详情

原文传递沥青混合料中粗集料表面物理特性的研究

论文题名：	沥青混合料中粗集料表面物理特性的研究
关键词：	沥青混合料;粗集料级配;表面物理特征;路用性能;激光轮廓仪;抗车辙性能
摘要：	在常用的沥青混合料中，集料的比例约占整个混合料质量的90％以上，即集料性质是决定沥青混合料路用性能的基础。工程实际表明车辙是渠化交通下最常见的病害，而沥青对车辙贡献率仅占40%，因此公路工程技术和科研人员十分重视集料的质量。虽然粗集料表面物理特性(包括表面纹理、形状和棱角特性)对沥青混合料路用性能具有重要的影响，但是长期以来，对粗集料表面物理特性没有进行系统的测量和评定研究，关键在于没有合适的测量方法和明确的评价指标。　　为此，本文基于反射式光纤位移传感器原理二次开发了激光轮廓仪，测量了7种粗集料的表面纹理曲线，并采用几何统计方法对粗集料表面纹理进行了评定；采用ASTM D3398方法对7种粗集料的形状和棱角特性进行了测量和评定。在固定其它条件的情况下，以AC-16C型密级配沥青混合料为例，采用简单拉压试验测量了7种不同表面物理特性粗集料组成的沥青混合料内摩擦角，分析了粗集料表面物理特性各参数对内摩擦角的影响，以粗集料表面纹理算术平均偏差和平均颗粒系数构造了粗集料表面物理特性综合指标BT，考察了综合指标BT对沥青混合料高温性能的影响，并提出了易于工程实际应用、并能够反映出沥青混合料高温性能的粗集料表面物理特性工程指标BZ。最后探讨了分形几何在粗集料表面物理特性研究中的应用，联结分形维数D和分形截距K，提出了粗集料表面纹理原始曲线的特征粗糙度参数r，并进行了沥青混合料高温性能验证。　　搜集了7种不同表面物理特性的粗集料，对粗集料的基本物理力学性质进行了测量和评定；采用ASTM D3398方法测量了粗集料颗粒的形状和棱角特性，并以平均颗粒系数I评价了整个粗集料级配的形状和棱角特性。　　基于反射式光纤位移传感器原理二次开发了激光轮廓仪，性能测试实验表明，该测量系统工作稳定，测量精度为10μm，测量分辨力为5μm，测量范围大于4cm。通过对集料表面进行真空蒸发镀膜处理，消除了由于集料表面颜色不均匀而造成的测量误差，并使用该仪器直接、定量地测量了7种粗集料的表面纹理曲线。并采用几何统计方法分别从高度特征、间距特征和不平度特征评价了粗集料的表面纹理特性，试验分析表明粗集料粒径大小对表面粗糙度参数无显著影响。　　在固定其它条件的情况下，采用简单拉压试验来模拟三轴压缩试验对7种不同表面物理特性粗集料组成的沥青混合料内摩擦角进行了测量研究，分析了粗集料表面物理特性各参数指标对沥青混合料内摩擦角的影响。结果表明粗集料表面纹理越丰富、表面越粗糙，其沥青混合料内摩擦角越大，高温稳定性能越好；虽然粗集料平均颗粒系数I对其沥青混合料内摩擦角具有显著的影响，但不能够单独反映出沥青混合料的内摩擦角，即粗集料表面纹理、形状和棱角特性综合影响沥青混合料的内摩擦角。　　采用粗集料表面纹理算术平均偏差和平均颗粒系数构造了粗集料表面物理特性综合指标BT，该指标包含了粗集料的表面纹理特性、颗粒形状和棱角特性。车辙试验结果表明，随粗集料表面物理特性综合指标BT的增大，沥青混合料抗车辙变形能力显著增强。　　通过分析粗集料基本物理力学性质与表面物理特性参数的关系，本文采用粗集料毛体积密度和吸水率构造了粗集料表面物理特性工程指标BZ，该指标综合反映了粗集料的表面纹理特性、形状和棱角特性，并与沥青混合料高温性能直接相关，更便于在工程实际中应用。　　最后，探索了分形几何在粗集料表面物理特性研究中的应用，根据结构函数方法计算了各粗集料表面纹理原始曲线的分形参数，表明各粗集料表面纹理原始曲线均在一定范围内显示出分形特性。针对各分形参数所描述物理意义的局限性，联结分形维数和分形截距，提出了粗集料表面纹理原始曲线的特征粗糙度参数r，试验表明粗集料特征粗糙度r与其混合料抗车辙性能具有显著的线性相关性，随特征粗糙度r的增加，沥青混合料抗车辙性能逐渐增强，进一步验证了特征粗糙度定义和公式提出的合理性。
作者：	陈国明
专业：	道路与铁道工程
导师：	王哲人;谭忆秋
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文