申來(lái)明+楊海峰+房士偉

摘要：為研究機(jī)制砂關(guān)鍵篩孔通過(guò)率對(duì)瀝青混合料空隙率的影響，采用控制變量法研究了機(jī)制砂236、06、0.075 mm篩孔通過(guò)率對(duì)AC13瀝青混合料空隙率的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：06 mm篩孔通過(guò)率對(duì)空隙率的影響最大，其次是0.075 mm篩孔通過(guò)率，2.36 mm篩孔通過(guò)率對(duì)空隙率的影響最小。此外，采用了均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)對(duì)上述結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：機(jī)制砂；關(guān)鍵篩孔；空隙率；均勻試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：U214.03文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Abstract： In order to study the impact of critical sieve meshes for manufactured sand on the porosity of asphalt mixture， the control variates method was applied to find out how the passing rates of three sieve meshes， including 2.36 mm， 0.6 mm and 0.075 mm， affect the porosity of AC13 asphalt mixture. The results show that the passing rate of sieve mesh of 0.6 mm has the biggest impact， and 2.36 mm the least. The conclusion was verified by uniform design test.

Key words： manufactured sand； critical sieve mesh； porosity； uniform experiment

0引言

與天然砂、石屑相比，機(jī)制砂顆粒具有規(guī)整、片狀顆粒少、表觀紋理豐富、粉塵含量低等優(yōu)良的物理特性，對(duì)瀝青混合料的路用性能具有明顯地改善作用，因此受到越來(lái)越多的重視。目前，大多數(shù)瀝青路面選擇用石灰?guī)r機(jī)制砂作為細(xì)集料。機(jī)制砂因其粒徑小，在瀝青混合料中主要起填充作用，對(duì)瀝青混合料的體積指標(biāo)例如空隙率、礦料間隙率等影響顯著。由于中國(guó)的瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范采用體積法進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中空隙率至關(guān)重要，因此，有必要研究機(jī)制砂對(duì)瀝青混合料空隙率的影響[13]。

本文主要是通過(guò)控制變量法和均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究機(jī)制砂關(guān)鍵篩孔通過(guò)率對(duì)瀝青混合料的影響，從而深入了解機(jī)制砂在瀝青混合料中的填充機(jī)理。

1原材料技術(shù)指標(biāo)

1.1瀝青

采用SBS（IC）改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

1.2粗集料

粗集料為輝綠巖，粗集料技術(shù)指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

1.3細(xì)集料

細(xì)集料采用由規(guī)格為95～19 mm的碎石加工生產(chǎn)的石灰?guī)r質(zhì)機(jī)制砂，其規(guī)格為0～2.36 mm。機(jī)制砂技術(shù)指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

1.4礦粉

礦粉由規(guī)格為9.5～19 mm的石灰?guī)r碎石自行加工生產(chǎn)，其技術(shù)指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

2機(jī)制砂關(guān)鍵篩孔研究

機(jī)制砂的最大公稱粒徑為2.36 mm，根據(jù)貝雷級(jí)配理論可計(jì)算出機(jī)制砂的第1控制篩孔PCS和第2控制篩孔SCS的值SPCS和SSCS。

SPCS=0.6 mm

SSCS=025SPCS=0.15 mm

但是根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，0.15 mm篩孔的通過(guò)率對(duì)瀝青混合料的體積指標(biāo)與路用性能影響不明顯，而0.075 mm篩孔的通過(guò)率影響較大，也是機(jī)制砂生產(chǎn)質(zhì)量的控制指標(biāo)[45]。綜上所述，根據(jù)貝雷級(jí)配理論以及實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，確定機(jī)制砂的關(guān)鍵篩孔為0075、06、2.36 mm。

3試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

3.1單因素對(duì)空隙率的影響

由前面可知，機(jī)制砂的關(guān)鍵篩孔為0.075 mm、0.6 mm、2.36 mm，并研究每個(gè)關(guān)鍵篩孔的通過(guò)率對(duì)瀝青混合料空隙率的影響。基于AC13瀝青混合料，采用控制變量法，通過(guò)馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，分別研究機(jī)制砂0.075 mm、0.6 mm、2.36 mm篩孔的通過(guò)率對(duì)空隙率的影響，具體方案如下。

