石 興
(重慶市巴南區(qū)公路工程質(zhì)量監(jiān)督站,重慶 401320)
排水降噪瀝青路面在美國(guó)、日本被叫作OGFC(Open-Graded Friction Courses),由于其有著較大的空隙率,因而具有優(yōu)良的排水和降噪的性能。但是較大的空隙率也降低了其力學(xué)性能,使用過(guò)程中,也出現(xiàn)了松散、空隙閉塞等問(wèn)題??梢?jiàn)級(jí)配對(duì)于OGFC瀝青混合料的性能有著相當(dāng)大的影響。本文以道路工程界常用的OGFC16為研究對(duì)象,采用正交設(shè)計(jì)的方法,開(kāi)展關(guān)鍵篩孔通過(guò)率對(duì)OGFC力學(xué)性能影響的研究,由于劈裂強(qiáng)度能夠較為典型的反映OGFC的綜合路用力學(xué)性能,因而本文以劈裂強(qiáng)度作為衡量OGFC綜合力學(xué)性能的指標(biāo),通過(guò)大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和回歸分析得到了不同篩孔的通過(guò)率對(duì)OGFC16的空隙率與劈裂強(qiáng)度的影響規(guī)律。
通過(guò)正交設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法,研究OGFC16的13.2 mm,9.5 mm和2.36 mm三個(gè)篩孔通過(guò)率對(duì)空隙率及劈裂強(qiáng)度的影響。各因素選擇4個(gè)水平,采用L16(45)正交表,得到正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表,見(jiàn)表1。各種級(jí)配的瀝青膜厚度均按施工規(guī)范推薦的14 μm選取,并選用消石灰作為填料。
表1 正交試驗(yàn)方案
試件采用馬歇爾擊實(shí)成型,雙面50次,每種級(jí)配各成型3個(gè)試件,取3個(gè)試件的平均值,用體積法計(jì)算其空隙率,用排水法測(cè)其連通空隙率,連通空隙率的計(jì)算方法如式(1)所示,然后在劈裂試驗(yàn)機(jī)上按T 0716-1993公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程的要求進(jìn)行試驗(yàn),記錄最大荷載PT,然后按式(2)計(jì)算其劈裂強(qiáng)度RT,試驗(yàn)溫度為25℃。
其中,Va為連通空隙率,%;m空,m水為混合料的空中重和水中重,g;ρ水為水的密度;V為試件的體積;PT為最大試驗(yàn)荷載,N;RT為劈裂抗拉強(qiáng)度,MPa;h為試件高度,mm。
空隙率和連通空隙率的測(cè)定方法采用體積法進(jìn)行測(cè)定。稱取試件在干燥條件下的質(zhì)量(精確至0.1g),用游標(biāo)卡尺量取試件高度(精確至0.01 cm,取4個(gè)點(diǎn)的平均值),并稱取試件在水中的質(zhì)量。由此可計(jì)算出空隙率與連通空隙率。
OGFC16空隙率和劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可以看出,其劈裂強(qiáng)度由小到大依次為:(11)<(16)<(6)<(1)<(5)=(15)。
表2 OGFC16空隙率和劈裂強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果
對(duì)于 OGFC16,以 13.2 mm,9.5 mm 和 2.36 mm 三個(gè)篩孔通過(guò)率為自變量,以上變量分別記為:P13.2,P9.5和 P2.36,通過(guò)前進(jìn)篩選法回歸各關(guān)鍵篩孔通過(guò)率與空隙率之間的關(guān)系。
各個(gè)關(guān)鍵篩孔通過(guò)率對(duì)空隙率的影響見(jiàn)圖1。
通過(guò)前進(jìn)篩選法回歸各關(guān)鍵篩孔通過(guò)率與劈裂強(qiáng)度之間的關(guān)系。各個(gè)關(guān)鍵篩孔通過(guò)率對(duì)劈裂強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖2。
通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù),進(jìn)行多元回歸分析,得到空隙率和劈裂強(qiáng)度與關(guān)鍵篩孔通過(guò)率的相關(guān)關(guān)系如表3所示。
表3 PA16空隙率和劈裂強(qiáng)度與各關(guān)鍵篩孔通過(guò)率的關(guān)系
通過(guò)對(duì)表3的分析可得出以下結(jié)論:
1)2.36 mm通過(guò)率對(duì)空隙率和劈裂強(qiáng)度的影響都是最大的,其次才是13.2 mm通過(guò)率和9.5 mm通過(guò)率。
2)隨著2.36 mm通過(guò)率的增大,空隙率近乎呈直線形式減小,而劈裂強(qiáng)度則近乎呈直線形式增大。
3)隨著13.2 mm通過(guò)率的增大,空隙率有略微的增大,而劈裂強(qiáng)度則呈現(xiàn)相反的規(guī)律;而9.5 mm通過(guò)率對(duì)空隙率的影響均不明顯。
4)劈裂強(qiáng)度與空隙率之間存在一定的負(fù)相關(guān)性,通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析劈裂強(qiáng)度和空隙率的相關(guān)關(guān)系,見(jiàn)圖3。從圖3可以看出,其相關(guān)性非常好(R2=0.95)。
通過(guò)擬定的OGFC16正交試驗(yàn)方法得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可得到以下主要結(jié)論:1)2.36 mm通過(guò)率和13.2 mm通過(guò)率對(duì)OGFC16的空隙率和劈裂強(qiáng)度均有顯著的影響;2)2.36 mm通過(guò)率對(duì)空隙率和劈裂強(qiáng)度的影響都是最大的,遠(yuǎn)大于9.5 mm和13.2 mm兩個(gè)篩孔通過(guò)率對(duì)其性能的影響;3)13.2 mm通過(guò)率對(duì)其空隙率和劈裂強(qiáng)度的影響則要遠(yuǎn)大于9.5 mm通過(guò)率,其中9.5 mm通過(guò)率對(duì)于OGFC16瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度影響不顯著;4)因關(guān)鍵篩孔通過(guò)率對(duì)OGFC16的性能影響顯著,所以可通過(guò)關(guān)鍵篩孔的通過(guò)率來(lái)近似預(yù)估其空隙率及力學(xué)性能。
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