集料磨耗特性及其對(duì)混合料抗滑性能影響研究

吳建濤 王浩安 黃谷來(lái) 曹鵬飛

摘 要：為了研究新舊粗集料顆粒的磨耗特性及其對(duì)瀝青混合料抗滑性能的影響，本研究使用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)不同磨耗程度的新舊粗集料的棱角性進(jìn)行了測(cè)量，采用擺式磨擦系數(shù)測(cè)定儀和數(shù)字圖像處理技術(shù)方法對(duì)含有不同磨耗程度顆粒和不同替換顆粒粒徑的瀝青混合料抗滑性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：新舊粗集料顆粒在相同磨耗程度下的棱角性變化規(guī)律相同，但回收粗集料的棱角性指標(biāo)隨著磨耗程度加深，其衰減速率更快;隨著磨耗次數(shù)增加和替換顆粒粒徑減小，瀝青混合料的平均棱角性變小、擺值變小、骨料暴露率變大，瀝青混合料的抗滑性能變差;當(dāng)粗集料顆粒在磨耗次數(shù)為400次和集料替換顆粒粒徑為13.20 mm檔的條件下集料對(duì)瀝青混合料的抗滑性能影響最大。

關(guān)鍵詞：新粗集料;回收粗集料;棱角性;瀝青混合料;抗滑性能

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.217

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

公路建設(shè)的快速發(fā)展消耗了大量的優(yōu)質(zhì)石料，造成了石料短缺問(wèn)題。為緩解石料供應(yīng)不足的壓力，回收集料的二次使用成為公路建設(shè)行業(yè)的大趨勢(shì)[1-4]。然而，回收集料在經(jīng)過(guò)施工、服役和銑刨后，其棱角性會(huì)有不同程度的衰減，已有研究表明，集料棱角性的不同會(huì)對(duì)瀝青混合料的路用性能產(chǎn)生顯著影響[5-6]。同時(shí)，道路上的駕駛者對(duì)瀝青路面的舒適性和安全性的要求日益提高，其中，人們關(guān)注最多的也是最不可忽視的重要因素便是路面的抗滑性能。

在粗集料形狀特征研究方面，現(xiàn)階段常采用數(shù)字圖像處理技術(shù)提出的棱角性指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)分析粗集料的形狀特征[7-11]。汪海年等[12]基于圖像處理技術(shù)提出粗集料棱角性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。ZHANG 等[13]研究提出了棱角性指標(biāo)是最能代表粗集料形狀特征變化的指標(biāo)。WANG 等[14]采用傅里葉級(jí)數(shù)法對(duì)集料的棱角性進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)集料棱角性越強(qiáng)，其棱角顯著性指標(biāo)越大。葉奮等[15]借助數(shù)字圖像處理技術(shù)來(lái)篩分粗集料，提高了集料級(jí)配設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。MASAD 等[16]利用數(shù)字圖像處理技術(shù)研究磨耗的粗集料的形狀特征，發(fā)現(xiàn)其形狀特征指標(biāo)隨磨耗程度加深都有不同程度的衰減規(guī)律。同時(shí)，MASAD 等[17]還使用基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的侵蝕-膨脹法對(duì)細(xì)集料的棱角性進(jìn)行定量研究，但該方法在圖像處理前后方面存在較大差異。而在瀝青混合料抗滑性能方面，許多學(xué)者研究并建立了集料棱角性評(píng)價(jià)指標(biāo)與混合料抗滑性能的相關(guān)聯(lián)系[18-20]。孫洪利等[21]通過(guò)采用瀝青混合料加速加載試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)集料形狀的磨損通過(guò)微觀構(gòu)造影響著瀝青混合料的抗滑水平。HUANG 等[22]通過(guò)進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在粗集料棱角性較好的情況下，其制成的瀝青混合料的抗滑性能表現(xiàn)也較好。李菁若等[23]利用摩擦特性測(cè)試儀采集集料的動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)，發(fā)現(xiàn)不同磨耗程度的集料互摻之后其混合料的耐磨和抗滑性都得到了增強(qiáng)。

