徐慧寧 譚憶秋 李曉民 馬韶軍

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院1） 哈爾濱 150090）

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司2） 蘭州 730030）

0 引 言

瀝青混合料是由石料、瀝青、空氣三相組成的復(fù)合材料，其中礦料級配是影響瀝青混合料性能的主要因素；而體積參數(shù)作為瀝青混合料空間結(jié)構(gòu)組成的直接外在表現(xiàn)形式，與級配之間存在密切的聯(lián)系.特別是20世紀(jì)90年代，隨著體積設(shè)計(jì)法的提出，瀝青混合料體積參數(shù)與礦料級配的關(guān)系成為國際道路界的熱點(diǎn)問題.

Obaidat、呂文江、蘇洲等的研究顯示，瀝青混合料體積參數(shù)隨著粗集料用量和內(nèi)部級配的變化而發(fā)生較大改變［1－3］.李艷春運(yùn)用灰關(guān)聯(lián)分析表明礦料級配對瀝青混合料體積參數(shù)有較大影響［4－5］.徐慧寧應(yīng)用雙因素方差分析，證明了體積參數(shù)的變化主要是由于級配變化造成的［6］.與此同時，Shen指出，級配變化時，瀝青混合料空隙率與礦料間隙率具有相同的變化規(guī)律［7］；Abdel－Jawad，Abdullah的研究顯示，由偏粗級配形成的瀝青混合料通常具有較高的空隙率，這一結(jié)果在一定程度上證實(shí)了Bailey的研究成果［8］.而劉樹堂認(rèn)為在其他因素相同的情況下，礦料級配曲線與理論最大密度線的相似性決定了空隙率的大?。?］.本文以AC－16型瀝青混合料為研究對象，以4.75 mm篩孔作為關(guān)鍵篩孔，通過調(diào)整礦料級配中粗、細(xì)集料內(nèi)部比例及4.75mm通過率，對能夠敏感反映級配變化的體積參數(shù)——瀝青混合料空隙率，隨級配走向改變的變化規(guī)律進(jìn)行了研究；并運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，進(jìn)行了瀝青混合料空隙率對級配變化的敏感程度分析.

1 材 料

1.1 集料與填料

集料為黑龍江省優(yōu)質(zhì)地產(chǎn)安山巖.集料采用落錘式破碎機(jī)加工，顆粒立方體形狀較好，強(qiáng)度高，硬度大，有較好的耐磨性.礦粉由石灰?guī)r磨細(xì)而成，表觀相對密度為2.672，0.075mm通過的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80.3%.

1.2 瀝青

瀝青材料采用中海110?；|(zhì)瀝青，主要技術(shù)指標(biāo)見表1.

表1 瀝青技術(shù)性質(zhì)

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)級配見表2.

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

依據(jù)JTJ 052－2000（T0702－2000）的方法，對表2所列級配進(jìn)行馬歇爾試件擊實(shí)成型，集料、瀝青加熱溫度分別為160，145℃，每組級配制作5個平行試件；采用JTJ 052－2000（T0705－2000）的方法測定各試件的瀝青混合料空隙率，見表3.

表2 試驗(yàn)級配匯總

表3 瀝青混合料空隙率匯總

3.1 級配走向變化對瀝青混合料空隙率變化趨勢的影響

圖1a）顯示，細(xì)集料級配發(fā)生變化時，隨著細(xì)集料級配由偏細(xì)的上限級配變化到偏粗的下限級配，瀝青混合料空隙率逐漸變大.圖1b）顯示，4.75mm通過率和細(xì)集料級配同時發(fā)生變化時，空隙率的變化與圖1a）所示規(guī)律相同，即細(xì)集料取上限級配時空隙率最小，取下限級配時的空隙率最大，中間級配的空隙率居于二者之間，并且這種關(guān)系不隨粗集料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵篩孔通過率變化而改變.

圖1 細(xì)集料變化對空隙率變化趨勢的影響

由圖2a）可知，粗集料發(fā)生變化時，瀝青混合料空隙率產(chǎn)生規(guī)律性變化，粗集料采用中間級配時空隙率最小；采用上限級配時空隙率最大；采用下限級配時的空隙率介于二者之間.圖2b）顯示，保持細(xì)集料級配不變，同時改變粗集料和4.75 mm通過率對瀝青混合料空隙率變化規(guī)律產(chǎn)生了較大的影響，這說明有必要對4.75mm通過率對空隙率產(chǎn)生的影響進(jìn)行研究.

