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        基于正交試驗(yàn)的水穩(wěn)碎石基層強(qiáng)度影響因素分析

        2013-02-01 06:59:16任文宏岳永和甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司甘肅蘭州730030
        中國建材科技 2013年5期
        關(guān)鍵詞:基層施工設(shè)計(jì)

        任文宏 岳永和 曹 貴 劉 濤(甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,甘肅 蘭州730030)

        1 引言

        水泥穩(wěn)定碎石基層因具有一定的板體性、強(qiáng)度高、擴(kuò)散應(yīng)力強(qiáng)、抗變形性能好等特性,在我國的高等級(jí)公路路面基層施工中被大量的使用,因此在水泥穩(wěn)定碎石基層的施工中我國積累了大量的豐富的經(jīng)驗(yàn)。但是,現(xiàn)場(chǎng)施工中仍然存在一些影響基層質(zhì)量的問題。在實(shí)際基層的施工過程中,水泥穩(wěn)定碎石基層施工存在的較強(qiáng)變異性不僅會(huì)消弱了基層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,加劇基層的早期破壞,且基層裂縫的產(chǎn)生會(huì)形成瀝青面層反射裂縫的出現(xiàn),裂縫的出新在行駛車輛的作用下會(huì)出現(xiàn)水損害、唧漿等病害現(xiàn)象,加劇瀝青路面的破壞,降低了瀝青路面使用壽命。而我國學(xué)者對(duì)于瀝青面層的施工變異性研究較多,對(duì)于水穩(wěn)基層研究不足。因此,本文采用正交試驗(yàn)的極差分析方法對(duì)施工變異影響因素的主次關(guān)系開展研究,對(duì)于施工單位在現(xiàn)場(chǎng)施工中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行變異因素主次控制有著一定的指導(dǎo)作用,對(duì)于工程質(zhì)量的提高有著十分重要的意義。

        表1 各檔料篩分結(jié)果

        2 原材料選擇及配合比的設(shè)計(jì)

        試驗(yàn)所用水泥為P.O32.5級(jí)水泥,經(jīng)檢測(cè)各項(xiàng)性能均合格[1]。所用石料為四檔,分別為19-31.5mm,9.5-19mm,4.75-9.5mm,石屑,經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)各項(xiàng)性能均合格[2],篩分結(jié)果如表1所示:

        本研究所用的配合比按骨架密實(shí)型設(shè)計(jì),并要保證有足夠的強(qiáng)度穩(wěn)定性、較小的收縮變形和良好的施工性能,在一定條件下,限制細(xì)粉料的用量。

        結(jié)合表1中集料的篩分結(jié)果以及本文采用的正交試驗(yàn),通過控制4.75mm篩孔通過率為25%、30%、35%(集料變異),利用Excel的規(guī)劃求解法求得集料的配合比(如表2)以及級(jí)配曲線 (如圖1):

        表2 集料的配合比

        在此基礎(chǔ)上,根據(jù)振動(dòng)成型實(shí)試驗(yàn)確定混合料的最大干密度、最佳含水量,并結(jié)合試件的體積算出成型試件所需質(zhì)量。

        圖1 級(jí)配曲線

        3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)(Orthaganal Design)是于二十世紀(jì)50年代初期,由日本質(zhì)量管理專家田口玄一博士在多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究開發(fā)出來的一種試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法使用一種規(guī)范化的表格(正交表)進(jìn)行式驗(yàn)設(shè)計(jì),能在全部試驗(yàn)方案中均勻地挑選出代表性強(qiáng)的少數(shù)試驗(yàn)方案。通過對(duì)挑選出的少數(shù)試驗(yàn)方案的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,可以選出較優(yōu)的方案,且可以得出各個(gè)因素對(duì)考察指標(biāo)影響的主次關(guān)系。

        工程質(zhì)量的檢驗(yàn)往往是通過對(duì)某些指定指標(biāo)的評(píng)估來判定工程質(zhì)量的優(yōu)劣,然而在水泥穩(wěn)定碎石的施工過程中則需要通過調(diào)控某些參數(shù)來實(shí)現(xiàn)合格的工程質(zhì)量。但在實(shí)際的生產(chǎn)中有很多因素影響這些指標(biāo),這些因素的水平數(shù)也有很多,每個(gè)因素水平對(duì)指標(biāo)的影響也不盡相同。在試驗(yàn)研究的過程中需要對(duì)影響因素作出篩選,確定哪些是有用因素,哪些是可以忽略的因素。各因素通常是在某一范圍內(nèi)變化,在這個(gè)范圍內(nèi)選取具有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn),這樣就可以確定影響因素在整個(gè)范圍內(nèi)變化時(shí)對(duì)控制指標(biāo)的影響。通過施工現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研統(tǒng)計(jì)分析,在本文的試驗(yàn)中,選取含水量、水泥劑量、級(jí)配(4.75mm篩孔通過率)作為主要影響基層施工質(zhì)量的三個(gè)因素,每個(gè)因素設(shè)有三個(gè)水平。參照現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研,含水量和水泥劑量的水平選取設(shè)計(jì)值、統(tǒng)計(jì)分布上下限區(qū)間特殊值,級(jí)配的水平選取4.75mm篩孔通過率的中值、上下限分布區(qū)間特殊值。因素水平選擇結(jié)果如表3所示。

        本試驗(yàn)選用L9正交表—4因素3水平,其中一因素選擇空列,具體各因素之間的安排如表4,設(shè)計(jì)的正交表如表5。

        表3 因素水平選擇結(jié)果

        表4 各個(gè)因素之間的安排

        表5 正交試驗(yàn)表

        4 試驗(yàn)結(jié)果分析

        本試驗(yàn)通過振動(dòng)成型機(jī)進(jìn)行試件的制作(如圖2所示),在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下嚴(yán)格按照規(guī)范《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E51-2009)養(yǎng)護(hù)6d,浸水一天之后,對(duì)試件進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)定[3],測(cè)定結(jié)果如表6。

        圖2 振動(dòng)成型試件

        4.1 拉依達(dá)檢驗(yàn)法

        拉依達(dá)檢驗(yàn)法是剔除異常數(shù)據(jù)。即如果數(shù)據(jù)xp與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值的偏差的絕對(duì)值大于三倍(或兩倍)的標(biāo)準(zhǔn)偏差,即:

        則應(yīng)將xp從該組試驗(yàn)值中提出,至于選擇3s還是2s與顯著水平α有關(guān)[4]。本研究中選用3s。經(jīng)拉依達(dá)法則檢驗(yàn)法檢驗(yàn)后,試驗(yàn)結(jié)果見表6。

        表6 7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

        表7 7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果極差分析表

        4.2 極差分析法

        根據(jù)以上的試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析,極差分析結(jié)果如表7所示。

        5 結(jié)論

        1)影響水穩(wěn)碎石基層變異的主要因素有水泥劑量、4.75mm通過率、含水量等。

        2)通過正交試驗(yàn)極差分析可知,在所選取的對(duì)強(qiáng)度可能會(huì)產(chǎn)生影響的這幾個(gè)主要因素中,水泥劑量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響最為顯著,級(jí)配變異次之,最后是含水量的變異。

        3)在實(shí)際的施工現(xiàn)場(chǎng)中,應(yīng)對(duì)變異影響因素進(jìn)行控制以提高施工質(zhì)量,尤其加強(qiáng)對(duì)水泥劑量的檢測(cè),水泥劑量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

        [1]JTGE30-2005,公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,2005

        [2]JTJE42-2005,公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,2005

        [3]JTGE51-2009,公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,2009

        [4]李云雁.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.15-18.

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