基于变异性分析的旧沥青混合料质量控制研究

李 映

（核工业西南勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610065）

0 引言

沥青路面在自然环境与车辆荷载的长期作用下，面层沥青会逐渐老化，并产生车辙、疲劳裂缝、水毁坑槽等病害。目前，我国在对沥青路面进行维修或改造时，主要是将面层铣刨或者在原路面上加铺新的沥青面层，铣刨面层将产生大量的废旧沥青混合料。废旧沥青混合料是一种可循环利用的道路材料，若将其随意废弃，不仅浪费资源，而且因沥青不易处理，会对堆置地环境产生比较严重的破坏。

目前针对废旧沥青混合料的使用方法很多，比如：就地热再生、厂拌热再生、就地冷再生等，但沥青路面在使用过程中会发生老化，内部集料也因长期受各种荷载的挤压和冲击，导致粗集料破碎，细集料含量增加。而铣刨机在对沥青面层进行铣刨的同时，也是对结构层的二次破坏，使回收的废旧沥青混合料级配具有离散性。在对废旧沥青混合料进行回收利用的过程中，旧沥青混合料的级配也直接参与级配组成，因合成级配不可控，进而影响再生沥青混合料的路用性能。本文通过对废旧沥青混合料的级配变异情况进行研究，分析旧沥青混合料级配各档变异性，对确保合成级配稳定性具有重要作用。

1 变异性分析方法

变异系数是反映数据离散程度的绝对值，其值没有量纲，能进行客观比较，可以消除单位和平均数不同对两个或多个资料变异程度比较的影响，变异系数的计算公式为：

式中：

S——为样本标准差；

CV——变异系数，%。

在实际工程中常用标准差S来作为衡量随机变量取值均匀程度的数量指标，但并不能反映出随机变量各自取值的分散程度是否相同。因此，若要比较变量均匀程度与自身取值的相对关系，就要用变异系数来反映随机变量自身的不稳定性。

东南大学黄晓明教授在《沥青路面再生利用理论与实践》[1]中采用分计筛余标准差与分计筛余均值的比值作为变异系数，更直观地反映级配各档料的变异性大小，即：

式中：

Sj——为第j级分计筛余百分率标准差；

——为第j级分计筛余百分率；

CVj——级配第j级分计筛余变异系数。

本文的研究中采用分计筛余作为混合料变异性的研究对象。

根据文献[2]，发现再生沥青混合料与旧沥青混合料的级配变异性、掺量之间有如下关系式：

式中：

粒径为jmm矿料变异系数；

表示分档后i#的粒径为jmm的集料变异系数；

表示分档后i#的粒径为jmm集料分计筛余；

βi——混合料分档后各档掺量百分比。

2 旧沥青混合料级配及变异性分析

旧沥青混合料在再生料中随着掺配比例增加，其也应直接参与级配设计。分析旧沥青混合料的级配及变异性，可以粗略判断旧沥青混合料的级配组成与均匀性。

2.1 旧沥青混合料级配

对于处理后的旧沥青混合料，直接筛分得到的级配结果如表1、图1所示。本文选择某高速公路沥青路面上、下面层铣刨料，按照实际使用于新建沥青路面中面层为例，最终以AC-20型级配的上下限作为实际应用参考级配范围。

表1 旧沥青混合料级配通过质量百分率/%

图1 旧沥青混合料级配曲线图

根据表1、图1 可知，旧沥青混合料级配组成：0～2.36mm粒径的混合料占总量的24.83%；2.36～13.2mm粒径的混合料占比达到71.95%，而大于13.2mm粒径的混合料所占的比例为3.17%。分析表明，沥青路面经过长期作用后，其中粗集料破碎，导致中等粒径集料与细集料的含量增加，也表明铣刨后的沥青混合料级配组成不合理。

