一种粗集料嵌挤能力的测试方法.pdf

本发明涉及“一种粗集料嵌挤能力的测试方法”，属于道路材料设计评价技术领域。它包括如下步骤：(1)将粗集料碎石装入刚性试桶中，捣实；(2)用圆锥形刚性压头以一定的加载速率锥入碎石中，记录锥入深度H以及刚性压头受到的挤力(抵抗力)F，；(3)求锥入能W0＝∫H0Fdh，以此评价粗集料的嵌挤能力。本发明的试验方法通过圆锥形压头锥入试验来评价粗集料级配碎石嵌挤能力，有效地避免了以往试验方法中，压入过程中集料破碎严重，导致集料配比变化，无法准确反映设计级配真实性能的缺点，且综合考虑了材料变形及受力的能量指标，采用锥力能来评价粗集料的嵌挤能力，较之单纯的变形指标能够更全面地反映材料整体性能。

1、  一种粗集料嵌挤能力的测试方法，包括如下步骤：
(1)将粗集料碎石装入刚性试桶中，捣实；
(2)用圆锥形刚性压头以一定的加载速率锥入碎石中，记录锥入深度H以及刚性压头受到的挤力F；
(3)求锥入能W0=∫0HFdh,]]>以此表示粗集料的嵌挤能力。

