今年是交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)大規(guī)模更新的一年，包括集料，無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類材料，巖石，瀝青及瀝青混合料，以及公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范等重要的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都將在使用多年后迎來重要更新。作為國內(nèi)道路工程材料和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)備最主要的試驗(yàn)設(shè)備供應(yīng)商之一，我們將推出一系列新規(guī)范的解讀文章，來幫助大家了解需要配備哪些新的試驗(yàn)設(shè)備來滿足新規(guī)范的要求。
注：本系列新規(guī)范的解讀以相關(guān)新增試驗(yàn)設(shè)備的介紹為主，關(guān)于試驗(yàn)方法的細(xì)節(jié)調(diào)整因篇幅限制無法涉及，有興趣的請關(guān)注相關(guān)規(guī)范的釋義手冊和規(guī)范宣貫。
本篇為該系列文章的第一篇：JTG 3432公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程（以下均簡稱“新規(guī)范”）新增試驗(yàn)設(shè)備。
圖1：新版集料試驗(yàn)規(guī)程
新版集料試驗(yàn)規(guī)程在2005年版本規(guī)范的基礎(chǔ)上將集料調(diào)整為：粗，細(xì)，填料（原來命名為礦粉），工業(yè)礦渣集料和再生集料5類。增補(bǔ)試驗(yàn)方法23項(xiàng)，修訂20項(xiàng)，刪除2項(xiàng)。其中，幾項(xiàng)試驗(yàn)方法需要新增試驗(yàn)設(shè)備來完成，這些方法包括了以下內(nèi)容。
T0362粗集料棱角性試驗(yàn)（流動時(shí)間法）
集料棱角性的試驗(yàn)方法在2005年版舊規(guī)范中只收錄了細(xì)集料的測試方法，即T0344的間隙率法和T0345的流動時(shí)間法，但沒有粗集料棱角性的試驗(yàn)方法。此次新規(guī)范修訂，增加了適用于公稱最大粒徑為9.5~19.0mm的粗集料棱角性的試驗(yàn)方法，參考EN 933-6試驗(yàn)方法編寫，即T0362粗集料棱角性試驗(yàn)（流動時(shí)間法）。
這種試驗(yàn)方法主要在歐盟以德國為代表的地區(qū)使用，通過記錄粗集料在振動臺的作用下通過專用流動裝置流出的時(shí)間來評價(jià)棱角性。我們已經(jīng)在德國進(jìn)口原型機(jī)的基礎(chǔ)上完成了該設(shè)備的國產(chǎn)化工作，并通過大量試驗(yàn)選定了易于國內(nèi)獲取的粗集料標(biāo)準(zhǔn)樣品，并由交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院進(jìn)行定值。同時(shí)，目前正在修訂的新版公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中也增加了棱角性指標(biāo)的要求。
表1：新版瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范對于瀝青混合料用粗集料技術(shù)要求中對于棱角性的要求
注：表格信息來自于公開征集意見階段的新規(guī)范版本，僅供參考；準(zhǔn)確信息以正式發(fā)布的新規(guī)范為準(zhǔn)。
我們在對粗集料棱角性試驗(yàn)儀進(jìn)行國產(chǎn)化時(shí)，增加了自動計(jì)時(shí)功能，將電子天平連接計(jì)時(shí)器，當(dāng)集料進(jìn)入接收容器的質(zhì)量達(dá)到1000g時(shí)自動啟動計(jì)時(shí)器，當(dāng)天平讀數(shù)達(dá)到1000+7000×集料表觀相對密度/2.70時(shí)自動停止計(jì)時(shí)器，計(jì)算流動時(shí)間，從而消除進(jìn)口設(shè)備操作時(shí)，需要人工秒表計(jì)時(shí)方法而引入的操作誤差。因此，操作人員在試驗(yàn)時(shí)只需提前輸入待測集料的表觀相對密度，再裝樣和啟動設(shè)備，即可自動完成試驗(yàn)。
T0363集料磨耗試驗(yàn)（微型狄法爾法）
在新規(guī)范發(fā)布前，JTG E42-2005版本規(guī)范中推薦的粗集料試驗(yàn)?zāi)ズ姆椒ㄓ校郝迳即壏ǎ琍SV方法和道瑞法。但近年來國際上上對磨耗試驗(yàn)方法的機(jī)理有了新的認(rèn)識，例如歐標(biāo)EN 1097-2將洛杉磯LA劃分為抗破碎性能指標(biāo)，并稱為洛杉磯試驗(yàn)，而不再稱為洛杉磯磨耗試驗(yàn)。美國的NCHRP 4-19等報(bào)告也指出洛杉磯試驗(yàn)的鋼球?yàn)?20g，在試驗(yàn)筒中滾動被拋起、墜落從而對集料產(chǎn)生巨大的沖擊作用，從而導(dǎo)致軟弱顆粒破碎，因此該方法實(shí)際上是評價(jià)粗集料的抗破碎性能。由于落砂機(jī)磨耗試驗(yàn)中的沖擊作用，導(dǎo)致LA磨耗試驗(yàn)存在不足。