2.2 旧沥青混合料级配变异性分析

实验采用四分法进行取样，保证足量的原料以及取样的均匀性。在此基础上，计算混合料级配变异系数，结果如表2所示，旧沥青混合料级配变异曲线见图2。

根据表2、图2可以看出，沥青混合料在1.18～4.75mm范围内，其级配变异系数较小，而小于1.18mm 和大于9.5mm粒径集料的变异系数较大。可以表明：路面在使用及铣刨回收过程中，破碎严重的是粗集料，粗集料的破碎导致中粒径的集料与细集料增加，而中等粒径在旧料中占的比例更大，其变异系数相对较小。考虑到部分细集料粘附在粗型集料上，因此细集料部分的变异系数偏高，这说明在对旧沥青混合料进行利用时，需进行筛分以及做好分档，尽量多利用中粒径混合料，减少级配变异系数，以此更能保证再生沥青混合料路用性能稳定性。

表2 旧沥青混合料变异性统计表

图2 旧沥青混合料级配变异曲线

2.3 抽提后沥青混合料集料级配

考虑到实际应用过程中，集料外包裹的旧沥青将与新沥青通过再生反应一起作用于再生沥青混合料，为了研究新沥青的添加量以及再生料的级配组成，则有必要对旧沥青混合料集料级配及变异性进行分析。

通过实验处理将旧沥青混合料中的沥青与集料进行剥离，得到旧沥青混合料的级配如表3所示。

表3 抽提后混合料级配

由图3、4可知，集料的级配超过级配上限，且整体级配偏细，13.2mm 以上粒径筛孔的通过率超过95%，2.36mm孔径以上均超过级配上限值，由此表明使用后大颗粒集料基本被压碎或因铣刨和二次破碎时被细化。

由图3可知，对比未抽提处理混合料级配和抽提后集料级配，抽提处理后混合料中细集料显著增加，粗集料含量减少，结果表明旧沥青混合料中部分细集料与沥青一同粘结在粗集料中，通过离心抽提处理后，细料及粉料从沥青中分离出来。由表3及图3、4的结果表明：旧混合料的集料细化比较严重，抽提后沥青混合料的级配大致呈S型曲线，在实际应用中需对铣刨后的旧料进行分档处理，避免再生混合料级配不均匀。

图3 旧集料级配曲线

图4 铣刨原料与处理后集料级配对比

2.4 抽提后沥青混合料集料级配变异性分析

回收旧沥青混合料通常都是将整段路面旧料进行堆放，造成堆积混合料的级配存在很大的离散性，通过分析其变异特性，得到控制级配离散性措施。

由表4及图5结果显示：1.18～4.75mm粒径间的变异系数在10%～20%之间，表明该段粒径的变异性较小，集料整体级配稳定性较好；小于0.6mm的级配变异系数在20%～40.4%，变异系数较大；而大于9.5mm粒径的级配变异系数最大，其中16mm粒径的变异系数高达91.3%。结果表明：沥青路面在使用及回收过程中，混合料中粗集料的破损程度最大，导致细集料含量增加，而因为旧沥青裹覆细集料粘结在粗集料中，也导致细集料部分的变异系数偏大。

图5 旧混合料集料级配变异率曲线

表4 集料分计筛余及变异性统计表

通过对比原料级配和抽提处理后的混合料集料级配的变异系数，可以发现两者的变异规律相似，中间的级配变异系数都较小，细集料与粗集料部分的变异系数偏大。因此可以表明，在实际工程应用中对旧沥青混合料进行分档利用很有必要，可以减少级配的变异性，以及准确地使用新沥青添加比例，保证再生混合料的性能稳定性。

3 结束语

（1）通过分析旧沥青混合料以及抽提处理后的集料的分计筛余值进行变异性研究，直观地反映级配各档料的变异性大小。

（2）通过分析旧沥青混合料级配的变异性，细集料与粗集料的变异系数最大，混合料整体的变异性偏大，因此在对原路面铣刨回收后，对于旧沥青混合料应进行分档使用，根据变异性：1.18～4.75.5mm级配变异系数比较小；小于1.18mm和大于9.5mm粒径集料的变异系数较大，在实际工程使用中，可以此分为三档使用，以减少整体合成级配的变异性。