目前，針對(duì)粗集料棱角性評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究已有不少，相關(guān)數(shù)字圖像處理技術(shù)也比較成熟，但是關(guān)于回收粗集料在二次使用過(guò)程中棱角性的變化情況及其與新粗集料棱角性變化特征的相關(guān)聯(lián)系還有待研究。同時(shí)，瀝青混合料的抗滑性能受其所含粗集料棱角性好壞的影響，然而，對(duì)于在確定具體級(jí)配組成時(shí)，不同磨耗程度的粗集料和不同粒徑檔替換的磨耗粗集料對(duì)瀝青混合料的抗滑性能影響還有待研究。因此，本研究通過(guò)對(duì)料源相同的新舊玄武巖粗集料在不同磨耗次數(shù)下的棱角性進(jìn)行評(píng)價(jià)，來(lái)分析新舊粗集料棱角性變化規(guī)律，并在AC-13C級(jí)配下，對(duì)不同類(lèi)型的瀝青混合料試件的平均棱角性進(jìn)行量化，通過(guò)平均棱角性與各個(gè)抗滑試驗(yàn)指標(biāo)的相關(guān)性來(lái)研究粗集料的不同磨耗程度和粒徑對(duì)其瀝青混合料抗滑性能的影響，從而為回收集料的二次使用提供有效指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

1）瀝青。本研究根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）[24]對(duì)70#基質(zhì)瀝青進(jìn)行了針入度、延度、軟化點(diǎn)以及60 ℃動(dòng)力黏度測(cè)試，由表1可知，各項(xiàng)性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果均符合相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2）集料。本研究采用的舊集料源于南京某壩區(qū)道路路面的上面層，通過(guò)銑刨方式對(duì)舊集料進(jìn)行回收處理，其巖性為玄武巖。本研究使用的新集料的巖性為同一料源的玄武巖，礦粉為石灰?guī)r。根據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）[25]對(duì)集料進(jìn)行表觀相對(duì)密度、毛體積相對(duì)密度、吸水率以及針片狀含量技術(shù)指標(biāo)測(cè)試，由表2可知，集料的各項(xiàng)技術(shù)性質(zhì)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果均滿足相應(yīng)的規(guī)范要求。表3是本研究所用的瀝青混合料AC-13C具體級(jí)配組成。

1.2 試件制備

1.2.1 新舊粗集料磨耗處理

本研究按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用轉(zhuǎn)速為30～33 r/min的洛杉磯磨耗儀，在保證部分粗集料（2.36～4.75 mm）、細(xì)集料、礦粉、瀝青等材料種類(lèi)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變的情況下，對(duì)來(lái)自同一料源的4.75、9.5和13.2 mm的新集料和回收集料均分別進(jìn)行0、400、800、1 200 r的洛杉磯磨耗。同時(shí)，為了提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和減小新舊粗集料棱角性指標(biāo)測(cè)量的誤差，本研究通過(guò)漸近分析法確定各檔粒徑的新舊粗集料顆粒，均選取90顆。

1.2.2 車(chē)轍板試件制作

本研究按照表3所示的AC-13C級(jí)配，取集料和瀝青在135 ℃、4 h進(jìn)行短期老化，然后進(jìn)行拌合、輪碾壓成型車(chē)轍板試件。將得到的7塊瀝青混合料車(chē)轍板試件依據(jù)粗集料形狀特征差別進(jìn)行分組編號(hào)。如下所示：4.75～16 mm粒徑的粗集料全部替換為經(jīng)過(guò)0、400、800和1 200 r磨耗的粗集料，下面簡(jiǎn)稱(chēng)并且標(biāo)號(hào)，A為0 r混合料、B為400 r混合料、C為800 r混合料、D為1 200 r混合料;單4.75 mm粒徑的粗集料顆粒替換為磨耗1 200 r的粗集料、單9.5 mm粒徑的粗集料顆粒替換為磨耗1 200 r的粗集料、單13.2 mm粒徑的粗集料顆粒替換為磨耗1 200 r的粗集料，下面簡(jiǎn)稱(chēng)并且標(biāo)號(hào)，E為13.2 mm粒徑混合料，F(xiàn)為9.5 mm粒徑混合料，G為4.75 mm粒徑混合料。本研究將上述試件分為兩組，其中，A試件不做任何處理，可分別作為兩組類(lèi)別的對(duì)照試件，第一組為編號(hào)A、B、C、D;第二組為編號(hào)A、E、F、G。

