粗骨料抗磨损试验检测

粗骨料抗磨损试验检测技术指南

1 检测项目

粗骨料的抗磨损性能是评价其质量的重要指标之一，直接影响到由该骨料配制的混凝土或铺筑的路面在长期使用过程中的耐久性和耐磨性。针对不同的应用场景和受力机理，主要采用以下几种检测方法：

1.1 洛杉矶磨耗试验

洛杉矶磨耗试验是最常用的评价粗骨料耐磨性能与抗冲击性能的综合性试验方法。

• 试验原理： 将规定粒度和质量的粗骨料试样，置于洛杉矶磨耗试验机（一种钢制圆筒）中，并加入一定数量的钢球作为研磨介质。圆筒以规定速度旋转，在旋转过程中，钢球和骨料之间、骨料与骨料之间以及骨料与筒壁之间产生摩擦、冲击和研磨等综合作用。经过规定的转数后，取出试样，筛除被磨碎的细屑，计算骨料的损失质量占原试样总质量的百分比，即为洛杉矶磨耗损失。该值越小，表示骨料抗磨损、抗冲击的能力越强。

• 关键参数： 钢球数量与直径、试样粒度组成、旋转速度与总转数。

• 结果表示： 洛杉矶磨耗损失率（%）。

1.2 道瑞尔磨耗试验

道瑞尔磨耗试验主要用于评价粗骨料抵抗表面磨损的能力，尤其适用于评估沥青路面表层骨料在车轮磨耗下的抗滑性能衰减。

• 试验原理： 将单粒级的粗骨料颗粒排列并固定在试样盘中，形成一个平坦的测试面。然后在测试面上施加一个规定的荷载，并撒布规定粒度的石英砂作为磨料。试样盘在旋转的磨耗盘上以规定路径运动，使骨料表面与磨耗盘和石英砂产生持续摩擦。经过规定次数的磨损循环后，测量骨料试样的质量损失或体积损失。单位磨损距离上的体积损失称为道瑞尔磨耗值。该值越小，表明骨料抵抗表面磨损的能力越强。

• 关键参数： 磨耗盘材质与转速、石英砂规格与给料速度、试样所受荷载、磨损循环次数。

• 结果表示： 道瑞尔磨耗值（cm³/20cm² 或 cm³/km）。

1.3 微型狄法尔试验

微型狄法尔试验是洛杉矶磨耗试验的改进型，试样量少，能更灵敏地评价骨料在非冲击条件下的耐磨性，常用于高磨光值要求的骨料（如沥青路面抗滑表层）的辅助评价。

• 试验原理： 将一定粒级和质量的粗骨料试样与钢球一起放入小型狄法尔磨耗机（一个较小的钢制圆筒）中，以规定速度旋转。与洛杉矶法相比，其冲击作用较小，研磨作用更为突出。经过规定转数后，计算骨料的细屑产生率，即微型狄法尔磨耗值。

• 关键参数： 筒体尺寸、钢球数量、旋转速度与总转数。

• 结果表示： 微型狄法尔磨耗值（%）。

1.4 冲击值试验

冲击值试验专门用于评价粗骨料抵抗瞬间冲击荷载的能力，对于承受动荷载的工程（如路面、机场道面）尤为重要。

• 试验原理： 将规定粒度的单粒级骨料颗粒装入金属击实筒内，用一根装有规定质量重锤的冲击试验仪，让重锤从一定高度自由落下，对骨料施加规定次数的冲击。冲击结束后，筛除被击碎的细屑，计算通过细筛的质量占原试样总质量的百分比，即为冲击值。该值越小，表示骨料抗冲击性能越好。

• 关键参数： 重锤质量与落高、冲击次数、试样粒度。

• 结果表示： 冲击值（%）。

1.5 压碎值试验

压碎值试验是评价骨料在逐渐增加的静压力作用下抵抗压碎能力的指标。

• 试验原理： 将规定粒度的气干骨料试样装入一个专用的压碎值测定仪（钢制圆筒和活塞）中，放到压力试验机上，在规定的速率下加载至规定的荷载，并稳压一定时间。卸载后，取出试样，筛分并称量通过规定筛孔的细料质量，计算其占原试样总质量的百分比，即为压碎值。该值越小，表示骨料在静压荷载下抵抗碎裂的能力越强。

• 关键参数： 加载速率、总荷载值、稳压时间、筛孔尺寸。

• 结果表示： 压碎值（%）。

2 检测范围

粗骨料抗磨损试验的应用范围覆盖所有使用矿物骨料的土木工程领域，不同领域对骨料耐磨性能的要求侧重点有所不同。

• 道路与机场工程：

  • 沥青路面面层： 尤其是表层（磨耗层），要求骨料具有极高的抗磨损、抗磨光和抗冲击能力，以确保路面在高速行车作用下长期保持足够的抗滑性能和结构完整性。洛杉矶磨耗损失、道瑞尔磨耗值、冲击值是关键控制指标。

  • 沥青路面基层与底基层： 对耐磨性要求相对面层略低，但仍需保证在施工碾压和长期使用中不产生过度破碎，洛杉矶磨耗试验是常用方法。

  • 水泥混凝土路面： 要求骨料具有较好的耐磨性，以抵抗车轮磨损。压碎值和洛杉矶磨耗试验常被用于评价。

• 水利水电与港航工程：

  • 大坝、泄洪洞、消力池、码头等受高速水流冲刷或波浪淘洗作用的混凝土结构，对粗骨料的抗磨损和抗空蚀性能要求极高。通常需要进行洛杉矶磨耗试验和特别设计的抗冲刷磨试验。

