空隙率隨機制砂關鍵篩孔的變化規律研究

申來明+楊海峰+房士偉

摘要：為研究機制砂關鍵篩孔通過率對瀝青混合料空隙率的影響，采用控制變量法研究了機制砂236、06、0.075 mm篩孔通過率對AC13瀝青混合料空隙率的影響，試驗結果表明：06 mm篩孔通過率對空隙率的影響最大，其次是0.075 mm篩孔通過率，2.36 mm篩孔通過率對空隙率的影響最小。此外，采用了均勻設計試驗對上述結論進行了驗證。

關鍵詞：機制砂；關鍵篩孔；空隙率；均勻試驗

中圖分類號：U214.03文獻標志碼：B

Abstract： In order to study the impact of critical sieve meshes for manufactured sand on the porosity of asphalt mixture， the control variates method was applied to find out how the passing rates of three sieve meshes， including 2.36 mm， 0.6 mm and 0.075 mm， affect the porosity of AC13 asphalt mixture. The results show that the passing rate of sieve mesh of 0.6 mm has the biggest impact， and 2.36 mm the least. The conclusion was verified by uniform design test.

Key words： manufactured sand； critical sieve mesh； porosity； uniform experiment

0引言

與天然砂、石屑相比，機制砂顆粒具有規整、片狀顆粒少、表觀紋理豐富、粉塵含量低等優良的物理特性，對瀝青混合料的路用性能具有明顯地改善作用，因此受到越來越多的重視。目前，大多數瀝青路面選擇用石灰巖機制砂作為細集料。機制砂因其粒徑小，在瀝青混合料中主要起填充作用，對瀝青混合料的體積指標例如空隙率、礦料間隙率等影響顯著。由于中國的瀝青路面設計規范采用體積法進行設計，其中空隙率至關重要，因此，有必要研究機制砂對瀝青混合料空隙率的影響[13]。

本文主要是通過控制變量法和均勻試驗設計，研究機制砂關鍵篩孔通過率對瀝青混合料的影響，從而深入了解機制砂在瀝青混合料中的填充機理。

1原材料技術指標

1.1瀝青

采用SBS（IC）改性瀝青，其技術指標的試驗結果如表1所示。

1.2粗集料

粗集料為輝綠巖，粗集料技術指標的試驗結果如表2所示。

1.3細集料

細集料采用由規格為95～19 mm的碎石加工生產的石灰巖質機制砂，其規格為0～2.36 mm。機制砂技術指標的試驗結果如表3所示。

1.4礦粉

礦粉由規格為9.5～19 mm的石灰巖碎石自行加工生產，其技術指標的試驗結果如表4所示。

2機制砂關鍵篩孔研究

機制砂的最大公稱粒徑為2.36 mm，根據貝雷級配理論可計算出機制砂的第1控制篩孔PCS和第2控制篩孔SCS的值SPCS和SSCS。

SPCS=0.6 mm

SSCS=025SPCS=0.15 mm

但是根據實際工程經驗，0.15 mm篩孔的通過率對瀝青混合料的體積指標與路用性能影響不明顯，而0.075 mm篩孔的通過率影響較大，也是機制砂生產質量的控制指標[45]。綜上所述，根據貝雷級配理論以及實際施工經驗，確定機制砂的關鍵篩孔為0075、06、2.36 mm。

3試驗方案設計

3.1單因素對空隙率的影響

由前面可知，機制砂的關鍵篩孔為0.075 mm、0.6 mm、2.36 mm，并研究每個關鍵篩孔的通過率對瀝青混合料空隙率的影響?；贏C13瀝青混合料，采用控制變量法，通過馬歇爾標準擊實試驗，分別研究機制砂0.075 mm、0.6 mm、2.36 mm篩孔的通過率對空隙率的影響，具體方案如下。

3.1.12.36 mm篩孔通過率對空隙率的影響

變化機制砂2.36 mm篩孔的通過率，以5%為變化步幅，變化范圍為80%～100%，即80%、85%、90%、95%、100%。其他篩孔的通過率不變，將機制砂作為一個整體，粗集料逐級回配，得到AC13合成級配，記為1#、2#、3#、4#、5#，如表5所示。

3.1.20.6 mm篩孔通過率對空隙率的影響

變化機制砂0.6 mm篩孔的通過率，以7%為變化步幅，變化范圍為25%～60%，即為25%、32%、39%、46%、53%、60%。其他篩孔的通過率不變，將機制砂作為1個整體，粗集料逐級回配，得到AC13合成級配，記為6#、7#、8#、9#、10#、11#，如表6所示。

3.1.30075 mm篩孔通過率對空隙率的影響

變化機制砂0.075 mm篩孔的通過率， 變化范圍取0～15%，以3%為變化步幅，即各通過率為0、3%、6%、9%、12%、15%。其他篩孔的通過率不變，將機制砂作為1個整體，得到AC13合成級配，記為12#、13#、14#、15#、16#、17#，如表7所示。

3.2多因素對空隙率的影響

采用均勻設計方法研究機制砂各關鍵篩孔不同通過率對空隙率的影響，通過均勻試驗對上述單因素試驗結果進行檢驗。

均勻設計的指標為AC13瀝青混合料的空隙率，影響因素為機制砂關鍵篩孔的通過率，即0075 mm篩孔的通過率、06 mm篩孔的通過率、236 mm篩孔的通過率，分別記為x1、x2、x3，各因素范圍分別取0～15%、25%～60%、80%～100%，采用等水平均勻設計，將各因素分為6個水平，如表8所示。