1.3 試驗(yàn)方案

本研究首先使用洛杉磯磨耗儀對(duì)不同粒徑檔的新舊粗集料顆粒進(jìn)行磨耗，然后使用數(shù)字圖像處理技術(shù)獲取不同磨耗程度下新舊粗集料顆粒的棱角性，以此來(lái)分析新舊粗集料在不同磨耗程度下的棱角性變化規(guī)律及其相關(guān)聯(lián)系。在此基礎(chǔ)上，本研究運(yùn)用控制變量法，在只改變粗集料棱角性，其它試驗(yàn)條件均相同的情況下，按照AC-13C級(jí)配組成，取不同磨耗次數(shù)的粗集料顆粒制作具有不同平均棱角性特征的瀝青混合料試件;采用接觸式測(cè)量方法中的擺式摩擦儀探究不同磨耗次數(shù)和顆粒替換粒徑對(duì)瀝青混合料抗滑性能的影響。另外，王寵惠[26]提出了一種用于非接觸式測(cè)量中的骨料暴露率指標(biāo)，該指標(biāo)表明了不同磨耗程度的集料對(duì)瀝青路面表面的抗滑性能有著顯著影響。本研究也運(yùn)用此指標(biāo)來(lái)對(duì)擺值所得到的結(jié)論進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

1.3.1 棱角性的測(cè)量與計(jì)算

為了得到回收粗集料和新粗集料在不同磨耗程度下棱角性的變化特征，本研究取磨耗后的新舊粗集料顆粒進(jìn)行沖洗、烘干和篩分處理，按照磨耗次數(shù)和顆粒粒徑的不同分類(lèi)放置，然后運(yùn)用數(shù)字圖像信息處理技術(shù)[27]對(duì)集料進(jìn)行拍攝，利用IPP軟件按照?qǐng)D像信息處理的基本操作流程對(duì)拍攝的粗集料顆粒圖像信息進(jìn)行批量處理，通過(guò)IPP軟件采集到的每一顆粗集料顆粒的周長(zhǎng)、等效橢圓周長(zhǎng)等參數(shù)來(lái)計(jì)算每個(gè)粗集料顆粒棱角性（AN）。粗集料顆粒圖像處理過(guò)程見(jiàn)圖1所示。

在得到各檔粒徑粗集料在不同磨耗次數(shù)下棱角性的基礎(chǔ)上，本研究按照公式（1）對(duì)各瀝青混合料試件的平均棱角性I進(jìn)行加權(quán)計(jì)算。

I=∑ni=1Pi×Ii100（1）

式中，I為平均棱角性;Pi為各檔粒徑集料的質(zhì)量百分率/%;Ii為各檔粒徑集料的棱角性。

1.3.2 抗滑性能指標(biāo)的測(cè)量與計(jì)算

為了得到粗集料棱角性在不同磨耗程度和不同替換磨耗粒徑下對(duì)瀝青混合料抗滑性能的影響，本研究按照下面步驟對(duì)制成的7塊瀝青混合料車(chē)轍板試件進(jìn)行擺值和骨料暴露率指標(biāo)的測(cè)量與計(jì)算。