因此，在此次修訂新規(guī)范時(shí)，我們與國際標(biāo)準(zhǔn)體系接軌，增加了微狄法爾磨耗試驗(yàn)方法作為主要推薦的磨耗試驗(yàn)方法。微型狄法爾與集料的耐久性、韌性和抗磨損性能相關(guān)，與瀝青混合料的抗松散性能、抗坑槽性能相關(guān)，采用該方法可以很好評定集料質(zhì)量；該方法比洛杉磯磨耗、硫酸鎂堅(jiān)固性具有更高的試驗(yàn)精度，試驗(yàn)材料用量少、快捷、時(shí)間短；同時(shí)該方法考慮了機(jī)械磨耗作用和水的風(fēng)化作用，其模擬了集料在施工攤鋪、壓實(shí)以及交通荷載和不利環(huán)境的共同作用；與洛杉磯磨耗試驗(yàn)相比，微型狄法爾試驗(yàn)用鋼球很小，而且試驗(yàn)筒非常小，因此微型狄法爾試驗(yàn)是真正的磨耗試驗(yàn)。
注：下劃線斜體字部分摘自新規(guī)范條文說明。
同時(shí)，目前正在修訂的新版公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中也增加了微型狄法爾磨耗值的要求。
表2：新版瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范對于瀝青混合料用粗集料技術(shù)要求中對于磨耗值的要求
注：表格信息來自于公開征集意見階段的新規(guī)范版本，僅供參考；準(zhǔn)確信息以正式發(fā)布的新規(guī)范為準(zhǔn)。
意大利CONTROLS的48-D5242/A微型狄法爾磨耗試驗(yàn)機(jī)是新規(guī)范編寫組選用的規(guī)范原型機(jī)，主機(jī)性能滿足EN 1097-1，EN 13450，ASTM D6928，ASTM D7428，AASHTO T327以及我國新規(guī)范的要求。用戶可以根據(jù)具體試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的差異選擇相應(yīng)的試驗(yàn)筒，對于按照新規(guī)范使用的單位來說，應(yīng)選購2個或4個48-D2542/EN滿足EN 1097-1標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)筒（新規(guī)范主要參考?xì)W盟EN 1097-1編寫）。
用戶可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的空間條件決定是否選購48-D5242/A1的鋼制底座，用于落地式安裝和滾筒存放；或是直接將其安裝在實(shí)驗(yàn)臺上。
除了T0363試驗(yàn)評估粗集料的耐磨耗性能外。另一個新增的試驗(yàn)方法T0366粗集料熱老化試驗(yàn)（水煮法）中也包括檢驗(yàn)集料微型狄法爾磨耗值變化的試驗(yàn)程序。
填料新增試驗(yàn)設(shè)備
新規(guī)范將原“礦粉試驗(yàn)”更名為“填料試驗(yàn)”，并增加了6個試驗(yàn)方法，其中涉及到新增試驗(yàn)設(shè)備的方法有：
T0356填料篩分試驗(yàn)(負(fù)壓篩法)
負(fù)壓篩法是對原規(guī)范水洗法的進(jìn)一步補(bǔ)充，適用于消石灰、水泥等親水性材料，宜采用負(fù)壓篩法篩分，也可采用水洗法篩分。對于含有氯化鈉等水溶性物質(zhì)的填料應(yīng)采用負(fù)壓篩法篩分。這種方法適用于測定礦粉、水泥、石灰、粉煤灰和回收粉等填料的顆粒級配。
這種試驗(yàn)方法主要參考?xì)W盟標(biāo)準(zhǔn)EN 933-10編寫，試驗(yàn)設(shè)備以工業(yè)吸塵器，振動篩分機(jī)和各種規(guī)格的方孔篩為主。真空系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)范圍從1.0到9.9kPa，高于新規(guī)范中3kPa的要求；噴嘴旋轉(zhuǎn)速度范圍為5~70轉(zhuǎn)/鐘，高于新規(guī)范中20轉(zhuǎn)/分的基本要求。
通過選用不同尺寸的方孔篩，整套設(shè)備適用的分析范圍為5μm~4mm，按照新規(guī)范的要求，一般配備以下4個規(guī)格的方孔篩。有機(jī)透明玻璃篩蓋包含在主機(jī)的配置中。
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15-D0413/075，直徑200mm的方孔篩，高度25mm，孔徑0.075mm
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15-D0413/150，直徑200mm的方孔篩，高度25mm，孔徑0.15mm
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15-D0413/300，直徑200mm的方孔篩，高度25mm，孔徑0.3mm
