瀝青路面就地熱再生施工性能影響因素的灰關聯分析

羅 爐， 顏加俊， 匡 耀

(1.湖北省高速公路實業(yè)開發(fā)有限公司， 湖北 武漢 430051;2.中交第二公路勘察設計研究院有限公司， 湖北 武漢 430056)

0 前言

瀝青路面就地熱再生是采用專用設備，就地對路面進行加熱、翻松，通過摻入適量瀝青、新瀝青混合料、再生劑(或同時添加溫拌劑)等對舊瀝青混合料進行性能改善，經熱態(tài)收集、拌和、攤鋪、碾壓等工序，實現對路面面層病害一次性處治的養(yǎng)護技術，具有施工速度快、交通干擾小、廢舊材料100%利用等特點[1-2]，目前已廣泛應用于瀝青路面大、中修工程[3-5]。由于就地熱再生為開放性施工，再生路面性能受施工溫度和攤鋪速度等現場施工技術參數影響較大；同時，再生瀝青混合料設計過程中，原路面質量狀況存在差異，舊料級配、新料摻配比例、再生劑用量的不同均會引起再生瀝青混合料施工性能與設計性能的偏差，因此，再生瀝青混合料礦料級配和瀝青用量也是影響再生瀝青路面質量的重要因素，而礦料級配則應重點關注0.075、2.36、4.75 mm等篩孔通過率。

已有研究表明，空隙率是評價瀝青混合料密實程度的重要指標，直接影響路面的路用性能和長期使用性能[6-8]。滲水系數間接反映了再生瀝青混合料級配組成，同時也是再生瀝青路面水穩(wěn)定性的一個重要指標，我國《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》[1]明確指出將滲水系數作為熱再生施工過程中的質量控制標準之一。鑒于空隙率和滲水系數對再生瀝青路面施工性能的重要性，開展施工過程各影響因素與施工性能評價指標的關聯程度研究，明確各影響因素主次關系，對于加強熱再生施工過程控制、提高施工質量十分重要。

灰關聯分析法是鄧聚龍教授于1982年提出的一種新型動態(tài)理論研究方法[9]，主要通過計算目標值(參考數列)與影響因素(比較數列)的關聯度，對關聯順序進行排序，最終確定參考數列的主要影響因子，目前已在道路工程領域得到廣泛應用。本文通過歸納整理湖北省高速公路就地熱再生工程現場檢測數據，采用灰關聯分析法定量分析了體積參數(再生混合料礦料級配、瀝青用量)和施工參數(攤鋪速度及攤鋪溫度)對再生瀝青路面質量控制指標空隙率和滲水系數的影響程度，研究結論可為就地熱再生工程的應用和實施提供參考。

1 灰關聯分析法

在應用灰關聯分析法時，影響因子對應的原始數據存在單位、數量級、量綱上的差異，難以直接進行橫向比較，即使比較分析也難以得出準確的關聯結論。因此，在計算關聯度前需對原始數據進行無量綱化處理。目前，最常用的方法有均值化、初值化和標準化3種，已有研究表明[10]，均值化和標準化法分析結果比較合理，且均值法主要適用于無明顯升降趨勢的數據處理。因此，本文采用均值法進行相關指標間的關聯度分析，具體步驟如下：

1)設參考序列、比較序列依次為：

X0={X0(j)，j=1，2，3…n};

Xi={Xi(j)，i=1，2，3，…m;j=1，2，3…n}。

2)經均無量綱化后的參考數列、比較數列依次為：

式中：n表示數據個數。

3)灰關聯系數

4)關聯度表達式為：

式中：r為對應的比較數列與參考數列之間的關聯度，關聯度的先后順序決定了各影響因素的重要程度。

2 影響因素灰關聯分析

2.1 數據處理

對湖北省10條已實施就地熱再生工程的再生瀝青路面主要性能參數進行了整理，所實施熱再生工程高速公路原路面上面層均為改性瀝青AC-13結構，為確保數據具有較強的代表性，在數據整理時，選取舊料級配曲線較為接近、添加新瀝青混合料為同一批次或變化較小的路段。攤鋪速度、攤鋪溫度和滲水系數通過現場實測得到；施工完成后，對就地熱再生路段進行取芯，通過實測芯樣毛體積密度并計算試驗室再生瀝青混合料理論最大相對密度,得到實施路段再生路面空隙率指標；再生瀝青礦料級配和瀝青用量通過試驗室抽提試驗得到，具體性能指標和參數如表1所示。

