级配对矿质颗粒体离析的影响研究及应用

 为取得不易离析的路面颗粒材料,开展了级配对矿质颗粒体离析的影响研究。首先通过实验研究,确定反映路面颗粒材料离析的试验方法;然后应用级配设计理论,设计不同级配参数的矿质颗粒体,根据各颗粒体离析试验结果,采用级配设计参数与表征颗粒体粒径分布的平均粒径与粒径分散系数,分析颗粒体级配与其离析程度的关系。研究发现,最大粒径相同的颗粒体,平均粒径和粒径分散系数存在离析程度最小的临界值,超出此临界值的颗粒体离析程度变大;临界值对应的级配为次级粒径颗粒填充上级粒径颗粒空隙时,留下适当空间的级配;且平均粒径和粒径分散系数存在良好对应关系,粒径分散系数随平均粒径的增大而减小。另外,对比分析了矿质颗粒体离析试验与沥青混合料施工离析的对应关系。     

路面颗粒材料离析性的评价方法

针对路面颗粒材料因离析造成路面破坏的问题,根据路面颗粒材料离析过程设计离析试验,选择四元矿质混合料为研究对象,建立其粒径连续分布模型,取得表征材料级配的参数,以此分析颗粒材料的离析性.研究结果表明,采用粒径分散系数差可以评价颗粒材料的离析程度,而且据此可以便捷评估离析的颗粒材料是否仍然可用于路面铺筑;此外,伴随颗粒材料平均粒径和粒径分散系数的增大,颗粒材料的离析程度有明显增大的趋势.此离析性评价方法也可用于分析沥青混合料的离析.     

颗粒级配对粗骨料充填料浆离析的影响

基于不合理的颗粒级配是粗骨料充填料浆发生离析的重要因素,以富勒公式为基础,建立平均粒径和粒径分散系数2个级配表征参数。基于魏茅斯干涉级配理论设计11种颗粒级配,并以此进行离析实验确定粒径分散系数的合理范围,利用云南某矿固体物料进行室内验证实验。研究结果表明:以屈服应力175~225 Pa、膏体料浆粒度低于20μm颗粒质量分数为约束条件,可得当粗骨料充填料浆合理离析率为11.65%~14.53%时,其粒径分散系数K为1.43~1.45,平均粒径为1.89~2.00 mm;基于原级配的优化调整必要且有效;料浆质量分数为68%的G3和质量分数为70%的G2离析率测量值与合理离析率相比,误差分别为3.23%和5.75%,粗骨料充填料浆粒径分散系数和平均粒径的范围可靠、准确。     

混合骨料级配对充填料浆离析的影响

针对金川矿山废石-棒磨砂混合骨料充填料浆存在的离析问题,通过优化混合骨料级配来控制料浆的离析率。首先,对充填骨料进行物化分析及级配分析,通过堆积密实度试验确定混合骨料配比,以WeyMouth粒子干涉理论为基础设计8种级配的混合骨料,并以此进行料浆离析试验;其次,基于Fuller公式建立混合骨料粒径连续分布模型,结合统计学基本原理建立平均粒径和粒径分散系数2个级配表征参数。然后,根据离析试验结果,以屈服应力为条件,确定混合骨料平均粒径和粒径分散系数。最后,以金川矿山充填材料进行验证试验。研究结果表明:在废石与棒磨砂质量比为7:3,屈服应力为50～60 Pa条件下,满足混合骨料高浓度料浆管道自流输送的离析率为16.76%～21.55%,由此确定混合骨料的平均粒径为4.99～5.39 mm,粒径分散系数为1.42～1.45。当料浆质量分数为80%时,级配T1和T2的离析率分别为16.38%和17.04%,与界定值16.76%～21.55%相比较,相对误差分别为1.17%和2.28%,说明确定的混合骨料级配参数范围具有一定的可靠性。     

