基于篩余特征參數(shù)的瀝青混合料路用性能預(yù)測(cè)方法

郝 晟,紀(jì) 倫,鄔金麒,周艦航,譚憶秋

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 交通科學(xué)與工程學(xué)院,哈爾濱 150090;2.天津市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司,天津 300392;3.黑龍江龍建路橋集團(tuán)第六工程有限公司,哈爾濱 150090)

在實(shí)際的瀝青混合料的質(zhì)量控制過(guò)程中,無(wú)論是對(duì)原材料規(guī)格、品質(zhì),還是對(duì)集料篩分結(jié)果的質(zhì)量控制,其核心都是通過(guò)質(zhì)量控制來(lái)保證混合料組成結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,而決定混合料組成結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素就是混合料的級(jí)配,即瀝青混合料的各類(lèi)組成材料之間的比例,它與瀝青混合料的性能密切相關(guān)。瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程中級(jí)配的變異性是導(dǎo)致混合料性能指標(biāo)波動(dòng)較大的重要因素之一[1-3],控制原材料與級(jí)配的變異是生產(chǎn)質(zhì)量控制亟需解決的問(wèn)題。

結(jié)構(gòu)參數(shù)可用于描述瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu),部分學(xué)者基于各組成成分之間的體積關(guān)系而構(gòu)建相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù),為了全面的描述瀝青混合料的組成,需要選擇重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行研究[4-5]。

目前的瀝青混合料實(shí)際質(zhì)量控制過(guò)程中,針對(duì)路用性能試驗(yàn)不合格的混合料,經(jīng)常會(huì)盲目的調(diào)整施工配合比,并沒(méi)有建立混合料的路用性能與結(jié)構(gòu)、級(jí)配之間的聯(lián)系,無(wú)法對(duì)配合比做到快速、準(zhǔn)確地調(diào)整。因此,通過(guò)研究混合料的級(jí)配與結(jié)構(gòu)參數(shù)、路用性能指標(biāo)的相關(guān)性規(guī)律,建立瀝青混合料路用性能預(yù)測(cè)模型,可實(shí)現(xiàn)對(duì)變異級(jí)配的路用性能進(jìn)行預(yù)測(cè),達(dá)到快速調(diào)整施工配合比的目的,不需要停產(chǎn)實(shí)驗(yàn),也不影響施工進(jìn)程。

本文主要研究混合料路用性能與級(jí)配、結(jié)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)性,通過(guò)回歸分析建立變異級(jí)配篩余特征參數(shù)與混合料路用性能的關(guān)系方程,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)瀝青混合料路用性能的預(yù)測(cè)。

1 瀝青混合料級(jí)配變異模式的構(gòu)建

根據(jù)工程實(shí)際的多組篩分結(jié)果進(jìn)行級(jí)配合成得到的相關(guān)規(guī)律可知,瀝青混合料的級(jí)配變異性顯著,并且基于原材料的級(jí)配波動(dòng)特性存在最大概率分布區(qū)間,若不能在施工過(guò)程中很好控制,勢(shì)必造成級(jí)配的偏離,混合料性能難以保證。因此,為了系統(tǒng)地研究瀝青混合料的級(jí)配變異相關(guān)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能,需要建立瀝青混合料級(jí)配變異模式,以下均以AC-16瀝青混合料為例進(jìn)行構(gòu)建。

1.1 瀝青混合料級(jí)配變異模式的構(gòu)建過(guò)程

以《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[6]中規(guī)定的AC-16級(jí)配中值為目標(biāo)級(jí)配,結(jié)合規(guī)范中對(duì)礦料級(jí)配驗(yàn)收范圍的相關(guān)規(guī)定,對(duì)各粒徑通過(guò)率分別確定變異范圍,測(cè)得最佳瀝青用量為4.8%保持不變,得到K1、K2、K4、K5四種變異級(jí)配,與級(jí)配中值K3曲線共同組成5條相互平行的級(jí)配曲線變異范圍。設(shè)目標(biāo)級(jí)配K3的各粒徑通過(guò)率為a0.075、a0.15、…、a16,分別代表粒徑為0.075、0.15、…、16 mm粒徑的通過(guò)率。根據(jù)各平行式級(jí)配通過(guò)率之間的級(jí)配關(guān)系,建立K1～K5的變異級(jí)配模式各粒徑通過(guò)率見(jiàn)表1。

