Superpave13混合料级配与构造深度关系

李志强

李志强LIZhi-qiang（山西省交通科学研究院黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室，太原030006）（KeyLaboratoryofHighwayConstruction&MaintenanceinLoessRegion，ShanxiProvincialResearchInstituteofCommunications，Taiyuan030006，China）

Abstract:AsamplewasrandomlydrawnintheprocessofaSuperpave13highwayconstructionsite,andthemixturegradationwasdeterminedthroughextractiontest.Inthenextdaythecompactiondensitywasdeterminedfromcorned,meanwhilemeasuringthetexturedepth.Therelationshipsbetweentextureandmixturegradationwasanalyzedbymultivariatenonlinearregressionmethod,andtexturedepthwasmeasuredaftertheroadwasopenedhalfofyearandayear,andthetexturedepthdecayovertimewasanalyzed.Whenthecompactionwasnormalintheconstructionprocess,gradationhasagoodcorrelationwithtexturedepth.Duetodifferenttrafficvolume,differentsectioninthesameroadhavedifferenttexturedepthdecaylaw.Toruleoutinfluencefactorsoftrafficvolumeonthedepthofstructure,texturedepthhasagoodcorrelationovertime.关键词院Superpave13混合料；构造深度（TD）；多元非线性回归模型；衰变规律Keywords:Superpave13mixture；texturedepth(TD)；multivariatenonlinearregressionmode；decaylaw中图分类号院U414文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）06-0092-031研究背景构造深度作为表征沥青、水泥路面抗滑性能的一个重要指标，尤其在水泥路面设计和验收中将构造深度作为唯一的抗滑性能评价指标[1]，可见构造深度的重要性，但是水泥路面抗滑构造深度只有当微观构造深度满足要求的前提下，才能够满足抗滑性能，而我国目前经常对水泥路面刻槽，并且将刻槽深度作为路面构造深度的一部分，导致大多数水泥路面抗滑构造深度满足规范的要求，可是在下雨天经常会造成事故的发生。沥青路面不存在路面刻槽，所以研究将抗滑构造深度作为一个评价指标并进行研究有着很异常重要的意义。

1.1国内研究情况由于抗滑性能不足引起的交通事故比比皆是，Superpave混合料以其优良的路用性能，越来越受到国内的青眯，但是在Superpave施工质量控制过程中，以体积指标控制为主，导致部分混合料在体积指标满足要求的前期下，抗滑性能有所不足，研究级配与抗滑构造深度的关系有着重要的意义。

1.2国外研究情况级配影响到沥青混合料动态模量、耐久性及宏观构造深度（MPD）[2]，宏观构造深度与路面构造深度有着很好的相关性，在混合料级配中粗集料通过嵌挤形成一定空隙的矿料间隙率（VMA），导致不同级配的混合料表面纹理有所差异，但是不同性质的集料可以在最大密度线附近使得空隙率为0，当级配原理最大密度线时，形成更大的矿料间隙率（VMA），从而形成更高的纹理粗糙度[3]。

根据研究成果，沥青含量提高将会填充更高的矿料间隙率（VMA），使得沥青路面更加光滑，抗滑性能更差。所以在研究沥青路面表面纹理与级配的过程中，必须分析沥青含量对表面纹理的影响。为今后Superpave13混合料抗滑性能设计提供依据。

2Matlab多元非线性回归模型Matlab是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括Matlab和Simulink两大部分。能够对给定的数据矩阵按照实际函数进行数据拟合，在本论文中对路面构造深度与级配曲线在相应筛孔下的通过率进行多元非线性回归模型的拟合[4]。

3Superpave13沥青混合料构造深度与级配的关系为研究级配与构造深度的关系，在A、B、C、D、E、F六个标段Superpave13混合料施工过程中现场随机取样，在实验室用通过抽提试验得到各筛孔通过率和沥青含量，并且第二天在相应取样路段使用铺砂法测得构造深度，现场取芯分析压实度[5]，试验结果见表1、表2。

通过多元非线性回归模型建立各筛孔通过率与离开最大密度线的加权平均值，公式如下：E=移蓸MSaxivASgg蔀0.45蓸嗓蓘伊100蓡-%pass瑟伊SivS蔀其中：E—距离最大密度线的加权平均值；SviS—筛孔直径；SviS—集料最大粒径；%pass—各筛孔通过率。