1）瀝青混合料試件表面處理。正常服役期的瀝青路面表層短期內(nèi)已被行車(chē)輪胎磨掉，而新壓制的車(chē)轍板表面被瀝青所裹覆，其抗滑性能受表面瀝青的影響。為模擬真實(shí)路況的路面，本研究使用加熱至30 ℃的煤油對(duì)試件表面進(jìn)行處理，將試件表面集料上裹覆的瀝青用煤油擦拭干凈，接著使用無(wú)水乙醇將試件表面擦拭干凈，再用清水對(duì)試件表面進(jìn)行沖洗，最后將試件在常溫下放置一天，待試件表面晾干后進(jìn)行擺值和骨料暴露率的測(cè)量與計(jì)算。

2）溫度為20 ℃下的擺值測(cè)量計(jì)算。本研究采用擺式摩擦儀測(cè)定瀝青混合料摩擦系數(shù)，如圖2所示。

具體測(cè)試步驟如下：將靜置48 h后的車(chē)轍板按輪碾垂直方向劃分三等分區(qū)域;固定擺式摩擦儀并進(jìn)行讀數(shù)調(diào)零矯正和儀器水平調(diào)整;將所測(cè)瀝青混凝土試件使用記號(hào)筆標(biāo)記到固定位置，每個(gè)區(qū)域測(cè)試3組數(shù)據(jù)，3次數(shù)值差不大于三個(gè)單位（刻度盤(pán)的一格半），如差值大于三個(gè)單位，應(yīng)檢查產(chǎn)生的原因，并再次重復(fù)上述各項(xiàng)操作;測(cè)得各個(gè)瀝青混合料摩擦系數(shù)后，按照公式（2）將在路面溫度下測(cè)得的擺值修正為20 ℃下的標(biāo)準(zhǔn)溫度值。溫度修正值見(jiàn)表4。

BPN20=BPNt+ΔBPN（2）

式中，BPN20為換算成標(biāo)準(zhǔn)溫度20 ℃擺值;BPNt為路面溫度t時(shí)測(cè)得擺值;ΔBPN為溫度修正值，按表4取值。

3）骨料暴露率測(cè)量CAER計(jì)算。定義在單位面積的瀝青路面中，露出的骨料總面積與該單位面積之比為骨料暴露率（CAER），見(jiàn)式（3）。

CAER=AaAg×100%（3）

式中，CAER為單位面積內(nèi)瀝青路面的骨料暴露率;Aa為單位面積內(nèi)暴露骨料的總面積;Ag為該區(qū)域的瀝青混合料總面積。

本研究采用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)經(jīng)過(guò)煤油表面處理后的瀝青混合料試件進(jìn)行二值化處理;使用IPP軟件獲取試件表面的總面積和集料裸漏的總面積，最后計(jì)算各個(gè)試件的骨料暴露率。

4）在得到各個(gè)試件的擺值和骨料暴露率之后，本研究按照公式（4）和公式（5）對(duì)試件進(jìn)行單位質(zhì)量分?jǐn)?shù)的擺值下降幅度ΔBPN20（ω）和單位質(zhì)量分?jǐn)?shù)的骨料暴露率上升幅度ΔCAER（ω）計(jì)算。

ΔBPN20（ω）=BPN20（R）-BPN20（A）BPN20（A）/ω（R）（4）

式中，BPN20（ω）為單位質(zhì)量分?jǐn)?shù)的擺值下降幅度;BPN20（R）為替換顆粒粒徑為R的擺值;BPN20（A）為A試件的擺值;ω（R）為替換顆粒粒徑為R的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

ΔCAER（ω）=CAER（R）-CAER（A）CAER（A）/ω（R）（5）

式中，ΔCAER（ω）為單位質(zhì)量分?jǐn)?shù)的骨料暴露率上升幅度;CAER（R）為替換顆粒粒徑為R的骨料暴露率;CAER（A）為A試件的骨料暴露率;ω（R）為替換顆粒粒徑為R的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 新舊粗集料棱角性變化規(guī)律

