慈 平

(中國鐵道科學(xué)研究院深圳研究設(shè)計(jì)院，廣東深圳518034)

利用瀝青混凝土作為工程結(jié)構(gòu)的防滲體是解決滲透的一種較好的方法[1]。目前在各類工程中主要有碾壓式瀝青混凝土和澆筑式瀝青混凝土兩種施工工藝，碾壓式瀝青混凝土應(yīng)用較為成熟，但不足之處在于施工受環(huán)境溫度的影響;澆筑式瀝青混凝土是在高溫狀態(tài)下(約160℃ ～180℃)進(jìn)行拌合[2]，混合料攤鋪時(shí)流動(dòng)性大，依靠自身的流動(dòng)性攤鋪成型，無須碾壓，瀝青、礦粉含量較大，孔隙率小于1%，基本上不透水，耐腐蝕性強(qiáng)，耐冰凍破壞能力強(qiáng)，低溫時(shí)不易產(chǎn)生裂紋，施工時(shí)無需碾壓，可以在低溫環(huán)境下進(jìn)行施工[3]，是一種耐久性較強(qiáng)的瀝青混合物。合理地選擇配合比參數(shù)和正確地進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)是應(yīng)用澆筑式混凝土的一個(gè)重要前提，本文通過正交設(shè)計(jì)的方法對(duì)某澆筑式瀝青混凝土進(jìn)行了配合比試驗(yàn)。

1 正交設(shè)計(jì)法

在進(jìn)行澆筑式瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，由于影響配合比設(shè)計(jì)的因素較多、量測(cè)數(shù)據(jù)離散、試驗(yàn)工作繁重，如果試驗(yàn)安排的不科學(xué)，往往做了大量試驗(yàn)還得不到預(yù)期的效果，勞而無功。而正交設(shè)計(jì)正是一種研究多因素多水平的數(shù)學(xué)方法[4]，它是根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些有代表性的點(diǎn)具備了“均勻分散，齊整可比”的特點(diǎn)。因此，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法是設(shè)計(jì)的主要方法，是一種高效率、快速、經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。

2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 影響因素

影響澆筑式瀝青混凝土性能的因素主要有礦料級(jí)配、填料用量和瀝青用量。良好的礦料級(jí)配，應(yīng)該使礦料的孔隙率最小，又具有結(jié)構(gòu)瀝青能充分裹覆骨料的表面積，以保證礦料顆粒之間處于最緊密的狀態(tài)，并為礦料與瀝青之間交互作用創(chuàng)造良好條件，從而依此配制的瀝青混凝土能最大限度地發(fā)揮其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的效能，綜合技術(shù)性能優(yōu)良;填料不僅可以在礦料中起到填充密實(shí)作用，而且對(duì)瀝青混凝土的力學(xué)性能、流變性能以及感溫性等方面產(chǎn)生重要的影響作用，當(dāng)填料品質(zhì)已控制的情況下，填料用量會(huì)直接影響到瀝青混凝土的強(qiáng)度性能、變形性能、耐久性及施工和易性，因此確定最佳的填料用量是瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)的一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵;瀝青用量(或稱油石比)指瀝青材料質(zhì)量與礦料總質(zhì)量的比率，瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一就是確定最適宜的瀝青用量，使瀝青既能充分裹覆礦料顆粒，又不致有過多的自由瀝青。

2.2 參數(shù)選擇

表1 因素水平表Tab.1 Level of factor

表2 正交試驗(yàn)表Tab.2 Orthogonal experiment table

針對(duì)三因素、三水平的常規(guī)試驗(yàn)組數(shù)為27組。本次試驗(yàn)方案采用正交設(shè)計(jì)的方法[5－6]，選用L9(34)正交表來安排實(shí)驗(yàn)方案，選擇三種不同的油石比、三種不同的填料用量以及三種骨料級(jí)配指數(shù)，共組成9種配合比進(jìn)行試驗(yàn)，研究各因素在馬歇爾試驗(yàn)中對(duì)瀝青混凝土的孔隙率、穩(wěn)定度和流值的影響，試驗(yàn)用因素水平見表1，正交試驗(yàn)表見表2。

