集料 (aggregate) 亦称骨料, 是指在混合料中起骨架和填充作用的粒料, 包括碎石、砾石、机制砂、石屑、砂等。在沥青混合料中, 粗集料是指粒径大于2.36mm的碎石、破碎砾石、筛选砾石和矿渣等。路面的设计与施工, 对用于路面结构层的石料, 在其硬度或强度方面都有一定的要求, 尤其是用作面层的石料, 更要求耐磨能力强, 以抵抗行车的冲击、压碎和磨耗作用。对于石料的这些技术要求, 不同国家采用的技术指标和试验方法不尽相同, 主要磨耗试验方法分别有洛杉矶法 (Los Angeles) 、道瑞试验 (Dorry) 和狄法尔法 (Devel) 。
1 试验方法概述
1.1 粗集料磨耗试验 (洛杉矶法)
国家现行规范《公路工程集料试验规程》 (JTG E42-2005) 规定:该实验目的是测定标准条件下粗集料抵抗摩擦、撞击的能力, 以磨耗损失 (%) 表示, 适用于各种等级规格集料的磨耗试验。主要设备为洛杉矶 (搁板式) 磨耗试验机, 还有钢球、标准筛等。首先将不同规格的集料用水冲洗干净, 置烘箱中烘干至恒重, 对所使用的集料, 根据实际情况按规定选择最接近的粒级类别, 确定相应的试验条件。按规定的粒级组成备料、筛分, 然后分级称量, 称取总质量装人磨耗机圆筒中, 并按规定数量和质量选择钢球加入机器中。磨耗后, 将试样用l.7mm的方孔筛过筛, 筛去试样中被撞击磨碎的细屑, 准确称量留在筛上的碎石。按式Q= (m1-m2) /m1×100计算粗集料洛杉矶磨耗损失, 式中:Q为洛杉矶磨耗损失 (%) ;m1为装人圆筒中试样质量 (g) ;m2为试验后在1.7mm筛上洗净烘干的试样质量 (g) 。
1.2 粗集料磨耗试验 (道瑞试验)
《公路工程集料试验规程》 (JTG E42-2005) 规定:该试验用于评定公路路面表层所用粗集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。主要设备为道瑞磨耗试验机, 还有金属模子、溜砂装置等, 以及磨料、胶结料、脱模剂等消耗材料。首先取样备料, 经过排料、吹砂、拌制树脂砂浆等环节成型试件。称量试件质量, 装入磨耗机, 加入磨料, 磨耗完毕后从磨耗机内取出试件, 称取质量。每块试件的集料磨耗值按式AAV=3 (m1-m2) /ρs计算, 式中AAV为集料的道瑞磨耗值;m1为磨耗前试件的质量 (g) ;m2为磨耗后试件的质量 (g) ;ρs为集料的表干密度 (g/cm3) 。
1.3 狄法尔法磨耗试验
《公路工程集料试验规程》 (JTG E42-2005) 已将狄法尔法磨耗试验删去, 《公路工程集料试验规程》 (JTJ 058-2000) 版将狄法尔法磨耗试验分为砾石磨耗试验和碎石磨耗试验, 这两个试验除了筛孔尺寸和集料质量不同外, 试验原理均一样, 试验的目的是测定石料抵抗摩擦、撞击作用的能力。主要设备为狄法尔式 (双筒式) 磨耗试验机, 还有烘箱、圆孔筛等。首先按规定选出一定规格和质量的集料两份, 分别放人磨耗机两圆筒中, 磨耗后将集料自筒中取出, 经2mm的圆孔筛过筛后, 称取留在筛上的碎石质量。按式Q= (m1-m2) /m1×100计算粗集料狄法尔磨耗损失, 式中Q为集料狄法尔磨耗损失 (%) ;m1为装人圆筒中试样质量 (g) ;m2为试验后在2.2mm筛上洗净烘干的试样质量 (g) 。
