原材料變異性對路面施工質量的影響分析

李曉妮

（太原公路分局，山西 太原 030012）

0 引言

近年來隨著國力的提升，我國交通基礎建設行業發展迅猛，尤其是公路工程的建設，截至2019年，中國公路總里程已達484.65萬km、高速公路達14.26萬km，居世界第一。瀝青路面具有良好的耐久性、抗滑性和行車舒適性等特點，體現出顯著的綜合性能，因此瀝青路面是我國最主要的路面形式之一。

隨著瀝青路面的不斷建設，路面病害也不斷涌現[1]，我國瀝青路面病害主要包括：車轍、坑槽、開裂、剝落等，降低了行車舒適性，影響使用性能。出現這樣的問題，原因是多方面的：有設計不合理因素，原材料不合格因素，施工工藝不成熟因素，還有就是原材料合格但變異性過大，導致施工質量不穩定，這些都是瀝青路面發生早期病害的因素。

空隙率作為影響瀝青混合料耐久性的一個重要因素，我國現行規范嚴控空隙率的范圍，空隙率過大或者過小都對瀝青路面產生不利影響。空隙率的大小取決于礦料級配、瀝青用量以及壓實度等多方面因素，本文通過標準馬歇爾試驗，確保壓實功和成型溫度一致的前提下，研究各檔集料級配變化和瀝青用量對標準馬歇爾試件空隙率的影響，進而提出施工過程中對原材料控制的重點。

1 工程背景

某新建高速公路地處亞熱帶季風型氣候，夏季最高溫32.9℃，極端值為39.2℃，且降雨量大，要求路面結構具有良好的高溫穩定性、低溫抗裂性、抗車轍能力。中面層采用GAC-20C，設計厚度為5.5 cm，空隙率要求2.5%～6.0%。

瀝青為SBS改性瀝青，最佳油石比為4.5%，具體試驗結果見表1。細集料采用的是機制砂，粗集料和細集料均采用的同一石場的石灰巖破碎加工而成，具體指標見表2和表3。各檔料摻配比例為：10～20 mm∶5～10 mm∶3～5 mm∶0～3 mm∶水泥∶礦粉=46%∶22%∶4.5%∶24%∶2%∶1.5%。

表1 SBS改性瀝青檢測結果

表2 細集料檢測結果

表3 粗集料檢測結果

2 原材料的變異性分析

瀝青混合料在生產施工過程的質量變異情況會直接影響瀝青路面的施工質量，原材料的變化會直接影響瀝青混合料的性能，尤其是級配變化和瀝青含量的變化[2]。

2.1 集料級配變異性分析

集料級配變異性大，會導致粗細集料分布不均勻，從而使集料離析。粗集料集中的地方往往細集料和礦粉填充不夠，因而空隙率較大瀝青含量偏少，是造成瀝青路面發生水損壞的主要原因之一；細集料集中的地方因為瀝青含量較大，空隙率小卻導致瀝青路面易發生永久變形、泛油等路面病害[3]。

本文選取連續10 d的各檔熱料篩分結果，分析單檔集料級配的變異性。由于篩孔較多，取各檔料的關鍵篩孔，具體結果見表4。由表4可知，不同篩孔的變異性不同，變異范圍在0.014 7～0.181 1，細集料的變異性大于粗集料的變異性，變異性最大的是細集料0～3 mm的0.075 mm、0.15 mm、0.3 mm和0.6 mm四個篩孔。

2.2 瀝青含量變異性分析

瀝青含量是瀝青混合料施工過程中的關鍵性指標，其大小會直接影響混合料的耐久性。生產中按照最佳生產配合比確定的最佳用量進料，但在實際生產過程中，瀝青含量不是恒定值，其大小是變化的[4]。

本文通過燃燒法測定瀝青含量，連續10 d油石比檢測結果見表4：油石比平均值為4.5%，變異系數為0.019 7，遠遠小于集料級配的變異系數。

表4 各檔集料關鍵篩孔通過率和油石比

2.3 集料級配和瀝青含量對空隙率的灰關聯分析

灰色關聯分析是通過灰色關聯度來分析和確定系統因素的影響程度，通過一定的數據處理，在隨機的因素序列中找到其關聯性，判定影響系統的主要因素、主要特征和因素間對系統影響的差別。灰關聯分析步驟包括：確定數據列，生成處理數據列，計算求差序列，計算灰關聯系數，計算灰關聯度和優勢分析[5]。

a）確定數據列。選取連續10 d馬歇爾標準試件的空隙率作為參考數列，取各檔篩孔通過率和油石比作為比較數列。

b）均值化處理。根據式（1）對參考數列和比較數列進行無量綱化處理，處理結果見表5。

式中：i=0，1，2，…,12；k=0，1，2，…,10.

表5 原始數據均值化結果

c）計算比較數列與參考數列的絕對差值，根據式（2）計算，計算結果見表6。

d）求兩級最小差和兩級最大差，即為表6的最小值和最大值。

min[Δi(k)]=0.0165，

max[Δi(k)]=0.6035.

表6 絕對差值計算結果

e）計算關聯系數。根據式（3）計算各元素的關聯系數，計算結果見表7。

表7 關聯系數計算結果

式中：k=0，1，2，…，10；ρ=0.5.

f）計算關聯度。根據式（4）計算關聯度，關聯度ri越大，則說明比較數列和參考數列的發展趨勢越接近，對其影響越大，計算結果見表8。

式中：m=10。

表8 關聯度計算結果

根據關聯度計算結果可知，10～20 mm碎石16 mm篩孔和13.2 mm篩孔對混合料空隙率影響最大，其次為0～3 mm機制砂0.15 mm篩孔和0.075 mm這兩個篩孔。以上4個篩孔和混合料空隙率有密切關系，因此在集料加工過程中，要嚴格控制以上4個篩孔變異性，從源頭保證瀝青混合料性能的穩定。在本次試驗過程中，油石比的變異系數為0.019 7，低于大部分集料篩孔的變異系數，但其關聯度為0.635 6，關聯系數處于居中位置，恰恰說明瀝青含量對混合料性質的重要性，因此在施工過程中要嚴格控制瀝青含量。

3 結語

本文結合某高速公路實際情況對瀝青混合料施工過程中集料級配和瀝青含量的變異性進行分析，以及原材料變異性對混合料性能的影響，得到以下結論：

a）對原材料變異性分析，細集料級配變異性大于粗集料級配變異性大于瀝青含量變異性，變異性范圍在0.014 7～0.181 1之間。

b）不同篩孔對混合料性能影響不同，通過灰關聯分析各篩孔通過率與空隙率的關系，10～20 mm碎石16 mm篩孔、10～20 mm碎石13.2 mm篩孔、0～3 mm機制砂0.15 mm篩孔和0.075 mm篩孔這4個篩孔影響最大，需要在碎石生產過程中嚴格控制這4個篩孔通過率。

c）當瀝青用量減小時，混合料的空隙率會明顯增大，因此在施工過程中要嚴格控制瀝青含量。