变异系数越大说明什么（沥青路面施工原材变异性分析）

    目前，我国高速公路沥青路面普遍达不到设计使用寿命，施工后沥青路面易发生早期破坏，严重影响行车舒适性和安全性，同时也造成资金大量损失，造成不良的社会影响。路面早期破坏或耐久性不足与许多因素有关，如交通超、重载、特殊的地质和气候条件等，但从沥青路面早期损坏的现状分析，大部分是因为路面施工质量不均匀而造成的局部损坏。尽管路面损坏的影响因素众多，但路面局部损坏的普遍性也说明施工质量存在的变异性。

    众所周知，沥青路面使用材料较多，施工工艺也不尽相同，各高速公路因其所处地理位置、气候条件的不同，施工过程中原材料质量存在较大的变异性，这些直接影响沥青路面的施工质量。加上路面检测结果的滞后性，上述因素对路面造成后果均无法补救。因此，采取积极有效的预防措施减少路面工程施工质量的变异性是解决路面局部损坏、保证路面施工质量均匀性的重要途径。

    研究方法

    本文以沥青混合料施工中原材料的变异性分析及质量控制为核心，对沥青及集料两种重要的原材料进行分析。其中沥青质量的变异性分析，主要分析沥青针入度、软化点、延度3大指标;集料质量的变异性分析，主要分析原材料的级配情况。

    在大量试验研究和现场测试的基础上，利用统计分析技术，分析技术参数的变异性，最终得出影响沥青混合料原材料变异性的影响因素，为提高沥青路面施工水平提供指导。

    原材料的变异性分析及质量控制

    沥青材料的变异性分析

    在沥青路面施工中，沥青针入度、软化点、延度3大指标是常用的检验指标。其中针入度为我国沥青的分级标准，软化点为沥青高温性能指标，而延度则主要体现沥青的低温抗拉伸性能。所选原材料为SBS改性沥青。

    可以看出，SBS改性沥青的软化点的变异系数为2.72%，5℃延度的变异系数为4.69%，针入度的变异系数为9.68%。其中软化点的变异系数最小，针入度变异系数最大。对于3种试验的精度，《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052—2000)规定为，对延度试验结果小于100cm时，重复性试验的允许差为平均值的20%;对针入度试验结果等于或大于50时，重复性试验的允许差为平均值的4%;对软化点试验结果等于或大于80℃时，重复性试验的允许差为2℃。因此，对软化点的检测数据，一般在平均值的±2℃内，其本身变异范围就很小，在实际检测中，数据范围为75.1～81.7℃，稍稍超出变异范围，基本处于可以控制的范畴。而延度，因其允许误差范围较大，为平均值的20%，虽然变异系数较大，但其数据范围在38.6～44.2cm之间，处于规范接受的范围。3大指标中，变异性最大的为针入度，基本处于不可控制的范围，其数据范围为50.4～64.5(0.01mm)，按照规范的要求，检测数据为不合格。其原因可能为部分检测样本的SBS改性沥青发生离析，或试验中人为操作误差。

    沥青材料变异性影响因素

    (1)改性生产工艺。SBS改性沥青生产的原材料及工艺决定了改性沥青的品质，在生产中，SBS改性剂的掺配比例是否合格，对SBS改性沥青的质量有着十分重要的影响。从本次试验的针入度数据可以看到，不同批次的改性沥青的针入度变异性最大，这与SBS改性剂的掺量有着密切的关系，SBS改性剂掺量减少，其针入度变大，软化点降低，同时5℃延度变小。由于SBS改性剂掺量的不稳定引起了沥青3大指标的变异。

    (2)贮存条件。改性沥青生产之后，直至拌制沥青混合料之前，一直装在保温的沥青罐内，沥青的贮存、运输、直至存储油罐内预热、拌合等过程，往往经历很长时间。在这个时间内，受热使沥青发生老化，使沥青中的轻质油分不断挥发，进而沥青变硬变脆，粘结性降低，导致沥青3大指标的变异性增大。对于SBS改性沥青，由于其黏韧性较普通基质沥青大，贮存温度比普通沥青高10～20℃，长时间的贮存使得沥青老化的机会加剧。

    储罐表面的沥青与空气接触，与空气中的氧气会发生一些聚合反应;沥青在管道内不断运行并由储罐顶处洒落到罐内时，沥青的表面积极大，沥青将发生氧化反应;所有的这些将引起沥青老化，导致沥青3大指标的变异性增大。

    (3)试验精度:

    ①针入度试验。针入度试验是道路沥青最基本的试验，但在沥青路面施工中，其试验精度经常达不到要求。这与试验人员的素质及操作熟练程度、温度控制精度、针入度仪器的精度、针入度模灌制时混入气泡，试样保温时间不够等都有关系。为了尽量减小针入度试验的误差，减少人为因素的影响，采用质量好、使用方便的自动针入度仪及自动控制的恒温设备和标准温度计都是非常必要的。

