影響瀝青混合料VMA的因素分析

任秉龍

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 研究背景

瀝青混合料礦料間隙率是指空隙率與有效瀝青用量之和，在瀝青混合料設(shè)計和施工過程中，礦料間隙率為一個重要的體積控制指標(biāo)。瀝青用量直接關(guān)系到工程成本的控制，施工單位為降低成本通常會降低瀝青用量，但是必須滿足空隙率（VTM）、礦料間隙率（VMA）的要求，現(xiàn)有規(guī)范規(guī)定了礦料間隙率的最小值。所以通過調(diào)整礦料間隙率使其接近規(guī)范要求的最小值可以有效地降低瀝青的用量。不同地域、不同施工單位所用集料不同，要想使得混合料滿足VMA最小值并不是一件容易的事情，往往需要通過試驗室多次試驗才能夠達到節(jié)約成本的要求，所以研究影響混合料VMA的主要因素顯得尤為重要。

在早期的公路建設(shè)過程中，國內(nèi)使用較多的為AC瀝青混合料，針對影響AC瀝青混合料體積指標(biāo)的主要因素已有不少的分析研究，影響AC瀝青混合料空隙率（VTM）的主要因素為瀝青和細集料含量。而瀝青對礦料間隙率的影響并不是很大，影響礦料間隙率的主要因素為細集料含量[1-2]。

我國近年來針對瀝青混合料設(shè)計和施工環(huán)節(jié)進行了不少的研究，并從國外引進了一些先進的技術(shù)，其中Superpave技術(shù)的引進和吸收是近年來我國道路工程界關(guān)注的一個重點[3]。

2 VMA受瀝青含量的影響

Superpave混合料通過旋轉(zhuǎn)壓實成型試件，旋轉(zhuǎn)壓實較大的壓實功[4]能夠很好地模擬瀝青混合料在鋪筑過程和長期使用過程中路面抗變形的能力，從而引導(dǎo)技術(shù)人員設(shè)計出具有較強抗車轍能力的瀝青混合料。當(dāng)設(shè)計壓實次數(shù)為100次時，根據(jù)旋轉(zhuǎn)壓實儀壓實過程中試件高度的變化，得知壓實高度在壓實次數(shù)45次后變化值很小。

瀝青混合料施工過程中瀝青含量的允許變化范圍為±0.3%，為了研究VMA受瀝青含量的影響，本文以某高速公路為依托，在下面層試拌階段從熱料倉取料，設(shè)計4種類型的級配，如表1、圖1所示，分別為生產(chǎn)配合比、級配A通過限制區(qū)、級配B經(jīng)過限制區(qū)上方、級配C經(jīng)過限制區(qū)下方，生產(chǎn)配合比瀝青含量為4.2，對上述各級配分別使用3.9、4.2、4.5的瀝青含量拌合成型試件，由于C級配相對較粗，當(dāng)瀝青含量為4.2時，瀝青很難完全裹覆在集料表面，所以沒有對級配C做瀝青含量為4.5的實驗。在試驗室分別用旋轉(zhuǎn)壓實和馬歇爾擊實方法成型試件，測得旋轉(zhuǎn)壓實和馬歇爾礦料間隙率，試驗結(jié)果如表2所示。

當(dāng)瀝青含量在生產(chǎn)配合比±0.3之間變化時，各級配礦料間隙率變化很小，A級配旋轉(zhuǎn)壓實礦料間隙率變化最大為0.76，B級配旋轉(zhuǎn)壓實礦料間隙率變化最大為0.28，C級配旋轉(zhuǎn)壓實礦料間隙率變化最大為0.29，生產(chǎn)配合比馬歇爾礦料間隙率級配變化最大為0.43。

根據(jù)上述分析可以得知，當(dāng)瀝青含量在允許范圍內(nèi)變化時，礦料間隙率變化很小，所以在生產(chǎn)過程中，礦料間隙率的變化主要是由級配的變異性引起。由于生產(chǎn)過程中VMA的變化，使得空隙率跟著變化，所以研究影響VMA的因素異常重要。通過分析影響VMA的因素，可以有效地指導(dǎo)生產(chǎn)配合比調(diào)節(jié)，以及生產(chǎn)過程中空隙率和礦料間隙率的調(diào)節(jié)。

表1 不同級配各篩孔通過率 %

圖1 不同級配圖示

表2 試驗結(jié)果 %

圖2 礦料間隙率與瀝青含量的關(guān)系

3 試驗方法

在該條高速公路生產(chǎn)過程中對上面層、中面層的廠拌混合料進行現(xiàn)場隨機取樣，用抽提法得到瀝青含量，選擇瀝青含量在生產(chǎn)允許變化的范圍內(nèi)的混合料，在實驗室分別用旋轉(zhuǎn)壓實成型試件，用表干法（T0705-2000）測得混合料的空隙率，同時計算出礦料間隙率。

