GAC-16C改性瀝青混合料劈裂強度的影響因素分析

陳秋

（廣州冠粵路橋檢測有限公司，廣州 510880）

1 試驗設計與結果

以廣州新白云國際機場第二高速公路北段工程SG01 標瀝青混凝土路面為例，結合料為PG76 SBS 改性瀝青，粗集料為玄武巖(10～18 mm、5～10 mm、3～5 mm)，細集料為機制砂（粒徑d＜2.36 mm），填料包含水泥和石灰巖礦粉2 類。在確定試驗所需的原材料后，采用正交試驗的方法，以尺寸篩孔的通過率為變量，通過試驗室試配生成目標配合比合成級配，見表1。

表1 目標配合比合成級配組成

考慮到生產期間拌和站的除塵環節（粗集料的粉塵都可能被除掉）后，采用上述原材料進行GAC-16C 瀝青混合料礦料級配曲線設計。

經試配，GAC-16C 瀝青混合料目標配合比為（10～18）mm∶（5～10）mm∶（3～5）mm∶（0～3）mm∶礦粉∶水泥=41∶27∶4∶24.5∶2.5∶1。

通過試驗室對各礦料進行密度試驗，可得出各礦料的表觀密度、毛體積密度，通過合成試驗可得礦料的合成毛體積密度、礦料的合成表觀密度。

2 劈裂強度影響分析

以9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.075 mm 篩孔通過率的變化來分析，同時按油石比的變化制作成型馬歇爾試件。

2.1 試驗結果

成型溫度(163±2.5）℃，引入真空法以便測定理論最大密度。根據試驗要求，每組制作24 個試件，均勻分為4 個細分組別，分別用于馬歇爾性能指標試驗和15℃劈裂試驗，從中采集數據，旨在探尋劈裂強度與混合料標準設計方法的線性關系。

本試驗采用油石比為4.7%制備馬歇爾試驗，按JTG E20—2011 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》對GAC-16C 型瀝青混凝土進行瀝青混合料凍融劈裂試驗。試驗數據結果見表2。

表2 GAC-16C型瀝青混凝土的瀝青混合料凍融劈裂試驗結果

2.2 試驗結果分析

極差分析雖然是1 種較為直觀的方法，但其僅能作為試驗結果的輔助判斷方法，無法準確掌握因素水平的變化所帶來的差異。而方差分析則具有量化特性，可以對各因素展開定量分析，在劈裂強度分析中，可更為合理地反映各因素的顯著性影響。因此，宜將方差分析作為主要的分析方法。

經方差分析后，可確定數據的總變差，從中精準識別試驗誤差和條件變差，并分別賦予特定的數量，以便直觀分析。換言之，可將其分解為各因素響應值的總和、均值及平方和等，并根據此類數據展開統計檢驗工作。

數據的數量易對平方和造成影響，為在最大限度上削弱該影響，需要引入自由度的概念，以便有效修正項數。在確定各因素離差平方和后將其除以自由度的商，從而求得均方離差。

結合表1 內容可知，在各類影響15℃劈裂強度的因素中，可識別影響劈裂強度的主要因素，即2.36 mm、4.75 mm 和0.075 mm 的孔篩通過率。根據前述內容可知，極差分析對因子（因素）作用的判斷是由因素自身所引起的。也就是說，因素對實驗指標具有較明顯的影響，由試驗誤差引起的結論不成立。

在各類劈裂強度的影響因素中，具有顯著作用的是細集料級配變異；相比之下，雖然油石比變異會對其造成影響，但相對甚微。由此認為，就瀝青混合料的劈裂強度而言，極為關鍵的影響因素在于細集料，具體體現在級配組成和空隙率兩方面[1]。