按照灰關聯分析法步驟，對空隙率和滲水系數的各影響因素進行灰關聯分析，以空隙率和滲水系數作為目標值，0.075 mm篩孔通過率、2.36 mm篩孔通過率、4.75 mm篩孔通過率、瀝青用量、攤鋪速度和攤鋪溫度作為影響因素。為進一步明確再生瀝青混合料空隙率對滲水系數的影響程度，在進行滲水系數影響因素灰關聯分析時，同時將空隙率作為影響因素之一進行分析[11]。具體步驟如下：①對檢測數據進行均值化處理，結果見表2；②計算各因素的求差序列，結果見表3～表4；③計算各因素的灰關聯系數，結果見表5～表6；④確定各影響因素灰關聯度。

2.2 影響因素關聯度分析

計算空隙率和滲水系數各影響因素灰色關聯度，并將各因素影響大小進行排序，如表7所示。由表7可知：

1) 瀝青用量是影響再生瀝青混合料空隙率的最主要因素，就地熱再生施工中，應按照再生瀝青混合料配合比設計結果，嚴格控制再生劑、新瀝青及新瀝青混合料添加比例，同時根據再生路段狀況適時適量調整。

2) 攤鋪溫度對再生瀝青混合料空隙率影響很大，由于攤鋪緊前工序為再生混合料復拌，緊后工序為再生混合料碾壓，攤鋪溫度的高低間接反映了混合料拌和溫度和碾壓溫度的高低，決定了混合料的拌和、攤鋪均勻性及壓實效果的好壞，因此攤鋪溫度是影響壓實度和空隙率的重要因素。

3) 空隙率是影響再生瀝青路面滲水系數的最主要因素，這與熱拌瀝青混合料的研究結論一致。

4)再生混合料細集料級配對滲水系數影響很大，不考慮空隙率時，0.075 mm篩孔通過率關聯度排在第2位，盡管細集料在礦料級配中所占比例較小，但顆粒越細填充作用越強，形成的瀝青砂漿能較好地充斥在粗集料中，降低了水分下滲的可能性。

表1 就地熱再生瀝青路面性能指標和參數高速編號空隙率/%滲水系數/(mL·min-1)0.075 mm篩孔通過率/%2.36 mm篩孔通過率/%4.75 mm篩孔通過率/%瀝青用量/%攤鋪速度/(m·s-1)攤鋪溫度/℃1#4.4257.430.348.34.52.51382#4.1576.329.149.74.42.71463#4.3867.634.751.94.53.31374#4.7545.235.252.64.23.51315#4.6935.433.949.54.43.11516#4.7456.829.553.14.82.91417#4.4527.132.351.64.33.81438#4.6666.231.248.44.33.51399#4.9785.436.845.24.73.513210#4.8694.735.642.84.64.0135

表2 數據均值化處理結果高速編號空隙率/%滲水系數(mL·min-1)0.075 mm篩孔通過率/%2.36 mm篩孔通過率/%4.75 mm篩孔通過率/%瀝青用量/%攤鋪速度/(m·s-1)攤鋪溫度/℃1#0.9670.4001.1920.9220.9801.0070.7620.9912#0.9010.9121.0140.8861.0080.9840.8231.0483#0.9451.3761.2241.0561.0531.0071.0060.9834#1.0330.8640.8371.0711.0670.9401.0670.9405#1.0111.4880.8701.0321.0040.9840.9451.0846#1.0330.7201.0950.8981.0771.0740.8841.0127#0.9400.8321.1430.9831.0460.9621.1591.0168#1.0111.0560.9980.9490.9820.9621.0670.9989#1.0771.2480.8701.1200.9171.0511.0670.94810#1.0551.1040.7571.0830.8681.0291.2200.969

表3 影響因素求差序列結果(空隙率)高速編號篩孔通過率/%2.36 mm篩孔通過率/%4.75 mm 篩孔通過率/%瀝青用量/%攤鋪速度/(m·s-1)攤鋪溫度/℃1#0.2250.0450.0120.0400.2050.0242#0.1130.0160.1070.0830.0780.1473#0.2790.1110.1070.0620.0610.0384#0.1960.0380.0340.0930.0340.0935#0.1410.0210.0070.0270.0660.0736#0.0620.1350.0440.0410.1490.0217#0.2030.0430.1060.0220.2180.0868#0.0130.0620.0290.0460.0560.0139#0.2070.0430.1600.0250.0100.12910#0.2980.0280.1870.0260.1650.086

