瀝青混合料空隙率影響因素的顯著程度分析

余 華

瀝青混合料空隙率影響因素的顯著程度分析

余 華

(西安鐵路工程職工大學(xué)，陜西西安 710065)

為研究油石比、毛體積密度以及粒徑在2.36 mm以下的單檔礦料含量等因素對(duì)瀝青混合料空隙率的影響，采用馬歇爾配合比設(shè)計(jì)方法測(cè)得基本試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合灰關(guān)聯(lián)分析方法得到各影響因素的灰關(guān)聯(lián)系數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明:油石比對(duì)瀝青混合料空隙率的影響最大，其次是粒徑在0.15 mm以下的礦料含量，而粒徑在0.15～2.36 mm范圍的礦料含量對(duì)空隙率的影響最小。

道路工程;馬歇爾試驗(yàn);空隙率;灰關(guān)聯(lián)分析

0 引言

瀝青混合料是礦質(zhì)混合料與瀝青結(jié)合料經(jīng)拌和而形成的，是一種典型的黏彈性材料，其性能直接受瀝青、集料和空隙率的影響［1-4］。空隙率是瀝青路面設(shè)計(jì)中較為重要的一項(xiàng)指標(biāo)，其取值的大小對(duì)瀝青混合料的路用性能影響顯著［5-7］。馬歇爾體積設(shè)計(jì)方法是根據(jù)瀝青混合料的空隙率、礦質(zhì)集料間隙率、瀝青填隙率等體積特性進(jìn)行瀝青混合料設(shè)計(jì)的。已有研究表明，油石比、礦料級(jí)配類型、瀝青混合料的毛體積密度以及瀝青混合料中各檔細(xì)集料的含量對(duì)瀝青混合料的空隙率均有一定影響［8-11］。因此，本文對(duì)不同種類的瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，并基于灰關(guān)聯(lián)分析方法深入分析馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，得出各個(gè)因素對(duì)空隙率的影響程度，以期為瀝青混合料設(shè)計(jì)與施工提供參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

采用SBS90#改性瀝青，具體技術(shù)指標(biāo)如表1所示。所用礦料取自陜西省安康市高速公路料場(chǎng)，規(guī)格為0～3 mm、3～5 mm、5～10 mm、10～15 mm。其中，粗集料以閃長(zhǎng)巖碎石為主，細(xì)集料為機(jī)制砂，礦粉為憎水性石灰石礦粉。粗集料壓碎值為15.4%，含泥量為0.6%，吸水率為0.7%，針片狀(扁平)顆粒含量為7.5%;細(xì)集料含泥量為0.9%，吸水率為0.85%，砂當(dāng)量為86%。粗、細(xì)集料及礦粉的試驗(yàn)指標(biāo)如表2所示。

表1 SBS90#瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2 粗集料、細(xì)集料、礦粉試驗(yàn)指標(biāo)

參考《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50—2006)中AC-16瀝青混合料級(jí)配范圍上限、中值和下限級(jí)配，根據(jù)集料所占的質(zhì)量選擇4種試驗(yàn)用級(jí)配類型，分別記為級(jí)配 AC-16-1、AC-16-2、AC-16-3與AC-16-4，具體級(jí)配組成見(jiàn)表3。

1．2 試驗(yàn)方法

采用《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42—2005)中的細(xì)集料表觀密度試驗(yàn)的容量瓶法(T 0328—2005)測(cè)量細(xì)集料的表觀密度，采用礦粉密度試驗(yàn)(T 0352—2000)測(cè)量礦粉的密度，采用粗集料密度及吸水率試驗(yàn)的網(wǎng)籃法(T 0304—2005)測(cè)量粗集料的密度。采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)中的制作瀝青混合料試件的擊實(shí)法(T 0702—2011)制備馬歇爾試件，采用壓實(shí)瀝青混合料密度試驗(yàn)的水中重法(T 0706—2011)測(cè)量馬歇爾試件的密度，采用瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)(T 0709—2011)進(jìn)行瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)［12-20］。

表3 礦料級(jí)配組成%

1．3 灰關(guān)聯(lián)分析方法

灰關(guān)聯(lián)分析是研究系統(tǒng)中各因素關(guān)聯(lián)程度的一種系統(tǒng)分析技術(shù)。其數(shù)學(xué)原理如下:設(shè)X0={X0(1)，X0(2)，…，X0(n)}為參考序列，Xi={Xi(1)，Xi(2)，…，Xi(n)}(i=1，2，…，n)為比較序列，對(duì)上述每個(gè)序列做均值化處理，即用參考序列的值去除它對(duì)應(yīng)的比較序列的值，得到對(duì)應(yīng)新的序列

