本发明属于路面材料性能测试领域，涉及一种路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法。
背景技术：
：目前，对于路用集料的抗压碎、磨耗及磨光性能试验主要是通过压碎值、磨耗值以及集料的磨光值来评价。压碎值是集料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，如果粗集料的压碎值过大，说明材料抗压能力较弱，形成的路面结构承载力较低，在车辆荷载作用下，路面容易出现集料松散、车辙等病害，严重者将会导致路面结构性损坏。洛杉矶磨耗试验是表征粗集料抵抗车轮磨耗和撞击能力的方法，集料耐磨耗特性是决定沥青混合料路面的耐久性能、耐磨性能、抗车辙性能的重要因素。集料的耐磨光性能采用加速磨光试验方法测定的集料磨光值进行表征，反映其抵抗被磨光能力的强弱，也是评价沥青路面微观构造抗磨水平的重要指标。压碎值、磨耗值及磨光值评价指标是反映集料的整体压碎、磨耗及磨光性能。基于集料的粒径不同，所获取的磨光值及磨耗值的测试值存在较大的差别。因此，对于哪一种石料的磨耗性能好，并没有统一的评价指标，从这些指标中也无法反映某种石料自身的磨耗及磨光性能。技术实现要素：为了解决
背景技术：
中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可以确定某种路用石料的耐磨性能以及能够反映沥青路面或者水泥路面的抗滑耐磨性能的路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法，其特征在于：所述路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法包括以下步骤：1)利用摩擦磨损试验机对路用石料进行磨损率的测试，获取得到路用石料磨损率；2)确定路用石料中不同物相的组成及比例；3)确定路用石料中每一种矿物成分的硬度或者确定路用石料中每一物相的纳米硬度；4)根据各物相所占的比例以及每一种物相所对应的硬度，确定石料的整体平均硬度；5)根据获取得到的平均硬度、各物相所占比例以及各物相对应的硬度，最终确定石料的整体硬度离散值；6)建立石料磨损率、石料的整体平均硬度值和石料的离散硬度值得相互关系，确定石料的耐磨性能，为路用石料的抗滑耐磨性的评价提供科学的理论依据。作为优选，本发明所采用的路用石料磨损率的计算公式如下：其中，ε是材料的耐磨性；是材料在单位时间或单位运动距离内产生的磨损量，即磨损率。作为优选，本发明所采用的步骤2)的具体实现方式是：采用x射线衍射分析仪获取石料粉末的图谱，根据图谱分析石料粉末中各组成成分的比例。作为优选，本发明所采用的步骤3)的具体实现方式是：采用维氏硬度确定路用石料中每一种矿物成分的硬度或者采用ti-950型纳米压痕仪测试路用石料不同物相的纳米硬度。作为优选，本发明所采用的步骤4)中石料的整体平均硬度是通过石料中每一种矿物成分硬度测定值与该种矿物成分在石料中所占的质量百分比的乘积的加权和。作为优选，本发明所采用的步骤4)中石料的整体平均硬度的具体计算公式如下：式中：hnm是石料的整体平均硬度；hi是某一物相i的硬度值；pi是物相i在物相组成中所占的质量百分比；n是石料中所有的物相数，i≤n。作为优选，本发明所采用的步骤5)中石料的整体硬度离散值的计算公式是：snm是石料的整体硬度离散值，单位是gpa；hnm是石料的整体平均硬度；hnmi是物相i的纳米硬度；pi是物相i在物相组成中所占的质量百分比；n是石料中所有的物相数，i≤n。作为优选，本发明所采用的步骤6)的具体实现方式是：将石料的离散硬度值、石料的整体平均硬度值和石料磨损率的测定结果和计算结果值换算成对数值后，利用二元非线性回归进行拟合，得到拟合函数，根据拟合函数确定石料的耐磨性能，为路用石料的抗滑耐磨性的评价提供科学的理论依据。作为优选，本发明所采用的拟合函数的关系式是：其中：d是耐磨性能参数的对数值。knm硬度离散值的对数值；pnm是平均纳米硬度的对数值；本发明的优点是：本发明提供了一种路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法，包括首先采用摩擦磨损试验机对路用石料进行磨耗性能的测试，确定磨损率；确定矿料中不同物相的组成及比例；采用维氏硬度确定矿物成分中每一种成分的硬度或者采用纳米硬度确定每一物相的纳米硬度；根据各物相所占的比例及每一种物相所对应的硬度，确定石料的整体平均硬度；根据获取的平均硬度和各物相硬度及比例，最终确定石料的整体硬度离散值；建立磨损率、平均硬度值和离散硬度值的相互关系，从而通过硬度值及离散硬度值确定石料的耐磨性能，为路用石料的抗滑耐磨性的评价提供科学的理论依据。本发明提出了路用石料的抗滑耐磨性能评价指标，通过该指标可以确定某种路用石料的耐磨性能，石料自身的抗滑耐磨性能决定着集料整体抗滑耐磨性能，从而能够反映沥青路面或者水泥路面的抗滑耐磨性能。附图说明图1是本发明所提供的路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法的步骤流程示意图；图2是对不同铝矾土熟料粉末进行xrd图谱分析的侧视结果图；图3是刚玉相的硬度测点测试图；图4是莫来石相的硬度测点测试图；图5是石英相的硬度测点测试图。