1、瀝青混合料均勻性評價(jià)方法摘要：本文采用掃描電鏡（SEM）研究了瀝青混合料中填充顆粒的分布。瀝青混合 料采用石灰石粉、花崗巖粉和流紋巖粉三種不同的填料進(jìn)行分離試樣。在瀝青粘 結(jié)劑膜的兩個(gè)位置拍攝圖像，（i）靠近集料表面和（ii）遠(yuǎn)離集料表面，通常位于粘合 劑膜的中間。對（i）每個(gè)位置和（ii）每種類型的填充劑進(jìn)行圖像分析。圖像分析結(jié)果 表明，填料在瀝青膠結(jié)膜內(nèi)均勻分布，其分布不受填料顆粒表面電荷性質(zhì)的影響。關(guān)鍵詞：瀝青混合料；填料；表面電荷；掃描電子顯微鏡；均勻性；T分布1 介紹填料顆粒是瀝青混合料中最主要的部分，其分散在瀝青結(jié)合料中，無顆粒間 接觸1。填料的功能是（i）增加瀝青結(jié)合料的剛度，（

2、ii）提高瀝青結(jié)合料和集 料之間的粘結(jié)強(qiáng)度，（iii）減少瀝青混合料的永久變形等2-4。盡管有些規(guī)范規(guī) 定填料5-8的具體級配，通常低于75的顆粒被認(rèn)為是填充材料2,9-13。本研 究采用了相同的定義。利用先進(jìn)的顯微成像技術(shù)，現(xiàn)在可以驗(yàn)證瀝青混合料中填充物分布的性質(zhì)。這就是本研究的目的。在這項(xiàng)研究中，掃描電子顯微鏡（SEM）用作成像工具。本研 究旨在回答以下問題。（a）填料在瀝青混合料的粘結(jié)膜中是如何分布的？填充物顆粒是否均勻分布 或顆粒形成簇狀（靠近或遠(yuǎn)離較粗的顆粒）？（b）當(dāng)酸性或堿性的骨料和填料以不同的組合使用時(shí)，其分布會受到影響嗎? 下面將討論這些問題。實(shí)驗(yàn)研究本研究選用符合印度規(guī)范6

3、的瀝青混凝土（BC）（2級）中點(diǎn)級配作為瀝青混合料 （見表1）。對于制備的所有樣品，瀝青粘結(jié)劑的含量相對于混合料的總重量保持 5.5%不變，填料的含量相對于混合料的總重量保持7%不變。各組分的權(quán)重（每 1000克總配比）如表1所示。材料本研究中使用的骨料、填料和瀝青粘結(jié)劑均在當(dāng)?shù)厥占?。分別用石灰石粉、花崗巖粉和 流紋巖粉三種不同類型的填料制備瀝青混合料試樣。所有瀝青混合料樣品的其余部分均采用 石灰石。比重計(jì)分析得到的填料粒徑分布如圖1所示。瀝青混合料樣品的制備及SEM研究采用馬歇爾模型37,38為每種填料制備瀝青混合料試樣。此外，采用以下工藝制備適合 SEM研究的樣品。（a）切割:從Marsh

4、all試樣中切割25 mm直徑的巖心（見圖2（a）。這些圓柱核心樣本進(jìn)一 步切成小塊（厚度5mm1mm）通過使用金剛石鋸切機(jī)（參見圖2 （b）。（b）磨削:磨削樣品使用80|1。自來水（溫度約25C）用作冷卻劑。磨削結(jié)束后，試樣的厚 度約為3mm。（c）拋光:樣品進(jìn)一步在旋轉(zhuǎn)圓盤（150rpm）上拋光。對樣品進(jìn)行拋光，使用57r的砂粒。 最后，拋光表面可以進(jìn)行微觀觀察（見圖2（c）。掃描電鏡成像瀝青混合料是一種非導(dǎo)電材料。為了使其具有導(dǎo)電性，在4-6pa的壓力下，在濺射裝置 中涂敷10nm厚的金鍍層4min(見圖3(a)。隨后，將樣品置于SEM電子槍下方(見圖3(b)。本 研究采用背散射檢測器