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15-D0413/600，直徑200mm的方孔篩，高度25mm，孔徑0.6mm
T0357填料干壓空隙率試驗(yàn)
干壓空隙率是歐盟用于評價(jià)填料細(xì)度的重要指標(biāo)，主要依據(jù)歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN 1097-4進(jìn)行測試。我國從事海外道路建設(shè)工程的單位已在當(dāng)?shù)匕凑諊H標(biāo)準(zhǔn)廣泛使用此試驗(yàn)方法。因此，新規(guī)范也收錄了這種試驗(yàn)方法。這種試驗(yàn)設(shè)備通過對填料進(jìn)行100次壓實(shí)，記錄試樣的質(zhì)量和壓實(shí)后的高度來計(jì)算干壓空隙率。操作方便，計(jì)算簡單，便于推廣應(yīng)用。
圖5：CONTROLS的48-D0447干壓空隙率試驗(yàn)設(shè)備
T0358填料比表面積試驗(yàn)（勃氏法）
新規(guī)范增加的填料比表面積試驗(yàn)建議使用“勃氏比表面積試驗(yàn)儀”，這種測試設(shè)備以往主要用于水泥的比表面積測試，在我國已經(jīng)應(yīng)用多年，屬于水泥實(shí)驗(yàn)室的常用試驗(yàn)器材，用戶可以直接使用該設(shè)備用于填料的試驗(yàn)。
T0375鋼渣的游離氧化鈣含量試驗(yàn)
新規(guī)范中新增加了一個章節(jié)“工業(yè)礦渣集料試驗(yàn)”，這也是響應(yīng)國家號召將建筑垃圾進(jìn)行循環(huán)使用，保護(hù)環(huán)境的一個舉措。本章節(jié)收錄了6個新增的試驗(yàn)方法，大部分試驗(yàn)器具為實(shí)驗(yàn)室的通用器具，但T0375鋼渣的游離氧化鈣含量試驗(yàn)需要配備“熱重分析儀”來進(jìn)行測試，這是目前很多實(shí)驗(yàn)室中尚未普及的試驗(yàn)設(shè)備。
圖6：德國耐馳TG209F3熱重分析儀
熱重分析儀的測試原理與公路行業(yè)用戶熟悉的“燃燒爐”類似，是在勻速加熱的過程中，通過高精度的電子天平實(shí)時(shí)監(jiān)測樣品的重量變化。因?yàn)椴煌煞值娜键c(diǎn)不同，因此可以區(qū)分出樣品中有幾種不同成分，以及各成分的含量大小。例如圖7展示了一個鋼渣熱重分析試驗(yàn)的實(shí)例TG-DTG曲線。綠色曲線代表了鋼渣重量在加熱至1200℃過程中的質(zhì)量變化規(guī)律以及質(zhì)量減小的百分比，即TG曲線；紅色曲線是TG曲線的一階導(dǎo)數(shù)形式，即DTG曲線，縱坐標(biāo)為質(zhì)量變化率。
圖7：鋼渣熱重分析曲線示例
X射線衍射儀（XRD）
此次新規(guī)范修訂中，對于T0324集料堿活性檢驗(yàn)（巖相法）的修改中，增加了關(guān)于使用X射線衍射分析儀（XRD）的建議。該設(shè)備不是完成該試驗(yàn)的必備設(shè)備，但對于資金充裕、且具有集料研究需求的用戶來說，能夠顯著提高檢測能力和研究水平。
“對于偏光顯微鏡無法評定的巖石，應(yīng)采用其他方法檢驗(yàn)。如對于堿-硅酸活性巖石，如流紋巖，粉砂巖，石灰?guī)r，角頁巖，燧石/火石，其細(xì)粒的活性硅是隱晶質(zhì)甚至是無定形的，采用偏光顯微鏡無法識別，可采用X射線衍射儀檢驗(yàn)?！?/u>
注：下劃線斜體字部分摘自新規(guī)范T0324第4.4條的要求。
經(jīng)典的落地安裝式X射線衍射分析儀（圖8左）對于公路行業(yè)從事集料檢測的用戶來說，無疑屬于價(jià)格昂貴的設(shè)備，通常只有資金充裕，具有專用實(shí)驗(yàn)室空間的研究機(jī)構(gòu)使用。對于一般的檢測單位來說，采用緊湊的小型化設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)臺式安裝，價(jià)格大幅降低的小型化X射線衍射分析儀（圖8右）無疑是更好的選擇。
圖8：X射線衍射分析儀（XRD）
結(jié)語
以上是我們對于新規(guī)范中關(guān)于主要新增試驗(yàn)設(shè)備的解讀，希望對大家理解新規(guī)范有所幫助。如有錯漏，請諒解和指正。除了規(guī)范中的內(nèi)容外，對于集料的物理、化學(xué)性能測試手段仍然有很多，因?yàn)槭芟抻谠O(shè)備成本，試驗(yàn)復(fù)雜程度，數(shù)據(jù)離散性和應(yīng)用場景等因素的制約，未達(dá)到進(jìn)入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的門檻。但是，這些方法很多已經(jīng)在行業(yè)內(nèi)有可觀的應(yīng)用，例如：吸附法測量填料比表面積的全自動比表面積及孔隙分析儀，測量集料元素組成和含量的X射線熒光分析儀（XRF），測量集料耐磨性、替代PSV方法的加速磨光機(jī)，測量集料幾何尺寸和紋理的圖像分析儀，掃描集料三維模型的光學(xué)掃描儀……如有對于“超規(guī)范”研究興趣的用戶也歡迎與我們聯(lián)系，共同探討開展相關(guān)應(yīng)用，或訂制開發(fā)特殊的試驗(yàn)方法和設(shè)備。