4 礦料間隙率受各因素變化因素影響的分析方法

在分析礦料間隙率受級配影響的變化過程中，使用多元線性回歸方法，多元線性回歸模型如下：

式中：Y為因變量（空隙率、礦料間隙率）；β為截距；β1、β2…β11為各影響因素的回歸系數(shù)；x1、x2…x11分別為孔徑（mm）26.5、19、13.2、9、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15、0.075 的通過率。

通過多元線性得到的回歸模型需要經(jīng)過回歸模型的顯著性檢驗、回歸系數(shù)的顯著性檢驗，回歸模型的顯著性檢驗用檢驗統(tǒng)計量F，得出方差分析表如表3，α越小模型越合理。回歸系數(shù)的顯著性檢驗過程中對影響因素不夠明顯的因素進行剔除，當(dāng)同時有多個自變量對Y無顯著性影響時，并非同時把這些自變量都從模型中剔除，只能剔除一個自變量，這個自變量是所有不顯著自變量中偏回歸平方和最小的，通過多次剔除得到影響各體積指標(biāo)的幾個主要因素。

表3 方差分析表

5 結(jié)果分析

5.1 下面層礦料間隙率受級配的影響

表4 Sup25礦料間隙率分析數(shù)據(jù) %

在下面層施工過程中現(xiàn)場隨機取樣，對17 d的混合料進行分析，在試驗室用旋轉(zhuǎn)壓實方法成型試件，試驗結(jié)果如表4，分析結(jié)果見表5、表6。

表5 Sup25方差分析表

表6 Sup25回歸模型中的顯著性因素回歸系數(shù)

由上述分析結(jié)果可知對Sup25混合料礦料間隙率影響從大到小的主要4個因素依次為：a）篩孔0.15 mm 通過率；b）篩孔 0.6 mm 通過率；c）篩孔0.075 mm通過率；d）篩孔4.75 mm通過率。

5.2 中面層礦料間隙率受級配的影響

在該路中面層施工過程中現(xiàn)場隨機取樣，對20 d的混合料進行分析，在試驗室用旋轉(zhuǎn)壓實方法成型試件，試驗數(shù)據(jù)如表7，試驗結(jié)果見表8、表9。

表7 Sup20礦料間隙率分析數(shù)據(jù)

表8 Sup20方差分析結(jié)果

表9 Sup20回歸模型中的顯著性因素回歸系數(shù)

由上述分析結(jié)果可知對Sup20礦料間隙率影響從大到小的主要4個因素依次為：a）篩孔0.6 mm通過率；b）篩孔1.18 mm通過率；c）篩孔0.15 mm通過率；d）篩孔19 mm通過率。

根據(jù)上述分析可知，影響混合料VMA因素因不同的面層有所差異，細集料對混合料VMA的影響比較明顯。

6 工程實例

為了說明細集料為影響Superpave混合料VMA的主要因素，在該工程施工過程中混合料VMA不滿足要求的樣本，通過上述分析結(jié)果調(diào)節(jié)細集料的用量使礦料間隙率降低以期達要求。

如該路段下面層生產(chǎn)過程中某天的空隙率、礦料間隙率均偏大，通過增加2%的1號料倉（0～3 mm）2%用量，減小 2號(3～5 mm)、3號(5～15 mm)各1%，分析調(diào)節(jié)后的數(shù)據(jù)如表10，可見在瀝青含量不變的情況下，通過微調(diào)1號料的含量，可以有效地調(diào)節(jié)混合料VMA。

7 總結(jié)

VMA作為瀝青混合料設(shè)計和施工過程中的一個重要指標(biāo)，影響其變化主要因素因不同的面層有所差異，通過上述分析可以得知：

a）瀝青含量規(guī)范允許范圍內(nèi)變化時，對Superpave混合料礦料間隙率的影響不大。

b）影響Superpave25瀝青混合料VMA的最主要的4個因素依次為：（a）篩孔0.15 mm通過率；（b）篩孔0.6 mm通過率；（c）篩孔0.075 mm通過率；（d）篩孔4.75 mm通過率。

表10 工程實例 %

c）影響Superpave20瀝青混合料VMA的最主要 4 個因素為：（a）篩孔 0.6 mm通過率；（b）篩孔1.18 mm通過率；（c）篩孔 0.15 mm通過率；（d）篩孔19 mm通過率。

d）細集料作為影響VMA的重要因素，在施工過程中可以通過微調(diào)細集料含量達到施工要求。