表1 平行式變異級(jí)配模式各粒徑通過(guò)率

由于K1～K5各曲線的平行關(guān)系并不能涵蓋該級(jí)配范圍內(nèi)的所有曲線關(guān)系,還需要在該范圍內(nèi)構(gòu)建出具有相交關(guān)系的曲線,在K3規(guī)范規(guī)定的級(jí)配中值的基礎(chǔ)上,以粗細(xì)集料的分界2.36 mm為中間粒徑,以最大粒徑和最小粒徑的通過(guò)率的增減幅度分別向中間粒徑遞減,得到具有交叉關(guān)系的級(jí)配曲線K6和K7。K6、K3與K7級(jí)配變異模式各粒徑通過(guò)率見(jiàn)表2。

表2 交叉式級(jí)配變異模式各粒徑通過(guò)率

以上級(jí)配變異模式均是根據(jù)礦料的通過(guò)率進(jìn)行構(gòu)建,而篩余百分率可以反映各粒徑集料之間的比例關(guān)系,更加直觀地描述級(jí)配變異模式的組成比例,將各變異級(jí)配的粒通過(guò)率換算為級(jí)配篩余百分率,所得篩余曲線如圖1、2所示。

圖1 平行式變異級(jí)配篩余曲線

圖2 交叉式變異級(jí)配篩余曲線

1.2 篩余特征參數(shù)的構(gòu)建

1.2.1 平行式級(jí)配篩余特征參數(shù)的構(gòu)建

根據(jù)AC-16瀝青混合料目標(biāo)級(jí)配變異模式的篩余特征描述,構(gòu)建表達(dá)K1～K5各變異級(jí)配特征的篩余特征參數(shù),由圖1篩余曲線可以看出,變異級(jí)配主要是粗集料的16、13.2 mm粒徑,以及細(xì)集料的0.075、2.36 mm粒徑,針對(duì)以上的變異特征,建立平行式變異級(jí)配篩余特征參數(shù)LP,有

(1)

式中:b16 mm為16 mm的篩余百分率,b0.075 mm為0.075 mm的篩余百分率。該特征參數(shù)代表了平行式變異級(jí)配的組成特點(diǎn),即以發(fā)生主要變異的粗集料與細(xì)集料粒徑的篩余百分率比值來(lái)代表平行式級(jí)配的變異特征,該比值越大,代表粗集料所占比重越大,細(xì)集料所占比重越小。將K1～K5的篩余特征參數(shù)轉(zhuǎn)化為散點(diǎn)圖如圖3所示。

圖3 平行式級(jí)配變異模式的篩余特征參數(shù)

由圖3可知,篩余特征參數(shù)與K1～K5變異級(jí)配呈線性關(guān)系,即隨著各粒徑通過(guò)百分率的增加,各平行式級(jí)配的篩余特征參數(shù)減小,粗集料所占比重越小,細(xì)集料所占比重越大?？捎煤Y余特征參數(shù)代表平行式變異級(jí)配的特征。

1.2.2 交叉式級(jí)配篩余特征參數(shù)的構(gòu)建

構(gòu)建表達(dá)K6,K3,K7交叉級(jí)配特征的篩余特征參數(shù),由圖2篩余曲線可以看出,變異級(jí)配的16、0.075 mm的變化規(guī)律一致,0.15～13.2 mm的變化規(guī)律一致?？蓪⒆兓?guī)律一致的粒徑歸為一類(lèi),以兩類(lèi)粒徑篩余百分率的比值代表交叉式級(jí)配的特征。由此建立的交叉式變異級(jí)配篩余特征參數(shù)LC為

