多因素對瀝青混合料空隙率影響的正交試驗分析

李林萍，胡幫艷，張 飛，于 江

(新疆大學 建筑工程學院，新疆 烏魯木齊 830047)

多因素對瀝青混合料空隙率影響的正交試驗分析

李林萍，胡幫艷，張 飛，于 江

(新疆大學 建筑工程學院，新疆 烏魯木齊 830047)

根據分形級配理論進行礦料級配設計，把粗級配分形維數Dc、細級配分形維數Df、粗細級配用量比、油石比和壓實次數作為瀝青混合料空隙率影響因素，采用正交試驗分析方法進行試驗分析，找出其對瀝青混合料空隙的影響程度和變化規(guī)律，為優(yōu)化瀝青混合料配合比設計提供依據。

道路工程；分形級配理論；礦料級配設計；正交試驗；空隙率

0 引 言

空隙率作為瀝青混合料配合比設計的主要控制性指標之一，其與瀝青混合料路用性能指標密切相關。而在瀝青混合料配合比設計過程中，混合料拌合、成型溫度和瀝青種類已定，因此影響瀝青混合料空隙指標的影響因素就為礦料級配、油石比、壓實功。張明等[1]、李艷春等[2]利用正交試驗及灰關聯度研究了礦料級配和油石比對瀝青混合料空隙率的影響。但目前關于瀝青混合料空隙率研究主要側重于礦料級配，但是礦料級配僅停留于某幾個篩孔通過百分率和變換級配類型的層面上。

分形級配理論為瀝青混合料定量描述提供了理論依據，可明確描述礦料級配是粗、細級配的分布情況及粗細集料的用量比[3]；加之，在瀝青混合料配合比設計過程中，壓實功和油石比與瀝青混合料礦料級配相關聯；“正交試驗法”是研究與處理多因素試驗的一種科學方法，其是利用正交表來安排試驗，能夠通過少數的試驗次數，找到最優(yōu)方案。因此，以粗級配分形維數Dc、細級配分形維數Df、粗細級配用量比、油石比和壓實次數作為瀝青混合料空隙率影響因素，采用馬歇爾成型方法進行正交試驗來成型瀝青混合料試件并測得試件的空隙率。對比分析試驗結果，得出上述各影響因素對瀝青混合料空隙的影響程度和變化規(guī)律，為指導瀝青混合料配合比設計提供理論依據。

1 原材料技術性能

試驗采用克拉瑪依90 #瀝青，礦料級配中粗集料選用玄武巖，細集料和礦粉選用石灰?guī)r，經試驗檢測所用礦料及瀝青均滿足技術規(guī)范要求。礦料密度測試結果見表1。

表1 集料密度測試結果Table 1 Aggregate density test results

2 分形礦料級配設計

2.1 分形級配計算公式

研究表明[4-5]：連續(xù)級配、骨架密實型瀝青混合料級配和間斷級配均具有二度域分形特性。不僅可利用二度域分形級配計算公式來定量描述礦料級配的分布狀況，而且可依據二度域分形級配計算公式進行礦料級配設計。其中，二度域分形級配計算公式如下：

(2)

2.2 分形級配表示形式

為了定量描述并反映礦料級配，引入礦料級配參數集G來表示礦料級配。礦料級配的參數集G為

(3)

或

(4)

3 試驗與分析

3.1 正交試驗與礦料級配設計

根據表2中每組試驗礦料級配參數集和二度域分形級配計算公式進行礦料級配設計，25個試驗所對應的礦料級配見表3。

表2 因素-水平Table 2 Factors-level table

表3 試驗方案及結果Table 3 The experimental scheme and result table

(續(xù)表3)

所在列表12345試驗指標因素DcDfPrDCF()Pbn空隙率VV/%試驗32.12.60.350.46753.9試驗42.12.70.300.50953.2試驗52.12.80.250.541103.9試驗62.32.40.400.46955.7試驗72.32.50.350.501104.2試驗82.32.60.300.54355.7試驗92.32.70.250.38509.1試驗102.32.80.450.42754.5試驗112.52.40.350.54507.2試驗122.52.50.300.38759.8試驗132.52.60.250.42959.1試驗142.52.70.450.461102.4試驗152.52.80.400.50352.6試驗162.72.40.300.421109.5試驗172.72.50.250.463511.3試驗182.72.60.450.50502.7試驗192.72.70.400.54752.2試驗202.72.80.350.38955.4試驗212.92.40.250.507510.1試驗222.92.50.450.54952.7試驗232.92.60.400.381104.0試驗242.92.70.350.42355.3試驗252.92.80.300.46504.5