圖3表示的是不同顆粒粒徑檔的新舊粗集料的棱角性隨磨耗次數(shù)的變化示意圖，由圖3可知，磨耗次數(shù)與新舊粗集料棱角性之間有明顯的相關(guān)性。當(dāng)顆粒粒徑一定時(shí)，隨著磨耗次數(shù)增加，新舊粗集料三檔粒徑的棱角性均呈現(xiàn)下降趨勢(shì);當(dāng)磨耗次數(shù)一定時(shí)，新舊粗集料的棱角性均隨顆粒粒徑的增大而增大，并且13.2 mm粒徑檔的新舊粗集料的棱角性最好，這表明回收粗集料的棱角性變化趨勢(shì)所遵循的規(guī)律同新粗集料相同。然而，隨著磨耗次數(shù)的增加，新舊粗集料的棱角性減小的幅度不同。對(duì)于新粗集料，隨著磨耗次數(shù)增加，其棱角性下降速率先快后慢，這是因?yàn)殡S著磨耗程度的加深，新粗集料顆粒表面逐漸光滑，棱角性越小，越難以被磨耗。對(duì)于回收粗集料，其棱角性隨著磨耗次數(shù)增加損失加快，這是因?yàn)榛厥沾旨显诮?jīng)過(guò)施工、車(chē)輛碾壓、銑刨等過(guò)程，其棱角性受損嚴(yán)重，再進(jìn)行磨耗，其棱角性將大幅度下降。

從圖3還可以看出，新舊粗集料的棱角性隨磨耗次數(shù)變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)均發(fā)生在400 r處。為了進(jìn)一步研究新舊粗集料棱角性隨不同磨耗程度變化規(guī)律的相關(guān)聯(lián)系，本研究將圖3所示的新舊粗集料棱角性隨磨耗次數(shù)（≥400 r）的變化趨勢(shì)按照公式（6）進(jìn)行線性擬合。

AN=kr+c（6）

式中，AN為新舊粗集料顆粒棱角性;k為集料棱角性隨磨耗次數(shù)的變化斜率;r為磨耗次數(shù);c為磨耗次數(shù)為0 r時(shí)的集料棱角性。

根據(jù)公式（6）擬合結(jié)果繪制了新舊粗集料4.75、9.50和13.20 mm三檔粒徑的棱角性隨磨耗次數(shù)變化的斜率|k|對(duì)比圖，見(jiàn)圖4所示。

由圖4可以看出，4.75、9.50和13.20 mm三檔粒徑的舊集料棱角性隨磨耗次數(shù)變化的斜率|k|值為對(duì)應(yīng)粒徑檔的新集料斜率|k|值的2倍左右，這表明回收粗集料相較于新粗集料在磨耗次數(shù)大于400 r時(shí)的棱角性衰減速率更快，由此可推斷回收粗集料在二次使用過(guò)程中的效果不好。造成這一現(xiàn)象的原因可能是回收粗集料在施工、服役、銑刨過(guò)程中存在二次破碎，加上回收的瀝青混合料經(jīng)過(guò)三氯乙烯的浸泡，使得回收粗集料的表面紋理被污染，難以分辨并篩分出二次破碎的粗集料顆粒。

2.2 粗集料棱角性對(duì)其瀝青混合料抗滑性能影響

從2.1節(jié)的試驗(yàn)結(jié)果可知，回收粗集料中因含有難以篩分的二次破碎顆粒而與新粗集料在棱角性變化上存在顯著差異，因此，為了提高粗集料棱角性變化對(duì)其瀝青混合料抗滑性能影響研究的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，本節(jié)選用由新粗集料制成的瀝青混合料試件進(jìn)行平均棱角性量化、擺式摩擦儀接觸試驗(yàn)和圖像處理技術(shù)非接觸試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5所示。

根據(jù)表5，繪制了第一組試件（編號(hào)A、B、C、D）擺值和骨料暴露率與磨耗次數(shù)關(guān)系圖（見(jiàn)圖5）以及第二組試件（編號(hào)A、E、F、G）擺值和骨料暴露率與1 200 r不同集料粒徑關(guān)系圖（見(jiàn)圖6）。

