就地熱再生瀝青混合料的空隙率和穩定度指標影響分析

■祝可為

（福建船政交通職業學院，福州 350007）

瀝青路面就地熱再生技術是快速養護、循環利用效果高的預防性養護技術。就地熱再生后的瀝青路面較為突出的性能問題是水穩定性。一般來說，我們通過浸水馬歇爾穩定度和凍融劈裂強度比來評價瀝青混合料的水穩定性。但是，由于上述兩項實驗耗時較長，不能快速反應在日常的質量控制中，因此，通過控制混合料的空隙率和穩定度指標能快速判定路面的抗水穩定性，從而控制日常的施工質量。

為了準確的分析不同級配、不同摻量對瀝青混合料空隙率與穩定度指標的影響，采用數學模型對各項指標進行數據擬合，得到各項指標所滿足的回歸方程。擬合的工具選用SPSS軟件，自變量設置為不同摻量（94%、90%、86%），因變量為空隙率或者穩定度。

1 回歸模型建立

為了分析空隙率以及穩定度均較優的條件下，再生瀝青混合料中RAP摻量的最佳摻量。研究首先回歸出空隙率以及穩定度分別與摻配率的關系模型，分析固定級配指數下摻配率對空隙率的影響以及摻配率對穩定度的影響。其次，考慮到摻配率對空隙率和穩定度的影響并不是單一的，所以對摻配率、空隙率、穩定度建立一個綜合評價模型來進行處理。本文采用線性綜合評價模型來進行評價，其具體計算公式如式(1)：

式中,xij——第i（i=1,2,…,n）個評價對象的第j（j=1,2,…,m）項無量綱化評價指標值；

ωj——評價指標xij的權重系數（0≤ωj≤1）；

yi——第i個評價對象的綜合評價值。

為便于確定最優目標，將空隙率以及穩定度進行無量綱處理。主要是因為空隙率與穩定度它們存在著各自不同的單位和數量級，是沒法直接用在綜合評價模型的函數中的，所以對于這種情況，應先對空隙率和穩定度做無量綱處理。計算公式如式(2)。

式中，min[y]為空隙率的下限效果，max[y]為穩定度、劈裂強度的上限效果。

應用SPSS軟件建立回歸模型，選擇軟件所提供的回歸分析選項中的“曲線估計”模型。為了充分保證回歸分析的準確性，在建模的過程中選擇多種模型進行同時擬合，選擇軟件中提供的所有函數模型進行擬合。在選擇模型的過程中勾選各個模型的參數估計值與擬合優度R方，通過比較各個模型之間的擬合優度來比較模型是否合適，其中，擬合優度R方越高，說明模型的擬合效果越好，所得出的模型就是相對最佳模型。

建立空隙率、穩定度、摻配率的綜合性能評分方程如式（3）：

在進行無量綱處理后，需要確定空隙率和穩定度在最優模型中的權重系數，假設空隙率和穩定度在整個優化方程計算中的所占權重是一樣的，均為0.5，初步可以得到綜合評價模型的函數U為式（4）：

最后，采用數據擬合軟件1stopt 1.5pro，使用優化算法“包維爾法+通用全局優化法”，進行優化計算求出方程的最優綜合性能評分。

2 原材料試驗

2.1 瀝青性能

（1）舊瀝青

舊瀝青相關性能檢測結果見表1。

表1 舊瀝青針入度

（2）新瀝青

新瀝青采用SBS改性瀝青，相關指標見表2。

表2 新瀝青各項指標

2.2 集料性能

本次配合比設計采用的集料為輝綠巖，擬采用0～3mm、3～6mm、6～11mm、11～16mm等四檔材料，后經篩分試驗，發現其級配存在誤差，故將現有材料進行篩分，按照16、13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15、0.075mm 篩 孔分檔存放備用。

3 礦料級配確定

3.1 RAP級配

在級配設計中，RAP料的級配是通車7年后的路面廢舊瀝青混合料抽提后的級配，根據原材料檢測中RAP料抽提篩分后得到的數據取其平均值得到的篩分數據作為級配設計中RAP料級配依據，其數據見表3：

表3 RAP級配曲線

3.2 最大密度曲線級配系數選擇

根據得到的RAP料級配根據94%、90%和86%三種種不同的RAP料摻量繪制級配曲線分別與0.40、0.45、0.50三種不同系數的最大密度曲線進行對比，判斷其可行性。通過對比94%、90%和86%三種不同RAP料摻量的級配曲線圖可以看出，0.40系數、0.45系數和0.50系數對應的最大密度曲線全部可以滿足設計要求。本文以N=0.4系數作為計算與分析。

3.3 馬歇爾試驗確定最佳油石比

根據《公路瀝青路面施工技術規范》，確定瀝青加熱溫度為165℃，因需用新集料添加舊瀝青來模擬舊料，故集料溫度確定為190℃，瀝青混合料拌和溫度設定為170℃，試件擊實成型溫度為149℃。根據前期集料實驗測得的數據計算三個舊料摻量下各系數下礦料的合成毛體積相對密度，根據實踐經驗，預估油石為4.9%、5.2%、5.5%三個油石比。共進行27組馬歇爾試驗。并根據馬歇爾實驗數據來確定每個摻量下各系數的最佳油石比。以此最佳油石比，作為路用性能實驗的油石比。

4 試驗結果與分析

通過對前面配合比設計的馬歇爾試驗指標分析，以及各摻量下各級配曲線系數的配合比研究，確定以5.2%的油石比為最佳油石比進行路用性能的指標研究。通過實驗得到 0.40系數下不同RAP摻量 （94%、90%、86%）空隙率與穩定度的試驗指標見表4：

表4 不同摻量空隙率、穩定度指標

選擇二次函數模型進行回歸分析其擬合函數曲線如圖1所示，并提出級配曲線系數為0.4的回歸方程為：以空隙率為因變量，y1=-1509.375x2+299.75x-11.581；以穩定度為因變量，y2=-1034.375x2+175.5x+7.674，其擬合曲線如圖1所示。

通過對空隙率以及穩定度擬合函數進行無量綱處理，采用式（3）計算目標最優函數，最后經過1stopts軟件計算得到的結果見表5。

表5 0.4系數下空隙率穩定度的最優摻配率結果

圖1 二次函數模型擬合曲線圖（n=0.4）

根據表5得到，在0.4系數下，摻量在86%時候，空隙率以及穩定度參數相對最優。

5 結語

通過對就地熱再生瀝青混合料在級配曲線 （N=0.4）下的不同摻配率下空隙率和穩定度的實驗，分析了空隙率、穩定度、摻配率的綜合關系，利用二次函數模型分別提出了以空隙率和穩定度為因變量的回歸擬合函數曲線，并提出了回歸方程。通過最優目標函數分析，確定了在0.4系數下，摻量在86%時候，空隙率以及穩定度參數相對最優。