專利名稱：：一種粗集料嵌擠能力的測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明主要涉及道路工程設(shè)計(jì)、施工領(lǐng)域，特別是涉及一種粗集料骨架的嵌擠能力測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
：瀝青混合料的強(qiáng)度主要來(lái)自兩方面一方面是由瀝青對(duì)礦料的膠結(jié)能力而形成的混合料內(nèi)聚力，另一方面是由于混合料礦料之間相互嵌擠而形成的內(nèi)摩擦力。對(duì)于粗集料斷級(jí)配瀝青混合料，粒徑大于4.75ran以上的粗集料相互之間的嵌擠能力的大小對(duì)混合料強(qiáng)度的高低有顯著影響。"嵌擠"能力雖然不是一個(gè)嚴(yán)格意義上的力學(xué)指標(biāo)，但對(duì)于散粒體堆積結(jié)構(gòu)卻十分重要。骨架粗集料顆粒之間的相互"咬合"作用是影響瀝青混合料抗剪切性能的重要因素之一，對(duì)此雖然存在普遍共識(shí)，卻始終沒有一個(gè)量化的指標(biāo)來(lái)進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。以往有些研究從抵抗變形的角度間接的對(duì)粗集料嵌擠能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)，如經(jīng)典的CBR方法、單軸貫入法，這兩種方法由于實(shí)驗(yàn)過程中存在著大量的集料破碎，無(wú)法將集料自身強(qiáng)度和嵌擠所形成的抗剪能力區(qū)分開來(lái)，在實(shí)際的瀝青路面工作狀態(tài)下，路面的破壞并非集料的破碎引起，而是由于集料之間的嵌擠不足引起的顆粒位置變化導(dǎo)致的。因此，這兩種實(shí)驗(yàn)方法作為瀝青混合料骨架強(qiáng)度的評(píng)價(jià)方法存在不合理的地方。另外，抗剪能力的評(píng)價(jià)最直接的方法是三軸試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)，對(duì)于松散的粗集料進(jìn)行三軸試驗(yàn)在操作上具有很大難度，不利于應(yīng)用，且不易形成與瀝青混合料相近的結(jié)構(gòu)狀態(tài)；而直剪試驗(yàn)方法也存在著合理的垂直壓力作用大小確定以及避免集料破碎的問題。因此，針對(duì)現(xiàn)狀有必要研究一種能夠評(píng)價(jià)集料之間"咬合"和"摩擦"作用力而盡量避免集料破碎消耗抵抗力的實(shí)驗(yàn)方法，同吋該方法應(yīng)該允許粗集料在擊實(shí)功作用下形成一定密實(shí)狀態(tài)，能夠與瀝青混合料實(shí)際使用狀態(tài)具有相關(guān)性，以評(píng)價(jià)不同組成結(jié)構(gòu)下粗集料混合料的"嵌擠"能力，為骨架一嵌擠型瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述領(lǐng)域中的不足，本發(fā)明提供一種瀝青混合料中粗集料嵌擠能力測(cè)試方法，該方法采用搗實(shí)至一定密實(shí)度的粗集料，用圓錐形壓頭貫入粗集料中，并引入錐入能概念用于評(píng)價(jià)粗集料的嵌擠能力。一種粗集料嵌擠能力的測(cè)試方法，包括如下步驟3(1)將粗集料碎石裝入剛性試桶中，搗實(shí)，(2)用圓錐形剛性壓頭以一定的加載速率錐入碎石中，記錄錐入深度H以及剛性壓頭受到的擠力F,(3)求錐入能ff。-fi^/z，以此表示粗集料的嵌擠能力。所述剛性壓頭貫入位置為剛性試桶的正中央。所述剛性壓頭錐入速率為50面/min。所述深度H為50mm。所述剛性壓頭的圓錐頭高度為25mm，圓錐底部直徑50mm，圓錐錐角90°。根據(jù)摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則，散粒體材料的抗剪能力來(lái)源于其顆粒之間的內(nèi)摩擦角，內(nèi)摩擦角不僅依賴于材料顆粒的幾何形態(tài)及材質(zhì)等物理特性，同時(shí)其所承受的應(yīng)力狀態(tài)和變形的約束條件都會(huì)顯著的影響該值。研究散粒體集料嵌擠能力的必須是在規(guī)定的壓實(shí)功，規(guī)定的側(cè)向約束條件下進(jìn)行。