粗集料形态特征的定量评价指标研究

为了提出能够合理评价粗集料形态特征(形状、棱角)的定量指标,采用洛杉矶磨耗仪对4.75~9.5mm,9.5~13.2mm,13.2~16mm,16~19mm共4档粗集料分别磨耗0,600,1 200次,以改变粗集料的形态特征,然后通过自主研制的粗集料形态特征研究系统(MASCA)测得粗集料轴向系数、凸度、粗糙度、棱角参数、圆度、分形维数共6个定量评价指标值,并运用二元方差法比较它们对颗粒形态变化的敏感性,发现分形维数是能够合理评价粗集料形态特征的最优定量指标.为验证这一结论,利用磨耗得到的不同形态特征的粗集料分别成型AC-16,SAC-16,SMA-16级配类型混合料试件进行车辙试验和贯入剪切试验,验证结果表明分形维数与沥青混合料高温性能之间具有很好的相关性.     

基于影像及传感器的粗集料形态特征研究

为分析粗集料的形态特征,采用Image-Pro Plus数字图像处理技术及高精度电感传感器Digital Tread Depth Gauge对集料进行研究.从二维、三维层面对集料形态特征进行量化分析,二维形态特征由凸度(P)、轴度(AS)、圆度(R)表征,采用电感传感器深度仪Digital Tread Depth Gauge对集料测量得出集料厚度,引入三维形态特征指标参数厚宽比ζ,对集料三维形态特征指标进行量化分析.三维形态特征指标采用针度(ND)、片度(CS)、球度(DS)和形状因子(SF)进行表征.通过对粗集料形态特征指标统计分析,建立集料二维、三维形态特征数学模型.     

布敦岩沥青与粗集料黏附性能评价方法

为评价布敦岩沥青(BRA)与粗集料的黏附性能,根据粒径差异提出干拌称重法,给出定量评价指标——黏附系数δ,分析了粗集料岩性种类和布敦岩沥青预热温度对2种材料黏附性能的影响.借助表面能理论,通过分析不同粗集料-岩沥青体系的黏附功W_a,验证了采用干拌称重法评价布敦岩沥青与粗集料黏附性能的有效性.结果表明:粗集料岩性种类和布敦岩沥青预热温度均对2种材料黏附性能有显著影响,推荐布敦岩沥青预热温度为90～96℃.     

集料三维形貌特征对粘附性影响研究

为定量分析不同岩性集料形貌特征及其对沥青与集料这2种材料粘附性的影响,首先通过非接触式光学三维扫描技术获取集料颗粒表面的特征点云数据,采用三维粗糙度系数JRC3D参数定量表征集料的三维形貌特征;其次,改进粗集料与沥青的粘附性试验流程与评价标准,定量评价集料表面沥青膜在水煮条件下的剥落程度;最后,基于试验结果分析了集料的三维形貌特征对粘附作用的影响,对配伍原则提出建议。结果表明:JRC3D可作为路用岩石类集料表面三维粗糙度的评价指标;集料与沥青在接触时产生的粘附性受物理及化学吸附性能影响;其中物理吸附作用相对较弱,化学吸附相对较强;玄武岩宜搭配胶质含量较高的沥青,石灰岩宜搭配沥青质含量较低的沥青使用。     

粗骨料的等轴率、圆度和球度及其相互关系

运用图像分析软件(IPP软件)测定了石灰石和铁尾矿废石粗骨料的三轴特征、圆度和球度,采用统计产品与服务解决方案软件(SPSS软件)对不同粒级石灰石和铁尾矿废石粗骨料的等轴率、圆度和球度进行了统计分析,并建立了三者之间的相互关系.结果表明:不同粒级石灰石和铁尾矿废石粗骨料的等轴率、圆度、球度分布均近似符合正态分布;等轴率、圆度、球度这3个指标用于评价不同品种、不同粒级粗骨料的粒形特征具有良好的一致性;粗骨料球度与等轴率、圆度之间能够建立显著性极高的二元线性回归方程.     

粗集料微观形貌对集料—沥青粘附性能的影响

集料的性能特征于沥青混凝土的工程性能产生直接影响,但以往开展的大多数研究主要考虑了集料的吸水率、密度、强度等常规特征,少有研究基于集料的微观特征开展.该研究考察了粗集料微观形貌特征对集料与沥青粘附性能的影响.首先采用洛杉矶磨耗仪制备表面微观形貌存在显著区别的三种玄武岩粗集料,然后通过水煮试验和冻融循环试验分析了集料表面...     

粗集料强度对混凝土力学性能的影响

研究了粗骨料的种类、压碎指标等对不同强度等级混凝土力学性能的影响.通过研究发现,粗集料种类对低强度等级混凝土的影响不明显,但对高强混凝土的力学性能有较大影响,且对抗折强度的影响程度高于抗压强度,自身强度较高的玄武岩集料所配制的混凝土强度最高,可较同条件的石灰石混凝土高一个强度等级;对于同种岩性粗集料,压碎指标对高强混凝土抗折强度的和抗压强度影响规律相似,粗骨料压碎指标越大,混凝土的强度最低;采用压碎指标接近的不同岩性集料所配制混凝土的力学性能差别不明显.     

