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新版交通部行业标准配套试验设备推荐系列之集料篇
发布时间:2024-03-28 浏览次数:9330 来源:欧美大地
今年是交通行业标准大规模更新的一年,包括集料,无机结合料稳定类材料,岩石,沥青及沥青混合料,以及公路沥青路面施工技术规范等重要的行业标准都将在使用多年后迎来重要更新。作为国内道路工程材料和结构试验设备最主要的试验设备供应商之一,我们将推出一系列新规范的解读文章,来帮助大家了解需要配备哪些新的试验设备来满足新规范的要求。
注:本系列新规范的解读以相关新增试验设备的介绍为主,关于试验方法的细节调整因篇幅限制无法涉及,有兴趣的请关注相关规范的释义手册和规范宣贯。
本篇为该系列文章的第一篇:JTG 3432公路工程集料试验规程(以下均简称“新规范”)新增试验设备。


图1:新版集料试验规程


新版集料试验规程在2005年版本规范的基础上将集料调整为:粗,细,填料(原来命名为矿粉),工业矿渣集料和再生集料5类。增补试验方法23项,修订20项,删除2项。其中,几项试验方法需要新增试验设备来完成,这些方法包括了以下内容。


T0362粗集料棱角性试验(流动时间法)
集料棱角性的试验方法在2005年版旧规范中只收录了细集料的测试方法,即T0344的间隙率法和T0345的流动时间法,但没有粗集料棱角性的试验方法。此次新规范修订,增加了适用于公称最大粒径为9.5~19.0mm的粗集料棱角性的试验方法,参考EN 933-6试验方法编写,即T0362粗集料棱角性试验(流动时间法)。

这种试验方法主要在欧盟以德国为代表的地区使用,通过记录粗集料在振动台的作用下通过专用流动装置流出的时间来评价棱角性。我们已经在德国进口原型机的基础上完成了该设备的国产化工作,并通过大量试验选定了易于国内获取的粗集料标准样品,并由交通运输部公路科学研究院进行定值。同时,目前正在修订的新版公路沥青路面施工技术规范中也增加了棱角性指标的要求。

表1:新版沥青路面施工技术规范对于沥青混合料用粗集料技术要求中对于棱角性的要求


注:表格信息来自于公开征集意见阶段的新规范版本,仅供参考;准确信息以正式发布的新规范为准。

我们在对粗集料棱角性试验仪进行国产化时,增加了自动计时功能,将电子天平连接计时器,当集料进入接收容器的质量达到1000g时自动启动计时器,当天平读数达到1000+7000×集料表观相对密度/2.70时自动停止计时器,计算流动时间,从而消除进口设备操作时,需要人工秒表计时方法而引入的操作误差。因此,操作人员在试验时只需提前输入待测集料的表观相对密度,再装样和启动设备,即可自动完成试验。





T0363集料磨耗试验(微型狄法尔法)
在新规范发布前,JTG E42-2005版本规范中推荐的粗集料试验磨耗方法有:洛杉矶法,PSV方法和道瑞法。但近年来国际上上对磨耗试验方法的机理有了新的认识,例如欧标EN 1097-2将洛杉矶LA划分为抗破碎性能指标,并称为洛杉矶试验,而不再称为洛杉矶磨耗试验。美国的NCHRP 4-19等报告也指出洛杉矶试验的钢球为420g,在试验筒中滚动被抛起、坠落从而对集料产生巨大的冲击作用,从而导致软弱颗粒破碎,因此该方法实际上是评价粗集料的抗破碎性能。由于落砂机磨耗试验中的冲击作用,导致LA磨耗试验存在不足。

因此,在此次修订新规范时,我们与国际标准体系接轨,增加了微狄法尔磨耗试验方法作为主要推荐的磨耗试验方法。微型狄法尔与集料的耐久性、韧性和抗磨损性能相关,与沥青混合料的抗松散性能、抗坑槽性能相关,采用该方法可以很好评定集料质量;该方法比洛杉矶磨耗、硫酸镁坚固性具有更高的试验精度,试验材料用量少、快捷、时间短;同时该方法考虑了机械磨耗作用和水的风化作用,其模拟了集料在施工摊铺、压实以及交通荷载和不利环境的共同作用;与洛杉矶磨耗试验相比,微型狄法尔试验用钢球很小,而且试验筒非常小,因此微型狄法尔试验是真正的磨耗试验。
注:下划线斜体字部分摘自新规范条文说明。
同时,目前正在修订的新版公路沥青路面施工技术规范中也增加了微型狄法尔磨耗值的要求。

表2:新版沥青路面施工技术规范对于沥青混合料用粗集料技术要求中对于磨耗值的要求

注:表格信息来自于公开征集意见阶段的新规范版本,仅供参考;准确信息以正式发布的新规范为准。
意大利CONTROLS的48-D5242/A微型狄法尔磨耗试验机是新规范编写组选用的规范原型机,主机性能满足EN 1097-1,EN 13450,ASTM D6928,ASTM D7428,AASHTO T327以及我国新规范的要求。用户可以根据具体试验标准的差异选择相应的试验筒,对于按照新规范使用的单位来说,应选购2个或4个48-D2542/EN满足EN 1097-1标准的试验筒(新规范主要参考欧盟EN 1097-1编写)。

用户可以根据实验室的空间条件决定是否选购48-D5242/A1的钢制底座,用于落地式安装和滚筒存放;或是直接将其安装在实验台上。



除了T0363试验评估粗集料的耐磨耗性能外。另一个新增的试验方法T0366粗集料热老化试验(水煮法)中也包括检验集料微型狄法尔磨耗值变化的试验程序。



填料新增试验设备
新规范将原“矿粉试验”更名为“填料试验”,并增加了6个试验方法,其中涉及到新增试验设备的方法有:

