路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010067677.2 (22)申请日 2020.01.20 (71)申请人 山西省交通科技研发有限公司 地址 030032 山西省太原市小店区武洛街 27号 (72)发明人 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 (74)专利代理机构 武汉宇晨专利事务所 42001 代理人 余晓雪 (51)Int.Cl. G01N 3/56(2006.01) G01N 3/40(2006.01) (54)发明名称 一种路用石料抗滑耐磨性能评价。

2、确定方法 (57)摘要 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。

3、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。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 111238979 A 2020.06.05 CN 111238979 A 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。

4、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， 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。

5、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： Hn。

6、m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， iN。 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： 权利要求书 1/2 页 2 CN 111238979 A 2 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， iN。 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。

7、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。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111238979 A 3 一种路用石料抗滑耐磨性能评价确定方法 技术领域 0001 本发明属于路面材料性能测试领域， 涉及一。

8、种路用石料抗滑耐磨性能评价确定方 法。 背景技术 0002 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。

9、， 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。 0003 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。 发明内容 0004 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。 0005 为了实现上述目的， 本发明。

10、采用如下技术方案： 0006 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： 0007 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； 0008 2)确定路用石料中不同物相的组成及比例； 0009 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； 0010 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； 0011 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； 0012 6)建立石料。

11、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。 说明书 1/6 页 4 CN 111238979 A 4 0013 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： 0014 0015 其中， 0016 是材料的耐磨性； 0017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。 0018 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。 0019 作为优选， 本发明所采用的步骤3)的具体实现方式是。

12、： 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。 0020 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。 0021 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： 0022 0023 式中： 0024 Hnm是石料的整体平均硬度； 0025 hi是某一物相i的硬度值； 0026 pi是物相i在物相组成中所占的质量百分比； 0027 N是石料中所有的物相数， iN。 0028 作为优选， 本发明。

13、所采用的步骤5)中石料的整体硬度离散值的计算公式是： 0029 0030 Snm是石料的整体硬度离散值， 单位是Gpa； 0031 Hnm是石料的整体平均硬度； 0032 Hnmi是物相i的纳米硬度； 0033 pi是物相i在物相组成中所占的质量百分比； 0034 N是石料中所有的物相数， iN。 0035 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。 。

14、0036 作为优选， 本发明所采用的拟合函数的关系式是： 0037 0038 其中： 0039 D是耐磨性能参数的对数值。 说明书 2/6 页 5 CN 111238979 A 5 0040 Knm硬度离散值的对数值； 0041 Pnm是平均纳米硬度的对数值； 0042 本发明的优点是： 0043 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，。

15、 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 0044 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； 0045 图2是对不同铝矾土熟料粉末进行XRD。

16、图谱分析的侧视结果图； 0046 图3是刚玉相的硬度测点测试图； 0047 图4是莫来石相的硬度测点测试图； 0048 图5是石英相的硬度测点测试图。 具体实施方式 0049 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、 。

17、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。 0050 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： 0051 0052 材料的耐磨性； 0053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。 0054 具体实施步骤为： 0055 一、 磨耗率的确定 0056 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 说明书 3/6 页 6 CN 111238979 A 6 试， 其 测试所用的硬件配置： 电子天平， 500N加载力传感。

18、器， 100N摩擦力传感器， 往复运动 模块， 共聚显微镜。 0057 1、 样品准备 0058 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。 0059 2、 测试步骤 0060 (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。 0061 (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。 0062 (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， 0063 表1摩擦。

19、试验的试验参数 0064 行程 频率 加载力 试验时间 8mm 1Hz 100N 30min 0065 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。 0066 (4)形貌测试 0067 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， 0068 (5)耐磨性的评价 0069 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。

20、量的评 价集料 的耐磨性。 具体采用如下计算公式(1)计算。 0070 (6)测试结果及分析 0071 表2六种铝矾土熟料的质量损失试验结果 说明书 4/6 页 7 CN 111238979 A 7 0072 0073 二、 不同物相硬度的确定 0074 (1)物相比例的确定 0075 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。 0076 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。

21、试结果列于下图2所示。 0077 (2)平均硬度的确定 0078 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。 0079 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。 0080 3)根据各物相。

22、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： 0081 0082 式中： 0083 Hnm是石料的整体平均硬度； 0084 hi是某一物相i的硬度值； 说明书 5/6 页 8 CN 111238979 A 8 0085 pi是物相i在物相组成中所占的质量百分比； 0086 N是石料中所有的物相数， iN。 0087 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。

23、果如下表3。 0088 表3不同种类铝矾土熟料的平均硬度(GPa) 0089 铝矾土熟料种类 F E D C B A 平均硬度(GPa) 78.04 75.04 66.68 58.20 45.13 39.64 0090 (3)离散硬度的确定 0091 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： 0092 0093 Snm是石料的整体硬度离散值， 单位是Gpa； 0094 Hnm是石料的整体平均硬度； 0095 Hnmi是物相i的纳米硬度； 0096 pi是物相i。

24、在物相组成中所占的质量百分比； 0097 N是石料中所有的物相数， iN。 0098 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。 0099 表4硬度离散值(GPa). 0100 0101 三、 耐磨性评价指标的建立 0102 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 0103 其中： 0104 D是耐磨性能参数的对数值。 0105 Knm硬度离散值的对数值； 0106 Pnm是平均纳米硬度的对数值； 0107 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， 。

25、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。 0108 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。 说明书 6/6 页 9 CN 111238979 A 9 图1 图2 说明书附图 1/3 页 10 CN 111238979 A 10 图3 图4 说明书附图 2/3 页 11 CN 111238979 A 11 图5 说明书附图 3/3 页 12 CN 111238979 A 12 。