大碎石瀝青混合料施工級配與空隙率變異性分析

馬士強(qiáng)，孫承吉

（1.山東魯橋建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250002；2.山東高速股份有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

引言

大碎石瀝青混合料通常由較大粒徑的單粒徑集料形成骨架，一定量的細(xì)集料形成填充而組成的骨架空隙型瀝青混合料，簡稱為LSPM，其級配為半開級配或者開級配[1]。由于其粗集料含量較大，大于9.5 mm粒徑集料通常占70%以上，且設(shè)計空隙率為13%～18%[2]。瀝青混合料LSPM骨架空隙型混合料在施工中發(fā)生變異不可避免，尤其是級配與空隙率的變異，通過合理分析采用一定的技術(shù)措施，降低施工變異性非常重要。

1 生產(chǎn)配合比設(shè)計結(jié)果

某國道大修工程采用LSPM-30作為柔性基層進(jìn)行加鋪，通過室內(nèi)目標(biāo)配合比驗(yàn)證后，現(xiàn)場通過拌合站對生產(chǎn)配合比進(jìn)行調(diào)試，最終確定采用生產(chǎn)配合比，級配通過率見表1，級配曲線見圖1。根據(jù)最終確定級配，進(jìn)行3個瀝青含量的試拌，通過試驗(yàn)段驗(yàn)證與設(shè)計相吻合，最終試驗(yàn)路段采用表1級配結(jié)果，并采用最佳瀝青含量3.5%，瀝青采用MAC-70改性瀝青。

表1 級配結(jié)果

圖1 級配曲線

2 級配變異性分析

2.1 分析方法

施工中級配變異不可避免，但是通過對變異性分析可以逐步從施工中了解變異特點(diǎn)并降低變異性。變異性分析運(yùn)用統(tǒng)計學(xué)基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)差計算按式（1），變異系數(shù)計算按式（2）：

式中：σ—標(biāo)準(zhǔn)差；Cv—變異系數(shù)；—平均值。

對于級配變異系數(shù)計算與其他參數(shù)計算方法不同，并非標(biāo)準(zhǔn)差與通過百分率的比值。由于級配中有通過百分率與各級篩余量兩種百分比，所以正確的級配變異系數(shù)應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)差與各級篩余量均值的比值，各級篩余量可以通過各級通過率計算，上一級篩孔的通過率與本級通過率之差即為該級篩余量[3-4]。

2.2 級配分析數(shù)據(jù)

在級配變異性分析過程中，主要是結(jié)合LSPM混合料特點(diǎn)對重點(diǎn)、關(guān)鍵篩孔進(jìn)行分析。分析試驗(yàn)路段共分為3段，主要考慮在不同時間段施工以及原材料本身變異等因素，在分析過程中同時對油石比數(shù)據(jù)進(jìn)行變異性分析，試驗(yàn)路對兩種結(jié)構(gòu)級配數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，數(shù)據(jù)見表2～表4。

表2 試驗(yàn)路段A級配變異性分析（%）

表3 試驗(yàn)路段B級配變異性分析（%）

表4 試驗(yàn)路段C級配變異性分析（%）

2.3 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

從表2～表4數(shù)據(jù)分析可以看出，各粒徑篩孔通過率的變異系數(shù)都很大，但油石比的變異性并不是很大。級配變異性大的原因：（1）級配變異性主要與礦料的粒徑變異有關(guān)，盡管混合料在拌和時還要進(jìn)行二次篩分，但出場的混合料在很大程度上受到冷料粒徑的制約。在施工現(xiàn)場也可以看出冷料的變化。由于瀝青混合料很少采用20～40 mm的石料，石料場的控制不如高速公路對瀝青混凝土面層原材料的要求嚴(yán)格，另外，原材料的生產(chǎn)廠規(guī)模與工藝在一定程度上也造成冷料的變異。（2）大碎石瀝青混合料級配較粗在熱料倉篩孔設(shè)置上也有一定難度，9.5 mm篩孔集料占到70%以上，這樣粗料倉的用量比例較大，單一熱料倉的用量比例通常會超過40%甚至50%，難以控制，單一倉的變化將會對整體級配產(chǎn)生較大影響。（3）由于粒徑較大、粗集料含量高混合料容易產(chǎn)生離析，在取料時無論從料車還是從攤鋪現(xiàn)場都不可避免出現(xiàn)取料不均勻。為了避免取料不均勻，就需要大量取料多次抽提篩分，即使采用多取樣四分法也不可避免取樣的離析。