沥青混凝土非均质性对其蠕变行为的影响

为研究非均质性对沥青混凝土蠕变行为的影响,对沥青混凝土单轴蠕变试验进行了三维离散元模拟.生成了包含粗集料、沥青砂浆及空隙在内的沥青混凝土三维离散元数字试件,对数字试件微观组成材料之间的接触赋予了相应的微观接触模型,并通过室内试验对此模型进行了验证.在此基础上,假定粗集料刚度和沥青砂浆微观黏弹性参数服从Weibull分布,研究了粗集料和沥青砂浆的非均质性对沥青混凝土蠕变行为的影响.结果表明:随着粗集料和沥青砂浆均质度的增大,沥青混凝土的蠕变应变呈减小趋势,且随粗集料均质度增大而减小的幅度较沥青砂浆显著;粗集料刚度分布均匀时沥青混凝土的蠕变应变比粗集料均质度较低(均质度m=1.0)时减小49%.在沥青混凝土材料的选择中应更为重视粗集料的均质性.     

不同再生粗集料混凝土劈裂抗拉强度分布特征

通过劈裂抗拉强度和抗压强度试验,研究了水灰比分别为0.74,0.55和0.43的不同再生粗集料混凝土的劈裂破坏状况、劈裂抗拉强度及其分布特征,得到了不同再生粗集料混凝土劈裂抗拉强度与抗压强度之间的换算关系.不同再生粗集料混凝土的劈裂破坏不仅表现为再生粗集料和新水泥浆体之间界面的破坏,还表现为再生粗集料本身的断裂破坏;在相同水灰比条件下,不同再生粗集料混凝土劈裂抗拉强度的均值比单一再生粗集料混凝土小,但标准差和变异系数变化规律不明显;不同再生粗集料混凝土劈裂抗拉强度的分布可以用正态分布模型描述.     

再生粗集料初始含水率对混凝土性能的影响

通过设计试验研究了再生粗集料初始含水率对新拌再生集料混凝土塌落度及其物理力学性能的影响。研究结果表明:再生粗集料初始含水率将显著影响新拌混凝土塌落度及其经时损失。当再生粗集料为干燥或气干状态时,其较大的吸水率导致混凝土初始塌落度随再生粗集料替代率的增大而明显增大且经时损失减小。另外,由不同初始含水率再生粗集料配制的混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度均出现下降,饱和面干再生粗集料内部大量自由水导致混凝土抗压强度及劈裂抗拉强度下降最大;当再生粗集料为干燥状态时,混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度下降最小,但劈裂抗拉强度值较为离散,与其抗压强度值相关性较差。因此,在再生混凝土的实际工程应用中,应尽量避免使再生粗集料处于干燥或潮湿状态。     

颗粒整形对再生粗骨料混凝土工作性的影响

介绍了再生粗骨料颗粒整形强化技术,对比分析了简单破碎再生粗骨料和颗粒整形再生粗骨料的各种性能,通过试验研究了再生租骨料四种不同取代率0、40%、70%和100%,对两种再生粗骨料对混凝土工作性的影响.结果表明:在相同取代率情况下简单破碎再生粗骨料混凝土用水量较大,工作性较差,颗粒整形再生粗骨料混凝土的用水量比简单破碎再生粗骨料混凝土的用水量大显著降低、工作性较好;随着取代率的增加,简单破碎再生混凝土的工作性更差、用水量大幅增加,而颗粒整形再生混凝土仅用水量稍有增加,而工作性仍接近天然粗骨料混凝土.     

图像分析技术在混凝土断裂面研究中的应用

本文将先进的数值图像分析技术应用于破坏后混凝土断裂面的分析中,提出表征断裂面上粗集料破坏方式的参数——粗集料拉断概率的定义,并以不同强度等级、不同粗集料粒径的混凝土试件断裂面为例,探讨了粗集料拉断概率与混凝土强度和粗集料粒径的关系。初步的研究结果表明：混凝土强度越高,粗集料拉断率越大;在相同的混凝土强度下,粗集料粒径越大,粗集料拉断概率越大。     

Influence of aggregate characteristics on movement of the particle in concrete due to vibrating compaction

In this study, relations between aggregate movement and its characteristics such as grading, maximum size, particle shape and specific gravity were examined in relation to various mix proportions. Fine and coarse glass beads, natural sand and gravel, artificial lightweight coarse aggregate, cement mortar model coarse aggregate and steel balls were used. If the specific gravity of coarse aggregate is larger than that of the mortar mixture, fine particles float to the upper part and coarse ones settle to the lower part, and if the specific gravity of coarse aggregate is smaller than that, reversed movements were observed. The larger the specific gravity of coarse aggregate, the more the degree of settling particles to total ones. The larger the maximum size of aggregate, the larger the size of floating particles. Settling degree in the order of magnitude, is cubic, rounded and flat prismatic particle. Proper sand percentage that gives the minimum movements exists for each kind of aggregate.     

