基于正交试验法的沥青混合料马歇尔稳定度流值影响因素研究.pdf

-84-基于正交试验法的沥青混合料马歇尔稳定度流值影响因素研究王 岩（山东铁路投资控股集团有限公司，山东 济南 250014）摘要：应用三因素三水平的正交试验法，分析试验温度、试验时间、空隙率对AC-20型沥青混合料马歇尔稳定度、流值的影响水平。结果表明试验温度对沥青混合料稳定度有显著影响，其次是空隙率和试验时间；试验温度、试验时间和空隙率对流值影响程度一致。用马歇尔模数表征AC-20型沥青混合料高温抗变形能力，最佳组合是水浴温度60+水浴时间0.5 h+空隙率1.2%。关键词：稳定度；流值；影响因素；正交试验法中图分类号：U414文献标识码：AStudy on influencing factors of marshall stability and flow value of asphalt mixture based on orthogonal test methodWANG Yan（Shandong railway investment holding group Co.,Ltd.,Shandong Jinan 250014 China）Abstract:Theinfluenceoftesttemperature,testtimeandvoidfractiononMarshallstabilityandflowvalueofAC-20asphaltmixtureisanalyzedbyorthogonaltestmethodofthreefactorsandthreelevels.TheresultsshowthatthetesttemperaturehasasignificanteffectontheMarshallstabilityofasphaltmixture,followedbyvoidfractionandtesttime.Theinfluenceoftesttemperature,testtimeandvoidfractionofflowvalueisconsistent.MarshallmodulusisusedtocharacterizethehightemperaturedeformationresistanceofAC-20asphaltmixture.Theoptimumcombinationisthatwaterbathtemperatureis60,waterbathtimeis0.5h,voidratiois1.2%.Key words:stability;flowvalue;influencingfactors;orthogonaltestmethod引言沥青路面在使用一段时间后会出现车辙、推移、拥包等破坏现象，往往与环境温度、高温持续时间、混合料级配有很大关系。马歇尔试验是沥青路面施工质量控制重要的试验方法1。采用相同油石比和击实温度制作马歇尔试件，用正交试验分析试验温度、试验时间、空隙率对沥青混合料马歇尔稳定度流值的影响程度。1 原材料1.1 沥青性质选用的山东某地70#基质沥青满足现行公路沥青路面施工技术规范（JTGF402004）2各项指标的要求，试验结果见表1。表 1 70#沥青技术指标技术指标试验结果规范要求25 针入度/（0.1 mm）736080软化点48.54660 动力黏度/（Pa s）195180延度（5 cm/min，10）/cm26.520溶解度/%99.799.5蜡含量/%2.02.2闪点/3302601.2 矿料性质采用的矿料分为四档（03mm、35mm、510mm、1020mm），采用矿粉为石灰岩磨细矿粉。依据公路工程集料试验规程（JTGE422005）3对矿料进行试验，结果见表2表5。由试验结果看出，所采用的矿料能满足现行规范3的要求。收稿日期：2023-03-27作者简介：王岩（1980），女，山东济南人，高级工程师。