3 現(xiàn)場空隙率變異性分析

現(xiàn)場空隙率是指現(xiàn)場鉆芯試樣的空隙率。由于大碎石瀝青混合料是一種透水材料，空隙率決定了其透水性能，現(xiàn)場通常采用空隙率指標(biāo)控制壓實(shí)效果。計算空隙率采用理論最大相對密度，以真空實(shí)測為準(zhǔn)，芯樣的毛體積相對密度測試也有不同的意見。由于LSPM混合料為透水性瀝青混合料，有的研究報告直接采用體積計算法，也有的要求采用真空封裝法進(jìn)行測試[5-6]，本次變異性分析采用二次封蠟和體積計算法，對3個試驗(yàn)路段空隙率的變異性分析數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，數(shù)據(jù)見表5。

表5 空隙率變異性分析（%）

由于試驗(yàn)路比較短，數(shù)據(jù)采集量有限，通過數(shù)據(jù)的分析可以發(fā)現(xiàn)，空隙率的變異性比較大，但試驗(yàn)路段C變異性明顯減小，這與施工控制經(jīng)驗(yàn)和水平進(jìn)一步豐富有關(guān)；另外，體積計算法計算空隙率比實(shí)測法大2%左右，而且體積計算法計算的空隙率變異性要比實(shí)測法大。這是因?yàn)榇罅交旌狭媳容^容易松散，在取芯過程中并不能完全保證芯樣邊角的完整性，從而造成了體積計算誤差?？障堵首兓瘯旌狭系男阅茉斐梢欢ㄓ绊憽?/p>

空隙率變異性較大的主要影響因素：（1）空隙率變異與混合料級配的變異有很大關(guān)系，兩者之間存在一定的相關(guān)性，一般認(rèn)為粗集料含量與空隙率成正比，細(xì)集料含量與空隙率成反比，由于數(shù)據(jù)量太小沒有對相關(guān)性進(jìn)行分析。分析可以知道混合料級配變異性本身就很大，由于級配控制上的難度，難免造成空隙率的變異性較大。（2）理論最大相對密度的采用也是造成空隙率變化的原因，因?yàn)榧壟浒l(fā)生了變化意味著熱料比例發(fā)生了變化，而理論密度采用計算法并不能保證每天都從熱料倉取料測試密度，然后根據(jù)級配的變化重新計算理論密度，從而也造成了空隙率的變異性。（3）實(shí)測法與計算法測定芯樣的密度也存在一定誤差，二次封蠟法在進(jìn)行第一次封橡皮泥時，容易受到人為誤差影響，而計算法不能保證芯樣的完整性，密度測定造成了空隙率的變異性。（4）壓實(shí)工藝的變化對混合料空隙率也有很大影響，由于大粒徑瀝青混合料空隙率很大，粗集料很多，壓實(shí)遍數(shù)增加有可能造成集料的破碎，從而影響了空隙率。（5）由于混合料比較粗而且屬于開級配，在攤鋪過程中不可避免地造成混合料的離析。

4 結(jié)語

（1）大碎石瀝青混合料是透水性瀝青混合料，一般作為柔性基層使用，其排水功能要求大于結(jié)構(gòu)性能要求。其本身級配特點(diǎn)決定在級配控制上具有一定的難度，因此級配控制要求應(yīng)與密級配瀝青混合料有所差別，應(yīng)更加關(guān)注排水性能，但應(yīng)控制級配變異性的程度，以保證其排水功能。（2）空隙率的變化對混合料透水性能以及高溫穩(wěn)定性和強(qiáng)度都有很大影響，在施工中要嚴(yán)格控制，盡量減小空隙率的變異性。（3）無論級配還是空隙率的變異都應(yīng)該從原材料、取樣方式、試驗(yàn)方法及過程工藝等多方面聯(lián)合控制，將變異性降到最低。