由表5可以看出，瀝青混合料平均棱角性I隨磨耗次數(shù)增加而減小。由圖5可以看出，隨著磨耗次數(shù)增加，瀝青混合料擺值減小，骨料暴露率增加，這表明瀝青混合料抗滑性能隨磨耗次數(shù)增加而逐漸變差。此外，擺值在0～400 r、400～800 r和800～1 200 r下降的幅度分別為7.08%、7.54%和7.49%，骨料暴露率在0～400 r、400～800 r和800～1 200 r上升的幅度分別為4.40%、7.32%和3.67%，在400～800 r之間的瀝青混合料的擺值下降幅度最大、骨料暴露率上升幅度最大，這表明400～800 r之間的磨耗次數(shù)對(duì)瀝青混合料抗滑性能影響最大。

根據(jù)程谞等[28]在研究瀝青路面抗滑性能修復(fù)技術(shù)中提到的擺值一般要求不小于65。從圖5可以看出，編號(hào)C和D試件的擺值分別為63.15、58.42，抗滑性能較差，已經(jīng)不滿足使用要求，這表明當(dāng)粗集料顆粒磨耗次數(shù)大于400 r時(shí)，其制成的瀝青混合料試件的抗滑性能已不滿足瀝青路面抗滑性能要求。

由表5可以看出，在1 200 r磨耗程度的前提下，隨著替換顆粒粒徑的增大，瀝青混合料平均棱角性I也增大。由圖6可以看出，隨著替換顆粒粒徑的減小，瀝青混合料試件擺值減小，骨料暴露率增加。根據(jù)擺值一般要求不小于65，編號(hào)F和G試件的擺值分別為64.30和62.24，這表明替換9.50 mm檔和4.75 mm檔的瀝青混合料的抗滑性能已不滿足瀝青路面抗滑性能使用要求。

從圖6還可以看出， E、F、G三種試件基于A試件的擺值下降幅度和骨料暴露率上升幅度之間存在顯著差異。同時(shí)，結(jié)合表3所示的AC-13C級(jí)配組成可知，E、F、G試件替換的13.20、9.50和4.75 mm三檔粒徑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%、20%和33%，這表明瀝青混合料抗滑性能不僅與替換顆粒的粒徑大小有關(guān)，也與替換顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)。

因本小節(jié)研究重點(diǎn)并不是替換顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，所以為排除替換顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)瀝青混合料抗滑性能的影響，本研究根據(jù)公式（4）和公式（5）的計(jì)算結(jié)果繪制了不同替換顆粒粒徑的單位質(zhì)量分?jǐn)?shù)的擺值下降幅度和單位質(zhì)量分?jǐn)?shù)的骨料暴露率上升幅度變化示意圖，如圖7所示。

從圖7可以看出，替換顆粒粒徑為13.2 mm的單位質(zhì)量分?jǐn)?shù)的擺值下降幅度和單位質(zhì)量分?jǐn)?shù)的骨料暴露率上升幅度均為最大，這表明相比于4.75和9.50 mm粒徑檔的粗集料，13.2 mm粒徑檔的粗集料在磨耗行為的作用下，不僅對(duì)粗集料混合料的平均棱角性影響最大，也對(duì)其瀝青混合料的抗滑性能影響最大，即13.2 mm粒徑檔的粗集料顆粒為該AC-13C級(jí)配下決定瀝青混合料抗滑性能的關(guān)鍵粒徑檔。

3 結(jié)論

1）隨著磨耗次數(shù)增加，新舊粗集料的三檔粒徑的棱角性均呈現(xiàn)下降趨勢(shì);新舊粗集料的棱角性均隨集料顆粒粒徑的增大而增大。

2）回收粗集料的棱角性變化所遵循的規(guī)律與新粗集料相同，但回收集料中因含有難以篩分的二次破碎的粗集料顆粒，導(dǎo)致回收粗集料的棱角性指標(biāo)在磨耗程度不斷加深時(shí)的衰退速率比新粗集料更快。