因此，本方法中將粗集料碎石放置在規(guī)定尺寸的剛性試桶中，并對(duì)其進(jìn)行規(guī)定次數(shù)的搗實(shí)，達(dá)到一定的密實(shí)程度，通過剛性約束使散粒體材料形成強(qiáng)度；另一方面，由于顆粒的破碎一方面將消耗大量的能量，另一方面將導(dǎo)致粗集料混合料的配比改變，對(duì)于粗集料混合料嵌擠能力評(píng)價(jià)的重要問題在于，應(yīng)該盡量減小集料破碎所消耗的能力，因此，本方法中，用于貫入的剛性壓頭端部采用圓錐形，這樣在錐入過程中，集料的破碎大大減輕，能夠更好地反映顆粒之間的嵌擠所起到的抵抗變形的作用。本發(fā)明測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)及效果1)本發(fā)明的試驗(yàn)方法通過圓錐形壓頭錐入試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)粗集料級(jí)配碎石抵抗變形的能力，有效地避免了以往試驗(yàn)方法中，壓入過程中集料破碎嚴(yán)重，導(dǎo)致集料配比變化，無(wú)法準(zhǔn)確反映設(shè)計(jì)級(jí)配真實(shí)性能的缺點(diǎn)。2)本發(fā)明所采用的評(píng)價(jià)指標(biāo)為綜合考慮了材料變形及受力的能量指標(biāo)，較之單純的變形指標(biāo)能夠更全面地反映材料整體性能。圖1本發(fā)明粗集料測(cè)試設(shè)備示意圖l一剛性壓頭，2—粗集料，3—?jiǎng)傂栽囃埃瑘D2本發(fā)明測(cè)試過程中圓錐形剛性壓頭錐入深度與受力相關(guān)示意圖。具體實(shí)施方式測(cè)試方法1、試驗(yàn)設(shè)備和材料(1)粗集料搗實(shí)試驗(yàn)儀；(2)加載速率可控的加載設(shè)備，且能夠記錄加載路徑；(3)錐入剛性壓頭，尺寸為圓錐高度為25mm，圓錐底部直徑50ram，圓錐錐角90°。2、試驗(yàn)方法具體的試驗(yàn)方法及步驟如下1)在規(guī)定尺寸的剛性試桶3內(nèi)，首先將粗集料2按照一定的方法搗實(shí)，達(dá)到相應(yīng)的密實(shí)度；2)將裝有搗實(shí)集料的剛性試桶3放置在具有控制加載速率功能的試驗(yàn)儀器上，將剛性壓頭1安裝在儀器的上壓頭位置，調(diào)整好位置使錐頭對(duì)準(zhǔn)材料中心位置如圖1所示;3)逐漸調(diào)整圓錐體的錐尖的高度，使其剛好接觸到粗集料的表面，并將其確定為試驗(yàn)的初始狀態(tài)；4)按照50mm/min的加載速率逐漸錐入已搗實(shí)的粗集料2中，錐入深度為50mm。然后將剛性壓頭l拔出；5)在整個(gè)錐入過程中實(shí)時(shí)記錄剛性壓頭1錐入的深度H以及對(duì)應(yīng)受到的力的大小F，繪制作用力隨變形增加的變化曲線，如圖2所示。6)性能評(píng)價(jià)令在整個(gè)錐入過程中，施加的荷載F與錐入深度H的乘積即為錐頭進(jìn)入碎石混合料所消耗的能量，稱為錐入能(見下式)，并以50mm處對(duì)應(yīng)的錐入能作為評(píng)價(jià)粗集料在一定壓實(shí)狀態(tài)、一定級(jí)配條件下嵌擠能力的指標(biāo)。W=〖。M7)為了保證試驗(yàn)精度，同一種材料應(yīng)至少重復(fù)進(jìn)行3次試驗(yàn)。實(shí)施例1、l單粒徑按照本發(fā)明試驗(yàn)方法，比較單一粒徑條件下，材料錐入能的差異。試驗(yàn)用材料為河北張家口產(chǎn)玄武巖，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。首先，通過搗實(shí)試驗(yàn)儀測(cè)定了各單一粒徑下集料的堆積密度并計(jì)算了各自的礦料間隙率值，結(jié)果見表l。可見，隨著粒徑的增加，搗實(shí)狀態(tài)下的礦料間隙率逐漸減小。表l材料的礦料間隙率與錐入能試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>按照本發(fā)明的方法，對(duì)各經(jīng)過搗實(shí)密實(shí)的單一粒徑集料進(jìn)行錐入試驗(yàn)，錐入能與礦料間隙率的規(guī)律則剛好相反，隨著粒徑的增加，錐入能逐漸增加。1、2級(jí)配混合料試驗(yàn)用材料仍為河北張家口產(chǎn)玄武巖，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。