(2)

該公式的物理意義為:隨著篩余特征參數(shù)的增大,中間粒徑的篩余比例增大,最大和最小粒徑的篩余比例減小。將K6、K3、K7的篩余特征參數(shù)轉(zhuǎn)化為散點(diǎn)圖如圖4所示。

圖4 交叉式級(jí)配變異模式的篩余特征參數(shù)

由圖4可知,篩余特征參數(shù)與K6,K3,K7變異級(jí)配呈線性關(guān)系,可用篩余特征參數(shù)代表交叉式變異級(jí)配的特征。

2 瀝青混合料結(jié)構(gòu)參數(shù)與路用性能指標(biāo)相關(guān)性分析

為了對(duì)瀝青混合料變異級(jí)配模式的路用性能進(jìn)行分析,需要選擇合適的試驗(yàn)來(lái)表征瀝青混合料的常規(guī)性能、力學(xué)性能、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗疲勞性。使用SPSS軟件對(duì)變異級(jí)配瀝青混合料的結(jié)構(gòu)參數(shù)與路用性能指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析,采用的相關(guān)性判定方法為皮爾遜相關(guān)性系數(shù)。皮爾遜相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值越大,相關(guān)性越強(qiáng),即相關(guān)系數(shù)越接近于1或-1,相關(guān)度越強(qiáng);相關(guān)系數(shù)越接近于0,相關(guān)度越弱。

2.1 路用性能試驗(yàn)的選擇

瀝青混合料的路用性能一般認(rèn)為包括高溫穩(wěn)定度、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、抗疲勞性,此外,馬歇爾穩(wěn)定度與力學(xué)性能相關(guān)指標(biāo)也是表征混合料性能的重要指標(biāo)。但目前可以表征相關(guān)路用性能的試驗(yàn)很多,這就需要對(duì)相關(guān)的路用性能試驗(yàn)進(jìn)行合理的選取[7-10]。為了探究路用性能和已研究的結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)的聯(lián)系,路用性能試驗(yàn)都需要使用馬歇爾試件進(jìn)行試驗(yàn),以保持變異級(jí)配混合料的結(jié)構(gòu)一致,不受試件外形的干擾。

綜合考慮,選擇劈裂試驗(yàn)表征混合料的力學(xué)性能,選擇間接拉伸疲勞試驗(yàn)表征混合料的疲勞性能,選擇劈裂蠕變實(shí)驗(yàn)表征混合料的高溫穩(wěn)定性,選擇低溫劈裂試驗(yàn)表征瀝青混合料的低溫抗裂性,選擇凍融劈裂試驗(yàn)與浸水馬歇爾試驗(yàn)表征瀝青混合料的水穩(wěn)定性。系列試驗(yàn)使用的為同一料源地的礦料與瀝青,瀝青混合料類(lèi)型為AC-16。

2.2 瀝青混合料結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取

根據(jù)文獻(xiàn)[11]定義的瀝青混合料結(jié)構(gòu)參數(shù),包括瀝青類(lèi)參數(shù)、集料類(lèi)參數(shù)與空隙類(lèi)參數(shù)。本文選取了相關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù),探究瀝青混合料的級(jí)配變異模式對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響規(guī)律。集料類(lèi)參數(shù)包括粗集料體積百分率(Vc)、細(xì)集料體積百分率(Vf)、粗細(xì)集料體積比(Vc/f);瀝青類(lèi)參數(shù)包括膠漿體積百分率(VM)、粉膠體積比(FAV)、粉漿體積比(FBV)、1型漿集體積比(F1)、2型漿集體積比(F2);空隙類(lèi)參數(shù)包括細(xì)集料填充率(Vf/(1-c))、骨架系數(shù)(G)、膠漿空隙率(VK)、粗集料礦料間隙率(VCM)。