5、(BSD)電子模式。圖4顯示了瀝青混合料樣品的典型圖像，其中可以識別骨料、粘結(jié)膜和填料。為了研究 填料的分布，我們選擇了瀝青膠結(jié)膜內(nèi)的兩個(gè)位置，大約在膠結(jié)膜的中間。即靠近集料表面 的一點(diǎn)(i)和遠(yuǎn)離集料表面的一點(diǎn)(ii)。這兩個(gè)位置在圖4(A)中分別為點(diǎn)A和點(diǎn)B。圖4(b)顯示 了在“A”位置拍攝的放大圖像。圖4(c)顯示了進(jìn)一步放大的圖像，其中可以識別大小為10R及 以下的填充顆粒。圖5為兩處典型的以石灰石、花崗巖和流紋巖為填料的瀝青混合料的圖像。 得到這兩個(gè)位置的20幅這樣的圖像(像素尺寸為1024px668p，即337.92rx220.44r)，對每種 類型的填料進(jìn)行進(jìn)一步分析，分析結(jié)果

6、在下一節(jié)中給出。分析與結(jié)果為了確定SEM成像中觀察到的顆粒能夠真實(shí)識別填料顆粒，將顆粒的粒徑分布與原配制 混合物中加入的填料顆粒粒徑分布進(jìn)行對比。比較結(jié)果如圖6所示。對比結(jié)果表明，該分布 吻合較好，從而驗(yàn)證了 SEM圖像中捕捉到的顆粒確實(shí)是填充顆粒。文獻(xiàn)中提出了多種研究瀝青混合料和水泥混凝土中隨機(jī)粒徑骨料均勻性的方法43-46。 在這些方法中，通常研究的是在不同位置估計(jì)的某些參數(shù)的空間變化。如果變化很小(在樣本 內(nèi)的不同位置)，則可以認(rèn)為該特定尺寸范圍內(nèi)的粒子分布均勻。參數(shù)舉例如下：在指定的圖像區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的粒子數(shù)43-50，粒子間平均距離45,51，面積占位，即粒子占圖像總面積的分?jǐn)?shù)區(qū)域43,

7、44，粒子在圖像中的整體質(zhì)心位置等45,46。本文以整體質(zhì)心為參數(shù)，研究了瀝青混合料中填料顆粒分布的均勻性。整體重心的位置 (X, Y)的所有粒子(填料，在目前的情況下)可以發(fā)現(xiàn)如下，的面積是第i個(gè)粒子,(,)的中心坐標(biāo)第i 個(gè)粒子和n是圖像中的粒子數(shù)。整體質(zhì)心相對于圖像中點(diǎn)的偏心將決定填充顆粒的均勻性。 如果偏心量較小，則可以認(rèn)為填料的分布是均勻的。因此，所涉及的圖像處理步驟為:(i)對比度增強(qiáng)和閾值化39，(ii)粒子邊界40的檢測，(iii) 尋找單個(gè)粒子40的面積和質(zhì)心，(iv)尋找整體質(zhì)心40。圖7通過圖示的例子說明了一些步 驟。對于每個(gè)圖像和每種類型的混合，得到單個(gè)填充粒子的質(zhì)心。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)方案中，圖像 尺寸保持不變，可以將結(jié)果疊加在相同的圖形上。因此，圖8(a)、(c)和(e)分別給出了 20種 摻有石灰石粉塵、花崗巖粉塵和流紋巖粉塵填料的混合料在”位置的整體質(zhì)心坐標(biāo)。同樣的， 圖8（b）、（d）和（f）分別給出了 20種摻有石灰石粉塵、花崗巖粉塵和流紋巖粉塵填料的混合料在 “B”位置的整體質(zhì)心坐標(biāo)。從圖9可以看出，考慮到所有的圖像，從圖像中心到整個(gè)質(zhì)心的徑向距離（即偏心）在 39.0R到0.9r之間變化。徑向距離值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差如表2所示。由于取圖像尺寸為 337.92rx22