按照分析结果路面构造深度与级配和沥青含量有关，通过多元非线性回归模型建立路面平均断面深度与距离最大密度线的加权平均值、沥青含量的关系如下TD=0.025E2+0.037E-0.0265Pb+0.052其中：TD—路面构造深度；Pb—沥青含量通过上述对各标段的构造深度预测结果见表3、图1。

由上述结果分析可以得知，各标段路面构造深度实测值与预测值相关性不是很大，这是由于A标在施工过程中，现场压实度不足造成的，根据施工技术指标意见，现场压实度需要达到97%，即孔隙率不能超过7%，A标现场取芯空隙率达到8.8%。排除A标，对其余各标结果分析见图2。

由图2分析可以得知，通过集料级配和沥青含量可以很好的预测Superpave13混合料施工现场的构造深度，为沥青混合料抗滑性能设计提供依据。

4Superpave13沥青混合料构造深度随时间衰变规律为了研究沥青混合料在运营过程中路面构造深度变化情况，在路段通车半年和一年后，通过铺砂法对各标段路面构造深度进行实测结果见表4、图3。

根据上述分析可以得知，各路段在运营半年后，构造深度明显下降，主要是由于车辆的压实造成的，在运营半年到一年的时间内构造深度下降较为缓和。

B标段在路面通车半年后，部分路段构造深度下降明显，抗滑性能严重不足，由于B标在设计施工阶段路面抗滑构造深度不是很好，在经过半年的运营后，路面进一步的压实以及重载车辆较多造成严重的磨损。针对抗滑构造深度B标在对路表进行过微表处理使得构造深度在运营一年后有着明显的提高。

E处于交通重载路段，在通车半年后构造深度急剧下降，半年到一年的时间内构造深度降低变缓。

为了研究构造深度随时间的变化规律，运用Matlab分别对C、D、E、F四个标段构造深度随时间的变化进行了拟合，拟合方程及相关性系数如图4~图7。

根据上述分析结果，E标所处路段交通量较大，造成E标构造深度衰变较快，回归模型与其余各标区别较大。

其余各标受级配类型、沥青含量等的影响，衰变模型中各参数有所差异，难以通过同一模型预测不同路段摩擦系数的衰变规律。F标初始构造深度最大，经过一年的通车运营后，构造深度仍为最大，C、D标初始构造深度与通车运行一年后的构造深度差别不是很大。

所以在Superpave13混合料设计过程中运用构造深度与级配、沥青含量的关系，通过调整级配提高沥青混合料的初始构造深度，以满足沥青路面抗滑性能，但是考虑到构造深度的提高可能会导致路面孔隙率过大以及施工过程中路面的压实情况，孔隙率过大将会使得路面抗水损坏性能降低，使得沥青路面早期出现松散、裂缝等病害，所以研究Superpave13混合料构造深度与空隙率的关系、以及构造深度对路用性能的影响有着重要的意义。

5结论通过研究Superapve13混合料构造深度与级配、沥青含量的关系，以及构造深度衰变规律可以得知：淤路面初始构造深度受集料级配、沥青含量和现场压实度的影响，当压实度不足时会造成路面实测构造深度与理论计算值间的差异。

于路面构造深度与沥青混合料级配及沥青含量有着很好的相关性。通过级配距离加权平均值、沥青含量能够很好的预测沥青混合料路面构造深度。

盂路面构造深度衰变规律与初始构造深度、交通量等因素有关，不同路段构造深度衰变模型参数有所差异，难以用同一衰变模型对不同路段构造深度衰变规律进行预测。

榆在Superpave13混合料设计过程中，根据构造深度与级配、沥青含量的关系，可以适当的提高路面初始构造深度，以满足路面抗滑性能。

参考文献院[1]JTGF80/1-2004，公路工程质量检验评定标准[S].第一册，土建工程.[2]SullivanBWAFundamentalApproachtoSkidResistanceUsingIFI[R],1stAnnualFrictionTestingWorkshop,SACL,Sydney,2003.[3]Epps,A.L.,andA.J.Hand.CoarseSuperpaveMixtureSensitivity[R].Presentedatthe79thAnnualMeetingoftheTransportationResearchBoard,2000.[4]董大校.基于Matlab的多元非线性回归模型[J].云南师范大学学报，2009（3）：45-48.[5]JTGF60-2009，公路路基路面现场测试规程[S].