級(jí)配組成對(duì)排水性混合料空隙率影響研究

1、2009 年 9 月JO URNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLO GYSep . 2009DO I :10 . 3963/ j . issn . 167124431 . 2009 . 17 . 018級(jí)配組成對(duì)排水性混合料空隙率影響研究邢明亮 ,陳拴發(fā) ,陳華鑫 ,王秉綱(長(zhǎng)安大學(xué)特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ,西安 710064)摘 要 : 空隙率是排水瀝青混合料的主要控制指標(biāo) ,而礦料級(jí)配組成是影響排水性瀝青混合料空隙率的首要因素 。該文通過(guò)回歸計(jì)算 ,分析了級(jí)配組成中不同篩孔通過(guò)率對(duì)其空隙率的影響程度次序 ,并結(jié)合滿(mǎn)足排水性要求所需要的最小 空隙率

2、及混合料的強(qiáng)度 ,推薦出級(jí)配范圍 。研究表明 :2 . 36 mm 篩孔通過(guò)率是影響排水性混合料空隙率和連通空隙率的 關(guān)鍵篩孔 ,在推薦級(jí)配范圍內(nèi) 2 . 36 mm 篩孔通過(guò)率每增加 1 % ,空隙率將隨之減小 1 %左右 ,同時(shí)空隙率與連通空隙率之 間存在良好的相關(guān)性 。關(guān)鍵詞 : 道路工程 ; 排水性瀝青混合料 ; 空隙率 ; 篩孔通過(guò)率 ; 相關(guān)關(guān)系中圖分類(lèi)號(hào) : U 416 . 217文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : A文章編號(hào) :167124431 (2009) 1720062204Research on Inf l uence of Gra dat ion to AirVoid of Porous

3、 Asphalt MixtureX I N G M i n g2l i a n g , C H EN S h u a n2f a , C H EN H u a2x i n , W A N G B i n g2ga n g( Key L aboratory for Special Area Highway Engineering of Minist ry ofEducatio n , Changan U niversity , Xian 710064 ,China)Abstract : Air void is t he co nt rol index of porous asp halt mix

4、t ure. However , gradatio n co mpositio n is t he key factor whichinfluences t he air void in porous asp halt mixt ure. This paper analyzes t he influence degree order of different percentage passing t he sieves to air void by regressio n calculatio n. And reco mmendatory range of gradatio n is p ut

5、 forward based o n satisfied wit h t he need of drainage and intensity of mixt ure. This research discovers t hat t he percentage passing 2 . 36 mm sieve is t he mostimportant to influence t he air void and effective air void in t he mixt ure. The result indicates t hat t he air void would reduce wi

6、t h t he percentage passing 2 . 36 mm sieve increasing. At t he same time , a good relatio nship is discovered to exist bet ween air void and effective air void.Key words : road engineering ; porous asp halt mixt ure ; air void ; percentage passing sieves ; interrelatio nship目前許多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)將行車(chē)安全作為路面設(shè)計(jì)理念最

7、核心的內(nèi)容之一 ,特別是通過(guò)提高路面的抗滑性能來(lái)改善行車(chē)安全性 。室內(nèi)外試驗(yàn)及工程經(jīng)驗(yàn)表明 ,排水性瀝青路面以其優(yōu)良的表面透水特性成為解決 這一問(wèn)題的有效措施之一 。在排水性瀝青混合料設(shè)計(jì)中 ,空隙率為主要的控制指標(biāo) ,而礦料級(jí)配組成則是影響混合料空隙率的首要因素 。近年來(lái) ,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)空隙率的影響因素進(jìn)行了較多研究 ,但沒(méi)有提出影響空 隙率特別是連通空隙率的關(guān)鍵篩孔尺寸 。?？∶鞯热送ㄟ^(guò)正交試驗(yàn)分析了級(jí)配對(duì)排水性瀝青混合料空隙率 的影響 ,結(jié)果表明 ,粗集料 (4 . 75 mm 以上) 含量對(duì)空隙率影響最顯著 ,粗集料含量每增加 5 % ,空隙率增加約3 % ;其次是 4 . 75 9