AC-25级配离析的分形评价标准及预测方法

为探究沥青混合料设计过程中的级配离析控制问题,选取沥青混合料AC-25中具有代表性的7种级配类型,对不同级配类型的沥青混合料在摊铺后碾压前,选取3个典型点位进行取样,分析其级配变化状况,计算其级配离析变异指标,并对成型路面的构造深度进行了测试;从沥青混合料集料级配的自相似性出发,利用分形理论计算了7种级配的分形维值;采用SPSS统计软件对不同级配分维值、级配离析指标与路面构造深度之间的关系进行了回归分析。研究结果表明:密级配沥青混合料AC-25的级配分维值与级配离析指标间存在较强的线性关系,采用级配分维值建立的级配离析指标线性回归模型可用作对设计级配的评价;级配离析指标与路面构造深度比之间存在显著的指数相关关系,验证了级配离析指标在反映已建路面质量均匀性上的合理性。同时借鉴NCHRP 441相关标准,提出了基于级配设计阶段的AC-25离析评价标准和预测方法,为沥青混合料设计阶段有效控制路面离析提供了参考。     

粗粒级膏体充填材料静动态抗离析性能表征

为表征粗粒级膏体充填材料的抗离析性能,基于固液两相流体力学及非牛顿流体力学,对粗颗粒的静动态受力进行分析,构建膏体充填料浆静动态抗离析力学模型。综合考虑浆体屈服应力、粗颗粒粒级分配和固液密度,提出抗离析性能表征模型,即离析判定值M。为检测该模型,以料浆浓度、粗颗粒最大粒径、尾碎比为三因素,进行9组正交实验,并对实验结果进行拟合分析。研究结果表明:离析判定值M的预测结果与实际结果一致,其中,M的最大值M_(max)和M的平均值M_(avg)的拟合复相关参数均达到0.9以上,模型具有可靠性。合理选取粗颗粒粒径计算标准,即可实现对粗粒级膏体料浆抗离析性能的准确预测。建议离析判定值M_(avg)为1.0~2.5,离析判定值M_(max)为1.0~1.2。     

粗粒土级配及颗粒破碎分形特性

验证颗粒质量-粒径分布分形模型用于表示粗粒土级配的适用性,研究粗粒土在不同缩尺粒径的情况下,采用不同缩尺方法缩尺后土体分形维数的变化规律;基于分形维数建立缩尺级配与原始级配之间的联系,分析不同母岩材料、级配和颗粒形状粗粒土三轴试验资料,推算粗粒土的相对破碎率,并探讨分形维数与相对破碎率的关系。研究结果表明:分形维数能定量描述粗粒土的原始级配和缩尺级配,不同缩尺方法得到的粒度分形曲线形态有较大差别,与原始级配的粒度分形曲线有不同程度的偏离,缩尺粒径越小偏离程度越大。在所研究的4种缩尺方法中,分形维数与缩尺粒径的对数呈较好的线性关系;围压越大,破碎分形维数和相对破碎率越大,试验前粗粒土的分形维数越大,剪切试验后相对颗粒破碎率越小。不同母岩、级配和颗粒形状的破碎分形维数与相对破碎率呈幂函数关系,通过分形维数和拟合参数可估算不同围压下的相对破碎率。     

四元体高强低密度纤维水泥体系的研制

为了解决目前油井水泥拌合料配比设计困难的难题,进一步拓展漂珠微硅类低密度水泥体系的应用范围,基于颗粒级配增强、纤维增韧的技术思路,研制了颗粒级配增强材料KZ和早强剂ZR,并优选了长度为600μm和1050μm的化学改性纤维作为增韧材料,最终在1．15～1．45g／cm^3范围内优化设计出4种不同密度的新型四元体低密度水泥体系,并对该体系的水泥石力学性能和浆体性能进行了系统评价．实验结果表明：四元体系强度明显高于目前现场使用的同一级别的低密度水泥,改性纤维的架桥阻裂作用可显著提高水泥石韧性,水泥浆失水量和游离液含量较低,防窜能力强,稠化和流变性能满足要求,体系稳定性好,验证了四元体系粒径分布的合理性．研究结果为多元体油井水泥体系设计提供了一条新途径．     