則各時(shí)刻(指標(biāo)和空間)比較序列與參考序列的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi(k)為

式中:Δi(k)=Y0(k)－Yi(k)為新的參考序列和第i個(gè)新的比較序列之間的絕對(duì)差序列，k=1，2，…，n;ρ為分辨系數(shù)，一般取0.5;記為兩級(jí)最小差，第一級(jí)最小差，為絕對(duì)差Δi(k)中按不同k值選取的最小值，第二級(jí)最小差，為Δ1(min)，Δ2(min)，…，Δn(min)中選取的最小值;記為兩級(jí)最大差，其代表的意義與兩級(jí)最小差相似。

灰關(guān)聯(lián)系數(shù)

ri從大到小構(gòu)成關(guān)聯(lián)序列，比較序列的灰關(guān)聯(lián)系數(shù)越大，說(shuō)明該序列對(duì)應(yīng)的因素對(duì)參考序列對(duì)應(yīng)的參數(shù)的影響程度越大。

2 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

2．1 瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

本研究采用壓實(shí)瀝青混合料密度試驗(yàn)中的水中重法測(cè)量瀝青混合料的毛體積密度，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4可知，對(duì)于同一級(jí)配類型，瀝青混合料的空隙率隨著瀝青用量的增大呈明顯的遞減趨勢(shì)，集料密度與級(jí)配類型均在一定程度上影響著瀝青混合料的空隙率，但具體的影響程度尚不清楚，因此本研究采用灰關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)分析方法來(lái)研究上述影響因素對(duì)空隙率的影響程度。

2．2 空隙率影響因素灰關(guān)聯(lián)度的計(jì)算

首先，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行初始化，初始化后的數(shù)據(jù)如表5所示。

其次，計(jì)算各影響因素的求差序列，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。最后，確定各個(gè)影響因素的灰關(guān)聯(lián)系數(shù)，具體見(jiàn)表7。由表7可知:油石比的灰關(guān)聯(lián)系數(shù)最大，說(shuō)明油石比對(duì)瀝青混合料空隙率的影響程度最大;其次為粒徑小于0．075 mm顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與粒徑小于0.15 mm顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即礦料顆粒越細(xì)，礦料對(duì)空隙率的影響越顯著;毛體積密度對(duì)瀝青混合料的空隙率亦有一定的影響;粒徑在0.15 mm以上的礦料對(duì)瀝青混合料的空隙率影響程度最弱。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)在相同的級(jí)配類型下，瀝青混合料的空隙率隨著瀝青用量的增大而顯著減小。集料密度與級(jí)配類型對(duì)瀝青混合料的空隙率均有一定的影響。

(2)基于馬歇爾配合比設(shè)計(jì)方法，得出不同油石比與級(jí)配類型對(duì)應(yīng)的瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用灰關(guān)聯(lián)分析方法研究了油石比、毛體積密度、粒徑在2.36 mm以下的單檔礦料含量等影響因素對(duì)瀝青混合料空隙率的影響程度。最終得出各因素對(duì)空隙率影響程度從大到小的排序?yàn)?油石比、粒徑在0.15 mm以下的礦料含量、毛體積密度、粒徑在0.15～2.36 mm范圍的礦料含量。因此，建議在進(jìn)行瀝青混合料空隙率的設(shè)計(jì)時(shí)，著重考慮油石比以及粒徑小于0．15 mm的礦料含量對(duì)瀝青混合料空隙率的影響。

表5 初始化試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表6 影響因素的求差序列

表7 影響因素的灰關(guān)聯(lián)系數(shù)

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Analysis on Significant Degree of Influencing Factors of Porosity of Asphalt Mixture

YU Hua
(Xi'an Railway Engineering College for Workers and Staff，Xi'an 710065，Shaanxi，China)

In order to study the effects of asphalt-aggregate ratio，bulk density and mineral aggregate with particle size below 2.36 mm on the porosity of asphalt mixture，the basic experimental data were measured by Marshall mix design method，and the gray correlation coefficient of each influencing factor was obtained by using gray correlation analysis method．The results show that the asphalt-aggregate ratio has the greatest influence on the porosity of the asphalt mixture，followed by the mineral material with the particle size below 0.15 mm，and the mineral aggregate with the particle size in the range of 0.15～2.36 mm has the least effect．

road engineering;Marshall test;porosity;gray correlation analysis

U414．03

B

1000-033X(2017)10-0073-05

2017-04-05

余 華(1981-)，女，陜西安康人，講師，主要研究方向?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸工程。

［責(zé)任編輯:杜敏浩］