吳應(yīng)升，何琦琪

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029)

橡膠瀝青混合料高溫性能影響因素敏感性分析

吳應(yīng)升，何琦琪

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029)

文章應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析理論，分別從膠結(jié)料和級(jí)配、油石比及空隙率兩個(gè)角度對(duì)橡膠瀝青混合料高溫性能影響因素進(jìn)行敏感性分析，找出評(píng)價(jià)橡膠瀝青混合料高溫性能的主要指標(biāo)，為高溫地區(qū)選擇橡膠瀝青混合料提供參考。研究結(jié)果表明，膠結(jié)料中的橡膠瀝青的177 ℃粘度與級(jí)配中的9.5mm篩孔通過(guò)率和車轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)聯(lián)程度最好，與實(shí)際情況基本吻合，說(shuō)明灰色關(guān)聯(lián)度分析方法是一種簡(jiǎn)單有效的分析橡膠瀝青混合料高溫性能影響因素的方法。

橡膠瀝青混合料；灰色關(guān)聯(lián)分析；高溫性能；動(dòng)穩(wěn)定度；影響因素；敏感性分析

0 引言

近年來(lái)，橡膠瀝青混合料由于其優(yōu)越的環(huán)保性能以及良好的高溫穩(wěn)定性，已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外某些道路工程[1]。橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性習(xí)慣上是指其于高溫條件時(shí)在行車荷載反復(fù)作用下抵抗永久變形的能力[2]，作為橡膠瀝青混合料路面抵抗車轍破壞的主要路用性能，目前還缺乏對(duì)其影響因素的系統(tǒng)性研究。因此，為橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性選擇科學(xué)合理的影響因素，將對(duì)改善其高溫穩(wěn)定性能，延長(zhǎng)其路面使用壽命具有十分重要的意義。目前研究混合料高溫穩(wěn)定性的試驗(yàn)方法主要有：?jiǎn)屋S高溫蠕變?cè)囼?yàn)(無(wú)側(cè)限)、車轍試驗(yàn)以及SHRP-Superpave設(shè)計(jì)中評(píng)價(jià)混合料高溫性能的體積指標(biāo)試驗(yàn)等[3]，其主要影響因素有：橡膠瀝青的25 ℃針入度、軟化點(diǎn)、177 ℃粘度、膠粉細(xì)度、膠粉摻量、集料級(jí)配、油石比、空隙率、行車速率、累積變形量、最大永久變形量、蠕變斜率以及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)等[4，5，6]。本文擬采用車轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，利用灰色關(guān)聯(lián)度方法分別分析橡膠瀝青的25 ℃針入度、軟化點(diǎn)、177 ℃粘度、膠粉細(xì)度、膠粉摻量與其混合料的動(dòng)穩(wěn)定度的敏感性以及集料級(jí)配、油石比、空隙率與其混合料的動(dòng)穩(wěn)定度的敏感性。該研究成果對(duì)橡膠瀝青混合料的設(shè)計(jì)與施工具有指導(dǎo)作用。

1 灰色關(guān)聯(lián)度分析理論

灰色系統(tǒng)理論是鄧聚龍于1982年提出的一種新系統(tǒng)理論?；疑P(guān)聯(lián)度分析方法作為一種系統(tǒng)分析技術(shù)，是根據(jù)事物之間的發(fā)展趨勢(shì)的相似或相異程度，來(lái)衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的方法，其主要內(nèi)容是以分析系統(tǒng)中主行為因子與相關(guān)行為因子的關(guān)系密切程度，從而判斷引起該系統(tǒng)發(fā)展的主要因素和次要因素，其主要步驟如下[7]。

(1)第1步：確定參考數(shù)列X0={X0(k)|k=1，2，…，n}；

(2)第2步：確定比較數(shù)列Xi={Xi(k)|k=1，2，…，n}；

(3)第3步：將上述數(shù)列均值化處理：

(4)第4步：各指標(biāo)比較數(shù)列和參考數(shù)列的關(guān)聯(lián)系數(shù)：

其中：Δi(k)=|Y0(K)-Yi(K)|；e為分辨系數(shù)，一般e∈(0，1)，通常取值為0.5；

(6)第6步：關(guān)聯(lián)度按大小排序：Xi與X0的關(guān)聯(lián)度ri越大，Xi與X0發(fā)展趨勢(shì)越接近。

2 橡膠瀝青混合料高溫性能影響分析

2.1 膠結(jié)料對(duì)高溫性能的影響

橡膠瀝青混合料是由橡膠瀝青與集料經(jīng)過(guò)十分復(fù)雜的物理和化學(xué)作用之后形成的高強(qiáng)度混合物。膠結(jié)料主要作用于集料的孔隙中，使其粘結(jié)成具有足夠強(qiáng)度和剛度的整體。為了研究膠結(jié)料對(duì)混合料高溫性能的影響，本文將在文獻(xiàn)[4]中膠結(jié)料對(duì)車轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度影響的試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，利用灰色關(guān)聯(lián)度方法分析橡膠瀝青的25 ℃針入度、軟化點(diǎn)、177 ℃粘度、膠粉細(xì)度及膠粉摻量對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度的敏感性。其試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度分析理論，此次分析把動(dòng)穩(wěn)定度作為參考數(shù)列，把25 ℃針入度、軟化點(diǎn)、177 ℃粘度、膠粉細(xì)度及膠粉摻量作為比較數(shù)列。將表1的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)度處理之后，分別得到各指標(biāo)與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度，其結(jié)果如下頁(yè)表2所示。

