粗集料颗粒形状对沥青混合料性能的影响

粗集料颗粒形状对沥青混合料性能的影响

蒋卓霖

四川振通股份有限公司

摘要：本研究旨在探讨粗集料颗粒形状对沥青混合料性能的影响，以期为路面工程设计和维护提供更多的科学依据。通过系统性的试验和分析，我们发现不同形状的粗集料颗粒对沥青混合料的稳定性、强度和耐久性产生了显著影响。研究结果表明，合理选择粗集料颗粒形状可以改善沥青混合料的性能，从而延长路面的使用寿命。

关键词： 粗集料；颗粒形状；沥青混合料；性能；

一、研究背景

沥青混合料是道路工程中最常用的路面材料之一。其性能直接影响道路的安全性和耐久性。在沥青混合料中，粗集料颗粒起着支撑和分散荷载的关键作用。然而，粗集料颗粒的形状对混合料性能的影响一直是一个备受关注的研究领域。

因此，深入研究不同形状粗集料颗粒对沥青混合料性能的影响对于优化路面设计和维护至关重要。

二、实验方法

为了研究粗集料颗粒形状对沥青混合料性能的影响，我们进行了一系列实验。首先，我们收集了不同形状的粗集料样本，包括角形、圆形和扁平形。然后，我们将这些粗集料颗粒与标准沥青混合料进行混合，并制备标准试样。

2.1稳定性分析

稳定性是评估沥青混合料抵抗变形和破坏的关键性能指标。Marshal稳定性测试法是一种广泛应用的方法，用于测定沥青混合料的抗剪强度和稳定性。

Marshal稳定性测试法涉及以下步骤：1）样品制备：首先，按照标准规程，制备代表性的沥青混合料试样。这些试样包括粗集料颗粒、细集料、沥青胶结料的混合物。在此过程中，根据研究的需要，不同形状的粗集料颗粒被混合到试样中。2）压实：接下来，将混合料样品放入Marshal压实模具中，并进行标准化压实，以模拟路面上的实际工况。在这一阶段，我们可以观察到不同形状粗集料颗粒在试样中的分布和排列情况。3）剪切测试：制备好的试样被置于Marshal稳定性测试仪中，这是一个专门设计用于评估混合料稳定性的设备。在测试期间，试样经历剪切应力，模拟了道路上的交通负荷。不同形状的粗集料颗粒会在剪切过程中承受不同程度的应力分布。4）稳定性计算：通过记录试样在剪切测试中的变形和破坏情况，我们可以计算出Marshal稳定性指标。这个指标表示混合料能够承受的最大剪切力，反映了混合料的整体稳定性。不同形状的粗集料颗粒会对这一指标产生不同的影响。5）结果分析：通过分析不同形状粗集料颗粒在Marshal稳定性测试中的表现，我们可以得出结论，哪种形状对沥青混合料的稳定性产生了积极或负面的影响。这有助于确定在特定应用中选择何种粗集料颗粒形状以获得最佳的混合料性能。

通过这一方法，我们可以更全面地了解不同形状粗集料颗粒对沥青混合料的稳定性的影响，为路面工程中的材料选择和设计提供更有依据的指导。这对提高道路的耐久性和安全性具有重要意义。

2.2抗剪切性能

抗剪切性能是评估沥青混合料在受到水平应力或外部力的作用下抵抗剪切变形的关键性能参数。在本研究中，我们采用剪切强度测试，通过对不同形状的粗集料颗粒与沥青混合料的相互作用进行分析，以深入了解它们对混合料的抗剪切性能的影响。

剪切强度测试包括以下步骤：1）样品制备：开始时，我们制备包含不同形状粗集料颗粒的混合料试样，确保试样具有代表性。这些试样通常包括粗集料颗粒、细集料和适量的沥青胶结料。2）剪切试验装置设置：使用专用的剪切试验装置，将试样置于其中。这个装置会施加水平剪切应力，模拟了道路上车辆通过时产生的剪切力。3）施加剪切力：在实验中，不同形状的粗集料颗粒的试样将受到剪切应力的作用，这会导致试样发生剪切变形。通过测量应用的力和试样的变形，可以得出剪切强度和变形特性。4）数据分析：通过收集试验过程中的数据，我们可以比较不同形状粗集料颗粒在剪切试验中的性能表现。这包括剪切强度、剪切模量、剪切应变等参数。分析这些参数可以帮助我们了解不同形状粗集料颗粒对混合料的抗剪切性能的影响。5）结果解释：通过对剪切强度测试结果的解释，我们可以确定不同形状粗集料颗粒在沥青混合料中的性能优势和劣势。这有助于选择最适合特定应用的粗集料颗粒形状，以提高混合料的抗剪切性能和整体稳定性。

