(du)最大(da)；當(dang)(dang)細(xi)集(ji)(ji)料河砂摻量最大(da)時，細(xi)集(ji)(ji)料流動時間(jian)最小(xiao)(xiao)，動穩定(ding)度(du)最小(xiao)(xiao)。由(you)此(ci)可知，細(xi)集(ji)(ji)料的(de)棱(leng)角性對瀝青混合(he)料的(de)高溫(wen)性能影響較明顯。

當河(he)(he)砂占集料(liao)的(de)(de)比(bi)例大于(yu)(yu)20%時(shi)，動穩定度(du)小(xiao)于(yu)(yu)800次(ci)·mm-1，不能滿足規范對集料(liao)動穩定度(du)的(de)(de)要求，故建(jian)議河(he)(he)砂比(bi)例應小(xiao)于(yu)(yu)20%。

不同形態細集(ji)料的(de)(de)性能影響分析(xi)。由于機制砂(sha)棱角(jiao)性好，在外(wai)力的(de)(de)作用(yong)下(xia)豐(feng)富(fu)的(de)(de)棱角(jiao)可(ke)以(yi)使粒料嵌擠作用(yong)加(jia)強；而河砂(sha)棱角(jiao)性差(cha)，在外(wai)力的(de)(de)作用(yong)下(xia)礦(kuang)料顆粒之(zhi)間(jian)的(de)(de)抗剪(jian)切變形能力不足，因此動(dong)穩定度較低。

河砂(sha)(sha)棱角性小(xiao)(xiao)，顆粒圓滑一些，比(bi)表面積與機制砂(sha)(sha)相(xiang)比(bi)較小(xiao)(xiao)。在瀝青用量相(xiang)同的(de)情況下，棱角性小(xiao)(xiao)的(de)河砂(sha)(sha)混(hun)合料(liao)結(jie)構瀝青含量少(shao)，自由瀝青含量多，因此動穩定度比(bi)棱角性較大一些的(de)機制砂(sha)(sha)混(hun)合料(liao)小(xiao)(xiao)。

結語

(1)瀝(li)青混合料的(de)動穩(wen)定度隨(sui)集料棱角性(xing)(xing)的(de)增大而增大，車轍(che)深(shen)度隨(sui)棱角性(xing)(xing)的(de)增加而減小；棱角性(xing)(xing)好的(de)粗集料有利于提高瀝(li)青混合料的(de)高溫性(xing)(xing)能。

(2)瀝(li)青(qing)(qing)混(hun)合料的動(dong)穩定度(du)(du)隨集(ji)(ji)料圓(yuan)度(du)(du)的增大(da)而增大(da)，車(che)轍深(shen)度(du)(du)隨圓(yuan)度(du)(du)的增加(jia)而減(jian)小；圓(yuan)度(du)(du)大(da)的粗集(ji)(ji)料有利(li)于提高(gao)(gao)瀝(li)青(qing)(qing)混(hun)合料的高(gao)(gao)溫(wen)性能。

(3)瀝青混合料(liao)的動穩定度(du)隨(sui)(sui)集(ji)料(liao)紋(wen)理復(fu)雜程度(du)的增(zeng)加而增(zeng)大，車轍深度(du)隨(sui)(sui)紋(wen)理復(fu)雜程度(du)的增(zeng)加而減小(xiao)，紋(wen)理多的粗集(ji)料(liao)有利于提高(gao)瀝青混合料(liao)的高(gao)溫性能。

(4)細(xi)集料棱(leng)角性與混合料的(de)(de)高溫性能有較好的(de)(de)相關性，隨(sui)著細(xi)集料中河砂(sha)含(han)量的(de)(de)增加，瀝青(qing)混合料的(de)(de)動穩定度下降，建議瀝青(qing)混合料中河砂(sha)含(han)量不宜(yi)超過集料總量的(de)(de)20%。