橡膠瀝青混合料高溫性能影響因素敏感性分析

吳應升，何琦琪

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設計研究院，廣西 南寧 530029)

橡膠瀝青混合料高溫性能影響因素敏感性分析

吳應升，何琦琪

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設計研究院，廣西 南寧 530029)

文章應用灰色關聯(lián)度分析理論，分別從膠結料和級配、油石比及空隙率兩個角度對橡膠瀝青混合料高溫性能影響因素進行敏感性分析，找出評價橡膠瀝青混合料高溫性能的主要指標，為高溫地區(qū)選擇橡膠瀝青混合料提供參考。研究結果表明，膠結料中的橡膠瀝青的177 ℃粘度與級配中的9.5mm篩孔通過率和車轍試驗的動穩(wěn)定度的關聯(lián)程度最好，與實際情況基本吻合，說明灰色關聯(lián)度分析方法是一種簡單有效的分析橡膠瀝青混合料高溫性能影響因素的方法。

橡膠瀝青混合料；灰色關聯(lián)分析；高溫性能；動穩(wěn)定度；影響因素；敏感性分析

0 引言

近年來，橡膠瀝青混合料由于其優(yōu)越的環(huán)保性能以及良好的高溫穩(wěn)定性，已成功應用于國內(nèi)外某些道路工程[1]。橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性習慣上是指其于高溫條件時在行車荷載反復作用下抵抗永久變形的能力[2]，作為橡膠瀝青混合料路面抵抗車轍破壞的主要路用性能，目前還缺乏對其影響因素的系統(tǒng)性研究。因此，為橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性選擇科學合理的影響因素，將對改善其高溫穩(wěn)定性能，延長其路面使用壽命具有十分重要的意義。目前研究混合料高溫穩(wěn)定性的試驗方法主要有：單軸高溫蠕變試驗(無側限)、車轍試驗以及SHRP-Superpave設計中評價混合料高溫性能的體積指標試驗等[3]，其主要影響因素有：橡膠瀝青的25 ℃針入度、軟化點、177 ℃粘度、膠粉細度、膠粉摻量、集料級配、油石比、空隙率、行車速率、累積變形量、最大永久變形量、蠕變斜率以及抗剪強度指標等[4，5，6]。本文擬采用車轍試驗的動穩(wěn)定度指標來評價橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，利用灰色關聯(lián)度方法分別分析橡膠瀝青的25 ℃針入度、軟化點、177 ℃粘度、膠粉細度、膠粉摻量與其混合料的動穩(wěn)定度的敏感性以及集料級配、油石比、空隙率與其混合料的動穩(wěn)定度的敏感性。該研究成果對橡膠瀝青混合料的設計與施工具有指導作用。

1 灰色關聯(lián)度分析理論

灰色系統(tǒng)理論是鄧聚龍于1982年提出的一種新系統(tǒng)理論。灰色關聯(lián)度分析方法作為一種系統(tǒng)分析技術，是根據(jù)事物之間的發(fā)展趨勢的相似或相異程度，來衡量因素間關聯(lián)程度的方法，其主要內(nèi)容是以分析系統(tǒng)中主行為因子與相關行為因子的關系密切程度，從而判斷引起該系統(tǒng)發(fā)展的主要因素和次要因素，其主要步驟如下[7]。

(1)第1步：確定參考數(shù)列X0={X0(k)|k=1，2，…，n}；

(2)第2步：確定比較數(shù)列Xi={Xi(k)|k=1，2，…，n}；

(3)第3步：將上述數(shù)列均值化處理：

(4)第4步：各指標比較數(shù)列和參考數(shù)列的關聯(lián)系數(shù)：

其中：Δi(k)=|Y0(K)-Yi(K)|；e為分辨系數(shù)，一般e∈(0，1)，通常取值為0.5；

(6)第6步：關聯(lián)度按大小排序：Xi與X0的關聯(lián)度ri越大，Xi與X0發(fā)展趨勢越接近。

2 橡膠瀝青混合料高溫性能影響分析

2.1 膠結料對高溫性能的影響

橡膠瀝青混合料是由橡膠瀝青與集料經(jīng)過十分復雜的物理和化學作用之后形成的高強度混合物。膠結料主要作用于集料的孔隙中，使其粘結成具有足夠強度和剛度的整體。為了研究膠結料對混合料高溫性能的影響，本文將在文獻[4]中膠結料對車轍試驗的動穩(wěn)定度影響的試驗數(shù)據(jù)基礎上，利用灰色關聯(lián)度方法分析橡膠瀝青的25 ℃針入度、軟化點、177 ℃粘度、膠粉細度及膠粉摻量對動穩(wěn)定度的敏感性。其試驗結果如表1所示。

根據(jù)灰色關聯(lián)度分析理論，此次分析把動穩(wěn)定度作為參考數(shù)列，把25 ℃針入度、軟化點、177 ℃粘度、膠粉細度及膠粉摻量作為比較數(shù)列。將表1的試驗結果進行關聯(lián)度處理之后，分別得到各指標與動穩(wěn)定度的關聯(lián)系數(shù)及關聯(lián)度，其結果如下頁表2所示。

從表2的分析結果來看，177 ℃粘度與車轍試驗的動穩(wěn)定度的關聯(lián)程度最好，其次是軟化點、膠粉摻量、25 ℃針入度，膠粉細度對其影響最低，因此橡膠瀝青的177 ℃粘度和軟化點可作為橡膠瀝青混合料的高溫性能評價指標，膠粉摻量與橡膠瀝青混合料的動穩(wěn)定度也具有良好的相關性。此結論基本上與楊戈、張海晨等[8，9]的分析一致。