2.3 正交分析

上述9組配合比以馬歇爾試驗(yàn)測(cè)定的孔隙率、穩(wěn)定度及流值等技術(shù)指標(biāo)為考核指標(biāo)[7]，分別進(jìn)行極差分析和方差分析，以揭示各因素對(duì)考核指標(biāo)的影響規(guī)律，并依此作為選擇該瀝青混凝土最佳配合比的依據(jù)。

由表2及圖1進(jìn)行極差分析可得出:以孔隙率為考核指標(biāo)，級(jí)配指數(shù)的影響較大，隨著級(jí)配指數(shù)的遞增，孔隙率遞減，瀝青用量對(duì)其影響甚小，瀝青用量增至6.6%以后，孔隙率稍有增大且呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢(shì)。填料用量在試驗(yàn)水平范圍內(nèi)取值，幾乎對(duì)孔隙率無影響。

以流值為考核指標(biāo)，各因素對(duì)其影響程度由大到小的次序是，級(jí)配指數(shù)→瀝青用量→填料用量，隨著各因素水平遞增，流值都呈遞增趨勢(shì);這種趨勢(shì)對(duì)級(jí)配指數(shù)、填料用量兩因素呈漸近平穩(wěn)之勢(shì)，而對(duì)瀝青用量因素呈逐漸加劇之勢(shì)。

以穩(wěn)定度為考核指標(biāo)，各因素對(duì)其影響程度的排序仍然是級(jí)配指數(shù)→瀝青用量→填料用量，隨著各因素水平值遞增，穩(wěn)定度都呈遞減趨勢(shì)，這種趨勢(shì)對(duì)級(jí)配指數(shù)、瀝青用量兩因素呈漸近平穩(wěn)之勢(shì)。

方差分析結(jié)果見表3、表4、表5。由方差分析得出各因素對(duì)孔隙率、流值、穩(wěn)定度三項(xiàng)技術(shù)性能的影響大小排序，級(jí)配指數(shù)→瀝青用量→填料用量，這與極差分析的結(jié)果相一致。

級(jí)配指數(shù)對(duì)孔隙率的影響顯著，隨著級(jí)配指數(shù)的遞增，孔隙率遞減，對(duì)流值、穩(wěn)定度的影響不顯著，且影響程度相近。

表3 孔隙率方差分析表Tab.3 The table of variance analysis of porosity

表4 流值方差分析表Tab.4 The table of variance analysis of flow estimate

表5 穩(wěn)定度方差分析表Tab.5 The table of variance analysis of stability

瀝青用量、填料用量對(duì)孔隙率、流值及穩(wěn)定度三項(xiàng)性能的影響不顯著，雖然如此，各性能受兩因素影響的次序當(dāng)是:穩(wěn)定度→流值→孔隙率，二者對(duì)流值的影響程度相差無幾。

3 結(jié)論

1)由方差分析的觀點(diǎn)，在配合比參數(shù)的選取上只需對(duì)顯著的因素選擇最優(yōu)水平就行，不顯著的因素，原則上可選在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)的任意一個(gè)水平。對(duì)孔隙率而言，級(jí)配指數(shù)是有顯著影響的因素，為使孔隙率達(dá)到較小值，其取0.42是最優(yōu)水平，而瀝青用量和填料用量的取值對(duì)孔隙率的影響甚微。

2)從極差分析可見，為使瀝青混凝土的流值達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，瀝青用量應(yīng)稍高于6.9%;同時(shí)填料用量也應(yīng)稍高于15%，這樣既有助于流值的提高，也可得證瀝青混凝土中有足夠的結(jié)構(gòu)瀝青數(shù)量，以使穩(wěn)定度不致于因?yàn)r青用量的增加而降低過多，仍能滿足穩(wěn)定度設(shè)計(jì)值的要求。

[1]祁世京，關(guān)志誠.土石壩澆筑式瀝青混凝土防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究綜合報(bào)告[R].水利部東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，1999，10.

[2]SL501－2010，土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]崔金鐵.土石壩澆筑式瀝青混凝土心墻設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究[D].大連:大連理工大學(xué)，2002.

[4]盧瑞珍.混凝土試驗(yàn)設(shè)計(jì)與質(zhì)量管理[M].上海:上海交通大學(xué)出版社，1985.

[5]蔡正泳，王足獻(xiàn).正交設(shè)計(jì)在混凝土中得應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1985.

[6]DL/T5144－2001，水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].

[7]DL/T5362－2006，水工瀝青混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].