同時，將圖2a），b）中的數(shù)據(jù)比較可見，變化4.75mm通過率，改變了原有級配中9.5～4.75 mm與4.75～2.36mm之間顆粒的比例關(guān)系，這種改變使得空隙率發(fā)生了明顯的變化，上述現(xiàn)象說明16～9.5mm之間粒徑并不是引起瀝青混合料空隙率變化的主導(dǎo)因素，這一觀點(diǎn)在下面的分析中被證實(shí).

圖2 粗集料變化對空隙率變化趨勢的影響比較圖

圖3中數(shù)據(jù)表明，對于粗、細(xì)集料均取上限的級配sx－11，當(dāng)4.75mm通過率上升5%時，空隙率隨之下降.對于粗、細(xì)集料均取下限的級配sx－22，其中粗集料中大粒徑顆粒含量較多，形成了豐富的空隙，而細(xì)集料由于級配偏粗不能充分的填充這些空隙，適當(dāng)減少4.75mm通過率可增大9.5～4.75mm檔對于更大骨架的填充作用，導(dǎo)致了空隙率的降低.由此可以看出，不同粒徑石料的分布狀況對于空隙率的形成起到重要的作用.

圖3 4.75mm通過率變化對空隙率的影響

3.2 瀝青混合料空隙率對級配走向變化敏感程度的研究

此部分采用空隙率的絕對變化表征空隙率對級配走向變化的敏感程度.為避免礦料顆粒空間分布的隨機(jī)性引起的空隙率差異，防止個別異常值導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況出現(xiàn)偏差，本部分借鑒數(shù)理統(tǒng)計(jì)中秩和檢驗(yàn)的方法（見參考文獻(xiàn)［10］），進(jìn)行級配走向變化對瀝青混合料空隙率影響程度的分析.各試驗(yàn)級配的瀝青混合料空隙率列于表3.

按照式（1）～（3）定義如下計(jì)算參數(shù)：

式中：VV（上限）為取上限級配時瀝青混合料空隙率；VV（下限）為取下限級配時瀝青混合料空隙率；為取中值級配時瀝青混合料空隙率的平均值；VV（4.75mm）iii為4.75mm 通過率變化時瀝青混合料空隙率為4.75mm通過率取中值時瀝青混合料空隙率的平均值.

表4顯示，無論粗集料級配處于何種水平，改變細(xì)集料內(nèi)部結(jié)構(gòu)都會使空隙率發(fā)生較大變化，最大變化幅度可達(dá)3.212%，最小的也有2.211%.表5秩和檢驗(yàn)結(jié)果表明，在95%置信水平條件下，細(xì)集料級配變化相同幅度時，級配的變化趨勢（趨于級配下限或上限）對于空隙率變化幅度并無顯著影響，即瀝青混合料空隙率對細(xì)集料變化具有相同的變化速率，不受級配變化趨勢的影響.表6秩和檢驗(yàn)結(jié)果顯示：在95%置信水平條件下，當(dāng)粗集料處于中間級配時，空隙率對細(xì)集料級配變化的敏感程度最大；而當(dāng)粗集料處于上限級配時，空隙率對細(xì)集料級配變化的敏感程度最小.

無論細(xì)集料處于何種水平，粗集料級配走向的變化均會導(dǎo)致瀝青混合料空隙率的變化.分析表8秩和檢驗(yàn)結(jié)果知：在95%置信水平條件下，當(dāng)細(xì)集料采用中值或上限級配時，粗集料結(jié)構(gòu)變細(xì)（趨于上限級配）時的空隙率的變化幅度顯著大于粗集料結(jié)構(gòu)變粗（趨于下限）時的；當(dāng)細(xì)集料屬于下限級配時，粗集料的變化方向?qū)τ诳障堵实淖兓葲]有顯著影響，可認(rèn)為此時瀝青混合料空隙率對粗集料的變化具有相同的變化速率.

