謝遠(yuǎn)新

(重慶大學(xué)土木工程學(xué)院1)　重慶　400044)　(重慶鵬方路面工程技術(shù)研究院有限公司2)　重慶　400025)

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基于均勻試驗的振動成型方式下粗集料間隙率研究*

謝遠(yuǎn)新1,2)

(重慶大學(xué)土木工程學(xué)院1)重慶400044)(重慶鵬方路面工程技術(shù)研究院有限公司2)重慶400025)

為進一步認(rèn)識級配變化對粗集料間隙率VCA的影響，采用振動壓實方式對連續(xù)密級配粗集料部分以振動頻率和振動時間作為試驗參數(shù)進行試驗研究，試驗采用16次均勻設(shè)計方案.試驗結(jié)果及回歸分析表明，連續(xù)密級配礦料空隙率的大小主要取決于礦料自身性質(zhì)(粒徑、幾何形狀、表面性質(zhì))，級配變化對空隙率的影響最大幅值不超過3%，無法通過調(diào)整級配而使礦料空隙率或瀝青混合料礦料間隙率(VMA)發(fā)生較大改變.通過試驗研究證實了采用振動壓實試驗進行粗集料間隙率研究的方法是可行的.

道路工程；試驗；均勻設(shè)計；振動壓實；粗集料間隙率

0　引　　言

已有研究成果認(rèn)為，對于確定的原材料和級配，粗集料間隙率VCA值取決于試驗方法(力的作用方式、功能大小、試驗容器容積大小、集料容積與瀝青混合料試件體積的差別對試驗結(jié)果的應(yīng)用產(chǎn)生的影響等)，即VCA不是定值，理論計算無法確定具體集料的VCA[1-5].于是，試驗方法的合理性決定了試驗結(jié)果的價值.

在對現(xiàn)有規(guī)范所述試驗方法進行理論分析和試驗比對后，認(rèn)為其試驗方法與現(xiàn)有瀝青混合料成型方式不相符(功能大小與力的作用方式、容器體積等)，試驗結(jié)果隨機性較大，不能充分反映粗集料VCA值的變化趨勢.經(jīng)過多次試驗嘗試和比較，最終選用振動壓實成型儀為試驗設(shè)備，以振動頻率和振動時間作為試驗參數(shù)予以優(yōu)化，在該試驗參數(shù)條件下，粗集料的填充密度最大且破碎率不大于2%，因為，根據(jù)干涉理論和進行SMA級配研究所取得成果[6-9]：當(dāng)再次粒級的含量超出合理含量2%以上時，會對大粒級集料形成的密實結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干涉.

1　試驗參數(shù)

1) 振動壓實儀參數(shù)采用振動壓實儀進行振動壓實.試模尺寸為內(nèi)徑152 mm，高170 mm；鋼筒內(nèi)墊塊直徑151 mm，厚20 mm.頻率范圍0～30 Hz，振幅25 mm，靜壓力1 900 N，激振力9 000 N.

2) 振動壓實體積參數(shù)VCA測定所需集料的體積V=πr2×h，其中：r為152 mm，h為12±0.5 mm.

3) 振動時間參數(shù)振動時間以粗集料不破碎或者破碎率不大于2%為限，先以30 s試振，視破碎率大小調(diào)整振動時間，以到達(dá)最密實狀態(tài)，即VCA最小，破碎率不大于2%為限.

4) 破碎率計算破碎顆粒篩孔以振動壓實所采用集料級配中最小顆粒篩孔尺寸控制，通過該最小顆粒篩孔尺寸量即為破碎顆粒含量.

試驗結(jié)果表明，對于公稱最大粒徑不同的粒料而言，振動頻率對粗集料密度和破碎率的影響非常顯著，而振動時間的影響不顯著.在容許2%破碎率的條件下，振動頻率為23 Hz、振動時間為15 s時，獲得的粗集料密度最大，故選用此參數(shù)作為后續(xù)試驗研究控制依據(jù).

2　均勻試驗方案設(shè)計

以AC-13型級配為研究對象，將粗集料分為X1(16～9.5 mm)、X2(9.5～4.75 mm)和X3(4.75～2.36 mm)3個粒級[10-11]，按均勻分散原則設(shè)計采用16次(組)均勻設(shè)計方案(中心化偏差14.03%)，每組組內(nèi)進行3次平行試驗.均勻設(shè)計試驗方案見表1.

表1　粗集料(AC-13型)均勻設(shè)計試方案

3　試驗結(jié)果分析

振動壓實密度和空隙率及其統(tǒng)計分析結(jié)果列于表2.

表2　粗集料均勻設(shè)計試驗結(jié)果統(tǒng)計分析(n=3)

統(tǒng)計分析表明，各組組內(nèi)3平行試驗的數(shù)據(jù)的離散性可以接受，可以取試驗結(jié)果的平均值進行后續(xù)計算或分析.

各粒級質(zhì)量百分比與VCA之間存在相關(guān)性，回歸方程形如VCA=aX2+bX+c，為一元二次多項式.

