原材料變異性對(duì)路面施工質(zhì)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(lái)隨著國(guó)力的提升，我國(guó)交通基礎(chǔ)建設(shè)行業(yè)發(fā)展迅猛，尤其是公路工程的建設(shè)，截至2019年，中國(guó)公路總里程已達(dá)484.65萬(wàn)km、高速公路達(dá)14.26萬(wàn)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(diǎn)，體現(xiàn)出顯著的綜合性能，因此瀝青路面是我國(guó)最主要的路面形式之一。

隨著瀝青路面的不斷建設(shè)，路面病害也不斷涌現(xiàn)[1]，我國(guó)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(xiàn)這樣的問(wèn)題，原因是多方面的：有設(shè)計(jì)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(guò)大，導(dǎo)致施工質(zhì)量不穩(wěn)定，這些都是瀝青路面發(fā)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(gè)重要因素，我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范嚴(yán)控空隙率的范圍，空隙率過(guò)大或者過(guò)小都對(duì)瀝青路面產(chǎn)生不利影響。空隙率的大小取決于礦料級(jí)配、瀝青用量以及壓實(shí)度等多方面因素，本文通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗(yàn)，確保壓實(shí)功和成型溫度一致的前提下，研究各檔集料級(jí)配變化和瀝青用量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件空隙率的影響，進(jìn)而提出施工過(guò)程中對(duì)原材料控制的重點(diǎn)。

1 工程背景

某新建高速公路地處亞熱帶季風(fēng)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(jié)構(gòu)具有良好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗車轍能力。中面層采用GAC-20C，設(shè)計(jì)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(yàn)結(jié)果見表1。細(xì)集料采用的是機(jī)制砂，粗集料和細(xì)集料均采用的同一石場(chǎng)的石灰?guī)r破碎加工而成，具體指標(biāo)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(cè)結(jié)果

表2 細(xì)集料檢測(cè)結(jié)果

表3 粗集料檢測(cè)結(jié)果

2 原材料的變異性分析

瀝青混合料在生產(chǎn)施工過(guò)程的質(zhì)量變異情況會(huì)直接影響瀝青路面的施工質(zhì)量，原材料的變化會(huì)直接影響瀝青混合料的性能，尤其是級(jí)配變化和瀝青含量的變化[2]。

2.1 集料級(jí)配變異性分析

集料級(jí)配變異性大，會(huì)導(dǎo)致粗細(xì)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(xì)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(fā)生水損壞的主要原因之一；細(xì)集料集中的地方因?yàn)闉r青含量較大，空隙率小卻導(dǎo)致瀝青路面易發(fā)生永久變形、泛油等路面病害[3]。

本文選取連續(xù)10 d的各檔熱料篩分結(jié)果，分析單檔集料級(jí)配的變異性。由于篩孔較多，取各檔料的關(guān)鍵篩孔，具體結(jié)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(xì)集料的變異性大于粗集料的變異性，變異性最大的是細(xì)集料0～3 mm的0.075 mm、0.15 mm、0.3 mm和0.6 mm四個(gè)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(guò)程中的關(guān)鍵性指標(biāo)，其大小會(huì)直接影響混合料的耐久性。生產(chǎn)中按照最佳生產(chǎn)配合比確定的最佳用量進(jìn)料，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，瀝青含量不是恒定值，其大小是變化的[4]。

本文通過(guò)燃燒法測(cè)定瀝青含量，連續(xù)10 d油石比檢測(cè)結(jié)果見表4：油石比平均值為4.5%，變異系數(shù)為0.019 7，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于集料級(jí)配的變異系數(shù)。

表4 各檔集料關(guān)鍵篩孔通過(guò)率和油石比

2.3 集料級(jí)配和瀝青含量對(duì)空隙率的灰關(guān)聯(lián)分析

灰色關(guān)聯(lián)分析是通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)度來(lái)分析和確定系統(tǒng)因素的影響程度，通過(guò)一定的數(shù)據(jù)處理，在隨機(jī)的因素序列中找到其關(guān)聯(lián)性，判定影響系統(tǒng)的主要因素、主要特征和因素間對(duì)系統(tǒng)影響的差別?；谊P(guān)聯(lián)分析步驟包括：確定數(shù)據(jù)列，生成處理數(shù)據(jù)列，計(jì)算求差序列，計(jì)算灰關(guān)聯(lián)系數(shù)，計(jì)算灰關(guān)聯(lián)度和優(yōu)勢(shì)分析[5]。

a）確定數(shù)據(jù)列。選取連續(xù)10 d馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)試件的空隙率作為參考數(shù)列，取各檔篩孔通過(guò)率和油石比作為比較數(shù)列。

b）均值化處理。根據(jù)式（1）對(duì)參考數(shù)列和比較數(shù)列進(jìn)行無(wú)量綱化處理，處理結(jié)果見表5。

式中：i=0，1，2，…,12；k=0，1，2，…,10.

表5 原始數(shù)據(jù)均值化結(jié)果

c）計(jì)算比較數(shù)列與參考數(shù)列的絕對(duì)差值，根據(jù)式（2）計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表6。

d）求兩級(jí)最小差和兩級(jí)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(duì)差值計(jì)算結(jié)果

e）計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。根據(jù)式（3）計(jì)算各元素的關(guān)聯(lián)系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表7。

表7 關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算結(jié)果

式中：k=0，1，2，…，10；ρ=0.5.

f）計(jì)算關(guān)聯(lián)度。根據(jù)式（4）計(jì)算關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)度ri越大，則說(shuō)明比較數(shù)列和參考數(shù)列的發(fā)展趨勢(shì)越接近，對(duì)其影響越大，計(jì)算結(jié)果見表8。

式中：m=10。

表8 關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果

根據(jù)關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果可知，10～20 mm碎石16 mm篩孔和13.2 mm篩孔對(duì)混合料空隙率影響最大，其次為0～3 mm機(jī)制砂0.15 mm篩孔和0.075 mm這兩個(gè)篩孔。以上4個(gè)篩孔和混合料空隙率有密切關(guān)系，因此在集料加工過(guò)程中，要嚴(yán)格控制以上4個(gè)篩孔變異性，從源頭保證瀝青混合料性能的穩(wěn)定。在本次試驗(yàn)過(guò)程中，油石比的變異系數(shù)為0.019 7，低于大部分集料篩孔的變異系數(shù)，但其關(guān)聯(lián)度為0.635 6，關(guān)聯(lián)系數(shù)處于居中位置，恰恰說(shuō)明瀝青含量對(duì)混合料性質(zhì)的重要性，因此在施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制瀝青含量。

3 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合某高速公路實(shí)際情況對(duì)瀝青混合料施工過(guò)程中集料級(jí)配和瀝青含量的變異性進(jìn)行分析，以及原材料變異性對(duì)混合料性能的影響，得到以下結(jié)論：

a）對(duì)原材料變異性分析，細(xì)集料級(jí)配變異性大于粗集料級(jí)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(duì)混合料性能影響不同，通過(guò)灰關(guān)聯(lián)分析各篩孔通過(guò)率與空隙率的關(guān)系，10～20 mm碎石16 mm篩孔、10～20 mm碎石13.2 mm篩孔、0～3 mm機(jī)制砂0.15 mm篩孔和0.075 mm篩孔這4個(gè)篩孔影響最大，需要在碎石生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格控制這4個(gè)篩孔通過(guò)率。

c）當(dāng)瀝青用量減小時(shí)，混合料的空隙率會(huì)明顯增大，因此在施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制瀝青含量。