基于Yade的不同级配砂土三轴压缩性状分析

基于离散元开源系统Yade,开发一种可以确定材料初始孔隙度与级配的滚动阻力DEM模型,结合Labenne砂的室内试验与引入滚动效应的三轴压缩模型的数值试验,探索了级配对砂土材料的力学性质及微观参数的影响。基于数值试验结果,分析了模型中了颗粒力链随三轴模型变形的变化规律。通过制备5组不同的级配的数值模型,对比Labenne砂的室内试验,结果表明:①不均匀系数对砂土峰值强度有着明显的影响作用;②不均匀系数对颗粒配位数及局部应力有很大的影响,级配越均匀,平均配位数越大。     

高应力条件下南京砂破碎特性的试验

对南京砂进行了不同终止压力下的侧限压缩试验,研究其高应力下的破碎特性.对试验前后的试样进行颗粒分析,并运用修正后的Hardin模型对其破碎进行了度量,分析了试样的粒径及级配与破碎率之间的关系.结果表明:当应力从20MPa增加到120MPa时,不同粒径土样发生了不同程度的破碎;粒径为0.5～1mm的颗粒在相同的应力下相对破碎Br明显小于粒径为2～5mm的颗粒;2种不同级配的颗粒,级配良好的试样在应力为120MPa时Br为16%,而级配不良的试样在相同应力下Br为26%.因此,颗粒破碎程度随所受压力和颗粒粒径增加而增大,且颗粒级配越差颗粒破碎率越高.     

基于接触应力集中的沥青路面抗滑性能评价研究

为了给抗滑表层沥青混合料级配设计提供参考,基于高精度压力胶片测试技术,开展不同搓揉时间下的胎/路接触应力分布特性研究。通过2种粗集料2种类型沥青混合料的对比,研究轮胎作用下沥青路面的抗滑性能衰减规律;并从接触力学的角度建立沥青路面抗滑性能评价指标。结果表明:轮胎与路面接触应力呈现显著的非均匀分布,主要包括有效接触面积与应力集中效应。初始状态下胎/路有效接触面积与应力集中主要与级配设计有关;而在搓揉过程中,随着路面构造的二次圧密与粗集料磨耗,有效接触面积持续增加,应力集中减少;应力集中分布度指标可以较好描述应力集中效应。分析表明,轮胎接触应力集中与路面摩擦系数呈现良好的线性关系。试验证明,骨架密实型级配与优质粗集料均有利于提高沥青路面抗滑耐久性能;而级配的影响更显著,磨耗层设计中应当给以重视。     

运用无损检测方法评价沥青混合料转运车的使用效果

本文对转运车使用与否两种工况，对12m、8.75m和6.25m三个不同摊铺宽度时的摊 铺效果分别进行检测，分别采用激光纹理构造深度仪对已碾压成型的沥青路面进行全幅检测， 比较分析表面均匀性；分别采用无核密度仪比较评价已碾压成型的沥青路面进行全幅检测， 比较分析内部均匀性；分别采用红外热像仪对松铺的热沥青混合料的温度拍摄红外热图，比 较分析温度均匀性。检测结果表明，使用转运车时表面无离析率大于不使用转运车时；使用 转运车时路面内部无离析率较不使用大；内部离析评价结果和红外热像均反映出使用转运车 改善离析的作用超过了一幅摊铺宽度偏大的影响，使用转运车减小温度离析作用明显。     

沥青路面离析的数字图像评价方法

为快速有效评价沥青路面的离析程度,文章采用数字图像技术研究沥青路面的非均匀性.文中分析了常用的沥青路面离析的图像处理评价方法的不足,提出了基于分析路面纹理中下凹区域的宏观构造宽度评价沥青路面离析的新方法.此法通过对宏观构造中的下凹区域照相并获得二值图像,并将二值图像中对应的下凹区域的平均宽度定义为路表宏观构造宽度K,以构造宽度K和构造深度TD建立模型,来评价沥青混合料的集料离析程度.研究结果表明:构造宽度K值与传统的手工铺砂法测出的构造深度TD具有良好的相关性,能较好地表征沥青路面的集料离析程度.     

