当前世界环境

介绍

研究人员一致认为，聚集体的形状特性会影响性能，但关于测试量化相关形状特性的能力的争论已经出现。在压实的混合物中，角状颗粒表现出更大的联锁和内摩擦，因此，比圆形颗粒产生更大的机械稳定性(Little, Button等，2003)。因此，骨料的棱角和粗糙纹理对SMA骨料间的互锁至关重要，因此，它们是获得抗永久变形和疲劳开裂的SMA混合物的理想选择。另一方面，在混合物中不希望出现扁平和细长的集料颗粒。这些颗粒在施工过程中容易分解，影响路面的耐久性(Teng 2001)。

具有石与石接触的粗骨料骨架提供了更大的骨料颗粒联锁，以更有效地分配路面结构内产生的典型载荷和应力。NCHRP 9-8研究建议使用粗骨料(VCA)中的空隙来定义石-石接触存在的时间(Watson, Masad et al, 2004)。

图1:角度对颗粒间空隙的影响 点击此处查看图

众所周知，空气空隙在决定沥青混合料抗车辙、疲劳开裂和低温开裂等主要路面病害方面起着重要作用。它们还影响沥青混合料在老化和剥离方面的耐久性。例如，低的气孔含量使集料内沥青粘结剂膜的老化和水渗透到混合料中使沥青粘结剂从集料上剥离的可能性最小化(Masad et al. 2002)。从图1可以看出，在气孔总量相同的试样中，气孔的分布可能不同，从而表现出不同的力学性能。因此，捕获空气空洞分布将是相当有趣的(Masad et al. 2002)。

石胶沥青(SMA)包括标准化测试方法，如裂缝面百分比- astm D5821，粗骨料未压实空隙含量(UCVCC)，骨料图像系统(AIMS)和伊利诺伊大学骨料成像系统(UIAIS)，用于测量粗骨料的骨料角度(Ofori-abebresse和Martin 2006)。Wedding和Gaynor评价粗骨料角度(CAA)对柔性路面车辙特性有显著影响。(Anirudh, Mallesh, and Anjum 2014)表明，与含有未破碎砾石的沥青混合料相比，使用破碎砾石增加了沥青混合料的稳定性(Kim, Ph， & Souza, 1975)。更有棱角的是，粗骨料可以增加石头与石头之间的联锁，从而降低车辙敏感性，从而降低车辙深度(路面力学与性能，2006)。

表1给出了间接法和直接法粗骨料角度试验的比较

表1:粗骨料棱角试验分类

测试	价格	直接 间接	优势	缺点
粗集料未压实的空隙含量 (AASHTO T326) UCVCC	500 - 700美元	间接	——简单 a -便宜 粗略估计球度和表面纹理 与ASTM 5821相比，它更受青睐	该试验方法无法区分具有100%两个或两个以上裂缝面的集料的角度 结果受形状、角度、纹理和体积比重的影响。[1] 造型、棱角、质感的效果是不可分割的
裂缝面百分比 (ASTMD5821) % FF	-	直接[2]	——简单 a -便宜	劳动密集型 取决于操作人员的判断
Camsizer CAMCONV	40000 - 50000美元	直接	采用双相机，提高了大集料量形状测量的精度	·非常昂贵 ·假设理想的粒子形状[3]
WipShape WSMACR	30000 - 0000	直接	它可以在短时间内分析大量粒子的三维[4]	非常贵 使用相同的相机放大倍数捕捉各种尺寸的图像[5]。
伊利诺伊大学综合成像系统 UIAIA	30000 - 0000	直接	利用3台摄像机测量大集料量的三维形状 扁平、细长、棱角分明、分级分明	非常贵 使用相同的相机放大倍数捕捉各种尺寸的图像。
聚合成像系统 目标	30000 - 0000	直接	使用一台摄像机测量大集体量的形状 测量大骨料的形状 -纹理的详细分析	非常贵 受砾石可能放置在试验盘上的方向影响[6]。
手动角度数测试 是:2386 - part1 - 1963 创新艺人经纪公司	-	间接	简单的 便宜的	劳动密集型 花费时间 取决于操作人员的判断 精度低

1.(Kim, Ph . and Souza, 1975)
2.Kim et al.， 1975
3.(Rousan 2004)
4.Kim et al.， 1975
5.Masad et al. 2007
6.(科特里尔、托马斯和沃恩1832年)

有几种确定粒子角度的方法，如数字图像分析系统AIMS, UIAIA, WipShape和Camsizer，这些方法都需要技能，机器和软件，最重要的是，它们不经济，因为成本可能是实际实施的障碍。然而，与其他直接测试相比，AASHTO T326具有成本效益。因此，在许多发展中国家，采用印度手工粗集角(CAA)测试来确定角数，这是非常经济有效的(is:2386 (part-1) 1963 1963)。