2.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)與路用性能相關(guān)性分析

通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)計(jì)算得到變異級(jí)配模式的各結(jié)構(gòu)參數(shù)值,使用SPSS[12-14]軟件對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)與路用性能相關(guān)性進(jìn)行分析,采用的相關(guān)性判定方法為皮爾遜相關(guān)性系數(shù)。平行式級(jí)配和交叉式級(jí)配中,與結(jié)構(gòu)參數(shù)強(qiáng)相關(guān)的路用性能指標(biāo)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 與結(jié)構(gòu)參數(shù)強(qiáng)相關(guān)的路用性能指標(biāo)

根據(jù)瀝青混合料組成結(jié)構(gòu)理論對(duì)變異級(jí)配的混合料路用性能的變化成因進(jìn)行探討與分析?？障堵逝c馬歇爾穩(wěn)定度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,表明混合料的空隙率越大,其內(nèi)部的空隙越多,由于其混合料為懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu),其強(qiáng)度本身受集料與瀝青膠漿之間的嵌擠影響較大,空隙越多的混合料,嵌擠作用就越小,導(dǎo)致混合料的力學(xué)強(qiáng)度減小。因此馬歇爾穩(wěn)定度就越小。而空隙率與劈裂抗拉強(qiáng)度、破壞勁度模量這兩個(gè)力學(xué)性能參數(shù)也呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,也印證了這一理論,此外,空隙率對(duì)抗疲勞強(qiáng)度也呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

瀝青膜有效厚度是指包裹在礦料表面的有效瀝青膜厚度,它是影響瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的重要指標(biāo),其與蠕變速率呈正相關(guān)關(guān)系,瀝青膜受高溫影響顯著,在高溫條件下,瀝青膜受熱軟化,導(dǎo)致了瀝青混合料蠕變速率加快,高溫穩(wěn)定性變差。

對(duì)影響瀝青混合料力學(xué)性能的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù),通過(guò)總結(jié)與力學(xué)性能指標(biāo)的相關(guān)性規(guī)律可知,膠漿體積與細(xì)集料比例這兩種組分與力學(xué)性能指標(biāo)呈正相關(guān)關(guān)系,膠漿體積包括礦粉和瀝青,由于懸浮密實(shí)性的混合料結(jié)構(gòu)特點(diǎn),細(xì)分散系與微分散系是決定混合料力學(xué)強(qiáng)度的重要因素,細(xì)分散系與微分散系所占的比例越大,混合料內(nèi)部的黏聚力越大,混合料的力學(xué)強(qiáng)度就越高;空隙率與粗集料比例是與力學(xué)性能負(fù)相關(guān)的兩種組分,空隙率與粗集料比例組分的增大,都會(huì)使細(xì)分散系與微分散系的比例相應(yīng)減小,導(dǎo)致混合料內(nèi)部的黏聚力減小,從而引起混合料力學(xué)性能的下降。

探究影響瀝青混合料水穩(wěn)定性的相關(guān)體積指標(biāo)發(fā)現(xiàn),細(xì)集料與礦粉的提高提升了瀝青混合料的水穩(wěn)定性,其比例的提升增大了與瀝青的交互作用,提高了混合料的黏聚力,進(jìn)而增大了抵抗水損害的能力。

3 基于瀝青混合料篩余特征參數(shù)的路用性能預(yù)測(cè)方法

前述建立的篩余特征參數(shù)可代表瀝青混合料級(jí)配變異模式的特征,分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)與路用性能的相關(guān)性,據(jù)此可建立篩余特征參數(shù)與路用性能的聯(lián)系,通過(guò)篩余特征參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)瀝青混合料的路用性能。

3.1 路用性能指標(biāo)下限的確定

瀝青混合料的路用性能預(yù)測(cè)需要確定各路用性能指標(biāo)的下限值,本文基于三西格瑪準(zhǔn)則,通過(guò)試驗(yàn)得到K3目標(biāo)級(jí)配的5個(gè)平行試件的性能指標(biāo)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)其進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn),后計(jì)算其平均值與標(biāo)準(zhǔn)差,由平均值與3倍標(biāo)準(zhǔn)差得到路用性能指標(biāo)下限[15]。