采用不同的粗集料配比方式，即對(duì)數(shù)級(jí)配、冪函數(shù)級(jí)配和對(duì)數(shù)函數(shù)級(jí)配三種，級(jí)配見表2。表2試驗(yàn)用級(jí)配<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>按照同樣的搗實(shí)成型方法進(jìn)行成型，測(cè)定以后的VCAdrc值和錐入能結(jié)果如表3所示。表3級(jí)配粗集料錐入試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>按照本發(fā)明的方法，對(duì)三種經(jīng)過搗實(shí)密實(shí)的級(jí)配碎石混合料進(jìn)行錐入試驗(yàn)，可見粗集料按照不同的比例搭配，其錐入能有明顯差別，試驗(yàn)方法能夠很好的區(qū)分出集料搭配的優(yōu)劣。權(quán)利要求1、一種粗集料嵌擠能力的測(cè)試方法，包括如下步驟(1)將粗集料碎石裝入剛性試桶中，搗實(shí)；(2)用圓錐形剛性壓頭以一定的加載速率錐入碎石中，記錄錐入深度H以及剛性壓頭受到的擠力F；(3)求錐入能<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>W</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><msubsup><mo>&Integral;</mo><mn>0</mn><mi>H</mi></msubsup><mi>Fdh</mi><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0001"file="A2009100873630002C1.tif"wi="23"he="7"top="64"left="54"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>以此表示粗集料的嵌擠能力。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試方法，所述剛性壓頭貫入位置為剛性試桶的正中央。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)試方法，所述剛性壓頭錐入速率為50mm/min。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)試方法，所述深度H為50mra。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)試方法，所述剛性壓頭的圓錐頭高度為25mra，圓錐底部直徑50mm，圓錐錐角90°。全文摘要本發(fā)明涉及“一種粗集料嵌擠能力的測(cè)試方法”，屬于道路材料設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)
技術(shù)領(lǐng)域：
。它包括如下步驟(1)將粗集料碎石裝入剛性試桶中，搗實(shí)；(2)用圓錐形剛性壓頭以一定的加載速率錐入碎石中，記錄錐入深度H以及剛性壓頭受到的擠力(抵抗力)F，；(3)求錐入能W₀＝∫^H₀Fdh，以此評(píng)價(jià)粗集料的嵌擠能力。本發(fā)明的試驗(yàn)方法通過圓錐形壓頭錐入試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)粗集料級(jí)配碎石嵌擠能力，有效地避免了以往試驗(yàn)方法中，壓入過程中集料破碎嚴(yán)重，導(dǎo)致集料配比變化，無(wú)法準(zhǔn)確反映設(shè)計(jì)級(jí)配真實(shí)性能的缺點(diǎn)，且綜合考慮了材料變形及受力的能量指標(biāo)，采用錐力能來(lái)評(píng)價(jià)粗集料的嵌擠能力，較之單純的變形指標(biāo)能夠更全面地反映材料整體性能。文檔編號(hào)G01N19/00GK101576475SQ20091008736公開日2009年11月11日申請(qǐng)日期2009年6月23日優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日發(fā)明者周興業(yè),蕾?gòu)?沈國(guó)輝,王旭東申請(qǐng)人:交通部公路科學(xué)研究所