烘箱養生對泡沫瀝青冷再生混合料性能的影響

樊寧寧

（山西路橋集團試驗檢測中心有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

泡沫瀝青冷再生混合料由廢舊瀝青及水穩基層銑刨料和新瀝青集料混合而成，摻入一定比例的泡沫瀝青并充分拌和后，形成表面黏附有大量瀝青細集料的填充料；經人工壓實作用，填充料可均勻填充于粗集料孔隙間，進而形成質密的泡沫瀝青冷再生混合料[1]。目前，泡沫瀝青冷再生技術已被廣泛應用于路面養護工程中，常用于改善瀝青路面的下面層及基層結構，實現了瀝青路面面層與基層的全厚式再生，極大地提高了瀝青路面的養護效率，同時具有改變基層力學特性的功能，且拌和過程中無需加熱集料，環保性更佳。為進一步探討泡沫瀝青冷再生混合料性能的變化規律，本文從泡沫瀝青冷再生混合料的養生條件出發，擬借助單因素方差統計理論，定量判斷不同溫度條件下烘箱養生對其性能的影響。

1 單因素方差統計理論概述

單因素方差分析又稱一維方差分析，主要用于判斷在單一影響因素影響下的若干因變量的水平分組均值間的差異是否滿足統計學意義[2]。假設單因素A具有r個水平，記為：A1、A2、……、Ar，不同水平相互獨立，對應水平下可獲取m個試驗數據，假設任意Ai（i=1、2、……、r）均滿足正態分布，則有式（1）成立：

2 基于單因素方差理論的養生條件對泡沫瀝青冷再生混合料性能的影響分析

2.1 室內加速試驗設計

既有研究成果表明，養生條件對泡沫瀝青冷再生混合料的性能形成至關重要，可通過室內加速養生試驗明確不同養生條件對泡沫瀝青冷再生混合料性能的影響，室內養生試驗采用烘箱提供相應的加速養生環境，試件加工成型后的壓實度指標需達到98%，成型后應在室外常溫環境下靜置1 d[3]。試驗試件各組分含量如表1。

表1 試驗試件各組分含量

為對比不同溫度條件下烘箱養生對泡沫瀝青冷再生混合料強度、溫穩性及水穩性的影響，本文選取60℃、70℃、80℃三個溫度指標，烘箱養生時間均設定為24 h[4]，每個溫度梯度測定3個試驗數據并求均值作為最終結果取用。

2.2 泡沫瀝青冷再生混合料性能試驗結果

a）強度試驗 泡沫瀝青冷再生混合料強度通過馬歇爾穩定度指標表征，試驗過程按照現行的《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2019）進行，按照規范要求的標準擊實法成型馬歇爾試件，試件直徑及高度應分別滿足101.6±0.2 mm、63.5±1.3 mm，試驗前將標準試件置于恒溫水槽中水浴30～40 min，水浴后將試件置于加載設備上，啟動設備使試件受載，加載速度為50±5 mm/min，當試驗荷載達到最大值的瞬間，讀取試驗結果[5]。強度試驗結果如圖1。

圖1 泡沫瀝青冷再生混合料強度試驗結果

b）高溫穩定性試驗 高溫穩定性試驗按照現行的《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2019）中要求的車轍試驗進行，采用動穩定度指標表征，將試件置于車轍試驗機上，試驗輪走行方向需與行車方向一致，先開啟變形記錄儀，隨即啟動車轍試驗機，試驗輪在試件表面來回行走，試驗停止標志以試驗持續時間1 h或最大變形超過25 mm為準，動穩定度計算公式如式（6）[5]：

式中：DS為動穩定度，次/mm；d1為t1下的變形量，mm；d2為t2下的變形量，mm；N為試驗輪反復碾壓速率；C1為試驗設備類型系數；C2為試件系數。

高溫穩定性試驗結果如圖2。

圖2 泡沫瀝青冷再生混合料高溫穩定性試驗結果

c）低溫穩定性試驗 低溫穩定性采用小梁彎曲試驗對應的抗裂應變作為評價指標，試驗過程按照現行的《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2019）進行，彎曲試驗前將試件置于-10℃±0.5℃的恒溫箱中3 h以上，準確擺放試驗機支座位置，支座間距控制在200±0.5 mm為宜，開啟試驗系統，設定加載速率為50 mm/min，設備自動記錄試驗數據[5]。低溫穩定性試驗結果如圖3。

圖3 泡沫瀝青冷再生混合料低溫穩定性試驗結果

d）水穩性 水穩性通過浸水馬歇爾試驗測定，采用殘留穩定度指標表征，試驗過程按照現行的《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2019）進行，浸水馬歇爾試驗與標準馬歇爾試驗類似，不同之處在于，浸水馬歇爾試驗前試件已在恒溫水槽中水浴48 h，其他流程同上。試件殘留穩定度計算公式如式（7）：

式中：MS0為試件的殘留穩定度，%；MS1為試件浸水48 h后的穩定度，kN；MS為試件穩定度，kN。

低溫穩定性試驗結果如圖4。

圖4 泡沫瀝青冷再生混合料水穩性試驗結果

2.3 基于單因素方差理論的試驗結果分析

為了準確判斷泡沫瀝青冷再生混合料不同性能指標受烘箱養生溫度變化的影響程度，從而評價養生溫度對其性能的影響規律，為室內加速養生試驗的溫度梯度設置提供參考；本文擬借助SPSS統計分析工具進行單因素方差分析，顯著性限值為0.05[4]，分別計算不同性能指標對應的方差齊性及“事后檢驗”的顯著性水平P。結果如表2、表3所示。

表2 方差齊性檢驗結果

顯著性水平P均大于0.05限值，表明不同性能指標對應的方差齊性滿足要求，可以進行單因素方差分析。

為具體分析養生溫度變化對不同性能指標的影響情況，需分析SPSS分析結果中“事后檢驗”結果對應的顯著性水平P。不同性能指標對應的“事后檢驗”結果如表3所示。

表3 不同性能指標的“事后檢驗”結果

據表3計算結果可知，對于泡沫瀝青冷再生混合料強度指標而言，溫度從60℃上升到70℃時，強度指標有顯著差異，從70℃上升到80℃時，強度指標無顯著差異；對于混合料高溫穩定性指標而言，溫度從60℃上升到70℃時，高溫穩定性指標有顯著差異，從70℃上升到80℃時，高溫穩定性指標無顯著差異；對于混合料低溫穩定性指標而言，溫度從60℃上升到70℃時，低溫穩定性指標無顯著差異，從70℃上升到80℃時，低溫穩定性指標有顯著差異；對于混合料水穩定性指標而言，從60℃上升到70℃再上升至80℃的整個歷程中，水穩定性指標均有顯著差異。

3 結語

本文基于單因素方差理論，通過顯著性指標分析，明確了烘箱養生溫度對泡沫瀝青冷再生混合料強度、溫穩性及水穩性等性能的影響規律。并得出以下結論：在60℃、70℃、80℃三個溫度梯度內，強度與高溫穩定性受溫度梯度影響規律一致，低溫穩定性隨溫度梯度變化規律與上述規律相反；而水穩定性受溫度梯度變化的反應最靈敏。