結(jié)合前文相關(guān)的路用性能試驗(yàn),得到目標(biāo)級(jí)配K3的5個(gè)平行試件的路用性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 目標(biāo)級(jí)配K3的平行試件路用性能數(shù)據(jù)

通過(guò)SPSS軟件,使用偏度與峰度系數(shù)法對(duì)以上路用性能數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn),服從正態(tài)性分布的判定標(biāo)準(zhǔn)是偏度系數(shù)與峰度系數(shù)均小于1.96。目標(biāo)級(jí)配的路用性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)均服從于正態(tài)分布,可進(jìn)行后續(xù)的三西格瑪準(zhǔn)則的運(yùn)用。

分別計(jì)算各性能指標(biāo)對(duì)應(yīng)平行試驗(yàn)結(jié)果的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差,根據(jù)三西格瑪準(zhǔn)則計(jì)算目標(biāo)級(jí)配K3的3σ路用性能下限值見(jiàn)表5,由此可根據(jù)該路用性能下限值進(jìn)行后續(xù)混合料的路用性能的判定。

3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)與路用性能回歸方程的建立

以皮爾遜相關(guān)性系數(shù)絕對(duì)值大于0.8作為評(píng)判結(jié)構(gòu)參數(shù)與路用性能具有顯著性相關(guān)性的標(biāo)準(zhǔn),選取各路用性能指標(biāo)的中相關(guān)性系數(shù)最大的結(jié)構(gòu)參數(shù),分別建立平行與交叉式變異級(jí)配的結(jié)構(gòu)參數(shù)與路用性能的回歸方程。下面主要以平行式變異級(jí)配進(jìn)行介紹。

根據(jù)選取的相關(guān)性標(biāo)準(zhǔn),圖5～10為選取的平行式級(jí)配結(jié)構(gòu)參數(shù)與路用性能指標(biāo)的相關(guān)性關(guān)系曲線。

圖5 馬歇爾穩(wěn)定度與空隙率關(guān)系曲線

圖6 劈裂抗拉強(qiáng)度與空隙率關(guān)系曲線

圖7 抗疲勞指標(biāo)lg K與空隙率關(guān)系曲線

圖8 凍融劈裂強(qiáng)度比與空隙率關(guān)系曲線

圖9 蠕變速率與瀝青膜有效厚度關(guān)系曲線

圖10 低溫劈裂強(qiáng)度與骨架系數(shù)關(guān)系曲線

由此分別建立選取的各結(jié)構(gòu)參數(shù)與路用性能指標(biāo)的線性回歸方程見(jiàn)表6,選取的交叉式級(jí)配結(jié)構(gòu)參數(shù)與路用性能指標(biāo)具有相關(guān)性,建立各結(jié)構(gòu)參數(shù)與路用性能指標(biāo)的線性回歸方程見(jiàn)表7。

表6 平行式級(jí)配結(jié)構(gòu)參數(shù)與路用性能回歸方程

表7 交叉式級(jí)配結(jié)構(gòu)參數(shù)與路用性能回歸方程

3.3 篩余特征參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)回歸方程的建立

針對(duì)前述選取的結(jié)構(gòu)參數(shù),建立變異級(jí)配的篩余特征參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的回歸方程。建立結(jié)構(gòu)參數(shù)與平行式變異級(jí)配篩余特征參數(shù)的回歸方程,得到的擬合關(guān)系與擬合方程如圖11～13所示。

圖11 空隙率與篩余特征參數(shù)擬合

圖12 瀝青膜有效厚度與篩余特征參數(shù)擬合

擬合回歸方程為

VV=2.813+1.877×LP

(3)

DA=2.853+3.305×LP

(4)

G=0.758+0.086×LP

(5)

建立結(jié)構(gòu)參數(shù)與交叉式變異級(jí)配篩余特征參數(shù)的回歸方程,擬合方程為

Vf=43.565-0.002×LC

(6)

F2=0.178+1.682×10-4×LC

(7)

VFA=29.537-0.004×LC

(8)