從表2的分析結(jié)果來(lái)看，177 ℃粘度與車轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)聯(lián)程度最好，其次是軟化點(diǎn)、膠粉摻量、25 ℃針入度，膠粉細(xì)度對(duì)其影響最低，因此橡膠瀝青的177 ℃粘度和軟化點(diǎn)可作為橡膠瀝青混合料的高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，膠粉摻量與橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度也具有良好的相關(guān)性。此結(jié)論基本上與楊戈、張海晨等[8，9]的分析一致。

表1 膠結(jié)料對(duì)橡膠瀝青混合料高溫性能影響指標(biāo)表

表2 膠結(jié)料各指標(biāo)與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度表

2.2 級(jí)配、油石比及空隙率對(duì)高溫性能的影響

進(jìn)一步分析其他因素對(duì)橡膠瀝青混合料高溫性能的影響。從其組成結(jié)構(gòu)來(lái)看，除了膠結(jié)料對(duì)橡膠瀝青混合料高溫性能有影響外，集料的級(jí)配、混合料的油石比及空隙率均有可能對(duì)其高溫性能產(chǎn)生影響。下面本文將在文獻(xiàn)[4]中集料級(jí)配、油石比及空隙率對(duì)車轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度影響的試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，利用灰色關(guān)聯(lián)度方法分析集料級(jí)配、油石比及空隙率對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度的敏感性。其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 級(jí)配、油石比及空隙率對(duì)橡膠瀝青

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度分析理論，此次分析把動(dòng)穩(wěn)定度作為參考數(shù)列，把級(jí)配、油石比及空隙率作為比較數(shù)列。將表3的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)度處理之后，分別得到各指標(biāo)與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度，其結(jié)果如表4所示。

從表4的分析結(jié)果來(lái)看，9.5mm篩孔通過(guò)率與車轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)聯(lián)程度最好，其次是空隙率、4.75mm篩孔通過(guò)率、2.36mm篩孔通過(guò)率，油石比對(duì)其影響最低，這說(shuō)明橡膠瀝青的9.5mm孔徑通過(guò)率是影響橡膠瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的主要因素，9.5mm孔徑通過(guò)率越大，其集料中粗集料越少，集料與集料間難已形成骨架，橡膠瀝青混合料高溫性能越差。

表4 級(jí)配、油石比及空隙率與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度表

3 結(jié)語(yǔ)

本文應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度方法分析了橡膠瀝青混合料高溫性能的影響因素，主要研究成果如下：

(1)利用灰色關(guān)聯(lián)度方法對(duì)橡膠瀝青混合料高溫性能的影響因素進(jìn)行分析，其結(jié)論基本與實(shí)際吻合，為分析橡膠瀝青混合料高溫性能的影響因素提供了一種新的可靠方法。

(2)膠結(jié)料對(duì)橡膠瀝青混合料高溫性能的影響大小依次是：177 ℃粘度最大，軟化點(diǎn)次之，膠粉摻量和25 ℃針入度再次之，膠粉細(xì)度最小。這將為改善膠結(jié)料的性能、提高橡膠瀝青混合料高溫性能提供一定的指導(dǎo)作用。

(3)級(jí)配、油石比及空隙率對(duì)橡膠瀝青混合料高溫性能的影響大小依次是：9.5mm篩孔通過(guò)率最大，空隙率次之，4.75mm篩孔通過(guò)率和2.36mm篩孔通過(guò)率再次之，油石比最小。

[1]王旭東，李美江，路凱冀.橡膠瀝青及混凝土應(yīng)用成套技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]岳學(xué)軍，黃曉明.瀝青混合料高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)的試驗(yàn)研究[J].公路交通科技，2006，23(10)：37-40.

[4]黃衛(wèi)東，王 偉，黃 巖，等.橡膠瀝青混合料高溫穩(wěn)定性影響因素試驗(yàn)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，38(7)：1023-1028.

[5]陳忠達(dá)，袁萬(wàn)杰，薛 航，等.瀝青混合料高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006，26(5)：1-4.

[6]栗 威，黃美燕，魏建國(guó).瀝青道面高溫抗車轍性能評(píng)價(jià)指標(biāo)[J].長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，10(4)：9-16.

[7]鄧聚龍.灰色系統(tǒng)基本方法[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，1987.

[8]楊 戈，黃衛(wèi)東，李彥偉，等.橡膠瀝青混合料高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的試驗(yàn)研究[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2010，13(6)：753-758.

[9]彌海晨，胡 苗，祁 峰，等.橡膠瀝青結(jié)合料對(duì)混合料高溫抗車轍性能的影響[J].中外公路，2011，31(1)：203-204.

Sensitivity Analysis of High-temperature Performance Influencing Factor for Rubber Asphalt Mixtures

WU Ying-sheng，HE Qi-qi

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

By using the gray correlation analysis theory，this article conducted the sensitivity analysis on high-temperature performance influencing factors of rubber asphalt mixtures respectively from the perspectives of binder material and grading as well as bitumen aggregate ratio and porosity ratio，and identified the main indicators to evaluate the high temperature properties of rubber asphalt mixtures，thereby providing the ref-erence for selecting the rubber asphalt mixtures in high temperature areas.The study results showed that the 177 ℃ viscosity of rubber cement in binder material and the 9.5 mm sieve through rate in the grading has the best correlation with the dynamic stability of rutting test，which is consistent with the actual situation，indi-cating that the gray correlation analysis is a simple and effective method to analyze the high temperature performance influencing factors of rubber asphalt mixtures.

Rubber asphalt mixture；Gray correlation analysis；High temperature performance；Dynamic stability；Influencing factors；Sensitivity analysis

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.04.005

1673-4874(2015)04-0018-03

2015-03-06

吳應(yīng)升，工程師，主要從事道路與橋梁設(shè)計(jì)研究工作。