基于變異性分析的舊瀝青混合料質量控制研究

李 映

（核工業西南勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610065）

0 引言

瀝青路面在自然環境與車輛荷載的長期作用下，面層瀝青會逐漸老化，并產生車轍、疲勞裂縫、水毀坑槽等病害。目前，我國在對瀝青路面進行維修或改造時，主要是將面層銑刨或者在原路面上加鋪新的瀝青面層，銑刨面層將產生大量的廢舊瀝青混合料。廢舊瀝青混合料是一種可循環利用的道路材料，若將其隨意廢棄，不僅浪費資源，而且因瀝青不易處理，會對堆置地環境產生比較嚴重的破壞。

目前針對廢舊瀝青混合料的使用方法很多，比如：就地熱再生、廠拌熱再生、就地冷再生等，但瀝青路面在使用過程中會發生老化，內部集料也因長期受各種荷載的擠壓和沖擊，導致粗集料破碎，細集料含量增加。而銑刨機在對瀝青面層進行銑刨的同時，也是對結構層的二次破壞，使回收的廢舊瀝青混合料級配具有離散性。在對廢舊瀝青混合料進行回收利用的過程中，舊瀝青混合料的級配也直接參與級配組成，因合成級配不可控，進而影響再生瀝青混合料的路用性能。本文通過對廢舊瀝青混合料的級配變異情況進行研究，分析舊瀝青混合料級配各檔變異性，對確保合成級配穩定性具有重要作用。

1 變異性分析方法

變異系數是反映數據離散程度的絕對值，其值沒有量綱，能進行客觀比較，可以消除單位和平均數不同對兩個或多個資料變異程度比較的影響，變異系數的計算公式為：

式中：

S——為樣本標準差；

CV——變異系數，%。

在實際工程中常用標準差S來作為衡量隨機變量取值均勻程度的數量指標，但并不能反映出隨機變量各自取值的分散程度是否相同。因此，若要比較變量均勻程度與自身取值的相對關系，就要用變異系數來反映隨機變量自身的不穩定性。

東南大學黃曉明教授在《瀝青路面再生利用理論與實踐》[1]中采用分計篩余標準差與分計篩余均值的比值作為變異系數，更直觀地反映級配各檔料的變異性大小，即：

式中：

Sj——為第j級分計篩余百分率標準差；

——為第j級分計篩余百分率；

CVj——級配第j級分計篩余變異系數。

本文的研究中采用分計篩余作為混合料變異性的研究對象。

根據文獻[2]，發現再生瀝青混合料與舊瀝青混合料的級配變異性、摻量之間有如下關系式：

式中：

粒徑為jmm礦料變異系數；

表示分檔后i#的粒徑為jmm的集料變異系數；

表示分檔后i#的粒徑為jmm集料分計篩余；

βi——混合料分檔后各檔摻量百分比。

2 舊瀝青混合料級配及變異性分析

舊瀝青混合料在再生料中隨著摻配比例增加，其也應直接參與級配設計。分析舊瀝青混合料的級配及變異性，可以粗略判斷舊瀝青混合料的級配組成與均勻性。

2.1 舊瀝青混合料級配

對于處理后的舊瀝青混合料，直接篩分得到的級配結果如表1、圖1所示。本文選擇某高速公路瀝青路面上、下面層銑刨料，按照實際使用于新建瀝青路面中面層為例，最終以AC-20型級配的上下限作為實際應用參考級配范圍。

表1 舊瀝青混合料級配通過質量百分率/%

圖1 舊瀝青混合料級配曲線圖

根據表1、圖1 可知，舊瀝青混合料級配組成：0～2.36mm粒徑的混合料占總量的24.83%；2.36～13.2mm粒徑的混合料占比達到71.95%，而大于13.2mm粒徑的混合料所占的比例為3.17%。分析表明，瀝青路面經過長期作用后，其中粗集料破碎，導致中等粒徑集料與細集料的含量增加，也表明銑刨后的瀝青混合料級配組成不合理。