T0356填料筛分试验(负压筛法)
负压筛法是对原规范水洗法的进一步补充,适用于消石灰、水泥等亲水性材料,宜采用负压筛法筛分,也可采用水洗法筛分。对于含有氯化钠等水溶性物质的填料应采用负压筛法筛分。这种方法适用于测定矿粉、水泥、石灰、粉煤灰和回收粉等填料的颗粒级配。
这种试验方法主要参考欧盟标准EN 933-10编写,试验设备以工业吸尘器,振动筛分机和各种规格的方孔筛为主。真空系统的压力调节范围从1.0到9.9kPa,高于新规范中3kPa的要求;喷嘴旋转速度范围为5~70转/钟,高于新规范中20转/分的基本要求。



通过选用不同尺寸的方孔筛,整套设备适用的分析范围为5μm~4mm,按照新规范的要求,一般配备以下4个规格的方孔筛。有机透明玻璃筛盖包含在主机的配置中。
  • 15-D0413/075,直径200mm的方孔筛,高度25mm,孔径0.075mm
  • 15-D0413/150,直径200mm的方孔筛,高度25mm,孔径0.15mm
  • 15-D0413/300,直径200mm的方孔筛,高度25mm,孔径0.3mm
  • 15-D0413/600,直径200mm的方孔筛,高度25mm,孔径0.6mm

T0357填料干压空隙率试验
干压空隙率是欧盟用于评价填料细度的重要指标,主要依据欧盟标准EN 1097-4进行测试。我国从事海外道路建设工程的单位已在当地按照国际标准广泛使用此试验方法。因此,新规范也收录了这种试验方法。这种试验设备通过对填料进行100次压实,记录试样的质量和压实后的高度来计算干压空隙率。操作方便,计算简单,便于推广应用。


图5:CONTROLS的48-D0447干压空隙率试验设备


T0358填料比表面积试验(勃氏法)
新规范增加的填料比表面积试验建议使用“勃氏比表面积试验仪”,这种测试设备以往主要用于水泥的比表面积测试,在我国已经应用多年,属于水泥实验室的常用试验器材,用户可以直接使用该设备用于填料的试验。

T0375钢渣的游离氧化钙含量试验
新规范中新增加了一个章节“工业矿渣集料试验”,这也是响应国家号召将建筑垃圾进行循环使用,保护环境的一个举措。本章节收录了6个新增的试验方法,大部分试验器具为实验室的通用器具,但T0375钢渣的游离氧化钙含量试验需要配备“热重分析仪”来进行测试,这是目前很多实验室中尚未普及的试验设备。

图6:德国耐驰TG209F3热重分析仪

热重分析仪的测试原理与公路行业用户熟悉的“燃烧炉”类似,是在匀速加热的过程中,通过高精度的电子天平实时监测样品的重量变化。因为不同成分的燃点不同,因此可以区分出样品中有几种不同成分,以及各成分的含量大小。例如图7展示了一个钢渣热重分析试验的实例TG-DTG曲线。绿色曲线代表了钢渣重量在加热至1200℃过程中的质量变化规律以及质量减小的百分比,即TG曲线;红色曲线是TG曲线的一阶导数形式,即DTG曲线,纵坐标为质量变化率。


图7:钢渣热重分析曲线示例



X射线衍射仪(XRD)
此次新规范修订中,对于T0324集料碱活性检验(岩相法)的修改中,增加了关于使用X射线衍射分析仪(XRD)的建议。该设备不是完成该试验的必备设备,但对于资金充裕、且具有集料研究需求的用户来说,能够显著提高检测能力和研究水平。
“对于偏光显微镜无法评定的岩石,应采用其他方法检验。如对于碱-硅酸活性岩石,如流纹岩,粉砂岩,石灰岩,角页岩,燧石/火石,其细粒的活性硅是隐晶质甚至是无定形的,采用偏光显微镜无法识别,可采用X射线衍射仪检验。”
注:下划线斜体字部分摘自新规范T0324第4.4条的要求。
经典的落地安装式X射线衍射分析仪(图8左)对于公路行业从事集料检测的用户来说,无疑属于价格昂贵的设备,通常只有资金充裕,具有专用实验室空间的研究机构使用。对于一般的检测单位来说,采用紧凑的小型化设计,实验台式安装,价格大幅降低的小型化X射线衍射分析仪(图8右)无疑是更好的选择。


图8:X射线衍射分析仪(XRD)

结语

以上是我们对于新规范中关于主要新增试验设备的解读,希望对大家理解新规范有所帮助。如有错漏,请谅解和指正。除了规范中的内容外,对于集料的物理、化学性能测试手段仍然有很多,因为受限于设备成本,试验复杂程度,数据离散性和应用场景等因素的制约,未达到进入行业标准的门槛。但是,这些方法很多已经在行业内有可观的应用,例如:吸附法测量填料比表面积的全自动比表面积及孔隙分析仪,测量集料元素组成和含量的X射线荧光分析仪(XRF),测量集料耐磨性、替代PSV方法的加速磨光机,测量集料几何尺寸和纹理的图像分析仪,扫描集料三维模型的光学扫描仪……如有对于“超规范”研究兴趣的用户也欢迎与我们联系,共同探讨开展相关应用,或订制开发特殊的试验方法和设备。


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