2 试验方法讨论
车辆动态作用于路面, 轮胎对路面石料有摩擦、剪切作用, 石料之间在这种外力作用下出现位移, 也互相摩擦和剪切。粗集料的洛杉矶磨耗损失是集料使用性能的重要指标, 也是应用最广的一个技术指标, 尤其是沥青混合料和基层集料, 它与沥青路面的抗车辙能力、耐磨性、耐久性密切相关。一般磨耗率小的集料耐磨, 耐久性好。
洛杉矶法和狄法尔测定的是集料抵抗摩擦、撞击的能力, 以磨耗损失率 (%) 表示。与狄法尔法比较, 洛杉矶法主要特点是:试验时间短, 省时、省工;比较符合实际路用状况, 桶内石料受到的摩擦、撞击、剪切力较大, 试验效果明显;试验结果级差较大, 易于判断集料的优劣, 是被广泛采用的标准磨耗试验方法。软弱颗粒含量多风化严重的集料很难通过该指标。
而狄法尔法试验时间长, 长达5小时以上, 费时、费工;集料粒径级配较单一, 与实际路用状况相符度较差, 由于是桶内的石料之间相互作用, 石料受到的摩擦、撞击、剪切力较小, 试验效果差;不同性质的石料试验结果级差较小, 不易判断石料的优劣, 因此现行规范已淘汰了该方法, 但该方法在一定范围内仍在使用, 市场上这类试验仪器还有销售。
虽然洛杉矶式法和狄法尔法均为撞击式磨耗试验, 但试验结果不同, 不能相互替代。这两种试验确定的是石料抵抗冲击、边缘剪力和摩擦综合作用的性质, 而不是纯磨耗, 因此这种磨耗方式还不能真实反映集料抵抗磨耗的能力, 也不能很好地体现汽车轮胎对路面的磨耗作用。
路面抗滑表层所用集料的耐磨性常用道瑞磨耗值评价, 道瑞磨耗试验 (转盘式) 是一种纯磨耗, 相对而言, 它与汽车轮胎对路面的磨耗作用极为接近, 因此磨耗值用于评定公路路面抗滑表层所用粗集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。集料磨耗值愈高, 表示集料的耐磨性愈差。
沥青路面设计规范规定:路面抗滑表层用的集料除应满足磨光值 (PSV) 要求外还应满足冲击值 (LSV) 和道瑞磨耗值 (AAV) 的技术要求。因为冲击值、道瑞磨耗值与洛杉矶磨耗值的相关关系很好, 而且洛杉矶磨耗应用很普及, 为简化指标, 在工程上一般用洛杉矶磨耗值指标代替冲击值和道瑞磨耗值指标。对路面材料有特殊要求时宜对冲击值和道瑞磨耗值进行检验。
因此, 洛杉矶法与道瑞试验以其各自的试验检测原理, 从不同角度描述了石料抵抗磨耗的能力, 试验结果级差较大, 工程意义明显。
摘要：石料抵抗磨耗作用的能力, 体现了集料的力学性质, 其磨耗试验测定方法分别有洛杉矶法、道瑞试验和狄法尔法。洛杉矶法与道瑞试验以其各自的试验检测原理, 从不同角度描述了磨耗值, 试验结果级差明显, 工程意义明显。
关键词：集料,磨耗,洛杉矶法,道瑞试验,狄法尔法
参考文献
[1] 中华人民共和国行业标准.JTG E42-2005, 公路工程集料试验规程[S].北京:人民交通出版社, 2005.
[2] 中华人民共和国行业标准.JTJ 058-2000, 公路工程集料试验规程[S].北京:人民交通出版社, 2000.
[3] 王琪.新旧规程粗集料试验方法的对比[J].北方交通, 2006 (3) :22～24.
[4] 刘清泉, 等.集料磨耗试验机的研制及其精度试验[J].公路交通科技, 1994 (4) :7～12.