印度手工粗集料角度(CAA)试验是在容器内用夯棒按规定的方式对不同层粗集料进行手工压实。骨料被放置在三个相等的层中，每层都用自由落体棒在表层以上5厘米的距离上击打100次。粗骨料之间的空隙率是填充空隙所需的水与圆柱体总体积的体积比(is:2386 (part-1) 1963,1963)。根据该测试确定角度的一种方法是根据骨料的重量需要填充圆柱体，另一种方法是根据骨料的体积特性。

角度数=(加水量/总容积)× 100-33

式中，“33”为完全圆整的总体中空隙体积的百分比。角度数的值一般在0 ~ 11之间。在道路施工中，角数一般优选为7 - 10，(is:2386 (part-1) 1963, 1963)。

该测试繁琐，耗时，依赖于操作人员的判断，重现性低，如果必须重复多次，有可能出错。为了取代传统的粗集料角度测试方法，提出了一种粗集料角度自动化测试方法。设计了一种轨道振动器，称为自动分级机。本机的主要目的是通过在轨道运动中摇动骨料样品来获得骨料之间的最小空隙率(完美联锁的估计)，而不是在传统的CAA手动测试中使用自由落体棒压实它们。图2描述了轨道运动如何帮助聚合联锁的概念。

图1:自动平地机运动的剖面图和平面图 点击此处查看图

粗骨料自动分级机

图3为基准机，它以时间(分钟)和速度(每分钟转数)两种功能工作。时间从0到99分钟，转速从50到250转/分不等，以均匀的圆周运动摇动粗骨料，以获得更好的联锁和减少它们之间的空隙。选择最合适的工艺参数以使粗集料之间的空隙率最小是很重要的。因此，本研究对自动分级机的时间和速度变化的作用进行了研究，以找出最有效的时间和速度设置。根据CAA手工测试对结果进行比较和缩放，得到相同的结果，具有更高的重复性和再现性。

图2:粗骨料自动分级机 点击此处查看图

由于本研究采用“试错法”对不同级配的骨料进行了测试，因此所有级配的粗骨料可填入筒体的重量估计约为6.6-6.8 kg。各级配所需重量(kg)见表1

图3:振荡过程后，加水 是加在圆柱上直到所有的空隙吗 骨料之间充满了水 出现在表面 点击此处查看图

自动分级机在给定的时间和速度下旋转粗集料后，需要在自动分级机筒中加水来测量空隙率。由于本研究中每个级配都使用相同的样品，因此必须在表面饱和干燥的条件下制备骨料，在这种条件下，颗粒间空隙饱和，添加的水只填充骨料之间的空隙。松散粗集料之间的空隙百分率是通过测量添加水的体积来确定的。

表2:SMA20所需的不同粒度骨料重量百分比

筛分粒度	下限			意思是限制			上限
	通过%	保留%	Wt保留(kg)	通过%	保留%	Wt保留(kg)	通过%	保留%	Wt保留(kg)
19	One hundred.	0	0	One hundred.	0	0	One hundred.	0	0
12.5	81.25	18.75	1.275	87.155	12.845	0.873	93.06	6.94	0.425
9.5	56.25	25	1.7	67.705	19.45	1.3175	79.16	13.9	0.945
4.75	0	56.25	3.825	0	67.705	4.6039	0	79.16	5.383

结果与讨论

本研究选择花岗岩作为SMA上限、平均上限和下限的3个级配。由于自动分级机是为粗骨料设计的，因此只考虑大于4号筛的骨料粒度。每次分级均在三种时间变化下进行;3分钟、5分钟和7分钟，因为空气空隙率在7分钟和3分钟旋转速度后保持稳定;200、225和250转轨道激振器。由于只需要骨料之间的空隙体积，而不需要颗粒之间的空隙体积，因此所有骨料样品都是在表面饱和干燥(SSD)条件下制备的。

手工粗骨料角度试验结果见表2，其中筒体重量为3.33 kg，筒体体积为1800 ml。

为控制集料自动分级机测定气孔率的结果，对人工粗骨料角度(CAA)进行了测试，结果表明:气孔率下限为38.88%，气孔率下限为最大值;气孔率下限为较小颗粒所占比例较大的上限，气孔率下限与气孔率结果一致。这些结果背后的主要发现是，小颗粒之间的间隙很小，而大颗粒之间的间隙相对较大，通过增加大颗粒的重量或百分比，它们之间的空气空隙百分比增加，反之亦然。

表3为人工粗骨料角度试验结果

分级	下限			意思是限制			上限
阅读	1	2	3.	1	2	3.	1	2	3.
加水量(毫升)	700	720	680	680	690	700	690	670	680
平均(毫升)	700			690			680
含气率（%）	38.88			38.33			37.7
有角数 空气void-33 (%)	5.88			5.33			4.7