2023 年第 3 期山东交通科技-85-表 2 各档集料物理指标集料规格/mm表观相对密度毛体积相对密度10202.7112.6725102.7352.667352.8012.673032.7422.742表 3 粗集料技术指标技术指标35 mm 510 mm1020 mm 规范要求压碎值/%-14.626洛杉矶磨耗值/%10.511.210.328表观相对密度2.8012.7352.7112.6吸水率/%1.7060.9290.5312针片状颗粒含量/%其中9.5 mm-9.712其中9.5 mm10.118表 4 细集料技术指标技术指标试验结果规范要求砂当量/%71.860棱角性/s38.230含泥量/%1.23表观相对密度2.7422.5表 5 矿粉技术指标技术指标试验结果规范要求粒度范围0.6mm/%1001000.15mm/%98.8901000.075mm/%83.175100塑性指数3.24表观密度/（g cm-3）2.7972.52 配合比设计2.1 级配设计试验中设计三组级配，分别为级配1（10205103503矿粉=45228223）、级配2（10205103503矿粉=40208293）、级配3（10205103503矿粉=31208383），代表混合料级配组成粗中细。级配设计见表6。2.2 体积指标测定本次试验控制指标为马歇尔试验温度、试验时间及混合料空隙率，为减小其他因素的影响，三种级配沥青混合料油石比统一为4.2%，击实温度控制为150。AC-20沥青混合料体积指标见表7。表 6 AC-20 型沥青混合料级配设计级配通过各筛孔质量百分率/%26.5 1916 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.60.3 0.150.075级配1100 91 83.4 75 56.2 33.5 23.3 17.7 12.5 9.8 8.25.5级配2100 92 85.3 77.7 60.9 40.4 29.5 22.3 15.5 11.9 9.76.3级配3100 95.885.7 73.9 58.8 38.4 24 18.6 13.9 10.9 9.06.7下限 100 907862502616128543上限 100 100 9280725644332417137中值 100 958571614130 22.5 16118.55表 7 AC-20 型沥青混合料体积指标汇总级配毛体积相对密度最大理论相对密度空隙率/%级配12.4862.5663.2级配22.5072.5582.0级配32.4932.5251.23 正交试验过程3.1 试验指标确定本次试验中将与马歇尔试验关系密切的马歇尔稳定度、流值及马歇尔模数三个指标作为表征试验结果的指标。3.2 正交试验因素及水平本次试验将试验温度、试验时间、空隙率三项作为影响因素，各因素设定三个水平（等级）。通过三因素三水平分别进行组合，选用L9（33）进行正交试验分析，试验方案和试验结果见表8、表9。表 8 三因素三水平正交试验因素水平空隙率/%试验温度/试验时间/h试验11.2500.5试验22.0600.5试验33.1700.5试验42.0502试验53.1602试验61.2702试验73.1504试验81.2604试验92.0704王 岩：基于正交试验法的沥青混合料马歇尔稳定度流值影响因素研究-86-表 9 正交试验数据序号空隙率/%试验温度/试验时间/h稳定度/kN流值/mm马歇尔模数11.2500.521.133.85.622.0600.514.543.44.333.1700.511.353.73.142.050219.415.23.753.160212.463.04.261.270212.454.13.073.150412.684.03.281.260420.614.74.492.070411.463.83.04 正交试验结果分析通过极差分析评价各因素对试验指标影响的显著性。马歇尔稳定度影响因素显著性分析见表10。表 10 马歇尔稳定度影响因素分析试验温度/试验时间/h空隙率K117.7415.6718.06K215.8714.7715.14K311.7514.9212.16R5.990.85.90注：K1代表“1”水平下试验数据平均值；K2代表“2”水平下试验数据；K3代表“3”水平下试验数据平均值；R代表极值。由表11可以看出：试验温度对稳定度的影响是最大的，空隙率对稳定度的影响次之，试验时间影响最小。马歇尔流值影响因素显著性分析见表11。表 11 马歇尔流值影响因素分析试验温度/试验时间/h空隙率K14.33.64.2K23.74.14.1K33.94.23.6R0.60.60.6从表11可以看出：试验温度、试验时间、空隙率对流值影响程度一致。