8、. 5 mm 骨料含量 ,最后是瀝青用量1 。Mallick 等人的研究則表明 ,當(dāng) 4 . 75 mm 篩孔通收稿日期 :2009204220 .基金項(xiàng)目 :深圳市建筑工務(wù)署科技項(xiàng)目 ( SZC G2006024730) 和浙江省交通廳科技項(xiàng)目 (2007 H16) .作者簡(jiǎn)介 :邢明亮 (19812) ,女 ,博士. E2mail : xml - 214 163 . co m第 31 卷 第 17 期邢明亮 ,陳拴發(fā) ,陳華鑫 ,等 :級(jí)配組成對(duì)排水性混合料空隙率影響研究63過(guò)率不超過(guò) 15 %時(shí) ,混合料能形成“石2石”骨架結(jié)構(gòu) ,這種骨架結(jié)構(gòu)可以提高混合料的連通空隙率和抗車(chē)轍能力 ,但

9、會(huì)使得混合料的耐久性衰減較快2 25 。如何選取合適的級(jí)配范圍配制滿(mǎn)足技術(shù)要求的排水性混合 料 ,特別是滿(mǎn)足混合料中對(duì)排水性能起決定性作用的連通空隙率的要求成為目前亟待解決的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題 。 作者通過(guò)對(duì)不同級(jí)配混合料的室內(nèi)性能研究 ,分析關(guān)鍵篩孔通過(guò)率對(duì)混合料空隙率和連通空隙率的影響 ,提 出排水性瀝青混合料級(jí)配的設(shè)計(jì)范圍 ,為排水性混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)提供理論依據(jù) 。表 1瀝青的技術(shù)指標(biāo)1 試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果測(cè)試項(xiàng)目基質(zhì)瀝青高粘改性瀝青1 . 1瀝青結(jié)合料基質(zhì)瀝青為 ESSO270 ,改性劑采用日本大有 株式會(huì)社生產(chǎn)的 TPS ?；|(zhì)瀝青與高粘改性瀝青技術(shù)指標(biāo)如表 1 所示 。1 . 2集料混合料所采

10、用的粗 、細(xì)集料均為輝綠巖 ,礦粉 為石灰?guī)r礦粉 ,其 0 . 075 mm 通過(guò)率大于 80 % ,其 物理力學(xué)性質(zhì)如表 2 所示 。軟化點(diǎn)/ 針入度/ (0 . 1 mm)延度/ cm 粘韌性/ ( Nm) 韌性/ ( Nm)質(zhì)量變化/ %49 . 964 . 1 150 (15- 0 . 0686 . 290 . 250 . 344 . 1 (5 )29 . 616 . 9- 0 . 0886 . 730 . 4 (5 )25)TFO T 后殘留針入度比/ %殘留延度/ cm34 . 3 (15 )表 2 集料的物理性質(zhì)集料毛體積相對(duì)密度表觀相對(duì)密度吸水率/ %壓碎值/ %磨耗值/ %粗

11、集料細(xì)集料 礦粉2 . 682 . 732 . 642 . 710 . 60 . 21013篩孔尺寸對(duì)空隙率影響分析瀝青混合料的級(jí)配組成對(duì)其力學(xué)性能及使用性能具有十分重要的影響 。不同篩孔通過(guò)率對(duì)排水性瀝青 混合料性能有著不同的影響 。排水性瀝青混合料中粗集料含量高達(dá) 70 %以上 ,在理論上不僅具有足夠的顆 粒形成具有較高強(qiáng)度的空間骨架 , 同時(shí)又有一定細(xì)集料起膠結(jié)作用 , 使混合料內(nèi)部摩阻力和粘結(jié)力都較2高6 28。該文在規(guī)范推薦級(jí)配范圍基礎(chǔ)上 ,針對(duì)最大公稱(chēng)粒徑為 13 . 2 mm 的排水混合料進(jìn)行研究 ,以空隙率和連通空隙率為檢測(cè)指標(biāo) ,分析 9 . 5 mm ,2 . 36 mm

12、,1 . 18 mm ,0 . 075 mm 篩孔通過(guò)率P9 . 5 , P2 . 36 , P1 . 18 , P0 . 075以及 4 . 75 mm 與 2 . 36 mm 篩孔的通過(guò)率之差所示 。P 對(duì)混合料空隙率和連通空隙率的影響 。設(shè)計(jì)級(jí)配如表 3表 3 試驗(yàn)級(jí)配方案級(jí)配編號(hào)各篩孔 ( mm) 的通過(guò)率/ %1613 . 29 . 54 . 752 . 361 . 180 . 60 . 30 . 150 . 0751234567891010010010010010010010010010010095959595959595959595606060606767747480808172