根据综合自动分级机的结果，为每个分级(下限、平均值和上限)绘制了不同的图形，比较了不同转速下获得的空隙率(图5、6和7)。通过比较200、225和250 RPM时绘制的线条，发现所有分级的空隙率趋势是相同的，并且随着转速功率的增加而降低。这一发现背后的原因是，随着旋转速度的增加，角聚集体之间的间隙减小，因此聚集体联锁增加，空气空隙百分比减少。

图4:空气百分比的比较 由Lower中的自动分级器获得的空白 限制所有组的速度 点击此处查看图

图5:空隙率比较 由Auto-grader在Mean limit for all中得到 变速组 点击此处查看图

图6:空气空隙率比较 由自动分级器在所有上限中获得 变速组 点击此处查看图

由于空气空隙率随转速的增加而降低，所以当转速设置为最高(250RPM)时，对不同等级的空气空隙率进行比较。由图8可以看出，这一趋势符合理论预期，当下限较大的骨料粒径百分比相对于上限增大时，两者之间的空隙也相对增大，因此两者之间的空隙百分比也相应增大，反之亦然。

图7:空气百分比的比较 当速度不同时，可进行不同的渐变 设为最高 点击此处查看图

CAA手动测试和自动评分系统对所有等级的空气空隙率的比较

在本研究中，自动分级机设置为3、5、7分钟三个变量，每次分级转速分别为200、225、250 RPM。结果表明，提高集料联锁性能和获得最小空气率的最佳途径是增加时间和速度功率，但空气率在一定时间后保持不变。因此，建议使用自动分级器来最大限度地设置时间和速度。为了有效地使用Aggregate Auto-grader，所研究的速度和时间的最佳设置分别是250RPM和7分钟。

表2A:显示了粗骨料角手动和自动分级机自动测试所得的空隙率结果

空气空隙率%	分级
	较低的	的意思是	上
Auto-grader (250rpm, 7min)	41.3636	40.909	40.4545
创新艺人经纪公司手动测试	38.88	38.33	37.7
差异	2.4836	2.579	2.7545

从两个试验中获得的空气空隙率的结果见表3。这两项测试所遵循的趋势是相同的;骨料间空隙率在下限时最大，在平均极限时减小，在上限时最小(图9)。

图8:百分比之间的比较 由自动分级机获得的空气空隙 和粗集料角度手册 测试不同的等级。 点击此处查看图

总的来说，两次测试的结果之间大约有2.5%的差距。采用自动分级机对粗骨料角度(CAA)进行人工测试，结果表明，自动分级机对粗骨料空隙率的测试结果要比人工测试结果高。因此，建立了粗骨料自动分级机与CAA人工试验所得空隙率的相关性。

图9:百分比之间的相关性 自动分级机测得的空气空隙量及结果 粗骨料角度手工测试。 点击此处查看图

创新艺人经纪公司_Auto-grader= 1.23 x(%空气空隙)- 47.8

在那里,

CAA= 0 ~ 11之间的粗集角数

图9显示了骨料自动分级机粗骨料角度方程，线性回归程度高(接近1)。因此，自动分级机测试粗骨料角度的结果相同，但具有较高的准确性、再现性和可重复性。

此外，由于这两个检验所遵循的趋势是线性的，它们的差值约为2.5%，因此也可以根据图8使用更简单的方程，但精度相对较低。

创新艺人经纪公司_Auto-grader=(%空隙率+2.5%)- 33 = %空隙率-30.5

结论

本研究的主要重点是通过量化不同时间和转速的变化来确定自动分级机的气孔率趋势，从而进行最有效和最高效的设置，以获得最小粗骨料之间的气孔率。

对气隙率的分析表明，增加粗骨料自动分级机的运行速度和时间对骨料完美联锁和降低气隙率有显著的效果。因此，建议转速和操作时间设置为250RPM, 7分钟。

本研究以印度粗骨料角度(CAA)标准人工试验为控制指标，对试验结果进行了比较。由于骨料自动分级机测得的气孔率与人工测试的趋势相同，因此，与CAA人工测试相比，新开发的机器可以获得更高的精度、再现性和可重复性的粗骨料角数。

建议

由于骨料自动分级机从间接测量颗粒颗粒之间的空气空隙百分比中获得角度，因此可以用于确定未来工作的颗粒指数(尺寸和土壤2011)。在D3398骨料颗粒形状指数和指数的人工测试中，颗粒指数根据下式(aggregate et al. 2000)得到。

Ia = 1.25V₁₀- 0.25 v50 - 32.0

地点:
V10 =每层压实10滴的骨料中空气空隙率%;

V50 =每层50滴压实的骨料中空气空隙率%;

自动分级机也可以根据颗粒指数方程，在适当的速度和时间设置下，得到V10和V50。同样的结果可以获得更高的准确度，再现性和可重复性，这是可靠测试的基本原则。

参考文献

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