表4 細(xì)集料變化時空隙率變化幅度匯總 %

表5 細(xì)集料變化方向?qū)障堵首兓扔绊懼群蜋z驗(yàn)表

表6 細(xì)集料變化時粗集料級配走向?qū)障堵首兓扔绊懼群蜋z驗(yàn)表

表7 粗集料變化時空隙率變化幅度匯總 %

由表9秩和檢驗(yàn)結(jié)果知：在95%置信水平條件下，當(dāng)細(xì)集料處于偏細(xì)的上限級配時，粗集料的波動對于空隙率將產(chǎn)生較大的影響，而當(dāng)細(xì)集料取偏粗的下限級配時，粗集料的變化對空隙率的影響非常微小.造成這種現(xiàn)象的原因是由于當(dāng)細(xì)集料偏細(xì)時，對空隙率的填充效果較強(qiáng)，粗集料波動導(dǎo)致的骨架形成效果受此種填充作用影響較大；而細(xì)集料取下限時由于細(xì)顆粒含量較少，填充效果不如前者強(qiáng)烈，因此粗集料的變化受此種約束較少，空隙率變化幅度不大.

表9 粗集料變化時細(xì)集料級配走向?qū)障堵首兓扔绊懼群蜋z驗(yàn)表

表10 4.75mm通過率變化時空隙率變化幅度匯總%

表11 4.75mm通過率變化對空隙率變化幅度影響秩和檢驗(yàn)表

由表10～11可知：4.75mm通過率的變化會使空隙率產(chǎn)生一定幅度的變化，且當(dāng)通過率變大時的變化幅度顯著大于通過率變小時的變化幅度.3.

3 影響瀝青混合料空隙率變化的顯著性因素分析

綜合前述分析結(jié)果，將各級配空隙率變化的平均值作為比較指標(biāo)，運(yùn)用秩和檢驗(yàn)考察級配各組成部分對瀝青混合料空隙率變化的影響程度.

表12 影響瀝青混合料空隙率變化關(guān)鍵因素秩和檢驗(yàn)表

由表12可知，在95%置信水平時，改變4.75 mm通過率與變化粗集料內(nèi)部結(jié)構(gòu)所引起的瀝青混合料空隙率的變化幅度無顯著差異；而細(xì)集料變化引起的空隙率變化幅度卻顯著大于4.75 mm通過率變化引起的空隙率變化幅度.由此可知，細(xì)集料變化是影響瀝青混合料空隙率變化的最顯著因素.

4 結(jié) 論

1）隨著細(xì)集料級配由偏細(xì)的上限級配變化到偏粗的下限級配，瀝青混合料的空隙率逐漸變大；粗集料采用中間級配空隙率最小，采用上限級配，空隙率最大；4.75mm通過率對于空隙率也有重要的影響.

2）秩和檢驗(yàn)結(jié)果表明，粗、細(xì)集料內(nèi)部結(jié)構(gòu)及4.75mm通過率的變化都會對瀝青混合料空隙率產(chǎn)生影響.當(dāng)細(xì)集料改變時，粗集料的走向?qū)障堵实淖兓扔幸欢ㄓ绊?，?dāng)粗集料改變時，細(xì)集料的走向?qū)障堵实淖兓纫灿幸欢ǖ挠绊?；此外，瀝青混合料空隙率對細(xì)集料的變化具有相同的變化速率；但當(dāng)粗集料變化時，如果細(xì)集料屬于中值或上限級配，粗集料結(jié)構(gòu)變細(xì)時空隙率的變化速率顯著大于粗集料結(jié)構(gòu)變粗時的；當(dāng)細(xì)集料屬于下限級配時，粗集料的變化方向?qū)τ诳障堵实淖兓俾蕸]有顯著影響.

3）通過比較改變4.75mm通過率前后的瀝青混合料空隙率可知，粗、細(xì)集料顆粒分布的均衡關(guān)系對于瀝青混合料空隙率有一定的影響.

4）秩和檢驗(yàn)結(jié)果顯示，細(xì)集料級配的變化是導(dǎo)致瀝青混合料空隙率變化的最顯著因素.

［1］Obaidat M T，Abdullah W S，Nazem M，et al.Influence of aggregate type and gradation on voids of asphalt concrete pavements［J］.Journal of Materials in Civil Engineering，1998（5）：76－85.

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［10］孫 虎.應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2006.