13、6353031182722238131823182318231823610141861010618145 . 08 . 411 . 815 . 15 . 48 . 09 . 15 . 814 . 011 . 44 . 06 . 89 . 512 . 34 . 86 . 08 . 35 . 510 . 08 . 83 . 05 . 17 . 39 . 44 . 14 . 07 . 45 . 36 . 06 . 123 . 556 . 53 . 526 . 5523 . 5對(duì)每組級(jí)配分別在 3 . 5 % ,4 . 1 % ,4 . 7 % ,5 . 3 % ,6 . 0 %5 種油石比下進(jìn)行混合

14、料的析漏試驗(yàn) 、飛散試驗(yàn)和 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 64武 漢 理 工 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)2009 年 9 月馬歇爾試驗(yàn) ,綜合確定各個(gè)級(jí)配的最佳油石比及空隙率 、連通空隙率 ,試驗(yàn)結(jié)果各主要篩孔通過(guò)率與空隙率的關(guān)系曲線(xiàn)如圖 1 所示 。由圖 1 中曲線(xiàn)變化可以看出 :1) 2 . 36 mm 篩孔通過(guò)率對(duì)混合料空隙率的影響最為顯著 ,其通過(guò)率每增加 1 % ,空隙率將減小 1 %左右 。 原因?yàn)榧?xì)集料含量增多時(shí) ,將會(huì)填充由粗集料形成的空隙 ,從而使得混合

15、料的空隙率急劇減小 。2) 1 . 18 mm 篩孔通過(guò)率的影響其次 。其通過(guò)率每增加 2 % ,相應(yīng)空隙率將下降約 1 % 。3) 9 . 5 mm 篩孔通過(guò)率每增加 3 . 5 % ,混合料的空隙率會(huì)相應(yīng)增加約 1 % ,比 2 . 36 mm 和 1 . 18 mm 篩孔 通過(guò)率的影響程度更弱 。4) 4 . 75 mm 篩孔通過(guò)率與空隙率的關(guān)系曲線(xiàn)中出現(xiàn)峰值 ,表明混合料中粗集料的含量不能太多或太 少 ,否則將影響其耐久性和骨架空隙結(jié)構(gòu)的形成 。以空隙率為因變量 , P9 . 5 , P2 . 36 , P1 . 18 , P0 . 075和P 為自變量 ,采用前進(jìn)篩選法進(jìn)行回歸分析

16、,得到空隙率 n 0 與各影響因素之間的回歸方程如下 ,相關(guān)系數(shù)如表 4 所示 。n0 = 32 . 83 - 0 . 769 3 P2 . 36 ( R 2 = 0 . 781 2)n0 = 34 . 865 - 0 . 635 P2 . 36 - 0 . 403 P1 . 18 ( R 2 = 0 . 944 3)n0 = 29 . 001 + 0 . 107 7 P9. 5 - 0 . 714 P2 . 36 - 0 . 405 P1 . 18 ( R 2 = 0 . 978 5)n 0 = 27 . 601 + 0 . 126 P9. 5 - 0 . 758 P2 . 36 - 0 .

17、 411 P1 . 18 + 0 . 261 P0 . 075 ( R 2 = 0 . 987)( 1)( 2) ( 3)( 4)0 . 076 6 P( R 2n0 = 29 . 45 + 0 . 091 5 P9 . 5 - 0 . 704 P2 . 36 -0 . 405 P1 . 18 + 0 . 220 3 P0. 075 -= 0 . 989 8)( 5)從表 4 中可以看出 ,以空隙率為因變量時(shí) ,依次進(jìn)入回歸方程的參數(shù)為 : P2 . 36 ,P1 . 18 , P9 . 5 , P0 . 075 和 P。在考察的幾個(gè)自變量中 ,2 . 36 mm 篩孔的通過(guò)率與空隙率 的相關(guān)

18、系數(shù)為 0 . 781 2 ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它幾個(gè) 自變量 ,說(shuō)明 2 . 36 mm 篩孔通過(guò)率是影響 混合料空隙率大小的關(guān)鍵因素 ,與前面的 圖表定性分析相吻合 。同樣的方法得到表 4 篩選變量法逐步回歸系數(shù) (因變量為空隙率)聯(lián)合變量與空隙率 n0 之間的相關(guān)系數(shù)考慮因素選出參數(shù) P9 . 5 P2 . 36 P1 . 18 P0 . 075 P第 1 步第 2 步 第 3 步 第 4 步 第 5 步0 . 052 50 . 813 70 . 978 50 . 781 20 . 479 60 . 944 30 . 095 40 . 781 20 . 945 10 . 987 00 . 256