总之，抗剪切性能分析是深入了解不同形状粗集料颗粒对沥青混合料性能的重要步骤，为道路工程中的材料选择和设计提供有力的支持。这有助于确保道路的耐久性和安全性。

2.3孔隙结构分析

混合料的孔隙结构是其性能的关键因素之一，因为它直接影响着水分渗透、氧化和疲劳等方面。本研究采用孔隙结构分析，通过测定孔隙率和孔隙分布等参数，研究不同形状粗集料颗粒对混合料孔隙结构的影响。

孔隙结构分析包括以下步骤：1）样品制备：首先，我们制备不同形状的粗集料颗粒与细集料混合而成的试样。这些试样需要充分代表实际应用中的混合料。不同形状的粗集料颗粒会在试样中呈现出不同的分布和排列方式。2）孔隙率测定：使用标准方法，我们测定试样中的总孔隙体积和有效孔隙体积，以计算孔隙率。孔隙率是混合料中孔隙所占体积的百分比，直接反映了混合料的孔隙结构。3）孔隙分布分析：通过计算孔隙直径分布，我们可以了解混合料中孔隙的尺寸范围和分布情况。这可以通过采用图像分析技术或孔隙分析仪进行。4）数据解释：通过对孔隙率和孔隙分布数据的解释，我们可以确定不同形状粗集料颗粒对混合料孔隙结构的影响。不同形状的颗粒可能导致不同的孔隙分布，从而影响混合料的孔隙结构特性。5）结果分析：孔隙结构分析结果将有助于我们理解不同形状粗集料颗粒对混合料孔隙结构的影响。这些信息可用于调整混合料配方，以获得更适合特定道路工程需求的孔隙结构，以提高混合料的性能和耐久性。

通过孔隙结构分析，我们能够更好地优化沥青混合料的设计，以满足不同应用场景的要求，提高道路的质量和寿命。这为道路工程和材料选择提供了宝贵的信息和指导。

2.4耐久性评估

混合料的耐久性是一个至关重要的性能参数，它反映了材料在实际道路使用中的表现。为了深入了解不同形状的粗集料颗粒对混合料的耐久性的影响，我们进行了模拟交通负荷下的耐久性评估，包括变形和龟裂性能的测试。

耐久性评估包括以下关键步骤：1）样品制备：开始时，制备不同形状粗集料颗粒与细集料混合而成的试样，以确保它们与实际路面情况相符。这些试样包括模拟道路上的混合料结构，考虑到不同形状的粗集料颗粒在其中的分布。2）变形性能测试：采用试验设备，模拟交通负荷对混合料的压缩和扭转变形。这有助于评估不同形状粗集料颗粒对混合料的变形性能。常用的测试方法包括洛杉矶石球法和轮辐试验。3）龟裂性能测试：使用适当的实验装置，对试样进行拉伸或屈服试验，模拟了道路上不断变化的温度和负荷条件。这有助于评估不同形状粗集料颗粒对混合料的龟裂性能。测试方法包括间接张拉试验和弯曲试验。4）数据分析：通过分析变形性能和龟裂性能测试的数据，我们可以比较不同形状粗集料颗粒在耐久性方面的表现。这有助于确定哪种形状的粗集料颗粒对特定应用场景的混合料具有更好的耐久性。5）结果解释：通过对耐久性测试结果的解释，我们可以确定不同形状粗集料颗粒对混合料的耐久性的影响。这包括它们在变形和龟裂性能方面的性能优势或劣势。

耐久性评估有助于了解不同形状粗集料颗粒对混合料在实际交通负荷下的性能表现。这为道路工程提供了重要的参考，可用于材料选择和设计，以确保道路具有良好的耐久性和性能。

结论：

本研究强调了粗集料颗粒形状对沥青混合料性能的重要性。合理选择粗集料颗粒的形状可以改善混合料的稳定性、强度和耐久性，从而延长路面的使用寿命。这些研究结果将为道路工程中的路面设计和维护提供更多的科学依据，有望改进道路质量和减少维护成本。

参考文献：

[1]粗集料骨架间隙率对多孔沥青混合料性能的影响，李俊 等; 公路工程 ;2022

[2]多孔沥青混合料内粗集料破碎规律分析，吴胜坤 等; 现代交通技术 ;2020