3 劈裂強度與密度、空隙率的相關性及變異性分析

3.1 15℃劈裂強度與密度、空隙率的相關性

25 組劈裂強度與毛體積密度關系見圖1 所示，25 組劈裂強度與空隙率關系見圖2。

圖1 25 組劈裂強度與密度關系

圖2 25 組劈裂強度與空隙率關系

關于試件毛體積密度、空隙率與劈裂強度的線性關系，主要體現為：（1） 在試件毛體積密度增加的條件下，15 ℃劈裂強度具有同步增加的變化趨勢，線性相關系數R=74.95%；（2）在試件空隙率增加的條件下，15 ℃劈裂強度呈現出逐步降低的變化趨勢，線性相關系數R=67.7%。

經分析認為，毛體積密度值的高度顯著影響因子為2.36 mm篩孔通過率和油石比；而空隙率的高度顯著影響因子則為油石比、2.36 mm 和0.075 mm 篩孔通過率。相比之下，油石比對劈裂強度雖有影響但不顯著，由此也很好地解釋了為何線性相關系數偏低的現象。隨著孔隙率的變化，即1.19%→1.15%→1.04%；此外，對應的劈裂強度也有逐步降低的趨勢，而衰減幅度達到了6.2%。根據此關系可以得知，空隙率對劈裂強度的影響較為顯著。

根據此特點，需注意以下幾點：（1）從級配組成設計的角度切入，尋找合適的篩孔通過率（應當滿足可降低空隙率、可提高試件密度的雙重要求），同時確定適宜的油石比；（2）在工程施工中，還可采取提高混合料出場溫度、優化壓實工藝（例如，機械設備的組合、碾壓速度、遍數等）的方法，通過多種途徑提高路面壓實密度，改善路面的狀態，使其原位空隙率控制在4%～6%以內，并由此提高材料的抗拉強度，保證路面具有較佳的質量。

3.2 劈裂強度變異性分析

對于方差相等的2 個隨機變量，其揭露的信息為各自的平均值取值的均勻性保持一致，但并不能說明取值的分散程度一致。根據此特點，可在對取值的均勻程度和取值大小的相對關系展開分析時，較為適宜的方法是引入隨機變量的變異系數，具體指的是標準差除以平均值的百分數，利用該指標表征隨機變量的不穩定情況。

不同因素對15 ℃劈裂強度變異系數的影響各異，主次排序為：最為顯著的是0～3 mm 篩孔通過率，最不顯著的是油石比。以0～3 mm 篩孔通過率為例，該值從24.5%增加至26.5%后，變異系數表現出降低的變化趨勢。由此表明，需正確選擇0～3 mm 篩孔通過率，建議可根據實際情況小幅度調整，此條件下有助于緩解瀝青混凝土的離散性問題，由此保證瀝青混合料的質量。

4 結語

綜上所述，得出以下幾點結論：

1）在15 ℃劈裂強度的影響因子中，油石比和9.5 mm 篩孔通過率對其的影響不顯著，2.36 mm 篩孔通過百分率對其的影響接近高度顯著。由此表明，在級配和油石比發生同步變化時，級配會在較大程度上對劈裂強度帶來影響，幾乎具有主導性作用。從極差分析的角度確定基于各因子的最優組合方案。

2）在空隙率從4.2 %增加至5.7%后，劈裂強度存在衰減的變化趨勢。根據此特點，建議在瀝青混合料生產期間嚴格控制瀝青和細集料的用量，盡可能優化級配組成，通過此途徑達到提高毛體積密度的效果。實際施工中需要重點關注原位空隙率，該值應在4%～6%以內，此條件下可避免瀝青路面早期受損的問題，使建成的路面具有更為良好的耐久性。

3）0～3 mm 篩孔通過率是劈裂強度變異性的關鍵影響因素，根據此方面的特點可知，若要更為有效地發揮出瀝青混合料的力學性能優勢，則需要合理優化材料組成，例如，精準控制細集料的級配和用量以及粗集料的用量，由此緩解劈裂強度的變異性問題，從而保證制得的瀝青混合料具有更突出的性能優勢，有效提高路面的施工質量。