李利利，高珊珊，都志強，李剛

摘 要：研究瀝青混合料抗剪性能的影響參數(shù)，以及各參數(shù)交互作用下對抗剪性能的影響?；诩项愋?、瀝青類型、油石比、壓實功、均勻性等參數(shù)進(jìn)行了單軸貫入試驗，并采用了灰色關(guān)聯(lián)分析與方差分析。結(jié)果表明：各參數(shù)與瀝青混合料抗剪性能的關(guān)聯(lián)系數(shù)表現(xiàn)為：瀝青類型關(guān)聯(lián)度最高，集料類型關(guān)聯(lián)度最低;各參數(shù)間交互作用十分復(fù)雜，在集料類型、油石比、壓實功在以既定條件為基礎(chǔ)時，才能呈現(xiàn)出對混合料抗剪性能影響的顯著性，其中瀝青類型與壓實度對于抗剪性能的影響始終表現(xiàn)為顯著。瀝青類型和壓實度是瀝青混合料抗剪性能影響的關(guān)鍵要素。

關(guān)鍵詞：灰色關(guān)聯(lián);方差分析;瀝青混合料;抗剪性能

中圖分類號：TU5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）11-0189-04

Research on the Influence of Shear Performance Parameters of Asphalt Mixture Based on Grey Correlation and Variance Analysis

Li Lili， Gao Shanshan， Du Zhiqiang， Li Gang

（Shaanxi Railway Institute， Weinan 714000， China ）

Abstract：Study the influence parameters of asphalt mixture resistance and the influence of shear resistance. The uniaxial penetration test was performed based on the parameters of aggregate type， type of asphalt， asphalt ratio， compaction work， and uniformity， using gray association analysis and ANOVA. The results show that the correlation coefficient of each parameter and the asphalt mixture is the highest， the asphalt type is the lowest; the interaction between the parameters is very complex with the significant effect on the established conditions， with the influence of asphalt type and compaction on the shear performance. Asphalt type and compaction are key elements of the shear resistance of asphalt mixture.

Keywords：gray association; ANOVA ; asphalt mixture; shear resistance

0 引言

瀝青混合料抗車轍性能與抗剪性能息息相關(guān)，近年來許多研究者針對瀝青混合料的抗剪強度影響因素做了深入探究。Stakston通過細(xì)集料與瀝青混合料抗剪強度的關(guān)系研究，得知細(xì)集料對瀝青混合料抗剪強度的影響會隨著壓實度變化而發(fā)生相應(yīng)變化[1];Lister通過研究表明，壓實度的提升可促進(jìn)瀝青混合料抗剪性能優(yōu)化[2]。

在交通量快速增加的趨勢下，軸載與胎壓顯著增大，超載現(xiàn)象愈演愈烈，高速公路車轍現(xiàn)象屢見不鮮，直接威脅著人們的出行安全。瀝青路面車轍是基于壓縮與剪切變形雙重作用造成的，就壓實度不足的路面而言，在開放初期，壓密作用十分關(guān)鍵，但是壓實度較好或者在開放一定時間之后的瀝青路面，車轍來源于剪切變形[3]。其中龜裂與車轍損壞是瀝青層內(nèi)部剪切應(yīng)力造成的，所以在瀝青路面設(shè)計時，需加強對瀝青混合料抗剪強度的重視，而抗剪強度的影響要素比較繁雜，據(jù)此本文基于單軸貫入試驗對其影響參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析。

1 試驗準(zhǔn)備

瀝青混合料是基于設(shè)計壓實功明確級配與油石比（所有級配最佳油石比均為4.7%，以此為標(biāo)準(zhǔn)，具體選擇4個水平油石比），經(jīng)過壓實機(jī)碾壓成型的材料，所以影響其抗剪強度的關(guān)鍵要素為集料、瀝青類型、油石比、壓實功、均勻性[4]，所選材料具體如表1所示。

所有級配的最佳油石比試驗選用瀝青混合料，所有集料根據(jù)Superpave瀝青混合料設(shè)計方法基于不同壓實功水平設(shè)計混合料配合比。以瀝青混合料為載體，改變?yōu)r青類型、油石比，以構(gòu)成不同參數(shù)組合瀝青混合料。通過單軸貫入試驗對混合料抗剪強度進(jìn)行測試，同時利用SPSS軟件與DPS軟件對試驗結(jié)果進(jìn)行方差分析與灰色關(guān)聯(lián)分析，從而確定瀝青混合材料抗剪性能的影響參數(shù)。

2 單軸貫入試驗方法

單軸貫入試驗方法通過簡化路面模型為圓柱體，添加一定荷載，在壓頭尺寸與圓柱體尺寸的比例充分小的情況下，受力狀態(tài)應(yīng)與路面大體相一致。各應(yīng)力計算：

式（1）中：κ代表應(yīng)力（κ'、κ''、κ'''）;R代表單軸貫入強度;E代表強度參數(shù)。

式（2）中，a代表混合料內(nèi)摩擦角;e代表混合料內(nèi)聚力。

單軸貫入試驗中試件的形變可劃分為4個階段：①壓密，試件內(nèi)部粗集料與細(xì)集料顆粒、瀝青重整定位于嵌擠;②彈性，受荷載作用試件出現(xiàn)彈性變形;③破壞，彈性變形引發(fā)細(xì)小裂縫，在此階段開始擴(kuò)大，但是尚未發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞;④完全破壞，裂縫逐步擴(kuò)大到試件可承受應(yīng)力峰值的時候，內(nèi)部發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，表征為貫穿性裂縫;在壓頭位移不斷增大的趨勢下，應(yīng)力數(shù)值逐步縮小[5]。