3.1.12.36 mm篩孔通過(guò)率對(duì)空隙率的影響

變化機(jī)制砂2.36 mm篩孔的通過(guò)率，以5%為變化步幅，變化范圍為80%～100%，即80%、85%、90%、95%、100%。其他篩孔的通過(guò)率不變，將機(jī)制砂作為一個(gè)整體，粗集料逐級(jí)回配，得到AC13合成級(jí)配，記為1#、2#、3#、4#、5#，如表5所示。

3.1.20.6 mm篩孔通過(guò)率對(duì)空隙率的影響

變化機(jī)制砂0.6 mm篩孔的通過(guò)率，以7%為變化步幅，變化范圍為25%～60%，即為25%、32%、39%、46%、53%、60%。其他篩孔的通過(guò)率不變，將機(jī)制砂作為1個(gè)整體，粗集料逐級(jí)回配，得到AC13合成級(jí)配，記為6#、7#、8#、9#、10#、11#，如表6所示。

3.1.30075 mm篩孔通過(guò)率對(duì)空隙率的影響

變化機(jī)制砂0.075 mm篩孔的通過(guò)率， 變化范圍取0～15%，以3%為變化步幅，即各通過(guò)率為0、3%、6%、9%、12%、15%。其他篩孔的通過(guò)率不變，將機(jī)制砂作為1個(gè)整體，得到AC13合成級(jí)配，記為12#、13#、14#、15#、16#、17#，如表7所示。

3.2多因素對(duì)空隙率的影響

采用均勻設(shè)計(jì)方法研究機(jī)制砂各關(guān)鍵篩孔不同通過(guò)率對(duì)空隙率的影響，通過(guò)均勻試驗(yàn)對(duì)上述單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。

均勻設(shè)計(jì)的指標(biāo)為AC13瀝青混合料的空隙率，影響因素為機(jī)制砂關(guān)鍵篩孔的通過(guò)率，即0075 mm篩孔的通過(guò)率、06 mm篩孔的通過(guò)率、236 mm篩孔的通過(guò)率，分別記為x1、x2、x3，各因素范圍分別取0～15%、25%～60%、80%～100%，采用等水平均勻設(shè)計(jì)，將各因素分為6個(gè)水平，如表8所示。

由以上分析可知，該試驗(yàn)方案為3因素6水平，因此選取等水平均勻設(shè)計(jì)表U*6（63）。根據(jù)U*6（63）的使用表，將x1、x2、x3三個(gè)因素分別放在U*6（63）表的1、2、3列，其試驗(yàn)方案如表9所示。

4試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)試驗(yàn)方案中的級(jí)配1#～17#成型馬歇爾試驗(yàn)，粗集料為輝綠巖，細(xì)集料為石灰?guī)r機(jī)制砂，礦粉為石灰?guī)r質(zhì)礦粉，瀝青采用SBS改性瀝青，瀝青混合料拌和溫度為175 ℃，擊實(shí)溫度為155 ℃，每組試驗(yàn)成型5個(gè)試件，采用水中重法測(cè)得每個(gè)試件的空隙率，取平均值作為最終試驗(yàn)結(jié)果（下同），如表10所示。

4.1.12.36 mm篩孔通過(guò)率對(duì)空隙率的影響

從圖1可看出，空隙率隨2.36 mm篩孔通過(guò)率的增大而逐漸減小。因?yàn)楫?dāng)通過(guò)率增大時(shí)，2.36 mm粒徑以下的集料增多，而AC13混合料是懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，粒徑小的顆粒含量越多，其填充效果越好，即空隙率越小。

機(jī)制砂2.36 mm篩孔通過(guò)率從80%變化到100%時(shí)，AC13瀝青混合料的空隙率從3.82%降低到3.4%，降低了0.42%，降低率為2.1%。

4.1.20.6 mm篩孔通過(guò)率對(duì)空隙率的影響

從圖2可看出，空隙率隨0.6 mm篩孔通過(guò)率的增大逐漸減小。因?yàn)楫?dāng)通過(guò)率越大，0.6 mm粒徑以下的集料越多，其填充效果越好，空隙率越小。

機(jī)制砂0.6 mm篩孔通過(guò)率從25%增加到60%時(shí)，AC13瀝青混合料的空隙率從4.28%降低到2.71%，降低了1.57%，降低率為4.5%。