2、  根据权利要求1所述的测试方法，所述刚性压头贯入位置为刚性试桶的正中央。

3、  根据权利要求2所述的测试方法，所述刚性压头锥入速率为50mm/min。

4、  根据权利要求3所述的测试方法，所述深度H为50mm。

5、  根据权利要求4所述的测试方法，所述刚性压头的圆锥头高度为25mm，圆锥底部直径50mm，圆锥锥角90°。

一种粗集料嵌挤能力的测试方法
技术领域
本发明主要涉及道路工程设计、施工领域，特别是涉及一种粗集料骨架的嵌挤能力测试方法。
背景技术
沥青混合料的强度主要来自两方面：一方面是由沥青对矿料的胶结能力而形成的混合料内聚力，另一方面是由于混合料矿料之间相互嵌挤而形成的内摩擦力。对于粗集料断级配沥青混合料，粒径大于4.75mm以上的粗集料相互之间的嵌挤能力的大小对混合料强度的高低有显著影响。
“嵌挤”能力虽然不是一个严格意义上的力学指标，但对于散粒体堆积结构却十分重要。骨架粗集料颗粒之间的相互“咬合”作用是影响沥青混合料抗剪切性能的重要因素之一，对此虽然存在普遍共识，却始终没有一个量化的指标来进行客观评价。以往有些研究从抵抗变形的角度间接的对粗集料嵌挤能力进行了评价，如经典的CBR方法、单轴贯入法，这两种方法由于实验过程中存在着大量的集料破碎，无法将集料自身强度和嵌挤所形成的抗剪能力区分开来，在实际的沥青路面工作状态下，路面的破坏并非集料的破碎引起，而是由于集料之间的嵌挤不足引起的颗粒位置变化导致的。因此，这两种实验方法作为沥青混合料骨架强度的评价方法存在不合理的地方。另外，抗剪能力的评价最直接的方法是三轴试验和直剪试验，对于松散的粗集料进行三轴试验在操作上具有很大难度，不利于应用，且不易形成与沥青混合料相近的结构状态；而直剪试验方法也存在着合理的垂直压力作用大小确定以及避免集料破碎的问题。因此，针对现状有必要研究一种能够评价集料之间“咬合”和“摩擦”作用力而尽量避免集料破碎消耗抵抗力的实验方法，同时该方法应该允许粗集料在击实功作用下形成一定密实状态，能够与沥青混合料实际使用状态具有相关性，以评价不同组成结构下粗集料混合料的“嵌挤”能力，为骨架-嵌挤型沥青混合料级配设计提供依据。
发明内容
针对上述领域中的不足，本发明提供一种沥青混合料中粗集料嵌挤能力测试方法，该方法采用捣实至一定密实度的粗集料，用圆锥形压头贯入粗集料中，并引入锥入能概念用于评价粗集料的嵌挤能力。
一种粗集料嵌挤能力的测试方法，包括如下步骤：
(1)将粗集料碎石装入刚性试桶中，捣实，
(2)用圆锥形刚性压头以一定的加载速率锥入碎石中，记录锥入深度H以及刚性压头受到的挤力F，
(3)求锥入能W0=∫0HFdh,]]>以此表示粗集料的嵌挤能力。
所述刚性压头贯入位置为刚性试桶的正中央。
所述刚性压头锥入速率为50mm/min。
所述深度H为50mm。
所述刚性压头的圆锥头高度为25mm，圆锥底部直径50mm，圆锥锥角90°。
根据摩尔-库仑准则，散粒体材料的抗剪能力来源于其颗粒之间的内摩擦角，内摩擦角不仅依赖于材料颗粒的几何形态及材质等物理特性，同时其所承受的应力状态和变形的约束条件都会显著的影响该值。研究散粒体集料嵌挤能力的必须是在规定的压实功，规定的侧向约束条件下进行。因此，本方法中将粗集料碎石放置在规定尺寸的刚性试桶中，并对其进行规定次数的捣实，达到一定的密实程度，通过刚性约束使散粒体材料形成强度；另一方面，由于颗粒的破碎一方面将消耗大量的能量，另一方面将导致粗集料混合料的配比改变，对于粗集料混合料嵌挤能力评价的重要问题在于，应该尽量减小集料破碎所消耗的能力，因此，本方法中，用于贯入的刚性压头端部采用圆锥形，这样在锥入过程中，集料的破碎大大减轻，能够更好地反映颗粒之间的嵌挤所起到的抵抗变形的作用。
本发明测试方法的优点及效果：
1)本发明的试验方法通过圆锥形压头锥入试验来评价粗集料级配碎石抵抗变形的能力，有效地避免了以往试验方法中，压入过程中集料破碎严重，导致集料配比变化，无法准确反映设计级配真实性能的缺点。
2)本发明所采用的评价指标为综合考虑了材料变形及受力的能量指标，较之单纯的变形指标能够更全面地反映材料整体性能。
附图说明
图1本发明粗集料测试设备示意图
1-刚性压头，2-粗集料，3-刚性试桶，
图2本发明测试过程中圆锥形刚性压头锥入深度与受力相关示意图。
具体实施方式
测试方法：
1、试验设备和材料
(1)粗集料捣实试验仪；
(2)加载速率可控的加载设备，且能够记录加载路径；
(3)锥入刚性压头，尺寸为圆锥高度为25mm，圆锥底部直径50mm，圆锥锥角90°。
2、试验方法
具体的试验方法及步骤如下：
1)在规定尺寸的刚性试桶3内，首先将粗集料2按照一定的方法捣实，达到相应的密实度；
2)将装有捣实集料的刚性试桶3放置在具有控制加载速率功能的试验仪器上，将刚性压头1安装在仪器的上压头位置，调整好位置使锥头对准材料中心位置如图1所示；
3)逐渐调整圆锥体的锥尖的高度，使其刚好接触到粗集料的表面，并将其确定为试验的初始状态；
4)按照50mm/min的加载速率逐渐锥入已捣实的粗集料2中，锥入深度为50mm。然后将刚性压头1拔出；
5)在整个锥入过程中实时记录刚性压头1锥入的深度H以及对应受到的力的大小F，绘制作用力随变形增加的变化曲线，如图2所示。
6)性能评价：
令：在整个锥入过程中，施加的荷载F与锥入深度H的乘积即为锥头进入碎石混合料所消耗的能量，称为锥入能(见下式)，并以50mm处对应的锥入能作为评价粗集料在一定压实状态、一定级配条件下嵌挤能力的指标。
W0=∫050Fdh]]>
7)为了保证试验精度，同一种材料应至少重复进行3次试验。
实施例
1、1单粒径
按照本发明试验方法，比较单一粒径条件下，材料锥入能的差异。
试验用材料为河北张家口产玄武岩，各项技术指标符合《公路沥青路面施工技术标准》的规定。首先，通过捣实试验仪测定了各单一粒径下集料的堆积密度并计算了各自的矿料间隙率值，结果见表1。可见，随着粒径的增加，捣实状态下的矿料间隙率逐渐减小。
表1 材料的矿料间隙率与锥入能试验结果

按照本发明的方法，对各经过捣实密实的单一粒径集料进行锥入试验，锥入能与矿料间隙率的规律则刚好相反，随着粒径的增加，锥入能逐渐增加。
1、2级配混合料
试验用材料仍为河北张家口产玄武岩，各项技术指标符合《公路沥青路面施工技术标准》的规定。采用不同的粗集料配比方式，即对数级配、幂函数级配和对数函数级配三种，级配见表2。
表2 试验用级配

按照同样的捣实成型方法进行成型，测定以后的VCAdrc值和锥入能结果如表3所示。
表3 级配粗集料锥入试验结果

按照本发明的方法，对三种经过捣实密实的级配碎石混合料进行锥入试验，可见粗集料按照不同的比例搭配，其锥入能有明显差别，试验方法能够很好的区分出集料搭配的优劣。