李林萍，胡幫艷，張 飛，于 江

(新疆大學(xué) 建筑工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830047)

多因素對(duì)瀝青混合料空隙率影響的正交試驗(yàn)分析

李林萍，胡幫艷，張 飛，于 江

(新疆大學(xué) 建筑工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830047)

根據(jù)分形級(jí)配理論進(jìn)行礦料級(jí)配設(shè)計(jì)，把粗級(jí)配分形維數(shù)Dc、細(xì)級(jí)配分形維數(shù)Df、粗細(xì)級(jí)配用量比、油石比和壓實(shí)次數(shù)作為瀝青混合料空隙率影響因素，采用正交試驗(yàn)分析方法進(jìn)行試驗(yàn)分析，找出其對(duì)瀝青混合料空隙的影響程度和變化規(guī)律，為優(yōu)化瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

道路工程；分形級(jí)配理論；礦料級(jí)配設(shè)計(jì)；正交試驗(yàn)；空隙率

0 引 言

空隙率作為瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的主要控制性指標(biāo)之一，其與瀝青混合料路用性能指標(biāo)密切相關(guān)。而在瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，混合料拌合、成型溫度和瀝青種類已定，因此影響瀝青混合料空隙指標(biāo)的影響因素就為礦料級(jí)配、油石比、壓實(shí)功。張明等[1]、李艷春等[2]利用正交試驗(yàn)及灰關(guān)聯(lián)度研究了礦料級(jí)配和油石比對(duì)瀝青混合料空隙率的影響。但目前關(guān)于瀝青混合料空隙率研究主要側(cè)重于礦料級(jí)配，但是礦料級(jí)配僅停留于某幾個(gè)篩孔通過(guò)百分率和變換級(jí)配類型的層面上。

分形級(jí)配理論為瀝青混合料定量描述提供了理論依據(jù)，可明確描述礦料級(jí)配是粗、細(xì)級(jí)配的分布情況及粗細(xì)集料的用量比[3]；加之，在瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，壓實(shí)功和油石比與瀝青混合料礦料級(jí)配相關(guān)聯(lián)；“正交試驗(yàn)法”是研究與處理多因素試驗(yàn)的一種科學(xué)方法，其是利用正交表來(lái)安排試驗(yàn)，能夠通過(guò)少數(shù)的試驗(yàn)次數(shù)，找到最優(yōu)方案。因此，以粗級(jí)配分形維數(shù)Dc、細(xì)級(jí)配分形維數(shù)Df、粗細(xì)級(jí)配用量比、油石比和壓實(shí)次數(shù)作為瀝青混合料空隙率影響因素，采用馬歇爾成型方法進(jìn)行正交試驗(yàn)來(lái)成型瀝青混合料試件并測(cè)得試件的空隙率。對(duì)比分析試驗(yàn)結(jié)果，得出上述各影響因素對(duì)瀝青混合料空隙的影響程度和變化規(guī)律，為指導(dǎo)瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1 原材料技術(shù)性能

試驗(yàn)采用克拉瑪依90 #瀝青，礦料級(jí)配中粗集料選用玄武巖，細(xì)集料和礦粉選用石灰?guī)r，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)所用礦料及瀝青均滿足技術(shù)規(guī)范要求。礦料密度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 集料密度測(cè)試結(jié)果Table 1 Aggregate density test results

2 分形礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

2.1 分形級(jí)配計(jì)算公式

研究表明[4-5]：連續(xù)級(jí)配、骨架密實(shí)型瀝青混合料級(jí)配和間斷級(jí)配均具有二度域分形特性。不僅可利用二度域分形級(jí)配計(jì)算公式來(lái)定量描述礦料級(jí)配的分布狀況，而且可依據(jù)二度域分形級(jí)配計(jì)算公式進(jìn)行礦料級(jí)配設(shè)計(jì)。其中，二度域分形級(jí)配計(jì)算公式如下：

(2)

2.2 分形級(jí)配表示形式

為了定量描述并反映礦料級(jí)配，引入礦料級(jí)配參數(shù)集G來(lái)表示礦料級(jí)配。礦料級(jí)配的參數(shù)集G為

(3)

或

(4)

3 試驗(yàn)與分析

3.1 正交試驗(yàn)與礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

根據(jù)表2中每組試驗(yàn)礦料級(jí)配參數(shù)集和二度域分形級(jí)配計(jì)算公式進(jìn)行礦料級(jí)配設(shè)計(jì)，25個(gè)試驗(yàn)所對(duì)應(yīng)的礦料級(jí)配見(jiàn)表3。

表2 因素-水平Table 2 Factors-level table

表3 試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 3 The experimental scheme and result table

(續(xù)表3)

