Evaluation of microtexture changes of coarse aggregate during simulated polishing

• Autorzy: Gardziejczyk W. , Wasilewska M.

Identyfikatory

DOI

10.1515/ace-2015-0062

Warianty tytułu

PL

Ocena zmian mikrotekstury kruszywa grubego podczas symulowanego polerowania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents application of optical microscope for evaluation of microtexture changes of coarse aggregate during simulated polishing in laboratory. Observations of the apparent changes on surfaces of seven different aggregates are presented. Simulation polishing of aggregate was performed in accordance with PN-EN 1097-8:2009. lmages of the aggregate surface were taken with the optical microscope in the reflection mode in particular stages of polishing. Digital images were analyzed. Standard deviation was determined on the basis of the histogram of intensities from digital images of the surfaces of aggregate grains which was assurned as the measure of changes in microtexture during simulated polishing (namely the σh parameter). Statistical analysis has shown that the changes of the σh parameter between the particular stages of polishing confirm certain trends related to the petrographic characteristic of the rocks. Aggregates which included minerals of similar hardness (granodiorite, dolomile, basalt) were more prone to polishing than gabbro and postglacial. Regeneration of the microtexture, the recovery to its original asperity, occurred in the case of quartz sandstone and steelmaking slag.

PL

W rzeczywistych warunkach ruchu, pod wpływem opon samochodowych, drobnych zanieczyszczeń oraz wody, zachodzi zjawisko polerowania wystających ziaren kruszywa, przyczyniając się do śliskości nawierzchni drogowych. W czasie polerowania ich powierzchnia ulega zmianom w zależności od składu petrograficznego, twardości minerałów, tekstury, struktury, porowatości i stopnia zwietrzenia skały. Miarą odporności na polerowanie kruszywa grubego stosowanego do warstwy ścieralnej nawierzchni drogowych jest wskaźnik polerowalności PSV (Polished Stone Value). Na jego podstawie trudno jest jednak oceniać zachowanie się kruszywa w procesie polerowania, gdyż wymaga to poznania zjawisk zachodzących na powierzchni poszczególnych ziaren. W literaturze są prezentowane różne teorie dotyczące oceny zmian zachodzących na powierzchni ziaren pod działaniem kół pojazdów samochodowych. Opisują one ścieranie się mikroskopijnych protuzji na powierzchni ziarna w powiązaniu z deformacją przestrzenną sieci krystalicznej minerałów. Wraz z rozwojem technologii optoelektronicznej i komputerowej rozwinęły się metody analizy powierzchni bazujące na komputerowym przetwarzaniu obrazów cyfrowych. Celem artykułu jest ocena zmian mikrotekstury powierzchni ziaren kruszywa grubego w procesie polerowania w oparciu o obrazy wykonane pod mikroskopem optycznym. Do badań wytypowano kruszywo dolomitowe, granodiorytowe, gabrowe, polodowcowe, z piaskowca kwarcytowego, z żużla stalowniczego i bazaltowe. Wykonano po cztery próbki analityczne, które polerowano zgodnie z normą PN-EN 1097-8:2009. Proces polerowania trwał 6 godzin z podziałem na I fazę ze ścierniwem korundowym frakcji 300/600 μm i wodą oraz II fazę z proszkiem korundowym frakcji mniejszej od 53 μm i wodą. Zarówno przed polerowaniem i po każdej fazie polerowania na każdej próbce w losowo wybranych miejscach wykonywano po 30 obrazów powierzchni ziaren kruszyw pod mikroskopem optycznym w powiększeniu x 3.2. Za miarę mikrotekstury przyjęto wartość odchylenia standardowego σh, odczytaną z histogramu wzmocnień dla obrazu cyfrowego badanej powierzchni. Analiza wyników w oparciu o nieparametryczny test Friedmana wykazała, że istnieją statystycznie istotne różnice pomiędzy średnimi wartościami parametru σh z histogramów wzmocnień, ustalonymi na tych samych kruszywach w poszczególnych etapach polerowania. Oznacza to, że w procesie polerowania następują istotne zmiany w mikroteksturze na powierzchni kruszywa grubego. Są one uzależnione od charakterystyki petrograficznej skały z której kruszywo zostało wyprodukowane. Ważną rolę odgrywa przy tym twardość minerałów. Wykazano, że kruszywa wyprodukowane ze skał, które są zbudowane z minerałów o zbliżonej twardości (dolomit, granodioryt) lub skał o strukturze skrytokrystalicznej (bazalt) bardzo łatwo poddają się czynnikom polerującym. Na ich powierzchni dochodzi do istotnej deformacji sieci krystalograficznej już w I fazie oznaczenia (przy użyciu grubego ścierniwa i wody). Natomiast powierzchnia kruszywa zbudowanego ze skały o zróżnicowanej twardości minerałów (gabro) pod wpływem grubego ścierniwa i wody ulega jedynie ścieraniu. Dopiero materiały polerujące takie, jak: mączka korundowa i woda, dozowane w II fazie, przyczyniają się do deformacji sieci krystalograficznej niektórych obszarów minerałów. Na podstawie analizy obrazów udowodniono, że piaskowiec kwarcytowy i żużel stalowniczy mają zdolności do regeneracji mikrotekstury podczas symulacji procesu polerowania. Takie kruszywa są szczególnie pożądane do zastosowania do warstwy ścieralnej w obszarach takich, jak: skrzyżowania, łącznice drogowe, pasy włączeń i wyłączeń. Wyniki badań potwierdziły, że z punktu widzenia odporności na polerowanie bardzo dobrym materiałem są kruszywa z piaskowca kwarcytowego, żużla stalowniczego oraz gabra, a gorszym materiałem - kruszywa z dolomitu i granodiorytu.

