[01608412]面向高性能路面的路用集料形态定量表征、整形优化及工程应用

集料是道路工程中应用最广泛的原材料之一。我国高等级公路和大型桥梁广泛使用沥青路（铺）面,集料的形态特征（如形状、棱角度、表面粗糙度）对沥青路面的力学性能、服务水平、行车安全、耐久性等有着较为明显的影响。因此,对集料的形态特征进行统一的量化表征有利于对沥青混合料和集配碎石材料的服务质量做有效的控制。目前,对于集料形态特征的确定工程上大多依赖于一些比较泛化的定性指标,如集料针片状含量、破碎面数量等。随着研究的深入和工程质量的严格要求,可能需要更为精细的集料形态评价指标以满足工程要求,如棱角度、形状指数等。本项目在充分揭示集料形态特征对沥青混合料细观结构特性和宏观路用性能影响的基础上,力求对集料的形态特征进行精确、高效量化表征。此外,目前商用的形态特征测试方法多局限于二维图像的手段,虽然其相对简单易行,但其结果依赖于某一方向的投影图像,具有一定的随机性,并不能全面反映集料的三维形态特征,且市场上现有的设备基本来自国外的产品。另外,针对工程上精品集料需求、规模化生产工艺及设备研发,还存在较多的挑战,如不同岩性的集料其最优破碎和整形工艺可能不一样,且需要规模化的生产不同尺寸的高质量集料以满足工程需求。本项目针对上述问题,进行了如下工作： 1. 提出自适应、高精度集料形态二维表征方法,并自主研发了“粗集料形态测试仪”和“机制砂粒形粒度检测仪”两套产品设备,获得省级检测机构鉴定,已经商用化推向市场,在检测精度、检测指标、效率、稳定性方面超越国际同类产品,打破国外商用产品在国内市场上的垄断局面。 2. 将集料形态表征从现有的二维指标提升到三维,更全面的反应集料形态,并自主研发了集料三维形态特征检测设备,相比于现有国外商用产品AIMS II,稳定性平均提升1.5倍,测量有效性和精度敏感性提升50%,并获得实体工程检验,准备推出商用化产品。 3. 构建了基于骨料形态特征分类的集料三维模型数据库,并在此基础上构建沥青混合料三维数值模拟平台,类似于“活字印刷术”,兼具CT图像法的精确性和计算机生成法的便捷性。 4. 揭示了棱角度、纹理指数和粒径对高温性能、低温性能、水稳定性的影响规律,并量化了各因素的影响指数,为基于混合料性能的集料优选提供理论基础。 5. 研发了集料破碎整形规模化生产成套技术和装备,其生产的集料针片状含量,压碎值,洛杉矶磨耗值等指标明显优于普通加工工艺,在路面抗车辙性能、抗水损性能、抗滑性能、耐久性等方面相比普通加工工艺亦有显著提升,成果在港珠澳大桥、深中通道和多条高速公路等实体工程中获得应用,获得央视新闻详细报道。