所在列表12345試驗(yàn)指標(biāo)因素DcDfPrDCF()Pbn空隙率VV/%試驗(yàn)32.12.60.350.46753.9試驗(yàn)42.12.70.300.50953.2試驗(yàn)52.12.80.250.541103.9試驗(yàn)62.32.40.400.46955.7試驗(yàn)72.32.50.350.501104.2試驗(yàn)82.32.60.300.54355.7試驗(yàn)92.32.70.250.38509.1試驗(yàn)102.32.80.450.42754.5試驗(yàn)112.52.40.350.54507.2試驗(yàn)122.52.50.300.38759.8試驗(yàn)132.52.60.250.42959.1試驗(yàn)142.52.70.450.461102.4試驗(yàn)152.52.80.400.50352.6試驗(yàn)162.72.40.300.421109.5試驗(yàn)172.72.50.250.463511.3試驗(yàn)182.72.60.450.50502.7試驗(yàn)192.72.70.400.54752.2試驗(yàn)202.72.80.350.38955.4試驗(yàn)212.92.40.250.507510.1試驗(yàn)222.92.50.450.54952.7試驗(yàn)232.92.60.400.381104.0試驗(yàn)242.92.70.350.42355.3試驗(yàn)252.92.80.300.46504.5

表4 根據(jù)表1中Dc，Df及k合成的礦料級(jí)配匯總Table 4 According to table 1 Dc, Df, and k in the synthesis of mineral aggregate gradation summary table

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.2.1 極差分析

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。利用極差分析法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算[8]，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 空隙指標(biāo)計(jì)算Table5 Void index calculation table

3.2.2 直觀分析

為對(duì)比分析瀝青混合料空隙率隨各影響因素的變化趨勢(shì)，繪制因素-指標(biāo)趨勢(shì)圖，如圖1～圖5。

圖1 Dc與VV的趨勢(shì)Fig. 1 Dc and VV trend chart

圖2 Df與VV的趨勢(shì)Fig. 2 Df and VV trend chart

圖3 k與VV的趨勢(shì)Fig. 3 k and VV trend chart

圖4 Pa與VV的趨勢(shì)Fig. 4 Pa and VV trend chart

圖5 壓實(shí)次數(shù)與VV的趨勢(shì)Fig. 5 Compaction times and VV trend chart

由圖4～圖5可以看出，VV隨Pa和n的增大而減小，當(dāng)Pa過(guò)大或過(guò)小時(shí)，Pa對(duì)VV的影響程度會(huì)減弱；擊實(shí)50次與75次的空隙率基本一致。

這主要說(shuō)明3點(diǎn)：一是粗級(jí)配的分布狀況對(duì)瀝青混合料空隙率影響程度較?。欢羌?xì)級(jí)配的分布和粗細(xì)級(jí)配用量對(duì)瀝青混合料空隙率影響較大，因此要防止細(xì)級(jí)配過(guò)粗干涉粗級(jí)配骨架致使瀝青混合料空隙率過(guò)大，細(xì)級(jí)配質(zhì)量過(guò)多致使級(jí)配類型整體發(fā)生變化；三是在調(diào)節(jié)瀝青混合料空隙率時(shí)，可以通過(guò)變化油石比來(lái)實(shí)現(xiàn)，但當(dāng)油石比過(guò)大或者過(guò)小時(shí)，其對(duì)空隙率的影響程度會(huì)減弱。

4 結(jié) 論

依據(jù)正交試驗(yàn)分析法對(duì)粗集配分維數(shù)、細(xì)級(jí)配分維數(shù)、粗細(xì)集料用量比、油石比和壓實(shí)次數(shù)對(duì)瀝青混合料空隙率的影響程度進(jìn)行試驗(yàn)研究，可以得出以下結(jié)論：

1)影響瀝青混合料空隙率的各影響因素的主次關(guān)系為：粗細(xì)級(jí)配分界尺寸的通過(guò)率大于細(xì)級(jí)配分維數(shù)大于油石比大于壓實(shí)次數(shù)大于粗集配分維數(shù)。

2)粗細(xì)級(jí)配分界尺寸通過(guò)率、細(xì)級(jí)配分維數(shù)、油石比是影響瀝青混合料空隙率的主要影響因素，但是在瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，優(yōu)先通過(guò)改變分界尺寸通過(guò)率和細(xì)級(jí)配分維數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)空隙率；

3)在進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)，粗細(xì)級(jí)配分界尺寸通過(guò)率和細(xì)集料分維數(shù)取值要合理協(xié)調(diào)，進(jìn)而確保瀝青混合料的路用性能。

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Orthogonal Experiment Analysis of Multiple Factors Influence on Asphalt Mixture Voids

LI Linping，HU Bangyan，ZHANG Fei，YU Jiang

(School of Construction Engineering，Xinjiang University，Urumqi 830047，Xinjiang，P.R.China)

Mineral grading design was performed according to the grading fractal theory, in which the coarse grading fractal dimensionDc, fine grading fractal dimensionDfand the dosage ratio for coarse and fine grading, asphalt-aggregate ratio and compaction times were taken as factors influencing void ratio of asphalt mixture. Thus the test for analysis was conducted by the orthogonal method to find out their influencing degree on void ratio of asphalt mixture and void change regularity so as to provide basis for optimizing design of mix proportion of asphalt mixture.

highway engineering;grading fractal theory；mineral aggregate gradation design；the orthogonal experiment；void fraction

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.04.10

2015-04-20；

2015-07-17

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51168044)

李林萍(1968—)，女,河南鄭州人,副教授，碩士,主要從事道路建筑材料和道路工程方面的研究。E-mail：llp8969080@126.com。

U414.1

A

1674-0696(2016)04-047-05