烘箱养生对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响

樊宁宁

（山西路桥集团试验检测中心有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

泡沫沥青冷再生混合料由废旧沥青及水稳基层铣刨料和新沥青集料混合而成，掺入一定比例的泡沫沥青并充分拌和后，形成表面黏附有大量沥青细集料的填充料；经人工压实作用，填充料可均匀填充于粗集料孔隙间，进而形成质密的泡沫沥青冷再生混合料[1]。目前，泡沫沥青冷再生技术已被广泛应用于路面养护工程中，常用于改善沥青路面的下面层及基层结构，实现了沥青路面面层与基层的全厚式再生，极大地提高了沥青路面的养护效率，同时具有改变基层力学特性的功能，且拌和过程中无需加热集料，环保性更佳。为进一步探讨泡沫沥青冷再生混合料性能的变化规律，本文从泡沫沥青冷再生混合料的养生条件出发，拟借助单因素方差统计理论，定量判断不同温度条件下烘箱养生对其性能的影响。

1 单因素方差统计理论概述

单因素方差分析又称一维方差分析，主要用于判断在单一影响因素影响下的若干因变量的水平分组均值间的差异是否满足统计学意义[2]。假设单因素A具有r个水平，记为：A1、A2、……、Ar，不同水平相互独立，对应水平下可获取m个试验数据，假设任意Ai（i=1、2、……、r）均满足正态分布，则有式（1）成立：

2 基于单因素方差理论的养生条件对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响分析

2.1 室内加速试验设计

既有研究成果表明，养生条件对泡沫沥青冷再生混合料的性能形成至关重要，可通过室内加速养生试验明确不同养生条件对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响，室内养生试验采用烘箱提供相应的加速养生环境，试件加工成型后的压实度指标需达到98%，成型后应在室外常温环境下静置1 d[3]。试验试件各组分含量如表1。

表1 试验试件各组分含量

为对比不同温度条件下烘箱养生对泡沫沥青冷再生混合料强度、温稳性及水稳性的影响，本文选取60℃、70℃、80℃三个温度指标，烘箱养生时间均设定为24 h[4]，每个温度梯度测定3个试验数据并求均值作为最终结果取用。

2.2 泡沫沥青冷再生混合料性能试验结果

a）强度试验 泡沫沥青冷再生混合料强度通过马歇尔稳定度指标表征，试验过程按照现行的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2019）进行，按照规范要求的标准击实法成型马歇尔试件，试件直径及高度应分别满足101.6±0.2 mm、63.5±1.3 mm，试验前将标准试件置于恒温水槽中水浴30～40 min，水浴后将试件置于加载设备上，启动设备使试件受载，加载速度为50±5 mm/min，当试验荷载达到最大值的瞬间，读取试验结果[5]。强度试验结果如图1。

图1 泡沫沥青冷再生混合料强度试验结果

b）高温稳定性试验 高温稳定性试验按照现行的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2019）中要求的车辙试验进行，采用动稳定度指标表征，将试件置于车辙试验机上，试验轮走行方向需与行车方向一致，先开启变形记录仪，随即启动车辙试验机，试验轮在试件表面来回行走，试验停止标志以试验持续时间1 h或最大变形超过25 mm为准，动稳定度计算公式如式（6）[5]：

式中：DS为动稳定度，次/mm；d1为t1下的变形量，mm；d2为t2下的变形量，mm；N为试验轮反复碾压速率；C1为试验设备类型系数；C2为试件系数。

高温稳定性试验结果如图2。

图2 泡沫沥青冷再生混合料高温稳定性试验结果

c）低温稳定性试验 低温稳定性采用小梁弯曲试验对应的抗裂应变作为评价指标，试验过程按照现行的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2019）进行，弯曲试验前将试件置于-10℃±0.5℃的恒温箱中3 h以上，准确摆放试验机支座位置，支座间距控制在200±0.5 mm为宜，开启试验系统，设定加载速率为50 mm/min，设备自动记录试验数据[5]。低温稳定性试验结果如图3。

图3 泡沫沥青冷再生混合料低温稳定性试验结果

d）水稳性 水稳性通过浸水马歇尔试验测定，采用残留稳定度指标表征，试验过程按照现行的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2019）进行，浸水马歇尔试验与标准马歇尔试验类似，不同之处在于，浸水马歇尔试验前试件已在恒温水槽中水浴48 h，其他流程同上。试件残留稳定度计算公式如式（7）：

式中：MS0为试件的残留稳定度，%；MS1为试件浸水48 h后的稳定度，kN；MS为试件稳定度，kN。

低温稳定性试验结果如图4。

图4 泡沫沥青冷再生混合料水稳性试验结果

2.3 基于单因素方差理论的试验结果分析

为了准确判断泡沫沥青冷再生混合料不同性能指标受烘箱养生温度变化的影响程度，从而评价养生温度对其性能的影响规律，为室内加速养生试验的温度梯度设置提供参考；本文拟借助SPSS统计分析工具进行单因素方差分析，显著性限值为0.05[4]，分别计算不同性能指标对应的方差齐性及“事后检验”的显著性水平P。结果如表2、表3所示。

表2 方差齐性检验结果

显著性水平P均大于0.05限值，表明不同性能指标对应的方差齐性满足要求，可以进行单因素方差分析。

为具体分析养生温度变化对不同性能指标的影响情况，需分析SPSS分析结果中“事后检验”结果对应的显著性水平P。不同性能指标对应的“事后检验”结果如表3所示。

表3 不同性能指标的“事后检验”结果

据表3计算结果可知，对于泡沫沥青冷再生混合料强度指标而言，温度从60℃上升到70℃时，强度指标有显著差异，从70℃上升到80℃时，强度指标无显著差异；对于混合料高温稳定性指标而言，温度从60℃上升到70℃时，高温稳定性指标有显著差异，从70℃上升到80℃时，高温稳定性指标无显著差异；对于混合料低温稳定性指标而言，温度从60℃上升到70℃时，低温稳定性指标无显著差异，从70℃上升到80℃时，低温稳定性指标有显著差异；对于混合料水稳定性指标而言，从60℃上升到70℃再上升至80℃的整个历程中，水稳定性指标均有显著差异。

3 结语

本文基于单因素方差理论，通过显著性指标分析，明确了烘箱养生温度对泡沫沥青冷再生混合料强度、温稳性及水稳性等性能的影响规律。并得出以下结论：在60℃、70℃、80℃三个温度梯度内，强度与高温稳定性受温度梯度影响规律一致，低温稳定性随温度梯度变化规律与上述规律相反；而水稳定性受温度梯度变化的反应最灵敏。