• 建筑工程：

  • 工业与民用建筑的混凝土楼地面、停车场等，对骨料耐磨性有一定要求。对于高耐磨地面，需对所用骨料进行专门评价。普通结构混凝土用骨料，通常通过压碎值来间接控制其强度和质量。

• 铁路工程：

  • 铁路道砟直接承受列车荷载的冲击、摩擦和振动，要求石料具有极高的硬度、耐磨性和抗冲击能力。洛杉矶磨耗损失和道瑞尔磨耗值是道砟材料最核心的质量控制指标。

• 其它领域：

  • 机场道面（与道路类似）、军事工程中的掩体与跑道、水工沥青混凝土等。

3 检测标准

粗骨料抗磨损性能的检测遵循国内外相应的标准规范，确保检测方法的统一性和结果的可比性。

3.1 中国国内标准

• 《建设用卵石、碎石》 (GB/T 14685): 规定了粗骨料的技术要求，并引用了相关的试验方法标准，如压碎值指标、洛杉矶磨耗损失等。

• 《公路工程集料试验规程》 (JTG 3432): 详细规定了粗集料各项性能的试验方法，包括：

  • T 0317-2024 粗集料洛杉矶磨耗试验

  • T 0323-2024 粗集料冲击值试验

  • T 0316-2005 粗集料压碎值试验

  • T 0360-2024 粗集料道瑞磨耗试验

  • T 0354-2024 粗集料微型狄法尔磨耗试验

• 《水工混凝土砂石骨料试验规程》 (DL/T 5151): 水利行业标准，规定了压碎值、洛杉矶磨耗等试验方法。

• 《铁路碎石道砟》 (TB/T 2140): 规定了铁路道砟用粗骨料的洛杉矶磨耗率、标准集料冲击韧度（相当于道瑞磨耗）等指标要求及试验方法。

3.2 国际标准

• 美国材料与试验协会标准:

  • ASTM C131 / C131M: Standard Test Method for Resistance to Degradation of Small-Size Coarse Aggregate by Abrasion and Impact in the Los Angeles Machine (小粒径粗骨料洛杉矶磨耗试验)

  • ASTM C535 / C535M: Standard Test Method for Resistance to Degradation of Large-Size Coarse Aggregate by Abrasion and Impact in the Los Angeles Machine (大粒径粗骨料洛杉矶磨耗试验)

• 国际标准化组织标准:

  • ISO 19595: Natural stone — Determination of abrasion resistance (天然石材耐磨性测定，与道瑞磨耗法相关)

• 欧洲标准:

  • EN 1097-2: Tests for mechanical and physical properties of aggregates - Part 2: Methods for the determination of resistance to fragmentation (骨料力学与物理性能试验 - 第2部分：抗破碎性测定方法，主要对应洛杉矶磨耗)

  • EN 1097-8: Tests for mechanical and physical properties of aggregates - Part 8: Determination of the polished stone value (骨料力学与物理性能试验 - 第8部分：磨光值测定)

  • EN 1097-9: Tests for mechanical and physical properties of aggregates - Part 9: Determination of the resistance to wear by abrasion from studded tyres - Nordic test (骨料力学与物理性能试验 - 第9部分：镶钉轮胎磨耗试验 - 北欧试验)

4 检测仪器

粗骨料抗磨损试验所需的主要仪器设备如下：

• 洛杉矶磨耗试验机:

  • 功能： 提供一个封闭的旋转空间，使骨料与钢球在其中发生摩擦、冲击和研磨。

  • 主要结构： 由钢制圆筒（内部可能有挡板）、传动装置、计数器、支座等组成。圆筒内径和长度有标准规定，转速通常为30~33 r/min。

• 道瑞磨耗试验机:

  • 功能： 模拟车轮对路面的磨耗作用，评价骨料的表面耐磨性。

  • 主要结构： 包含一个水平旋转的磨耗盘（通常为铸铁材质）、试样夹持装置、荷载施加系统（配重或气动加载）、石英砂供给系统（砂斗和导砂管）、计数器。

• 微型狄法尔磨耗机:

  • 功能： 进行小试样量的研磨试验。

  • 主要结构： 小型钢制圆筒，结构与洛杉矶磨耗机类似，但尺寸较小，转速通常为100 r/min。

• 冲击值试验仪:

  • 功能： 测定骨料抵抗冲击荷载的能力。

  • 主要结构： 包括一个基座、一根垂直的导杆、一个可自由落下的重锤（质量规定）、一个放置试样的金属击实筒和击锤。通常带有释放和计数装置。

• 压碎值测定仪:

  • 功能： 提供一个标准的钢制圆筒和压柱，以便在压力机上对骨料施加静荷载。

  • 主要结构： 由钢制圆筒、底座和可分离的压柱组成。必须与压力试验机配合使用。

• 辅助设备:

  • 试验筛： 用于制备各粒级试样和筛分磨耗后的试样，需符合标准筛系列要求。

  • 烘箱： 用于烘干试样，控制含水率。

  • 天平或秤： 用于称量试样质量，精度需满足试验要求（通常为0.1g或0.5g）。

  • 压力试验机： 用于压碎值试验，需具备足够的荷载能力（如2000 kN或以上）和可控的加荷速率。

  • 钢球： 洛杉矶磨耗和微型狄法尔试验的研磨介质，直径和数量需严格符合标准规定。