G=0.846-7.453×10-5×LC

(9)

VMA=9.383+0.021×LC

(10)

Vc/f=1.080-3.708×10-4×LC

(11)

3.4 篩余特征參數(shù)與路用性能關(guān)系的建立

前述已建立了結(jié)構(gòu)參數(shù)與路用性能、篩余特征參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)回歸方程,以結(jié)構(gòu)參數(shù)為中介,建立路用性能與篩余特征參數(shù)之間的關(guān)系。

首先建立平行式級(jí)配篩余特征參數(shù)與路用性能關(guān)系,得到篩余特征參數(shù)與路用性能的關(guān)系方程見(jiàn)表8。再建立交叉式級(jí)配篩余特征參數(shù)與路用性能關(guān)系,得到篩余特征參數(shù)與路用性能的關(guān)系方程見(jiàn)表9。

表8 平行式級(jí)配篩余特征參數(shù)與路用性能回歸方程

表9 交叉式級(jí)配篩余特征參數(shù)與路用性能回歸方程

4 基于篩余特征參數(shù)的瀝青混合料路用性能預(yù)測(cè)

4.1 路用性能預(yù)測(cè)過(guò)程

可利用已建立的AC-16篩余特征參數(shù)與路用性能的關(guān)系方程進(jìn)行混合料路用性能的預(yù)測(cè)。對(duì)符合級(jí)配變異模式的瀝青混合料,通過(guò)計(jì)算其篩余特征參數(shù),代入篩余特征參數(shù)與路用性能的關(guān)系方程,即可預(yù)測(cè)混合料相關(guān)的路用性能指標(biāo)。

設(shè)AC-16瀝青混合料的某兩種變異級(jí)配Ka、Kb與目標(biāo)級(jí)配K3的通過(guò)率見(jiàn)表10。

表10 變異級(jí)配Ka、Kb通過(guò)率

將該級(jí)配通過(guò)率轉(zhuǎn)化為篩余百分率,根據(jù)篩余特征參數(shù)公式分別計(jì)算Ka與Kb的篩余特征參數(shù):LKa=0.625,LKb=47.000,將其代入表9、10的方程中,即可得到預(yù)測(cè)的路用性指標(biāo),結(jié)果見(jiàn)表11。

表11 變異級(jí)配Ka與Kb路用性指標(biāo)預(yù)測(cè)結(jié)果

由表11中預(yù)測(cè)的結(jié)果與路用性能下限可知,Ka凍融劈裂強(qiáng)度比的預(yù)測(cè)和實(shí)測(cè)結(jié)果均不符合路用性能下限要求,抗疲勞性能實(shí)測(cè)結(jié)果不符下限要求,預(yù)測(cè)結(jié)果符合,由于與殘留穩(wěn)定度有關(guān)的體積參數(shù)的相關(guān)性系數(shù)均小于0.8,所以無(wú)法對(duì)平行式級(jí)配的殘留穩(wěn)定度進(jìn)行預(yù)測(cè);對(duì)于Kb級(jí)配,預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果一致的指標(biāo)為蠕變速率和殘留穩(wěn)定度,預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)結(jié)果不一致的指標(biāo)為凍融劈裂強(qiáng)度比。

4.2 路用性能預(yù)測(cè)結(jié)果分析

由于Ka和Kb分別使用了平行與交叉式級(jí)配變異模式的篩余特征參數(shù),因此可通過(guò)兩者的預(yù)測(cè)和實(shí)測(cè)結(jié)果的變異系數(shù)雷達(dá)圖,對(duì)其預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度進(jìn)行評(píng)價(jià)。得到Ka和Kb級(jí)配的各路用性能指標(biāo)的變異系數(shù)結(jié)果如圖14、15所示。

圖14 Ka的預(yù)測(cè)和實(shí)測(cè)結(jié)果變異系數(shù)

圖15 Kb的預(yù)測(cè)和實(shí)測(cè)結(jié)果變異系數(shù)