基于料堆试验的沥青混合料离析影响因素分析

为了分析沥青混合料的离析特性,首先提出一个利用各矿料组分在空间分布上的变异系数组合而成的离析指标,然后通过料堆试验分别对AC型和SMA型沥青混合料的5种不同级配进行试验,既验证了此指标的可靠性,同时也获得了骨料级配、沥青用量以及温度等因素对这2种沥青混合料离析程度的影响.试验结果表明:SMA相对于AC型沥青混合料有较强的抗离析性能;对于同一种混合料,温度的影响作用非常小,而沥青用量的影响则远远大于温度的影响,并与离析指标近似成线性关系.     

RAP粒径对水泥稳定再生混合料的性能影响研究

为了研究旧沥青混凝土对水泥稳定再生混合料的性能影响,拟定了4种粒径范围的RAP替代相同粒径范围的RBP集料,对比采用骨架密实级配和悬浮密实级配的再生混合料,通过室内力学试验进行分析,并利用电子显微镜对RAP替代不同粒径RBP的混合料界面进行观察.试验结果表明:采用骨架密实和悬浮密实级配的混合料,当RAP替代粒径大于4.75mm,随着RAP替代粒径的增大,再生混合料的强度、模量均有明显降低,干燥收缩系数逐渐增大.粒径范围为2.36~4.75mm的RAP集料替代相同粒径范围的RBP集料,采用骨架密实级配的水泥稳定再生混合料,强度和模量降低幅度较小,同时干燥收缩系数有明显提高,RAP粒径越小,RAP与RBP界面融合程度越高.     

沥青路面施工质量的均匀性评价方法研究

沥青路面施工离析导致路面的非均匀性是早期病害的主要根源。为了有效地评价路面施工质量的均匀性,通过采用新一代无核密度仪(PQI 380),获取新建沥青路面大样本密度检测数据,并分别利用比对试验一致性分析、空隙率区间统计、空隙率二维以及三维灰度图的方法评价路面施工质量。综合对比结果表明：上述方法建立均匀性评价指标,能定量评价沥青路面横向、纵向和整体施工均匀性质量,以及确定路面离析区域位置、大小和成因。     

基于图像的AC20型混合料集料接触分布变异性

为量化集料之间的接触关系,提出了一种基于数字图像的沥青混合料集料接触分析方法,以AC20型沥青混合料为例,对72个车辙板试件切片图像进行处理,得到每个切片上集料接触数量及集料特征;通过统计分析,得到AC20型沥青混合料接触对总体分布规律,各档集料的接触对分布规律及单颗集料接触数分布规律;并分析了大于2.36 mm集料含量C>2.36,集料级配的细度指数FI和离析指数SI对样本接触对数量变异性的影响规律及这三个指标的内在联系.通过对AC20型沥青混合料接触状况的量化分析,可将接触特征作为混合料级配设计的参考因素,指导级配设计.     

基于加速加载试验的微表处长期路用性能

现有微表处技术指南中评价微表处路用性能的试验方法与实际情况差异较大,影响了微表处技术的应用与发展.以轮胎驱动式路面功能加速加载试验系统为基础试验平台,通过室内加速加载试验研究集料级配、填料类型与用量和聚丙烯纤维用量等对微表处混合料抗滑性能和耐磨耗性能的影响.试验研究结果表明:粗级配微表处的抗滑性能相对较好,然而耐磨耗性能相对细级配微表处要差;适当增加水泥或添加矿粉都可以较大地提高微表处的耐磨耗性能;掺入适当比例的聚丙烯纤维可以显著提高微表处的抗滑性能和耐磨耗性能.研究结果同时表明了轮胎驱动式路面功能加速加载试验系统可真实模拟轮胎与路面间的相互作用,快速和定量评价路面的表面功能.     

DEM模拟解析二元混合颗粒粒径偏析分布规律

颗粒粒径偏析分布是高炉炉顶布料过程中不可避免的现象,易造成炉喉处局部料层的空隙度降低和压差升高,影响煤气流的均匀分布,继而间接影响炉况的顺行。通过DEM离散单元法模拟研究二元混合颗粒的偏析分布规律,同时,提出一个偏析指数T,用以表征粒径偏析分布的相对程度。研究结果表明:同一T值图中,相邻区域颗粒的T值相差越大,则该区域颗粒的粒径偏析程度越大;不同T值图中,所有相邻T值之差的平均绝对值越大,则颗粒堆积整体粒径偏析程度越为严重。