基于可靠度理论的沥青混合料路用性能评价指标研究

2021-05-04朝克图

内蒙古公路与运输 2021年2期

朝克图

（乌兰察布市公路工程质量监督站，内蒙古集宁 012000）

1 引言

沥青混合料路用性能检测数据受室内试验过程中混合料不均匀、人为误差、重复性误差影响，检测的数据处于一个分部区间。本文引入可靠度理论，将大量的检测结果运用可靠度理论进行分析，提出冻融劈裂强度比、稳定度、小梁弯曲强度等检测参数在不同置信区间下的值，为施工过程中内部控制提出指标要求。

2 原材料

沥青混合料混合料采用的沥青为SBS 改性沥青IC，粗集料为玄武岩，细集料为石灰岩，填料为石灰岩磨细得到的矿粉，上述材料均满足相关规范技术要求，具体检测参数见表1～表4。

表1 SBS改性沥青检测结果

表4 石灰岩细集料各档密度

3 配合比设计及检测结果

配合比采用AC-16 的级配，通过率见表5，通过对最佳油石比设计，具体检测结果见表6。

表5 AC-16试验级配

表6 混合料各类型体积指标检测结果

4 沥青混合料路用性能评价指标的概率分布特征

当前评价沥青混合料路用性能的指标主要有动稳定度、冻融劈裂强度比和小梁弯曲破坏应变三个指标，分别反映混合料的高温稳定性、水稳定性及低温抗裂性。进行混合料高温性能可靠性的分析，首先需要论证混合料各项路用性能指标的概率分布类型和变异性水平。表7 为前述资料中AC-16 混合料9 个试件的室内车辙试验、水稳定性试验及低温弯曲试验结果，主要针对动稳定度指标、冻融劈裂强度比及小梁弯曲破坏应变，试采用夏皮洛－威尔克（Shapiro-Wilk）检验法（即W检验法）检验这三个参数是否服从正态分布和对数正态分布（显著性水平α＝0.05）。

表7 AC-16型沥青混合料主要技术指标试验结果

这里n＝9，在显著性水平α＝0.05 时，查相关统计参数表可知，检验统计量W的p分位数为0.829，故用统计量W作正态性检验的拒绝域为：{W≤0.829}

4.1 动稳定度参数检验

①正态分布假设检验。为计算统计量W，通常将检验数据列成表8所示格式，第五列ak可以查阅相关的统计参数表而得到。

表8 动稳定度参数正态分布检验计算表

②对数正态分布假设检验。将动稳定度的试验结果分别取自然对数（以e=2.71828为底），并按照上述方法计算相应的统计量列于表9。

表9 动稳定度参数参数对数正态分布检验计算表

由表9中数据可知，检验统计量W＞W0.05，样本落入接受域内，故接受正态分布和对数正态分布假设，即动稳定度参数既符合正态分布也符合对数正态分布。

4.2 冻融劈裂强度比参数检验

①正态分布假设检验。按照上述方法计算相应的统计量列于表10。

表10 冻融劈裂强度比正态分布检验计算表

②对数正态分布假设检验。将相对变形指标分别取自然对数（以e=2.71828为底），并按照上述方法计算相应的统计量列于表11。

表11 冻融劈裂强度比对数正态分布检验计算表

由表11中数据可知，检验统计量W＞W0.05，样本落入接受域内，故接受正态分布和对数正态分布假设，即冻融劈裂强度比参数既符合正态分布也符合对数正态分布。

4.3 小梁弯曲破坏应变参数检验

①正态分布假设检验。按照上述方法计算相应的统计量列于表12。

②对数正态分布假设检验。按照上述方法计算相应的统计量列于表13。

表12 小梁弯曲破坏应变正态分布检验计算表

表13 小梁弯曲破坏应变对数正态分布检验计算表

由表12 中数据可知，检验统计量W＞W0.05，样本落入接受域内，故接受正态分布和对数正态分布假设，即小梁弯曲破坏应变参数既符合正态分布也符合对数正态分布。

4.4 概率分布检验小结

由上述计算可知，AC-16 改性沥青混合料路用性能试验结果进行假设检验后发现：既符合正态分布，又符合对数正态分布，见表14。

表14 检测参数变异性及概率分布汇总表（置信度α=0.05）

根据上述计算数据表明：混合料路用性能试验的指标均是既服正态分布又服从对数正态分布。通过以上试验数据进一步分析了混合料的变异系数水平。通过查阅相关文献，得出通过对数正态分布的数据更加准确，因此项目采用对数正态分布的数据进行后续可靠度分析。试验结果表明，两组动稳定度指标取对数以后的变异系数的平均值为：2.34%，标准差为0.23%；两组冻融劈裂强度比指标取对数以后的变异系数的平均值为：2.72%，标准差为0.71%；两组小梁弯曲破坏应变指标取对数以后的变异系数的平均值为：1.93%，标准差为0.01%；取一倍标准差作为两个指标变异水平的上下限。为便于工程应用，设定动稳定度、冻融劈裂强度比和小梁弯曲破坏应变指标的高、中、低的变异系数水平，见表15。

表15 AC-16路用性能指标的变异系数水平（取对数后）

5 基于概率分布与可靠度理论的沥青混合料路用性能评价标准

根据以上的分析，可以计算不同可靠度水平、不同变异水平下，混合料路用性能指标的可靠度系数K。首先设定不同道路等级的沥青混合料的高温性能可靠度水平（见表16）。根据道路等级的不同，混合料高温性能可靠度分为三级，分别为95%、90%和85%。

表16 不同道路等级指标的目标可靠度R和可靠性指标β

根据以上条件，计算不同变异系数水平下，混合料的路用性能指标的可靠度系数，见表17。

表17 混合料路用性能指标的可靠度系数K

由此可以计算出不同可靠度和变异水平下的沥青混合料路用性能控制标准，见表18。

表18 不同变异水平下混合料路用性能控制标准

根据以上分析，根据路用性能的目标值和可靠度水平、变异水平，提出不同道路等级、不同交通荷载水平下的混合料路用性能指标施工控制值的下限，见表19～表21。

表19 不同等级道路沥青混合料的动稳定度指标

表20 不同等级道路沥青混合料的冻融劈裂强度比指标

表21 不同等级道路沥青混合料的小梁弯曲破坏应变指标

表19～表21 中根据不同交通荷载水平及规范中气候分区的要求，提出动稳定度的目标值，依次为2000mm、2400mm和2800次/mm三个等级，冻融劈裂强度比目标值依次为75%、80%两个等级，小梁弯曲破坏应变目标值依次为2500με、2800με 和3000με 三个等级，然后分别计算得到不同可靠度水平和变异水平的工程控制值，该值为工程控制的下限。在实际工程中建设管理方和设计单位可根据工程性质、施工单位水平选择相应的变异水平。

表19中交通量等级按照公路和城市道路两个标准划分。对于公路标准，当遇到长大纵坡路段，沥青混合料的高温性能要求应提升1～2 等级。例如：某高速公路交通荷载属于特重三级，该高速公路经过山岭重丘区，有一段长大纵坡路段，则该路段沥青混合料的高温性能要求应按照特重二级或一级考虑。对于城市道路标准，城市道路的特重交通对应于公路的特重交通三级。对于路口和公交车站的位置，混合料的高温性能要求根据道路等级相应提高1～2级。如果是快速路或者主干道，提高2级，其余提高1级。

表19～表21 中数值主要针对上面层沥青混合料，对于中、下面层可按交通等级降1～2级处理。