0.096 7X1+36.6

(1)

0.057 7X2+35.4

(2)

0.100X3+36.4

(3)

回歸系數(shù)及相關(guān)系數(shù)列于表3，并如圖1所示.

表3　回歸方程系數(shù)

圖1　均勻設(shè)計試驗結(jié)果

X2(9.5～4.75mm)粒級百分比與VCA的相關(guān)性差，原因在于均勻設(shè)計方案中含有近乎間斷級配的5號和(X1+X2)僅有9.7%的15號，這2組級配明顯失衡，在一定程度上影響了分析精度，見1d)，e).

X2，X3與VCA的二元二次回歸方程為

9.0×10-4X2X3+36.4

(4)

對式(3)和式(4)分別進行顯著性檢驗，見表4.

常數(shù)項在VCA中占據(jù)絕大部分，且t-stat值是其他項的18～28倍，表明粗集料的VCA值趨于一個常數(shù)，可視為是粗集料固有性質(zhì)(如表明紋理、顆粒形狀等)的反映.因此可認(rèn)為對VCA值起決定作用的是粗集料本身的性質(zhì)，而級配組成的影響次之.此結(jié)論與單因素試驗結(jié)果一致.同時，X3、X2×X3交互項對VCA值具有顯著影響.

對式(4)中的X3求偏導(dǎo)，得到VCAmin對應(yīng)的X3≈42.5%.

表4　回歸方程顯著性檢驗

不考慮交互作用的影響，按式3求得，當(dāng)X3=40.8%時，VCAmin=34.4%，代入式(4)，解得：X2=29.1%，則X1=100-X2-X3=30.1%.此時，X1∶X2∶X3=30.1∶29.1∶40.8，相對應(yīng)的VCA亦在最小值范圍內(nèi)，即：X1∶X2=51∶49，(X1+X2)∶X3=59∶41.該組成可視為由均勻設(shè)計試驗得出的最密實的AC-13粗集料的級配.

4　結(jié)　　論

1) 采用振動壓實試驗進行粗集料間隙率研究的方法可行.以集料破碎率不大于2%、集料振實密度達(dá)到最大且穩(wěn)定作為振動壓實試驗控制條件，確定出的試驗輸入?yún)?shù)為：振幅25 mm，振頻23 Hz，振動時間15 s.

2) 試驗及回歸分析表明，連續(xù)密級配礦料空隙率的大小主要取決于礦料自身性質(zhì)(粒徑、幾何形狀、表面性質(zhì))，級配變化對空隙率的影響最大幅值不超過3%.無法通過調(diào)整級配而使礦料空隙率或瀝青混合料礦料間隙率(VMA)發(fā)生較大改變.這一結(jié)論直接關(guān)系到對瀝青混合料的VMA設(shè)定下限值(不得小于某值)是否合理、可行的問題.

3) 最密實的連續(xù)級配組成是一個范圍而不是單值.級配密實與否只是由同一種集料配制的不同級配之間相比較而言的一個定性的概念.因此，不能用一個固定的空隙率值評價級配是否密實，而只能采用相對比較方法，找出級配對空隙率的影響趨勢，從個例中抽象出共性的一面.對于具體的級配礦料，其空隙率不存在真值，只有特定試驗條件下的試驗值.

[1]天津市市政工程研究院.采用GTM的瀝青混合料配合比設(shè)計方法研究[Z].天津：天津市市政工程研究院,2002.

[2]天津市市政工程研究院.城市快速路高性能瀝青路面研究[Z].天津：天津市市政工程研究院,2005.

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[4]趙可，盧永貴，魏如喜.SMA高溫穩(wěn)定性研究[J].中國公路學(xué)報，2004，17(2):11-17.

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[10]西安公路學(xué)院公路系道路工程教研室.瀝青路面[Z].西安：西安公路學(xué)院公路系道路工程教研室，1986.

[11]沈金安.瀝青與瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001.

Study on the Voids in Coarse Aggregate by Means of Vibration Molding Based on the Uniform Experiment

XIE Yuanxin1,2)

(SchoolofCivilEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400044,China)1)(ChongqingPofunPavementEngineeringResearchInstitute,Chongqing400025,China)2)

In order to further understand of the effect of coarse aggregate gradation variation on the clearance rate ofVCA, the vibration compaction method is applied to experimentally investigate the continuous dense gradation of coarse aggregate part with the vibration frequency and time as the test parameters. The experiment adopts 16 times of uniform design scheme. The test results and regression analysis indicate that the size of continuous dense gradation of aggregate voids in mineral aggregate mainly depends on its properties such as the particle size, geometry and surface properties. The effect of gradation variation on the maximum amplitude of void fraction is less than 3% and it cannot cause large variation of the mineral void or asphalt mixture voids by adjusting the gradation. It is proved to be feasible to use the vibration compaction test method to study the rough set material clearance rate.

road engineering; experiment; uniform design; vibrating compaction;VCA

2016-07-02

U414

10.3963/j.issn.2095-3844.2016.04.009

謝遠(yuǎn)新(1980- ):男，博士生，高級工程師，主要研究領(lǐng)域為道路工程結(jié)構(gòu)與材料耐久性

*河北省交通科技項目資助(Y2010023-4)