變異系數(shù)越小,表示其預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確程度越高。由圖中可知,對(duì)于平行式級(jí)配變異模式Ka,其劈裂抗拉強(qiáng)度與凍融劈裂強(qiáng)度比的變異系數(shù)在1%以下,馬歇爾穩(wěn)定度和蠕變速率的變異系數(shù)在5%以下,低溫劈裂強(qiáng)度的變異系數(shù)均在10%以下,只有抗疲勞性能的偏差度較高,達(dá)到了15%;對(duì)于交叉式變異級(jí)配Kb,除蠕變速率的變異系數(shù)較大,在10%以上,其余的路用性能指標(biāo)變異系數(shù)均在5%以下。

該結(jié)果可對(duì)變異級(jí)配的路用性能進(jìn)行預(yù)測(cè),實(shí)現(xiàn)快速調(diào)整施工配合比,即對(duì)已發(fā)現(xiàn)的變異級(jí)配進(jìn)行性能預(yù)測(cè),而不需要停產(chǎn)實(shí)驗(yàn),不影響施工進(jìn)程。

5 結(jié) 論

通過(guò)構(gòu)建典型的瀝青混合料級(jí)配變異模式,使用篩余比值參數(shù)來(lái)表征混合料級(jí)配變異特征。選擇相關(guān)的路用性能試驗(yàn)進(jìn)行研究,探究混合料路用性能及其受級(jí)配變異的變化規(guī)律,對(duì)混合料體積參數(shù)與路用性能進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)合瀝青混合料組成結(jié)構(gòu)理論,對(duì)相關(guān)路用性能受級(jí)配變異的變化成因進(jìn)行闡釋,綜合上述規(guī)律,通過(guò)回歸分析建立混合料篩余比值參數(shù)與路用性能關(guān)系方程,據(jù)此實(shí)現(xiàn)對(duì)混合料變異級(jí)配的路用性能預(yù)測(cè)。得出如下結(jié)論:

1)構(gòu)建了瀝青混合料的級(jí)配變異模式與篩余比值參數(shù),通過(guò)篩余比例描述可知,平行式級(jí)配其變異的主要粒徑是0.075、16、2.36 mm,隨著級(jí)配各粒徑通過(guò)率的增加,0.075 mm粒徑的集料篩余比例逐漸增加,16 mm粒徑的集料篩余比例逐漸減少;交叉式級(jí)配隨著各粒徑通過(guò)率的增加,0.075、16 mm粒徑的篩余比例降低,0.15～13.2 mm粒徑的篩余比例增加。

2)探究影響瀝青混合料水穩(wěn)定性的相關(guān)體積指標(biāo)發(fā)現(xiàn),細(xì)集料與礦粉的增加提升了瀝青混合料的水穩(wěn)定性,其比例的提升增大了與瀝青的交互作用,提高了混合料的黏聚力,進(jìn)而增大了抵抗水損害的能力。

3)以瀝青混合料結(jié)構(gòu)參數(shù)為中介,建立了混合料篩余比值參數(shù)與路用性能關(guān)系方程,通過(guò)三西格瑪準(zhǔn)則確定各路用性能指標(biāo)的下限值,可對(duì)變異級(jí)配的路用性能進(jìn)行預(yù)測(cè),實(shí)現(xiàn)快速調(diào)整施工配合比。

4)由各變異級(jí)配的預(yù)測(cè)和實(shí)測(cè)結(jié)果可知,對(duì)于Ka級(jí)配,其劈裂抗拉強(qiáng)度與凍融劈裂強(qiáng)度比的變異系數(shù)在1%以下,馬歇爾穩(wěn)定度和蠕變速率的變異系數(shù)在5%以下,低溫劈裂強(qiáng)度的變異系數(shù)均在10%以下,只有抗疲勞性能的偏差度較高,達(dá)到了15%;對(duì)于Kb級(jí)配,除蠕變速率的變異系數(shù)較大,在10%以上,其余的路用性能指標(biāo)變異系數(shù)均在5%以下。