1、瀝青混合料均勻性評價方法摘要：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行分離試樣。在瀝青粘 結劑膜的兩個位置拍攝圖像，（i）靠近集料表面和（ii）遠離集料表面，通常位于粘合 劑膜的中間。對（i）每個位置和（ii）每種類型的填充劑進行圖像分析。圖像分析結果 表明，填料在瀝青膠結膜內均勻分布，其分布不受填料顆粒表面電荷性質的影響。關鍵詞：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，其分散在瀝青結合料中，無顆粒間 接觸1。填料的功能是（i）增加瀝青結合料的剛度，（

2、ii）提高瀝青結合料和集 料之間的粘結強度，（iii）減少瀝青混合料的永久變形等2-4。盡管有些規范規 定填料5-8的具體級配，通常低于75的顆粒被認為是填充材料2,9-13。本研 究采用了相同的定義。利用先進的顯微成像技術，現在可以驗證瀝青混合料中填充物分布的性質。這就是本研究的目的。在這項研究中，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（靠近或遠離較粗的顆粒）？（b）當酸性或堿性的骨料和填料以不同的組合使用時，其分布會受到影響嗎? 下面將討論這些問題。實驗研究本研究選用符合印度規范6

3、的瀝青混凝土（BC）（2級）中點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、填料和瀝青粘結劑均在當地收集。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一 步切成小塊（厚度5mm1mm）通過使用金剛石鋸切機（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。磨削結束后，試樣的厚 度約為3mm。（c）拋光:樣品進一步在旋轉圓盤（150rpm）上拋光。對樣品進行拋光，使用57r的砂粒。 最后，拋光表面可以進行微觀觀察（見圖2（c）。掃描電鏡成像瀝青混合料是一種非導電材料。為了使其具有導電性，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、粘結膜和填料。為了研究 填料的分布，我們選擇了瀝青膠結膜內的兩個位置，大約在膠結膜的中間。即靠近集料表面 的一點(i)和遠離集料表面的一點(ii)。這兩個位置在圖4(A)中分別為點A和點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 類型的填料進行進一步分析，分析結果

6、在下一節中給出。分析與結果為了確定SEM成像中觀察到的顆粒能夠真實識別填料顆粒，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行對比。比較結果如圖6所示。對比結果表明，該分布 吻合較好，從而驗證了 SEM圖像中捕捉到的顆粒確實是填充顆粒。文獻中提出了多種研究瀝青混合料和水泥混凝土中隨機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的某些參數的空間變化。如果變化很小(在樣本 內的不同位置)，則可以認為該特定尺寸范圍內的粒子分布均勻。參數舉例如下：在指定的圖像區域內出現的粒子數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數區域43,

7、44，粒子在圖像中的整體質心位置等45,46。本文以整體質心為參數，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)可以發現如下，的面積是第i個粒子,(,)的中心坐標第i 個粒子和n是圖像中的粒子數。整體質心相對于圖像中點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)對比度增強和閾值化39，(ii)粒子邊界40的檢測，(iii) 尋找單個粒子40的面積和質心，(iv)尋找整體質心40。圖7通過圖示的例子說明了一些步 驟。對于每個圖像和每種類型的混合，得到單個填充粒子的質心。在整個實驗方案中，圖像 尺寸保持不變，可以將結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”位置的整體質心坐標。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”位置的整體質心坐標。從圖9可以看出，考慮到所有的圖像，從圖像中心到整個質心的徑向距離（即偏心）在 39.0R到0.9r之間變化。徑向距離值的均值和標準差如表2所示。由于取圖像尺寸為 337.92rx22