3）隨著磨耗次數(shù)的增加和替換顆粒粒徑的減小，瀝青混合料的平均棱角性變小，擺值變小，骨料暴露率變大，導(dǎo)致瀝青混合料的抗滑性能越來(lái)越差; 同時(shí)，磨耗次數(shù)大于400 r的瀝青混合料試件的抗滑性能已不滿足瀝青路面抗滑性能要求。

4）通過(guò)對(duì)單位質(zhì)量分?jǐn)?shù)的擺值下降幅度和骨料暴露率上升幅度分析，發(fā)現(xiàn)13.2 mm粒徑檔的粗集料顆粒為該AC-13C級(jí)配下決定瀝青混合料抗滑性能的關(guān)鍵粒徑檔。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐伯明， 郭鵬， 肖巧林， 等. 瀝青混凝土再生集料的棱角性分析[J]. 中國(guó)公路學(xué)報(bào)， 2015， 28（1）： 24-29.

[2] 袁峻， 錢(qián)野. 粗集料形態(tài)特征及其對(duì)瀝青混合料高溫抗剪強(qiáng)度的影響[J]. 交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)， 2011， 11（4）： 17-22.

[3] 高磊， 林鵬. 廠拌熱再生瀝青混合料的最佳RAP摻量研究[J]. 華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)， 2018， 35（1）： 103-108.

[4] AL-BAYATI H， TIGHE S L. Effect of recycled concrete aggregate on rutting and stiffness characteristics of asphalt mixtures[J]. Journal of materials in civil engineering， 2019， 31（10）： 1-10.

[5] 陳國(guó)明， 譚憶秋， 石昆磊， 等. 粗集料棱角性對(duì)瀝青混合料性能的影響[J]. 公路交通科技， 2006， 23（3）： 6-9.

[6] KUANG D， WANG X， JIAO Y， et al. Influence of angularity and roughness of coarse aggregates on asphalt mixture performance[J]. Construction and Building Materials， 2019， 200（3）： 681-686.

[7] BESSA I S， BRANCO V T F C， SOARES J B. Evaluation of different digital image processing software for aggregates and hot mix asphalt characterizations[J]. Construction and Building Materials， 2012， 37（3）： 370-378.

[8] 李嘉， 林輝. 基于數(shù)字圖像處理的粗集料棱角性量化研究[J]. 公路交通科技， 2008， 25（7）： 27-31.

[9] ARAUJO V M C， BESSA I S， CASTELO BRANCO V T F. Measuring skid resistance of hot mix asphalt using the aggregate image measurement system[J]. Construction and Building Materials， 2015， 98（8）： 476-481.

[10]王文真， 申愛(ài)琴， 郭寅川， 等. 基于圖像分析的粗集料形狀特征參數(shù)及分布規(guī)律[J]. 公路交通科技， 2020， 37（1）： 25-31.

[11]GAO J， WANG H， BU Y， et al. Influence of coarse-aggregate angularity on asphalt mixture macroperformance： skid resistance， high-temperature， and compaction performance[J]. Journal of Materials in Civil Engineering， 2020， 32（5）： 1-11.

[12]汪海年， 郝培文， 肖慶一. 粗集料棱角性的圖像評(píng)價(jià)方法[J]. 東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2008， 38（4）： 637-641.

[13]ZHANG D， HUANG X， ZHAO Y. Investigation of the shape， size， angularity and surface texture properties of coarse aggregates[J]. Construction and Building Materials， 2012， 34（4）： 330-336.

[14]WANG L， WANG X， MOHAMMAD L， et al. Unified method to quantify aggregate shape angularity and texture using fourier analysis[J]. Journal of Materials in Civil Engineering， 2005， 17（5）： 498-504.

[15]葉奮， 林增龍， 宋卿卿. 基于數(shù)字圖像處理的瀝青混合料粗集料篩分方法[J]. 華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)， 2015， 32（5）： 10-15.