马歇尔模数影响因素显著性分析见表12。马歇尔试验中稳定度表征的是沥青混合料在高温条件下破坏强度，流值表征的是变形能力。马歇尔模数兼顾了沥青混合料应力和应变两种性质，模数大说明变形小，同时还可以抵抗较大的力，间接说明了混合料高温抗车辙能力。由表12可以看出：试验温度对马歇尔模数影响最大，试验时间次之，空隙率影响最小。表 12 马歇尔模数影响因素分析试验温度/试验时间/h空隙率K14.24.34.3K24.33.63.7K33.03.53.9R1.20.80.4马歇尔模数随试验温度和试验时间变化情况见图1和图2。4.84.44.03.63.22.82.42.0506070试验温度/马歇尔模数图 1 试验温度与马歇尔模数关系4.64.23.83.43.0试验时间/h0.524马歇尔模数图 2 试验时间与马歇尔模数关系从图1和图2可以看出：随着试验温度的增加，马歇尔模数呈现先上升后下降的趋势；随着试验时间的增加，马歇尔模数呈现下降趋势，且根据前期研究表明，当试验时间超过4h后，马歇尔模数会逐渐稳定。综合正交试验分析发现：影响AC-20型沥青混合料高温抗变形能力主次因素分别为水浴温度水浴时间空隙率（级配）。使AC-20型沥青混合料马歇尔模数最大组合是水浴温度为60、水浴时间为0.5h、空隙率为1.2%。5 结语通过L9（33）正交试验综合分析发现，试验温度、试验时间、空隙率共同影响沥青混合料马歇尔稳定度流值。试验温度对沥青混合料稳定度有显著（下转第90页）张 娟：纤维改性橡胶沥青混合料性能及应用研究-90-表 7 K35+121K36+121 试验路段路面性能检测结果检测项目检测结果规范要求压实度9890构造深度/mm1.020.55抗滑值（BPN）7945渗水系数/（ml min-1）35120由表7可知，试验路段K35+121K36+121段各项性能检测结果均很好地满足规范要求，各项性能优异。该新建道路全段通车后，持续对比观测了试验路段的实际路用性能，观测结果表明：通车两年内，该新建国道交通流量较大，受到了多次高温及冻融循环天气的影响，试验路段路面平整度较高，未出现车辙、裂缝等病害。而其他未掺纤维的橡胶沥青混合料路段，部分路面出现了轻微的车辙、龟裂及剥落等病害。观测结果表明：聚酯纤维的掺入可有效提高橡胶沥青混合料的性能，实际应用效果优异。4 结语（1）在橡胶沥青混合料中掺入一定量的聚酯纤维后，混合料的高低温性能、水稳定及抗疲劳性能均得到了较好地提升。（2）橡胶沥青混合料的各项路用性能随聚酯纤维掺量的增加呈先增加后降低的趋势，且均在纤维掺量为0.15%时达到最大值。（3）综合室内试验结果，具体工程应用中建议聚酯纤维的最佳掺入量取0.15%，不宜超过0.2%。（4）现场工程应用表明：纤维改性橡胶沥青路面实际路用性能优异，推广前景广阔。参考文献：1 袁之松,韩伟,吕小东.橡胶沥青AR-SMA-5配合比设计J.交通科技,2010（s1）:52-54.2 张跃峰.对改性沥青混合料中粉胶比研究初探J.山西交通科技,2003（s1）:10-12.3 杨建国.纤维加强橡胶沥青混合料路用性能试验研究J.内蒙古公路与运输,2014（2）:10-12.4 刘少鹏,黄卫东,纪淑贞.掺加纤维对橡胶沥青混合料疲劳性能的影响J.华东交通大学学报,2014（5）:6-11.5 游金梅.不同级配纤维橡胶沥青混合料路用性能研究J.公路工程，2015,40（1）:217-220.6 哈斯图雅.木质素与橡胶粉复合改性沥青混合料路用性能研究J.公路工程,2014（6）:170-174.（上接第86页）影响，其次是空隙率和试验时间；试验温度、试验时间和空隙率对流值影响程度一致。用马歇尔模数表征沥青混合料高温抗变形能力，高温抗变形能力最佳的组合是：水浴温度为60，水浴时间为0.5h，空隙率为1.2%。参考文献：1 廖伟,延喜乐,田建文,等.试件成型温度对沥青混合料马歇尔稳定度的影响J.土木工程,2017,6（5）:484-491.2 中华人民共和国行业标准.公路沥青路面施工技术规范:JTG F402004S.北京:人民交通出版社,2004.3 中华人民共和国行业标准.公路工程集料试验规程:JTG E422005S.北京:人民交通出版社,2005.4 肖华宪.AC-25C沥青混合料级配正交优化试验研究J.公路工程,2012.37（4）:247-249,252.