表4 影響因素求差序列結果(滲水系數)高速編號空隙率/%0.075 mm篩孔通過率/%2.36 mm篩孔通過率/%4.75 mm篩孔通過率/%瀝青用量/%攤鋪速度/(m·s-1)攤鋪溫度/℃1#0.5670.7920.5220.5800.6070.3620.5912#0.0110.1020.0260.0960.0720.0890.1363#0.4310.1520.3200.3230.3690.3700.3934#0.1690.0270.2070.2030.0760.2030.0765#0.4770.6180.4560.4840.5040.5430.4046#0.3130.3750.1780.3570.3540.1640.2927#0.1080.3110.1510.2140.1300.3270.1958#0.0450.0580.1070.0740.0940.0110.0589#0.1710.3780.1280.3310.1970.1810.30010#0.0490.0750.2510.0360.1970.3880.137

表5 各影響因素灰關聯系數(空隙率)高速編號0.075 mm篩孔通過率/%2.36 mm篩孔通過率/%4.75 mm 篩孔通過率/%瀝青用量/%攤鋪速度/(m·s-1)攤鋪溫度/℃1#0.4180.8050.9670.8280.4410.9042#0.5950.9490.6100.6720.6880.5283#0.3650.6010.6090.7410.7430.8334#0.4530.8340.8540.6440.8530.6465#0.5380.9201.0000.8890.7270.7036#0.7400.5490.8090.8220.5240.9207#0.4430.8140.6120.9140.4250.6638#0.9660.7420.8750.7890.7610.9639#0.4380.8130.5050.8950.9830.56110#0.3490.8800.4650.8930.4980.665

表6 各影響因素灰關聯系數(滲水系數)高速編號空隙率/%0.075 mm篩孔通過率/%2.36 mm篩孔通過率/%4.75 mm篩孔通過率/%瀝青用量/%攤鋪速度/(m·s-1)攤鋪溫度/℃1#0.4230.3430.4430.4170.4060.5370.4122#1.0000.8170.9640.8270.8690.8400.7653#0.4920.7430.5680.5660.5320.5310.5164#0.7200.9630.6750.6800.8630.6790.8625#0.4660.4010.4770.4620.4520.4330.5096#0.5740.5280.7090.5410.5430.7270.5917#0.8070.5750.7440.6670.7740.5630.6898#0.9230.8970.8100.8650.8311.0000.8969#0.7180.5260.7770.5600.6870.7050.58410#0.9150.8640.6290.9420.6860.5190.763

5)體積指標對再生路面滲水系數的影響程度略高于施工指標，但相比于空隙率，各影響因素對滲水系數的關聯度相差較小，不考慮空隙率時，影響最大因素與影響最小因素關聯度差僅為0.027。

6)2.36 mm篩孔通過率對空隙率和滲水系數影響均較大，2.36 mm作為AC-13瀝青混合料的關鍵篩孔，表征了再生瀝青混合料級配的粗細程度，控制其通過率與級配中值接近，可形成較好的S型級配曲線，因此，再生混合料設計時應嚴格控制2.36 mm篩孔通過率。

表7 各影響因素灰色關聯度及排序影響因素項目空隙率/%0.075 mm篩孔通過率/%2.36 mm篩孔通過率/%4.75 mm篩孔通過率/%瀝青用量/%攤鋪速度/(m·s-1)攤鋪溫度/℃空隙率灰色關聯度—0.5310.7910.7310.8090.6640.739排序—624153滲水系數灰色關聯度0.7040.6660.6800.6530.6640.6540.659排序13(2)2(1)7(6)4(3)6(5)5(4) 注:括號內數字標注的關聯順序為不考慮空隙率影響的順序。

7)攤鋪速度相對于其他影響因素對空隙率和滲水系數的影響程度較小，當原路面老化不嚴重時，可在現行規(guī)范允許的范圍內(宜為1.5～4m/s)適當加快施工速度，以此提升施工效率。

3 結語

基于就地熱再生實體工程檢測數據，采用灰關聯分析法定量分析了0.075 mm篩孔通過率、2.36mm篩孔通過率、4.75 mm篩孔通過率、瀝青用量、攤鋪溫度和攤鋪速度等因素對空隙率和滲水系數的影響程度，其中空隙率各影響因素灰關聯度大小排序依次為：瀝青用量>攤鋪溫度>2.36mm篩孔通過率>4.75 mm篩孔通過率>攤鋪速度>0.075 mm篩孔通過率；滲水系數各影響因素灰關聯度大小排序依次為：空隙率>2.36 mm篩孔通過率>0.075 mm篩孔通過率>瀝青用量>攤鋪溫度>攤鋪速度>4.75 mm篩孔通過率，研究結果可為就地熱再生工程應用和實施提供參考。