具体实施方式参见图1，本发明涉及一种路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法，包括以下步骤：首先采用摩擦磨损试验机对路用石料进行磨损率的测试；确定矿料中不同物相的组成及比例；采用维氏硬度确定矿物成分中每一种成分的硬度或者采用纳米硬度确定每一物相的纳米硬度；根据各物相所占的比例及每一种物相所对应的硬度，确定石料的整体平均硬度；根据获取的平均硬度和各物相硬度及比例，最终确定石料的整体硬度离散值；建立磨损率、平均硬度值和离散硬度值得相互关系，从而通过硬度值及离散硬度值确定石料的耐磨性能，为路用石料的抗滑耐磨性的评价提供科学的理论依据。其中，路用石料磨损率是采用摩擦磨损试验机进行测试确定的，磨损率的计算公式如下：ε—材料的耐磨性；—材料在单位时间或单位运动距离内产生的磨损量，即磨损率。具体实施步骤为：一、磨耗率的确定采用rtec摩擦磨损试验机对六种铝矾土熟料的试件进行摩擦系数和磨损率的测试，其测试所用的硬件配置：电子天平，500n加载力传感器，100n摩擦力传感器，往复运动模块，共聚显微镜。1、样品准备将每一种铝矾土熟料大块料切割成长30mm，宽20mm，高7mm的长方体小块，每一种类型的铝矾土切割三块，共18块，烘干备用。2、测试步骤(1)称重，所有样品在试验前及试验后用电子天平进行称重，每次测量两组，结果取平均值。(2)安装试件，磨损试验机的摩擦副(上样品)为直径9.6mm的wc硬质合金球，下样品分别为六种铝矾土熟料待测试样。(3)摩擦试验，所有样品摩擦试验条件相同，具体试验参数如下表1，表1摩擦试验的试验参数行程频率加载力试验时间8mm1hz100n30min测试过程中，使用球夹具固定球。下试样通过下板夹具固定在往复驱动平台上。测试过程中，上球试样保持不动，下试样做往复运动。摩擦力、载荷及摩擦系数参数实时采集记录。采集频率为1000赫兹。(4)形貌测试摩擦测试结束后，用共聚焦显微镜对磨痕进行表面形貌测试，(5)耐磨性的评价目前，在国内外的摩擦磨损研究工作中，人们采用了多种多样的摩擦磨损试验机，对磨损量的评定方法也不统一。本论文采用失重法测试六种集料的磨损量，从而定量的评价集料的耐磨性。具体采用如下计算公式(1)计算。(6)测试结果及分析表2六种铝矾土熟料的质量损失试验结果二、不同物相硬度的确定(1)物相比例的确定路用石料中不同物相的确定方法，可以采用x射线衍射分析仪获取石料粉末的图谱，根据图谱分析石料粉末中各组成成分的比例，类似的可以获取物相组成比例的测试方法都适用。以六种铝矾土熟料a，b，c，d，e，f为例，对铝矾土熟料粉末进行xrd图谱分析确定铝矾土熟料物相组成成分比例，测试结果列于下图2所示。(2)平均硬度的确定采用维氏硬度确定路用石料中每一种矿物成分的硬度，或者采用ti-950型纳米压痕仪测试路用石料不同物相的纳米硬度。ti-950型纳米压痕仪测试硬度时，不同物相所表现出不同的颜色(图3，图4，图5)，确定不同颜色所对应的物相，然后测试不同颜色区域的纳米硬度值，测试样本高度最好大于3mm，小于10mm，上下两个平面平行，且测试面光滑，表面起伏在100nm范围内，为了保证测试样本表面光滑，首先对样本测试表面利用抛光机进行抛光，然后再利用振动抛光机进行二次抛光。3)根据各物相所占的比例(图2的结果)以及每一种物相所对应的硬度(图3、图4、图5的测定结果)，确定石料的整体平均硬度，石料的整体平均硬度是通过石料中每一种矿物成分硬度测定值与该种矿物成分在石料中所占的质量百分比的乘积的加权和，石料的整体平均硬度的具体计算公式如下：式中：hnm是石料的整体平均硬度；hi是某一物相i的硬度值；pi是物相i在物相组成中所占的质量百分比；n是石料中所有的物相数，i≤n。根据上述计算公式对六种不同铝矾土熟料进行计算，计算结果如下表3。表3不同种类铝矾土熟料的平均硬度(gpa)铝矾土熟料种类fedcba平均硬度(gpa)78.0475.0466.6858.2045.1339.64(3)离散硬度的确定根据获取得到的平均硬度(表3)、各物相所占比例(图2)以及各物相对应的硬度(图4和图5的测定结果)，最终确定石料的整体硬度离散值，石料的整体硬度离散值的计算公式是：snm是石料的整体硬度离散值，单位是gpa；hnm是石料的整体平均硬度；hnmi是物相i的纳米硬度；pi是物相i在物相组成中所占的质量百分比；n是石料中所有的物相数，i≤n。根据上述公式，确定六种铝矾土熟料各自的硬度离散值如下表4。表4硬度离散值(gpa).三、耐磨性评价指标的建立将硬度离散值(表4)、平均硬度值(表3)和耐磨值(表2)的测定结果值换算成对数值后，利用二元非回归进行拟合，拟合得到的函数关系式为其中：d是耐磨性能参数的对数值。knm硬度离散值的对数值；pnm是平均纳米硬度的对数值；从建立关系式可以看出，纳米硬度和硬度离散值与耐磨值呈现正比例关系，即纳米硬度和硬度离散值越大，铝矾土熟料越耐磨，反之，铝矾土熟料越不耐磨。显然，本发明的上述实施仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以列举。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修该、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法，其特征在于：所述路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法包括以下步骤：
