公路沥青路面集料级配波动范围控制指标研究

2020-10-29

中国建材科技 2020年2期

（甘肃路桥建设集团有限公司，甘肃兰州 730030）

0 引言

集料作为沥青混凝土路面的主要组成部分，其质量直接决定着沥青混凝土路面性能的优劣。集料性能通常从“资源特性”和“加工特性”两方面去判断，“资源特性”主要指加工集料的宕口岩石自身的天然特性，如集料表观密度、吸水率、压碎值、岩石单轴抗压强度等。“加工特性”主要指对宕口岩石加工为集料过程中形成的性能，如集料级配组成、棱角性、针片状颗粒含量、0.075mm以下粉尘含量等。但二者之间又具有一定的联系，集料“资源特性”一定程度上决定着“加工特性”，而不同的加工工艺又可以使得具有相同“资源特性”的集料加工后具有不同的“加工特性”。目前，全国行业规范和各省地方标准都对集料质量“资源特性”和“加工特性”做出了明确要求，但忽视了集料质量波动性问题，越来越多的科技和技术人员注意到集料质量稳定对于沥青混凝土质量的重要性。尤其是在施工过程中检测发现，宕口确定后集料“资源特性”基本趋于稳定，而“加工特性”中针片状、棱角性都基本稳定，变化较大的是集料级配组成，因此有必要对集料级配稳定性进行研究，确定相关控制指标，保证集料和沥青混凝土质量。

1 单粒径集料级配变异性分析

对某集料生产厂生产的公路沥青路面用各规格集料10～15mm、5～10mm、3～5mm和0～3mm取样检测，计算和分析各单粒径集料在每个筛孔处标准差及变异系数，结果见表1～表4。

从表1～表4可以看出，四种规格的单粒径集料标准差和变异系数变化规律不同：各档集料随着筛孔尺寸的逐渐减小，标准差基本是先增大后减小，而变异系数逐渐增大。这主要是由于随着筛孔尺寸减小，各档集料的通过率均值逐渐减小。由于标准差主要针对量纲一致的数据进行变异性分析，变异系数主要针对量纲不一致的数据进行分析，因此对单粒径集料级配变异性应采用标准差进行分析。

表1 10～15mm规格集料计算结果

表2 5～10mm规格集料计算结果

表3 3～5mm规格集料计算结果

表4 0～3mm规格集料计算结果

分析各档集料标准差最大的筛孔，10-15mm规格集料为13.2mm，5-10mm规格集料为4.75mm，3-5mm规格集料为4.75mm，0-3mm规格集料为0.6mm。相关研究表明，集料级配变异性服从正态分布，可依据正态分布标准差确定单粒径集料级配的变异性控制指标[1]。

2 基于变异性的集料质量控制指标

单粒径集料的级配变异性与沥青混合料矿料级配变异性存在着相关性，单粒径集料级配稳定则沥青混合料矿料级配稳定，单粒径集料级配变异性大则沥青混合料矿料级配变异性大[2]。矿料级配的变异直接决定着沥青混合料生产过程中矿料级配波动程度的大小，会导致沥青混合料实际生产配合比偏离目标配合比，引发沥青混凝土路面出现早期病害。现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）[3]对单粒径集料级配做出了详细要求，同时对沥青混合料生产过程中的矿料级配变异性也进行了具体要求。但从数据分析可以发现，沥青混合料配合比确定后，满足规范对单粒径集料级配要求时，不一定满足规范对沥青混合料生产过程中的矿料级配变异性的要求。另外，《甘肃省高等级公路沥青路面施工质量变异性研究》[4]表明：按照规范对沥青混合料生产过程中的矿料级配变异性进行控制时，有可能出现满足规范对沥青混合料生产过程中矿料级配变异性的要求，但不能满足沥青混合料性能指标的要求。针对这一问题，提出了考虑变异性的沥青混合料配合比设计方法。而单粒径集料的级配变异性又是沥青混合料矿料级配变异性的主要源头之一，因此，有必要对单粒径集料的变异性进行具体要求。

根据上述可知，单粒径集料级配变异性符合正态分布，可以根据数据统计计算各档集料变异性最大的筛孔。《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）[5]要求：选定目标级配后，应当对各档材料进行筛分，确定平均筛分曲线，并按2倍标准差计算出各档材料筛分级配的波动范围。同理，对单粒径集料筛分确定平均筛分曲线及标准差，再应用2σ准则计算控制指标。这就使得单粒径集料级配波动控制在一定范围内，从而将沥青混合料矿料级配波动范围控制在一定范围内，保证沥青混合料生产质量的稳定，同时也为沥青混合料配合比设计提供依据和参考。

根据前述统计数据计算可知，10～15mm规格集料变异性最大筛孔为9.5mm，5～10mm规格集料变异性最大筛孔为9.5mm，3～5mm规格集料变异性最大筛孔为4.75mm，0～3mm规格集料变异性最大筛孔0.6mm。2σ准则计算级配波动范围控制指标见表5。