[16]MASAD E， LITTLE D， SUKHWANI R. Sensitivity of HMA performance to aggregate shape measured using conventional and image analysis methods[J]. Road Materials and Pavement Design， 2004， 5（4）： 477-498.

[17]MASAD E， SAADEH S， AL-ROUSAN T， et al. Computations of particle surface characteristics using optical and X-ray CT images[J]. Computational Materials Science， 2005， 34（4）： 406-424.

[18]李曉燕， 卜胤， 汪海年， 等. 粗集料形態(tài)特征的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)研究[J]. 建筑材料學(xué)報(bào)， 2015， 18（3）： 524-530.

[19]文斌， 曹東偉. 高速公路路面抗滑力與交通事故的統(tǒng)計(jì)分析[J]. 公路交通科技， 2006， 23（8）： 72-75.

[20]熊劍平， 鄧祥明， 周智密， 等. 基于數(shù)字圖像技術(shù)的集料表面紋理指數(shù)研究[J]. 公路， 2019， 64（7）： 252-260.

[21]孫洪利. 瀝青路面抗滑性能衰減特性研究[J]. 公路， 2011， 56（7）： 73-78.

[22]HUANG B， CHEN X， SHU X， et al. Effects of coarse aggregate angularity and asphalt binder on laboratory-measured permanent deformation properties of HMA[J]. International Journal of Pavement Engineering， 2009， 10（1）： 19-28.

[23]李菁若， 張東長(zhǎng)， 譚巍. 粗集料的抗滑耐磨性能評(píng)價(jià)新方法[J]. 公路交通科技， 2016， 33（12）： 76-82.

[24]交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院. 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程： JTG E20—2011[S]. 北京： 人民交通出版社， 2011.

[25]交通部公路科學(xué)研究所. 公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程： JTG E42—2005[S]. 北京： 人民交通出版社， 2005.

[26]王寵惠. 基于細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征的集料認(rèn)同特性與混合料抗滑性能表征及控制研究[D]. 西安： 長(zhǎng)安大學(xué)， 2017.

[27]RAZAEI A， MASAD E. Experimental-based model for predicting the skid resistance of asphalt pavements[J]. International Journal of Pavement Engineering， 2013， 14（1）： 24-35.

[28]程谞， 李會(huì)敏， 陳飛. 特殊路段瀝青路面抗滑性能修復(fù)技術(shù)工程應(yīng)用[J]. 公路交通技術(shù)， 2019， 35（2）： 35-40， 47.

（責(zé)任編輯：于慧梅）

Research on Aggregate Abrasion Characteristics and its

Influence on the Anti-skid Performance of Mixture

WU Jiantao1， WANG Haoan*1， HUANG Gulai1， CAO Pengfei2

（1.Institute of Road and Railway Engineering， Hohai University， Nanjing 210098， China; 2.Huashe Group Co.， Ltd.， Nanjing 210098， China）

Abstract：

In order to study the wear characteristics of new and old coarse aggregate particles and their influence on the anti-skid performance of asphalt mixtures， the digital image processing technology was used to measure the angularity of new and old coarse aggregates with different degrees of wear. The anti-skid performance of asphalt mixtures with different abrasion degree particles and different replacement particle diameters were studied by using pendulum friction coefficients and digital image processing technology. The results show that the angularity changes of new and old coarse aggregate particles under the same degree of abrasion were the same， but the angularity index of recycled coarse aggregates increased with the degree of wear， and its attenuation rate was faster; as the number of wear increased and the particle size of the replaced aggregrate decreased， the average angularity of the asphalt mixture became smaller， the pendulum value became smaller， the aggregate exposure rate became larger， and the anti-skid performance of the asphalt mixture became worse; when the coarse aggregate particles were worn at 400 times and the particle size of replaced aggregrate was 13.20 mm， the aggregate had the greatest impact on the anti-skid performance of the asphalt mixture.

Key words：

new coarse aggregate; recycled coarse aggregate; angularity; asphalt mixture; anti-skid performance