CN111238975A - 一种路用石料不同物相离散硬度的确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水利土木工程技术领域，涉及一种路用石料不同物相离散硬度的确定方法，该方法包括以下步骤：1）确定路用石料中不同物相的组成及比例；2）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；3）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；4）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。本发明提供了一种能够客观的评价石料的整体硬度以及石料硬度的离散度、为路用集料的抗滑和抗磨光性能的评价提供科学的基础理论数据的路用石料不同物相离散硬度的确定方法。

Description

一种路用石料不同物相离散硬度的确定方法
技术领域
本发明属于水利土木工程技术领域，涉及一种路面材料性能确定方法，尤其涉及一种路用石料不同物相离散硬度的确定方法。
背景技术
对于硬度，国内为尚无一个包括所有实验方法在内的统一而明确的定义，可以是“材料抵抗残余变形和破坏的能力”、也可以是“材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力”。总之，硬度是作为某一物体抵抗另一物体浸入能力的度量参数。
由于硬度试验是力学性能试验中一种最经济、最迅速的方法，并且硬度试验的结果能敏感的反映出材料的化学成分、组织结构和热处理工艺上的差异。所以硬度试验已经成为材料力学性能测试中最常用的一种方法。静态压痕测试方法以测量范围可分为宏观硬度、显微硬度与纳米硬度，其划分以施加的载荷大小为标准，但该划分并不统一，如纳米压痕仪的载荷范围较宽，上限与显微硬度仪的下限有重叠。常用宏观硬度有莫氏硬度、布氏硬度、宏洛氏硬度、洛氏硬度等，常用显微硬度包括表面洛氏硬度、维氏硬度、努氏硬度、玻氏硬度等，纳米硬度，有文献也称为玛氏硬度，或称万能硬度、广义硬度等。
莫氏硬度是由德国矿物学家莫斯提出的，用来表示材料的相对硬度，以最硬的天然金刚石的硬度为标准，定为10级，其他材料的硬度在1～10级之间，以此递减，莫式硬度的测试具有主观性，较为粗略的评价不同物质之间硬度的差异，不能定量的分析评价不同物质之间的硬度。
显微硬度能够定量的评价不同物质的硬度，维式硬度的测定采用显微硬度计，硬度的测定值有很大的离散性，无法定量的评价路用石料的整体硬度。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种能够客观的评价石料的整体硬度以及石料硬度的离散度、为路用集料的抗滑和抗磨光性能的评价提供科学的基础理论数据的路用石料不同物相离散硬度的确定方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种路用石料不同物相离散硬度的确定方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)确定路用石料中不同物相的组成及比例；
2)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；
3)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；
4)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。
作为优选，本发明所采用的步骤1)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2)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3)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3)中石料的整体平均硬度的具体计算公式如下：
Figure BDA0002376030760000021
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4)中石料的整体硬度离散值的计算公式是：
Figure BDA0002376030760000022
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。
本发明的优点是：
本发明提供了一种路用石料不同物相离散硬度的确定方法，该方法包括：确定路用石料中不同物相的组成及比例、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、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、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。本发明可以避免莫氏硬度的测试具有一定的主观性的缺点，另外，采用维氏硬度测试石料，不同区域的维氏硬度测试值具有很大的离散性，无法客观的评价石料的整体硬度，本发明可以客观的评价石料的整体硬度以及石料硬度的离散度，通过这两个指标能够反映路用石料的软硬均匀性与加工工艺的适应程度，硬度的离散程度在一定程度上也影响集料的抗磨耗效果，适用于大部分石料硬度及硬度离散度值得确定，科学合理的反映路用石料的整体硬度及石料的软硬程度分布规律，为路用集料的抗滑和抗磨光性能的评价提供科学的基础理论数据，为路用石料性能的研究提供了另一种途径。
附图说明
图1是本发明所提供的路用石料不同物相离散硬度的确定方法的流程示意图；
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
下面结合附图对本发明进一步详细说明。
参见图1，本发明提供了一种路用石料不同物相离散硬度的确定方法，包括如下步骤：
1)采用XRD(X-ray diffraction，X射线衍射)确定路用石料中不同物相的组成及比例，具体是：采用X射线衍射分析仪获取铝矾土熟料粉末的图谱，根据图谱分析铝矾土熟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。
2)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，具体是：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。采用维氏硬度仪测定铝矾土熟料中包含成分(莫来石、刚玉和石英)的维氏硬度值或采用TI-950型纳米压痕仪测试铝矾土熟料中成分(莫来石、刚玉和石英)硬度。本实施案例中采用纳米压痕仪测试铝矾土熟料中不同物相的硬度，具体根据不同物相所表现出不同的颜色(如图3，图4以及图5所示)，然后测试不同颜色区域的纳米硬度值。在测试过程中，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：
Figure BDA0002376030760000041
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。
表1不同种类铝矾土熟料的平均硬度(GPa)
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
4)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，石料的整体硬度离散值的计算公式是：
Figure BDA0002376030760000042
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。
表3.硬度离散值(GPa).
Figure BDA0002376030760000043
硬度离散程度反映了石料的软硬均匀性与加工工艺的适应程度。
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。

Claims (6)

1.一种路用石料不同物相离散硬度的确定方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)确定路用石料中不同物相的组成及比例；
2)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；
3)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；
4)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。
2.根据权利要求1所述的路用石料不同物相离散硬度的确定方法，其特征在于：所述步骤1)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。
3.根据权利要求2所述的路用石料不同物相离散硬度的确定方法，其特征在于：所述步骤2)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。
4.根据权利要求3所述的路用石料不同物相离散硬度的确定方法，其特征在于：所述步骤3)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。
5.根据权利要求4所述的路用石料不同物相离散硬度的确定方法，其特征在于：所述步骤3)中石料的整体平均硬度的具体计算公式如下：
Figure FDA0002376030750000011
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。
6.根据权利要求5所述的路用石料不同物相离散硬度的确定方法，其特征在于：所述步骤4)中石料的整体硬度离散值的计算公式是：
Figure FDA0002376030750000012
Snm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；
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