Quantification of coarse aggregate shape in concrete

The objective of this study is to choose indices for the characterization of aggregate form and angularity for large scale application. For this purpose, several parameters for aggregate form and angularity featured in previous research are presented. Then, based on these established parameters, 200 coarse quartzite aggregates are analyzed herein by using image processing technology. This paper also analyzes the statistical distributions of parameters for aggregate form and angularity as well as the correlation between form and angularity parameters. It was determined that the parameters for form or angularity of coarse aggregates could be fitted by either normal distribution or log-normal distribution at a 95% confidence level. Some of the form parameters were influenced by changes in angularity characteristics, while aspect ratio and angularity using outline slope, area ratio and radius angularity index, and aspect ratio and angularity index were independent of each other, respectively; and consequently, the independent parameters could be used to quantify the aggregate form and angularity for the purpose to study the influence of aggregate shape on the mechanical behavior of concrete. Furthermore, results from this study’s in-depth investigations showed that the aspect ratio and the angularity index can further understanding of the effects of coarse aggregates form and angularity on concrete mechanical properties, respectively. Finally, coarse aggregates with the same content, type and surfaces texture, but different aspect ratios and angularity indices were used to study the influence of coarse aggregate form and angularity on the behavior of concrete. It was revealed that the splitting tensile strength of concrete increased with increases in the aspect ratio or angularity index of coarse aggregates.     

再生粗骨料混凝土抗氯离子渗透性能的研究

试验用RCM法研究了再生粗骨料的种类、取代率,胶凝材料用量及粉煤灰对再生粗骨料混凝土抗氯离子渗透性能的影响.结果表明,颗粒整形再生粗骨料混凝土抗氯离子渗透性能,优于简单破碎再生粗骨料混凝土,但差于天然粗骨料混凝土;再生粗骨料混凝土的抗氯离子渗透性能,随粗骨料取代率的增加而降低,随胶凝材料用量的增加而有所提高;掺加粉煤灰可提高再生粗骨料混凝土的抗氯离子渗透性能.     

再生粗骨料级配的分形特征

应用分形理论测定并分析了最大粒径不同时,不同分形维数的粗骨料级配对再生混凝土坍落度以及3,28 d抗压、抗折、劈拉强度的影响.结果表明:最大粒径不同时,同一级配分形维数对应的再生混凝土其工作性能及强度性能不同,因此,再生粗骨料的分形维数必须用最大粒径来限定.     

颗粒整形对再生粗骨料混凝土工作性和强度的影响

试验研究了简单破碎再生粗骨料和颗粒整形再生粗骨料40%,70%和100%取代天然骨料,对混凝土工作性和强度的影响.结果表明:在相同取代率情况下,简单破碎再生粗骨料混凝土用水量较多、强度较差,颗粒整形再生粗骨料混凝土的用水量比简单破碎再生粗骨料混凝土显著降低,强度明显提高;随着取代率的增加,简单破碎再生混凝土的用水量增加较多、强度下降较大,而颗粒整形再生混凝土用水量略有增加且强度稍有降低,但是完全取代时的用水量和强度仍接近天然粗骨料混凝土.     

骨架型沥青混合料粗集料颗粒接触形态变化规律

为了揭示骨架型沥青混合料粗集料颗粒接触形态的变化规律,提出了单位截面图像面积颗粒接触数na、单位截面图像面积颗粒接触长度la、单颗颗粒接触数npi和单颗颗粒接触长度与颗粒周长之比rpi以及它们的系统平均值ne,le等颗粒接触参数.采用相邻颗粒中较小颗粒的粒级估计搜索窗半径,并扣除边界颗粒的影响,在此基础上,对13型、20型两类多粒级(热拌沥青)混合料进行大样本接触分析试验.结果表明:随着粗集料中细组分(B)掺量(wB)的增加,13型、20型混合料的na,la均单调递增,na,la值能够反映混合料的骨架组成.ne-wB,le-wB曲线峰值位置和VCA(混合料骨架间隙率)-wB曲线谷值位置一致,ne-wB,le-wB曲线峰值位置对应粗集料颗粒最紧密接触形态.不同混合料的npi分布曲线形状相似.随粗集料细组分掺量的增加,npi分布曲线峰值位置右移.当粗集料细组分掺量达60%时,粗集料颗粒达到最紧密接触形态,npi分布曲线峰值位置开始左移,粗集料粗、细组分的rpi值均达到最高.     

矿渣集料混凝土耐热性的试验

为综合利用工业废渣,以高炉矿渣为粗细集料配制混凝土,于110℃烘干24 h后,在极限耐热温度分别为300、500、700℃下恒温3 h,研究砂率、粗集料最大粒径、水灰比和水泥用量对矿渣集料混凝土耐热性的影响。结果表明:混凝土在300℃的相对耐压强度大于100%;500℃的相对耐压强度为57%~86%;700℃的相对耐压强度为22%~58%。增大砂率、减小粗集料最大粒径、降低水灰比、减少水泥用量,有利于提高混凝土的耐热性;用矿渣集料完全能配制500℃耐热混凝土。