由以上分析可知，該試驗方案為3因素6水平，因此選取等水平均勻設計表U*6（63）。根據U*6（63）的使用表，將x1、x2、x3三個因素分別放在U*6（63）表的1、2、3列，其試驗方案如表9所示。

4試驗結果分析

4.1單因素試驗結果與分析

根據試驗方案中的級配1#～17#成型馬歇爾試驗，粗集料為輝綠巖，細集料為石灰巖機制砂，礦粉為石灰巖質礦粉，瀝青采用SBS改性瀝青，瀝青混合料拌和溫度為175 ℃，擊實溫度為155 ℃，每組試驗成型5個試件，采用水中重法測得每個試件的空隙率，取平均值作為最終試驗結果（下同），如表10所示。

4.1.12.36 mm篩孔通過率對空隙率的影響

從圖1可看出，空隙率隨2.36 mm篩孔通過率的增大而逐漸減小。因為當通過率增大時，2.36 mm粒徑以下的集料增多，而AC13混合料是懸浮密實結構，粒徑小的顆粒含量越多，其填充效果越好，即空隙率越小。

機制砂2.36 mm篩孔通過率從80%變化到100%時，AC13瀝青混合料的空隙率從3.82%降低到3.4%，降低了0.42%，降低率為2.1%。

4.1.20.6 mm篩孔通過率對空隙率的影響

從圖2可看出，空隙率隨0.6 mm篩孔通過率的增大逐漸減小。因為當通過率越大，0.6 mm粒徑以下的集料越多，其填充效果越好，空隙率越小。

機制砂0.6 mm篩孔通過率從25%增加到60%時，AC13瀝青混合料的空隙率從4.28%降低到2.71%，降低了1.57%，降低率為4.5%。

4.1.30.075 mm篩孔通過率對空隙率的影響

從圖3可看出，空隙率隨0.075 mm篩孔通過率的增大逐漸減小。因為當通過率增大時，石粉含量增加，有效填充了混合料之間的空隙，空隙率變小。

機制砂0.075 mm篩孔通過率從0增加到15%時，AC13瀝青混合料空隙率從3.795%降低到322%，降低了0.575%，降低率為3.8%。

上述試驗結果表明，0.6 mm篩孔的通過率對瀝青混合料空隙率的影響最大。有相關研究表明，03～0.6 mm檔料在AC13瀝青混合料中起干涉作用。0.6 mm篩孔的通過率越大，0.3～0.6 mm檔料越多，干涉越明顯。在其他條件相同時，空隙率逐漸增大。

4.2均勻試驗結果與分析

6組均勻試驗結果如表11所示。

4.2.1回歸分析

將0.075 mm、0.6 mm與2.36 mm篩孔的通過率分別作為自變量x1、x2、x3，將空隙率作為因變量y，利用均勻設計軟件采用全回歸法進行線性回歸分析，設置顯著水平為0.05，得到的回歸方程如下

y=5.82-4.57x1-2.47x2-1.14x3（1）

該方程的相關系數R2=0.983 4。

4.2.2回歸方程顯著性檢驗

回歸方程是否合理，需要檢驗其顯著性。利用F分布檢驗回歸方程的顯著性，如表12所示。

樣本容量N=6，顯著性水平α=0.05，檢驗值Ft=39.48，臨界值F（0.05，3，2）=19.16，Ft>F（0.05，3，2），回歸方程顯著。

4.2.3回歸系數顯著性檢驗

由回歸方程的顯著性檢驗可知回歸方程是顯著的，但是總體回歸效果的顯著并不能說明每個自變量對因變量都是重要的，因此利用F分布對每個回歸系數進行顯著性檢驗，檢驗結果如表13所示。

經上述回歸方程和回歸系數檢驗可知，回歸方程和回歸系數是顯著的。

由均勻設計軟件可知回歸方程（1）的標準回歸系數、偏回歸平方和與偏相關系數，如圖4所示。

由圖4（b）可知：|Pj2|>|Pj1|>|Pj3|，Pj1、Pj2、Pj3分別為自變量x1、x2、x3的標準回歸系數。06 mm篩孔的通過率對空隙率影響最大，0.075 mm篩孔次之，2.36 mm篩孔通過率對空隙率影響最小，與單因素研究結論一致，即表明了0.3～0.6 mm檔料對瀝青混合料起干涉作用。

5結語

研究機制砂關鍵篩孔通過率對瀝青混合料空隙率的影響，得到以下結論。

（1） 通過控制變量法研究機制砂單一關鍵篩孔對空隙率的影響，其變化規律為空隙率均隨著機制砂2.36、0.6、0.075 mm關鍵篩孔通過率的增加而降低，降低率分別為2.1%、4.5%、3.8%。

（2） 采用均勻設計方法研究機制砂0.075 mm、0.6 mm、236 mm篩孔多因素對瀝青混合料空隙率的影響，并得到回歸方程 ，經檢驗回歸方程和回歸系數均顯著。

（3） 根據單因素和多因素的研究結果表明：0.6 mm篩孔對空隙率影響最大，其次是0.075 mm篩孔，236 mm篩孔對空隙率的影響最小。0.3～0.6 mm檔料對AC13瀝青混合料起干涉作用。

參考文獻：

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[責任編輯：杜衛華]