19、 70 . 823 20 . 978 10 . 984 10 . 989 8P2 . 36P1 . 18P9 . 5P0 . 075PP2 . 36與連通空隙率的相關(guān)系數(shù)為 0 . 842 6 ,也是影響混合料連通空隙率大小的關(guān)鍵因素 。因此在進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí) ,應(yīng)嚴(yán)格控制 2 . 36 mm 篩孔的通過(guò)率 ,通過(guò)調(diào)整 P2 . 36使之滿(mǎn)足空隙率的要求 。3 合理空隙率范圍的確定根據(jù)排水性瀝青混合料空隙率與各主要篩孔之間的回歸公式 ,可以計(jì)算目標(biāo)空隙率對(duì)應(yīng)的混合料級(jí)配表 5推薦的排水性瀝青混合料級(jí)配范圍各篩孔 ( mm) 的通過(guò)質(zhì)量百分率/ %1613 . 29 . 54 . 752 . 36

20、1 . 180 . 60 . 30 . 150 . 075空隙率 18 %空隙率 25 %推薦范圍10090 1004 103 103 868 . 862 . 162 7024 . 812 . 612 2619 . 310 . 210 2011 . 58 . 48 124 . 12 . 52 5 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.第 31 卷 第 17 期邢明亮 ,陳拴發(fā) ,陳華鑫 ,等 :級(jí)配組成對(duì)排水性混合料空隙率影響研究65范圍 。例如將目標(biāo)空隙率定為 18

21、% 25 % ,根據(jù)該目標(biāo)空隙率及回歸方程可以依次確定各主要篩孔的通過(guò)率 ,然后通過(guò)內(nèi)插法得到其余篩孔的通過(guò)率 , 進(jìn)而得到整個(gè)級(jí)配的控制范圍 。表 5 中為最大公稱(chēng)粒徑為13 . 2 mm時(shí)計(jì)算推薦的排水性瀝青混合料級(jí)配范圍 。 對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中得到的空隙率與連通空隙率進(jìn)行回歸 ,如圖 2 所示 。從圖 2 中可以看出連通空隙率與空隙率之間存在較好的相關(guān)性 ,其線(xiàn)性回歸方程為 :n 1 = 0 . 988 1 n 0 - 5 . 184 ( R 2 = 0 . 953)式中 , n 1 為連通空隙率 , % ; R 為連通空隙率與空隙率的相關(guān)系數(shù) 。 由式 (6) 可知 :當(dāng) n0 = 18 時(shí)

22、 , n1 = 12 . 8 ;當(dāng) n 0 = 25 時(shí) , n1 = 19 . 8 。 結(jié)合回歸方程 ( 6) 的計(jì)算結(jié)果知 ,當(dāng)目標(biāo)空隙率確定為 18 % 25 %時(shí) ,連通空隙率的范圍大致為 13 % 20 % ,能夠滿(mǎn)足不同降雨時(shí)路面排水的需 要 。當(dāng)目標(biāo)空隙率為 20 %時(shí) ,連通空隙率相應(yīng)在14 . 5 %左右 。由于連通空隙率與空隙率之間存在較好的相關(guān)性 ,因而實(shí)際工程中多以控制空隙率為主要目標(biāo) ,當(dāng)空隙率達(dá)到目標(biāo)設(shè)計(jì) 值時(shí) ,相應(yīng)的連通空隙率也能滿(mǎn)足排水要求 。( 6)結(jié)論4a . 不同篩孔通過(guò)率對(duì)空隙率影響程度不同 。在研究的幾個(gè)因素中 ,2 . 36 mm 篩孔通過(guò)率是影響

23、空隙率和連通空隙率大小的關(guān)鍵篩孔 ,對(duì)混合料空隙率大小起決定性作用 ;b. 2 . 36 mm 篩孔通過(guò)率每增加 1 % ,空隙率將減小 1 %左右 ,在試驗(yàn)范圍內(nèi) ,二者接近反比例關(guān)系 。在混 合料的級(jí)配設(shè)計(jì)過(guò)程中 ,應(yīng)根據(jù)目標(biāo)空隙率的要求 ,調(diào)整 2 . 36 mm 篩孔通過(guò)率 ,以得到滿(mǎn)足要求的級(jí)配 ;c. 空隙率與連通空隙率之間存在良好的相關(guān)性 ,相關(guān)系數(shù) R 2 為 0 . 953 ,為方便起見(jiàn) ,在實(shí)際應(yīng)用中多以 空隙率為混合料設(shè)計(jì)的控制指標(biāo) 。參考文獻(xiàn)12?？∶?, 趙平均 , 許永明 . 排水性瀝青混合料抗滑層設(shè)計(jì)方法研究 J . 西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào) ,1997 (1) :12216 .