2.2 舊瀝青混合料級配變異性分析

實驗采用四分法進行取樣，保證足量的原料以及取樣的均勻性。在此基礎上，計算混合料級配變異系數，結果如表2所示，舊瀝青混合料級配變異曲線見圖2。

根據表2、圖2可以看出，瀝青混合料在1.18～4.75mm范圍內，其級配變異系數較小，而小于1.18mm 和大于9.5mm粒徑集料的變異系數較大。可以表明：路面在使用及銑刨回收過程中，破碎嚴重的是粗集料，粗集料的破碎導致中粒徑的集料與細集料增加，而中等粒徑在舊料中占的比例更大，其變異系數相對較小。考慮到部分細集料粘附在粗型集料上，因此細集料部分的變異系數偏高，這說明在對舊瀝青混合料進行利用時，需進行篩分以及做好分檔，盡量多利用中粒徑混合料，減少級配變異系數，以此更能保證再生瀝青混合料路用性能穩定性。

表2 舊瀝青混合料變異性統計表

圖2 舊瀝青混合料級配變異曲線

2.3 抽提后瀝青混合料集料級配

考慮到實際應用過程中，集料外包裹的舊瀝青將與新瀝青通過再生反應一起作用于再生瀝青混合料，為了研究新瀝青的添加量以及再生料的級配組成，則有必要對舊瀝青混合料集料級配及變異性進行分析。

通過實驗處理將舊瀝青混合料中的瀝青與集料進行剝離，得到舊瀝青混合料的級配如表3所示。

表3 抽提后混合料級配

由圖3、4可知，集料的級配超過級配上限，且整體級配偏細，13.2mm 以上粒徑篩孔的通過率超過95%，2.36mm孔徑以上均超過級配上限值，由此表明使用后大顆粒集料基本被壓碎或因銑刨和二次破碎時被細化。

由圖3可知，對比未抽提處理混合料級配和抽提后集料級配，抽提處理后混合料中細集料顯著增加，粗集料含量減少，結果表明舊瀝青混合料中部分細集料與瀝青一同粘結在粗集料中，通過離心抽提處理后，細料及粉料從瀝青中分離出來。由表3及圖3、4的結果表明：舊混合料的集料細化比較嚴重，抽提后瀝青混合料的級配大致呈S型曲線，在實際應用中需對銑刨后的舊料進行分檔處理，避免再生混合料級配不均勻。

圖3 舊集料級配曲線

圖4 銑刨原料與處理后集料級配對比

2.4 抽提后瀝青混合料集料級配變異性分析

回收舊瀝青混合料通常都是將整段路面舊料進行堆放，造成堆積混合料的級配存在很大的離散性，通過分析其變異特性，得到控制級配離散性措施。

由表4及圖5結果顯示：1.18～4.75mm粒徑間的變異系數在10%～20%之間，表明該段粒徑的變異性較小，集料整體級配穩定性較好；小于0.6mm的級配變異系數在20%～40.4%，變異系數較大；而大于9.5mm粒徑的級配變異系數最大，其中16mm粒徑的變異系數高達91.3%。結果表明：瀝青路面在使用及回收過程中，混合料中粗集料的破損程度最大，導致細集料含量增加，而因為舊瀝青裹覆細集料粘結在粗集料中，也導致細集料部分的變異系數偏大。

圖5 舊混合料集料級配變異率曲線

表4 集料分計篩余及變異性統計表

通過對比原料級配和抽提處理后的混合料集料級配的變異系數，可以發現兩者的變異規律相似，中間的級配變異系數都較小，細集料與粗集料部分的變異系數偏大。因此可以表明，在實際工程應用中對舊瀝青混合料進行分檔利用很有必要，可以減少級配的變異性，以及準確地使用新瀝青添加比例，保證再生混合料的性能穩定性。

3 結束語

（1）通過分析舊瀝青混合料以及抽提處理后的集料的分計篩余值進行變異性研究，直觀地反映級配各檔料的變異性大小。

（2）通過分析舊瀝青混合料級配的變異性，細集料與粗集料的變異系數最大，混合料整體的變異性偏大，因此在對原路面銑刨回收后，對于舊瀝青混合料應進行分檔使用，根據變異性：1.18～4.75.5mm級配變異系數比較小；小于1.18mm和大于9.5mm粒徑集料的變異系數較大，在實際工程使用中，可以此分為三檔使用，以減少整體合成級配的變異性。