表4 根據表1中Dc，Df及k合成的礦料級配匯總Table 4 According to table 1 Dc, Df, and k in the synthesis of mineral aggregate gradation summary table

3.2 試驗結果分析

3.2.1 極差分析

試驗結果見表3。利用極差分析法對試驗數據進行計算[8]，結果見表5。

表5 空隙指標計算Table5 Void index calculation table

3.2.2 直觀分析

為對比分析瀝青混合料空隙率隨各影響因素的變化趨勢，繪制因素-指標趨勢圖，如圖1～圖5。

圖1 Dc與VV的趨勢Fig. 1 Dc and VV trend chart

圖2 Df與VV的趨勢Fig. 2 Df and VV trend chart

圖3 k與VV的趨勢Fig. 3 k and VV trend chart

圖4 Pa與VV的趨勢Fig. 4 Pa and VV trend chart

圖5 壓實次數與VV的趨勢Fig. 5 Compaction times and VV trend chart

由圖4～圖5可以看出，VV隨Pa和n的增大而減小，當Pa過大或過小時，Pa對VV的影響程度會減弱；擊實50次與75次的空隙率基本一致。

這主要說明3點：一是粗級配的分布狀況對瀝青混合料空隙率影響程度較??；二是細級配的分布和粗細級配用量對瀝青混合料空隙率影響較大，因此要防止細級配過粗干涉粗級配骨架致使瀝青混合料空隙率過大，細級配質量過多致使級配類型整體發(fā)生變化；三是在調節(jié)瀝青混合料空隙率時，可以通過變化油石比來實現，但當油石比過大或者過小時，其對空隙率的影響程度會減弱。

4 結 論

依據正交試驗分析法對粗集配分維數、細級配分維數、粗細集料用量比、油石比和壓實次數對瀝青混合料空隙率的影響程度進行試驗研究，可以得出以下結論：

1)影響瀝青混合料空隙率的各影響因素的主次關系為：粗細級配分界尺寸的通過率大于細級配分維數大于油石比大于壓實次數大于粗集配分維數。

2)粗細級配分界尺寸通過率、細級配分維數、油石比是影響瀝青混合料空隙率的主要影響因素，但是在瀝青混合料配合比設計過程中，優(yōu)先通過改變分界尺寸通過率和細級配分維數來調節(jié)空隙率；

3)在進行瀝青混合料配合比設計時，粗細級配分界尺寸通過率和細集料分維數取值要合理協(xié)調，進而確保瀝青混合料的路用性能。

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Orthogonal Experiment Analysis of Multiple Factors Influence on Asphalt Mixture Voids

LI Linping，HU Bangyan，ZHANG Fei，YU Jiang

(School of Construction Engineering，Xinjiang University，Urumqi 830047，Xinjiang，P.R.China)

Mineral grading design was performed according to the grading fractal theory, in which the coarse grading fractal dimensionDc, fine grading fractal dimensionDfand the dosage ratio for coarse and fine grading, asphalt-aggregate ratio and compaction times were taken as factors influencing void ratio of asphalt mixture. Thus the test for analysis was conducted by the orthogonal method to find out their influencing degree on void ratio of asphalt mixture and void change regularity so as to provide basis for optimizing design of mix proportion of asphalt mixture.

highway engineering;grading fractal theory；mineral aggregate gradation design；the orthogonal experiment；void fraction

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.04.10

2015-04-20；

2015-07-17

國家自然科學基金項目(51168044)

李林萍(1968—)，女,河南鄭州人,副教授，碩士,主要從事道路建筑材料和道路工程方面的研究。E-mail：llp8969080@126.com。

U414.1

A

1674-0696(2016)04-047-05