Słowa kluczowe

EN

coarse aggregate; microtexture; image analysis; intensities histogram; polished stone value; simulated polishing

PL

kruszywo grube; mikrotekstura; analiza obrazu; histogram wzmocnień; wskaźnik polerowalności PSV; polerowanie sumulowane

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 62, nr 2
• Strony: 19--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Gardziejczyk W.

• Faculty of Civil and Environment Engineering, Białystok University of Technology, Białystok

autor

Wasilewska M.

• Faculty of Civil and Environment Engineering, Białystok University of Technology, Białystok

Bibliografia

• 1. M-T. Do, “Relation entre la microtexture et l’adherence. Adhérence – Numéro spécial 254’’, Bulletin des Laboratoires des Points et Chaussées, Avril – Mai – Juin, France, 2005.
• 2. M-T. Do, M. Kane, Z. Tang, F. Larrard, “Physical model for the prediction of pavement polishing”, Wear 267:81-85, 2009.
• 3. M-T. Do, Z. Tang, F. Larrard, “Evolution of road-surface skid-resistance and texture due to polishing”. Wear 266: 574-577, 2009.
• 4. A.M. Dunford, A.R. Parry, P.H. Shipway, H.E. Viner, “Three-dimensional characterization of surface texture for road stones undergoing simulated traffic wear”, Wear 292-293:188-196, 2012.
• 5. W. Gutt, P. Nixon, “Studies of the texture of some road stone materials by scanning electron”, J Mater Sci 7: 995-1002, 1989
• 6. J.W. Hall, K.L. Smith, L.Titus-Glover, J.C. Wambold, T.J. Yager, Z. Rado, “Guide for pavement friction. NCHRP Web-only document 108”. Contractor’s Final Report NCHRP Project 01-43, 2009.
• 7. O. Holub, S.T.Ferreira, “Quantitative histogram analysis of images”, Computer Physics Communications 175: 620-623, 2006.
• 8. P.G. Roe, S.A. Hartshorne, “The Polished Stone Value of aggregates and in-service skidding resistance” TRL Report 322. Crowthorne,1998.
• 9. P.G. Roe, A. Parry, H.E. Viner, “High and low speed skidding resistance the influence of texture depth” TRL Report 367. Crowthorne, 1998.
• 10. A.B. Slimane, Khoudeir, J. Brochard, M-T. Do, “Characterization of road microtexture by means of image analysis”, Wear 264: 464-468, 2008.
• 11. D.J. Sheskin, “Parametric and nonparametric statistical procedures”, CRC Boca Raton; 1996.
• 12. A.R.G. Van de Wall, “The polishing of aggregate used in road construction. The relation between the Polished Stone Value and the petrography and mechanic properties of road aggregate”. Faculty of Mining and Petroleum Engineering, Section of Engineering Geology. No 96, T.U. Delft,1992.
• 13. J.L. Vilaca, J.C. Fonseca, A.C.M. Pinho, E. Freitas, “3D profile equipment for the characterization of the pavement texture – TexScan”, Mechatronics 20: 674-685, 2010.
• 14. M. Wasilewska, W. Gardziejczyk, “Analiza ilościowa i jakościowa zmian mikroteksturalnych powierzchni kruszywa stosowanego do warstwy ścieralnej” Zesz. Nauk. PRzesz. Bud. i Inż. Środ Z. 59-cz.4: 361-368, 2012.
• 15. A. Zawada-Tomkiewicz ,“Machined surface image analysis for the estimation of the surface parameters”, Acta Mechanica et Automatica 1:79-89, 2007.
• 16. D. Zhang, X. Huang, Y. Zhao, “Investigation of the shape, size, angularity and surface texture properties of coarse aggregates”, J Constr Build Mater 34:330-336, 2012.
• 17. EN 1097-8:2009 Tests for mechanical and physical properties of aggregates. Determination of the polished stone value

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.