3 瀝青混合料抗剪性能試驗結(jié)果

3.1 灰色關(guān)聯(lián)分析

基于DPS軟件開展的灰色關(guān)聯(lián)分析，具體結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，不同參數(shù)和貫入強度間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，瀝青類型最大，集料類型最小，關(guān)聯(lián)系數(shù)越大，則表明此參數(shù)對于貫入強度的影響越大。但是灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果太過籠統(tǒng)化，無法切實反映各參數(shù)間繁雜的交互影響關(guān)系，所以需對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，以確定各相關(guān)參數(shù)對于貫入強度影響的顯著性，以及參數(shù)間交互性對于貫入強度的影響[4]。

3.2 方差分析

3.2.1 瀝青混合料均勻性的影響分析

瀝青混合料均勻性指標(biāo)是通過數(shù)字圖像處理技術(shù)衍生的。它是混合料均勻性評估的重要指標(biāo)，即均勻性指標(biāo)越大，則混合料均勻性越差，相反則越好。不同瀝青混合料均勻性對其貫入強度影響的試驗結(jié)果[5]如表3所示。

由表3可知，瀝青混合料均勻性與貫入強度絕對數(shù)值相關(guān)性不明顯，但是與數(shù)據(jù)之間變異性的相關(guān)性較為顯著，均勻性較差的瀝青混合料貫入強度變異性相對較大，反之則較小。

3.2.2? 壓實功-集料類型-瀝青類型交互的影響分析

基于壓實功-集料類型-瀝青類型交互作用的瀝青混合料貫入強度試驗結(jié)果[6]如表4所示。

由表4可知，在壓實功逐步增加的趨勢下，瀝青混合料貫入強度隨之增大。各類型集料下，相較于基質(zhì)瀝青類型混合料，改性瀝青類型混合料的貫入強度相對較高;利用不同類型集料的瀝青混合料貫入強度存在明顯差異，輝綠巖與砂巖瀝青混合料貫入強度相近，但是二者與玄武巖瀝青混合料貫入強度存在顯著差異[7-8]。

基于壓實功-集料類型-瀝青類型交互作用的瀝青混合料貫入強度方差分析結(jié)果[7]如表5所示。

由表5可知，壓實功、集料類型、瀝青類型對于瀝青混合料貫入強度的影響顯著，而集料與瀝青類型的交互作用也十分顯著。

通過LSD方法事后多重對比壓實功與集料類型，結(jié)果如表6所示。

由表6可知，輝綠巖與砂巖瀝青混合料貫入強度相差不大;壓實功100次與壓實功75次、125次下瀝青混合料貫入強度相差也不大，這就表明集料類型與壓實功二者都與瀝青混合料貫入強度息息相關(guān)，但是并不代表這些參數(shù)變化會引發(fā)貫入強度變化。這主要是由于不同參數(shù)與混合料貫入強度的影響是彼此交互的，并非獨立，所以在既定范圍內(nèi)，參數(shù)變化尚且無法影響貫入強度的變化[9-10]。

3.2.3 油石比-壓實功-集料類型交互的影響分析

油石比-壓實功-集料類型交互作用下，瀝青混合料貫入強度試驗結(jié)果[8]如表7所示。

由表7可知，在油石比逐步增加下，輝綠巖瀝青混合料的貫入強度呈現(xiàn)為先增加后減小形態(tài)，在5.1油石比狀態(tài)下，混合料貫入強度達(dá)到最高;在油石比逐步增加下，砂巖瀝青混合料的貫入強度表征為持續(xù)性增加趨勢;砂巖瀝青混合料在125次壓實功水平下，貫入強度在油石比增加影響下增加幅度比較大，這就表明集料類型、壓實功、油石比間彼此交互。

但是由于輝綠巖瀝青混合料選用了改性瀝青，砂巖瀝青混合料選用了基質(zhì)瀝青，所以對二者進(jìn)行了方差分析[11]，結(jié)果如表8所示。

由表8可知，油石比對于瀝青混合料貫入強度的影響非常顯著，但是輝綠巖瀝青混合料貫入強度分析結(jié)果表明壓實功與油石比間并不相互交互，砂巖瀝青混合料貫入強度分析結(jié)果表明壓實功與油石比間彼此交互，這就表明集料類型對于方差分析結(jié)果存在一定影響。

通過LSD方法事后多重對比不同集料類型下混合料油石比，結(jié)果如表9所示。

由表9可以看出，集料類型與油石比間彼此交互;就砂巖瀝青混合料來講，油石比不同時貫入強度關(guān)系明確，但是在4.3%與4.7%油石比下，混合料貫入強度差異并不明顯，而其他油石比下，混合料貫入強度差異顯著;油石比與輝綠巖瀝青混合料貫入強度關(guān)系十分繁雜，這就表明集料類型對于貫入強度在油石比變化下的敏感度有著直接性影響。

4 結(jié)論

綜上所述，本文基于單軸貫入試驗對集料類型、瀝青類型、油石比、壓實功、均勻性等參數(shù)在瀝青混合料抗剪性能中的影響進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，各參數(shù)與瀝青混合料抗剪性能的關(guān)聯(lián)系數(shù)表現(xiàn)為：瀝青類型關(guān)聯(lián)度最高，集料類型關(guān)聯(lián)度最低;混合料均勻性與抗剪性能絕對數(shù)值之間關(guān)聯(lián)度不高，但與抗剪性能數(shù)值間的變異性相關(guān)度較高;各參數(shù)間交互作用十分復(fù)雜，其中集料類型、油石比、壓實功在以既定條件為基礎(chǔ)時，才能呈現(xiàn)出對混合料抗剪性能影響的顯著性，其中瀝青類型與壓實度對于抗剪性能的影響始終表現(xiàn)為顯著，所以二者是瀝青混合料抗剪性能影響的關(guān)鍵要素。

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