表1 膠結料對橡膠瀝青混合料高溫性能影響指標表

表2 膠結料各指標與動穩(wěn)定度的關聯(lián)系數(shù)及關聯(lián)度表

2.2 級配、油石比及空隙率對高溫性能的影響

進一步分析其他因素對橡膠瀝青混合料高溫性能的影響。從其組成結構來看，除了膠結料對橡膠瀝青混合料高溫性能有影響外，集料的級配、混合料的油石比及空隙率均有可能對其高溫性能產(chǎn)生影響。下面本文將在文獻[4]中集料級配、油石比及空隙率對車轍試驗的動穩(wěn)定度影響的試驗數(shù)據(jù)基礎上，利用灰色關聯(lián)度方法分析集料級配、油石比及空隙率對動穩(wěn)定度的敏感性。其試驗數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 級配、油石比及空隙率對橡膠瀝青

根據(jù)灰色關聯(lián)度分析理論，此次分析把動穩(wěn)定度作為參考數(shù)列，把級配、油石比及空隙率作為比較數(shù)列。將表3的試驗結果進行關聯(lián)度處理之后，分別得到各指標與動穩(wěn)定度的關聯(lián)系數(shù)及關聯(lián)度，其結果如表4所示。

從表4的分析結果來看，9.5mm篩孔通過率與車轍試驗的動穩(wěn)定度的關聯(lián)程度最好，其次是空隙率、4.75mm篩孔通過率、2.36mm篩孔通過率，油石比對其影響最低，這說明橡膠瀝青的9.5mm孔徑通過率是影響橡膠瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的主要因素，9.5mm孔徑通過率越大，其集料中粗集料越少，集料與集料間難已形成骨架，橡膠瀝青混合料高溫性能越差。

表4 級配、油石比及空隙率與動穩(wěn)定度的關聯(lián)系數(shù)及關聯(lián)度表

3 結語

本文應用灰色關聯(lián)度方法分析了橡膠瀝青混合料高溫性能的影響因素，主要研究成果如下：

(1)利用灰色關聯(lián)度方法對橡膠瀝青混合料高溫性能的影響因素進行分析，其結論基本與實際吻合，為分析橡膠瀝青混合料高溫性能的影響因素提供了一種新的可靠方法。

(2)膠結料對橡膠瀝青混合料高溫性能的影響大小依次是：177 ℃粘度最大，軟化點次之，膠粉摻量和25 ℃針入度再次之，膠粉細度最小。這將為改善膠結料的性能、提高橡膠瀝青混合料高溫性能提供一定的指導作用。

(3)級配、油石比及空隙率對橡膠瀝青混合料高溫性能的影響大小依次是：9.5mm篩孔通過率最大，空隙率次之，4.75mm篩孔通過率和2.36mm篩孔通過率再次之，油石比最小。

[1]王旭東，李美江，路凱冀.橡膠瀝青及混凝土應用成套技術[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]岳學軍，黃曉明.瀝青混合料高溫穩(wěn)定性評價指標的試驗研究[J].公路交通科技，2006，23(10)：37-40.

[4]黃衛(wèi)東，王 偉，黃 巖，等.橡膠瀝青混合料高溫穩(wěn)定性影響因素試驗[J].同濟大學學報(自然科學版)，2010，38(7)：1023-1028.

[5]陳忠達，袁萬杰，薛 航，等.瀝青混合料高溫性能評價指標[J].長安大學學報(自然科學版)，2006，26(5)：1-4.

[6]栗 威，黃美燕，魏建國.瀝青道面高溫抗車轍性能評價指標[J].長沙理工大學學報(自然科學版)，2013，10(4)：9-16.

[7]鄧聚龍.灰色系統(tǒng)基本方法[M].上海：華東理工大學出版社，1987.

[8]楊 戈，黃衛(wèi)東，李彥偉，等.橡膠瀝青混合料高溫性能評價指標的試驗研究[J].建筑材料學報，2010，13(6)：753-758.

[9]彌海晨，胡 苗，祁 峰，等.橡膠瀝青結合料對混合料高溫抗車轍性能的影響[J].中外公路，2011，31(1)：203-204.

Sensitivity Analysis of High-temperature Performance Influencing Factor for Rubber Asphalt Mixtures

WU Ying-sheng，HE Qi-qi

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

By using the gray correlation analysis theory，this article conducted the sensitivity analysis on high-temperature performance influencing factors of rubber asphalt mixtures respectively from the perspectives of binder material and grading as well as bitumen aggregate ratio and porosity ratio，and identified the main indicators to evaluate the high temperature properties of rubber asphalt mixtures，thereby providing the ref-erence for selecting the rubber asphalt mixtures in high temperature areas.The study results showed that the 177 ℃ viscosity of rubber cement in binder material and the 9.5 mm sieve through rate in the grading has the best correlation with the dynamic stability of rutting test，which is consistent with the actual situation，indi-cating that the gray correlation analysis is a simple and effective method to analyze the high temperature performance influencing factors of rubber asphalt mixtures.

Rubber asphalt mixture；Gray correlation analysis；High temperature performance；Dynamic stability；Influencing factors；Sensitivity analysis

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.04.005

1673-4874(2015)04-0018-03

2015-03-06

吳應升，工程師，主要從事道路與橋梁設計研究工作。