    ②软化点试验。软化点试验同针入度试验相比，操作相对容易一些，但在仪器选用、试验条件方面也必须严格控制，注意仪器的规范性、水温及温度上升的速率、温度控制的准确性、试样灌注饱满度等，否则试验数据也缺乏准确性，影响软化点试验的精度。

    ③延度试验。在沥青3大指标试验中，延度试验最为简便易行，但在试验中应注重试模灌注饱满度及规范性、试验温度的控制精度和拉伸速度的规范性等。

    集料的变异性分析及其质量控制

    集料含量占混合料质量的90%以上，在沥青混合料形成骨架的作用，是沥青混合料力学性能的主要来源也是影响沥青路面质量的重要因素。集料通常以粒径4.75mm或2.36mm为界分为粗集料与细集料。集料级配是影响沥青混合料质量的一项重要指标，《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40－2004)对集料粒径规格有所要求，但规范对集料级配的要求是非常宽松的，无法从根本上控制集料的级配。

    对依托工程的3种原材料(10～15mm、5～10mm、0～5mm)按照四分法取得规范规定的最小用量，然后进行筛分试验，检测数据统计如表2所示。

    可以看出，10～15mm规格集料的各筛孔通过率的变异系数是1.14～36.22;5～10mm规格集料的各筛孔通过率的变异系数是4.08～47.0;0～5mm规格集料的各筛孔通过率的变异系数是1.49～20.42。整体来看，粗集料的变异系数大于细集料的变异系数。从试验数据可以明显看出，对于同一规格的集料，筛孔尺寸越小，变异系数就越大，并且作为筛分每个规格集料底筛的9.5mm、4.75mm、0.075mm筛孔，3种规格集料的变异系数达到了36.22、47.0、18.33。然而对于最大尺寸的筛孔，3种规格集料的变异系数均小于5。根据粗细集料的分界筛孔4.75mm划分，10～15mm与5～10mm两种规格的集料属于粗集料，0～5mm规格的集料属于细集料。从试验数据可以看出，粗集料的变异系数明显大于细集料，在本次依托工程中，由于细集料占混合料的百分比较少，材料批次较少，其各筛孔通过率比较稳定，虽然筛孔很多，但由于原材料的稳定以及取料不易离析，每次取料基本能代表原材料的真实情况，故变异系数较小。反观粗集料，由于用量较多，送检批次增多，材料的变异系数明显增大，尤其5～10mm规格集料4.75mm筛孔的变异系数达到了47.0。粗集料变异系数的增大，与检测时取料的离析有很大的关系，在实际检测中取有代表性的材料或增加取料的质量。

    集料变异性影响因素

    (1)料源的稳定性。通过分析各档集料各个筛孔的通过率数据，发现集料各筛孔的变异性主要是由于所加工集料不稳定引起的，所以要控制料源的稳定，其变异性的影响主要来源于料源和加工机械。在生产中应做到统一采购，统一管理，对于用量大的集料务必做到产地一致，生产工艺一致，以保证集料的质量，否则很容易引起集料的级配发生变异，进而引起合成级配的变异。

    (2)关键筛孔的设置。加工集料的破碎机筛孔的设置是否合理，会显著影响集料级配的变异性。为减小集料级配的变异性，应将控制集料级配的关键筛孔设定为破碎机的受控筛孔，这样集料的级配就比较稳定。破碎机的受控筛孔一般大于对应的集料级配控制筛孔。

    (3)取样方式。对于粗集料取样方式对级配变异性有明显影响，应在满足规范的取样方法及4分法的基础上，结合规范对取样质量的要求适当提高粗集料的取样质量，以减少各筛孔的变异性。

    结论

    本文通过对沥青3大指标和集料级配的变异性进行研究分析，收集汇总数据并对其进行分析，在变异性分析的基础上，提出了造成原材料变异的影响因素，最终得到如下结论:

    (1)SBS改性沥青的软化点与5℃延度的变异系数较小，针入度变异性较大，这主要与改性沥青中SBS改性剂的离析及试验操作尤其是浇模形成的误差有关。影响改性沥青变异性的主要因素有:改性生产工艺、贮存条件和试验精度。

    (2)不同规格集料的不同粒径的通过率存在变异性，变异性随筛孔的变小而增大。级配变异性分析结果表明:①粒径在5～10规格集料的变异范围最大，0～5规格集料的变异系数增长趋势缓慢，变异范围也较小。②粗集料变异系数大于细集料变异系数，这于本次依托工程细集料用量较少，基本为同一批次且取样不易离析有关。影响集料级配变异性的主要因素有:料源的稳定性、关键筛孔的设置和取样方式。

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