4.1.30.075 mm篩孔通過(guò)率對(duì)空隙率的影響

從圖3可看出，空隙率隨0.075 mm篩孔通過(guò)率的增大逐漸減小。因?yàn)楫?dāng)通過(guò)率增大時(shí)，石粉含量增加，有效填充了混合料之間的空隙，空隙率變小。

機(jī)制砂0.075 mm篩孔通過(guò)率從0增加到15%時(shí)，AC13瀝青混合料空隙率從3.795%降低到322%，降低了0.575%，降低率為3.8%。

上述試驗(yàn)結(jié)果表明，0.6 mm篩孔的通過(guò)率對(duì)瀝青混合料空隙率的影響最大。有相關(guān)研究表明，03～0.6 mm檔料在AC13瀝青混合料中起干涉作用。0.6 mm篩孔的通過(guò)率越大，0.3～0.6 mm檔料越多，干涉越明顯。在其他條件相同時(shí)，空隙率逐漸增大。

4.2均勻試驗(yàn)結(jié)果與分析

6組均勻試驗(yàn)結(jié)果如表11所示。

4.2.1回歸分析

將0.075 mm、0.6 mm與2.36 mm篩孔的通過(guò)率分別作為自變量x1、x2、x3，將空隙率作為因變量y，利用均勻設(shè)計(jì)軟件采用全回歸法進(jìn)行線性回歸分析，設(shè)置顯著水平為0.05，得到的回歸方程如下

y=5.82-4.57x1-2.47x2-1.14x3（1）

該方程的相關(guān)系數(shù)R2=0.983 4。

4.2.2回歸方程顯著性檢驗(yàn)

回歸方程是否合理，需要檢驗(yàn)其顯著性。利用F分布檢驗(yàn)回歸方程的顯著性，如表12所示。

樣本容量N=6，顯著性水平α=0.05，檢驗(yàn)值Ft=39.48，臨界值F（0.05，3，2）=19.16，F(xiàn)t>F（0.05，3，2），回歸方程顯著。

4.2.3回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)

由回歸方程的顯著性檢驗(yàn)可知回歸方程是顯著的，但是總體回歸效果的顯著并不能說(shuō)明每個(gè)自變量對(duì)因變量都是重要的，因此利用F分布對(duì)每個(gè)回歸系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表13所示。

經(jīng)上述回歸方程和回歸系數(shù)檢驗(yàn)可知，回歸方程和回歸系數(shù)是顯著的。

由均勻設(shè)計(jì)軟件可知回歸方程（1）的標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)、偏回歸平方和與偏相關(guān)系數(shù)，如圖4所示。

由圖4（b）可知：|Pj2|>|Pj1|>|Pj3|，Pj1、Pj2、Pj3分別為自變量x1、x2、x3的標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)。06 mm篩孔的通過(guò)率對(duì)空隙率影響最大，0.075 mm篩孔次之，2.36 mm篩孔通過(guò)率對(duì)空隙率影響最小，與單因素研究結(jié)論一致，即表明了0.3～0.6 mm檔料對(duì)瀝青混合料起干涉作用。

5結(jié)語(yǔ)

研究機(jī)制砂關(guān)鍵篩孔通過(guò)率對(duì)瀝青混合料空隙率的影響，得到以下結(jié)論。

（1） 通過(guò)控制變量法研究機(jī)制砂單一關(guān)鍵篩孔對(duì)空隙率的影響，其變化規(guī)律為空隙率均隨著機(jī)制砂2.36、0.6、0.075 mm關(guān)鍵篩孔通過(guò)率的增加而降低，降低率分別為2.1%、4.5%、3.8%。

（2） 采用均勻設(shè)計(jì)方法研究機(jī)制砂0.075 mm、0.6 mm、236 mm篩孔多因素對(duì)瀝青混合料空隙率的影響，并得到回歸方程 ，經(jīng)檢驗(yàn)回歸方程和回歸系數(shù)均顯著。

（3） 根據(jù)單因素和多因素的研究結(jié)果表明：0.6 mm篩孔對(duì)空隙率影響最大，其次是0.075 mm篩孔，236 mm篩孔對(duì)空隙率的影響最小。0.3～0.6 mm檔料對(duì)AC13瀝青混合料起干涉作用。

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