1)利用摩擦磨损试验机对路用石料进行磨损率的测试，获取得到路用石料磨损率；
2)确定路用石料中不同物相的组成及比例；
3)确定路用石料中每一种矿物成分的硬度或者确定路用石料中每一物相的纳米硬度；
4)根据各物相所占的比例以及每一种物相所对应的硬度，确定石料的整体平均硬度；
5)根据获取得到的平均硬度、各物相所占比例以及各物相对应的硬度，最终确定石料的整体硬度离散值；
6)建立石料磨损率、石料的整体平均硬度值和石料的离散硬度值得相互关系，确定石料的耐磨性能，为路用石料的抗滑耐磨性的评价提供科学的理论依据。
2.根据权利要求1所述的路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法，其特征在于：所述路用石料磨损率的计算公式如下：
其中，
ε是材料的耐磨性；
是材料在单位时间或单位运动距离内产生的磨损量，即磨损率。
3.根据权利要求2所述的路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法，其特征在于：所述步骤2)的具体实现方式是：采用x射线衍射分析仪获取石料粉末的图谱，根据图谱分析石料粉末中各组成成分的比例。
4.根据权利要求3所述的路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法，其特征在于：所述步骤3)的具体实现方式是：采用维氏硬度确定路用石料中每一种矿物成分的硬度或者采用ti-950型纳米压痕仪测试路用石料不同物相的纳米硬度。
5.根据权利要求4所述的路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法，其特征在于：所述步骤4)中石料的整体平均硬度是通过石料中每一种矿物成分硬度测定值与该种矿物成分在石料中所占的质量百分比的乘积的加权和。
6.根据权利要求5所述的路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法，其特征在于：所述步骤4)中石料的整体平均硬度的具体计算公式如下：
式中：
hnm是石料的整体平均硬度；
hi是某一物相i的硬度值；
pi是物相i在物相组成中所占的质量百分比；
n是石料中所有的物相数，i≤n。
7.根据权利要求6所述的路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法，其特征在于：所述步骤5)中石料的整体硬度离散值的计算公式是：
snm是石料的整体硬度离散值，单位是gpa；
hnm是石料的整体平均硬度；
hnmi是物相i的纳米硬度；
pi是物相i在物相组成中所占的质量百分比；
n是石料中所有的物相数，i≤n。
8.根据权利要求7所述的路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法，其特征在于：所述步骤6)的具体实现方式是：将石料的离散硬度值、石料的整体平均硬度值和石料磨损率的测定结果和计算结果值换算成对数值后，利用二元非线性回归进行拟合，得到拟合函数，根据拟合函数确定石料的耐磨性能，为路用石料的抗滑耐磨性的评价提供科学的理论依据。
9.根据权利要求8所述的路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法，其特征在于：所述拟合函数的关系式是：
其中：
d是耐磨性能参数的对数值；
knm硬度离散值的对数值；
pnm是平均纳米硬度的对数值。
技术总结本发明属于路面材料性能测试领域，涉及一种路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法，包括：1）对路用石料进行磨损率的测试，获取得到路用石料磨损率；2）确定路用石料中不同物相的组成及比例；3）确定路用石料中每一种矿物成分的硬度或者确定路用石料中每一物相的纳米硬度；4）根据各物相所占的比例以及每一种物相所对应的硬度，确定石料的整体平均硬度；5）根据获取得到的平均硬度、各物相所占比例以及各物相对应的硬度，确定石料的整体硬度离散值；6）建立石料磨损率、石料的整体平均硬度值和石料的离散硬度值得相互关系，确定石料的耐磨性能。本发明可以确定某种路用石料的耐磨性能以及能够反映沥青路面或者水泥路面的抗滑耐磨性能。
技术研发人员：吴喜荣;孔繁盛;谢立安;郭宏;杜月林;高学凯;贺文栋;畅晓钰;成志强;马旭文;王芳;王帅;田静;王磊;张敏
受保护的技术使用者：山西省交通科技研发有限公司
技术研发日：2020.01.20
技术公布日：2020.06.05
