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，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瀝青混合料空隙率的影響，采用馬歇爾配合比設計方法測得基本試驗數據，結合灰關聯分析方法得到各影響因素的灰關聯系數。試驗結果表明:油石比對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范圍的礦料含量對空隙率的影響最小。

道路工程;馬歇爾試驗;空隙率;灰關聯分析

0 引言

瀝青混合料是礦質混合料與瀝青結合料經拌和而形成的，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計中較為重要的一項指標，其取值的大小對瀝青混合料的路用性能影響顯著［5-7］。馬歇爾體積設計方法是根據瀝青混合料的空隙率、礦質集料間隙率、瀝青填隙率等體積特性進行瀝青混合料設計的。已有研究表明，油石比、礦料級配類型、瀝青混合料的毛體積密度以及瀝青混合料中各檔細集料的含量對瀝青混合料的空隙率均有一定影響［8-11］。因此，本文對不同種類的瀝青混合料進行馬歇爾試驗，并基于灰關聯分析方法深入分析馬歇爾試驗結果，得出各個因素對空隙率的影響程度，以期為瀝青混合料設計與施工提供參考。

1 試驗材料與方法

1．1 試驗材料

采用SBS90#改性瀝青，具體技術指標如表1所示。所用礦料取自陜西省安康市高速公路料場，規格為0～3 mm、3～5 mm、5～10 mm、10～15 mm。其中，粗集料以閃長巖碎石為主，細集料為機制砂，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%;細集料含泥量為0.9%，吸水率為0.85%，砂當量為86%。粗、細集料及礦粉的試驗指標如表2所示。

表1 SBS90#瀝青技術指標

表2 粗集料、細集料、礦粉試驗指標

參考《公路瀝青路面設計規范》(JTG D50—2006)中AC-16瀝青混合料級配范圍上限、中值和下限級配，根據集料所占的質量選擇4種試驗用級配類型，分別記為級配 AC-16-1、AC-16-2、AC-16-3與AC-16-4，具體級配組成見表3。

1．2 試驗方法

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

表3 礦料級配組成%

1．3 灰關聯分析方法

灰關聯分析是研究系統中各因素關聯程度的一種系統分析技術。其數學原理如下:設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，對上述每個序列做均值化處理，即用參考序列的值去除它對應的比較序列的值，得到對應新的序列

則各時刻(指標和空間)比較序列與參考序列的關聯系數ξi(k)為

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

灰關聯系數

ri從大到小構成關聯序列，比較序列的灰關聯系數越大，說明該序列對應的因素對參考序列對應的參數的影響程度越大。

2 馬歇爾試驗結果

2．1 瀝青混合料的馬歇爾試驗結果

本研究采用壓實瀝青混合料密度試驗中的水中重法測量瀝青混合料的毛體積密度，試驗結果如表4所示。由表4可知，對于同一級配類型，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，集料密度與級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聯的數學分析方法來研究上述影響因素對空隙率的影響程度。

2．2 空隙率影響因素灰關聯度的計算

首先，對試驗結果進行初始化，初始化后的數據如表5所示。

其次，計算各影響因素的求差序列，計算結果見表6。最后，確定各個影響因素的灰關聯系數，具體見表7。由表7可知:油石比的灰關聯系數最大，說明油石比對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顆粒的質量分數與粒徑小于0.15 mm顆粒的質量分數，即礦料顆粒越細，礦料對空隙率的影響越顯著;毛體積密度對瀝青混合料的空隙率亦有一定的影響;粒徑在0.15 mm以上的礦料對瀝青混合料的空隙率影響程度最弱。

3 結語

(1)在相同的級配類型下，瀝青混合料的空隙率隨著瀝青用量的增大而顯著減小。集料密度與級配類型對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計方法，得出不同油石比與級配類型對應的瀝青混合料馬歇爾試驗數據，運用灰關聯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瀝青混合料空隙率的影響程度。最終得出各因素對空隙率影響程度從大到小的排序為: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，建議在進行瀝青混合料空隙率的設計時，著重考慮油石比以及粒徑小于0．15 mm的礦料含量對瀝青混合料空隙率的影響。

表5 初始化試驗數據

表6 影響因素的求差序列

表7 影響因素的灰關聯系數

［1］ 申來明，楊海峰，房士偉．空隙率隨機制砂關鍵篩孔的變化規律研究［J］．筑路機械與施工機械化，2016，33(2):52-56．

［2］ 周雪艷，馬 骉，田宇翔，等．青藏高寒地區瀝青混合料低溫抗裂性能的灰關聯分析［J］．江蘇大學學報:自然科學版，2016，37(5):597-603．

［3］ 李志厚，李志剛，張 航，等．高模量瀝青混凝土在國內外的應用［J］．筑路機械與施工機械化，2014，31(1):51-56．

［4］ 薛國強，張裕卿，黃曉明．瀝青混合料粘彈性能微觀力學分析［J］．公路交通科技，2009，26(6):18-23．

［5］ 馬 骉，周雪艷，司 偉，等．青藏高寒地區瀝青混合料的水穩定性與高溫性能研究［J］．冰川凍土，2015，37(1):175-182．

［6］ 田黎民，劉 嶄，吳德軍．排水性瀝青路面排水層最佳空隙率研究［J］．筑路機械與施工機械化，2013，30(5):62-65．

［7］ 劉紅瑛．瀝青混合料毛體積密度測定方法的研究［J］．重慶交通學院學報:自然科學版，2003，22(3):49-51．

［8］ 郭乃勝，YOU Z P，譚憶秋，等．基于CT技術的瀝青混合料空隙率預測方法［J］．中國公路學報，2016，29(8):12-21，24．

［9］ 彭 勇，孫立軍．空隙率對瀝青混合料性能影響［J］．武漢理工大學學報:交通科學與工程版，2009，33(5):826-829．

［10］ 王旭東，應鵬程．瀝青混合料空隙率的研究［J］．重慶交通大學學報:自然科學版，2000，19(4):18-21．

［11］ 楊傳高，何文鋒．壓實瀝青混合料密度試驗方法分析［J］．中國市政工程，2002(1):12-14．

［12］ 張志峰，張昌波，馮忠緒．瀝青混合料離析與空隙率的相關性分析［J］．鄭州大學學報:工學版，2008，29(4):73-76．

［13］ 陳魯川，王 林．乳化瀝青冷再生試件空隙率測定方法的試驗研究［J］．石油瀝青，2017，31(1):36-40．

［14］ 付向東，李愛民，狄升貫．基于空隙率的透水性瀝青路面配合比設計［J］．筑路機械與施工機械化，2014，31(8):53-56．

［15］ 張志強，任永利，李 智．瀝青混合料空隙率的影響因素分析［J］．公路，2012(1):157-160．

［16］ 李艷春，孟 巖，周驪巍，等．瀝青混合料空隙率影響因素的灰關聯分析［J］．中國公路學報，2007，20(1):30-34．

［17］ 金春植，梅 平．基于空隙率法的路基壓實控制［J］．筑路機械與施工機械化，2011，28(1):46-48．

［18］ 許志鴻，劉 紅，王宇輝，等．細集料對瀝青混合料性能的影響［J］．中國公路學報，2001，14(S1):27-30．

［19］ 陳 春，許志鴻，陳興偉．瀝青混合料空隙率影響因素研究［J］．公路，2003(4):111-113．

［20］ 張肖寧，尹應梅，鄒桂蓮．不同空隙率瀝青混合料的粘彈性能［J］．中國公路學報，2010，23(4):1-7．

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，主要研究方向為交通運輸工程。

［責任編輯:杜敏浩］