沥青路面就地热再生施工性能影响因素的灰关联分析

罗 炉， 颜加俊， 匡 耀

(1.湖北省高速公路实业开发有限公司， 湖北 武汉 430051;2.中交第二公路勘察设计研究院有限公司， 湖北 武汉 430056)

0 前言

沥青路面就地热再生是采用专用设备，就地对路面进行加热、翻松，通过掺入适量沥青、新沥青混合料、再生剂(或同时添加温拌剂)等对旧沥青混合料进行性能改善，经热态收集、拌和、摊铺、碾压等工序，实现对路面面层病害一次性处治的养护技术，具有施工速度快、交通干扰小、废旧材料100%利用等特点[1-2]，目前已广泛应用于沥青路面大、中修工程[3-5]。由于就地热再生为开放性施工，再生路面性能受施工温度和摊铺速度等现场施工技术参数影响较大；同时，再生沥青混合料设计过程中，原路面质量状况存在差异，旧料级配、新料掺配比例、再生剂用量的不同均会引起再生沥青混合料施工性能与设计性能的偏差，因此，再生沥青混合料矿料级配和沥青用量也是影响再生沥青路面质量的重要因素，而矿料级配则应重点关注0.075、2.36、4.75 mm等筛孔通过率。

已有研究表明，空隙率是评价沥青混合料密实程度的重要指标，直接影响路面的路用性能和长期使用性能[6-8]。渗水系数间接反映了再生沥青混合料级配组成，同时也是再生沥青路面水稳定性的一个重要指标，我国《公路沥青路面再生技术规范》[1]明确指出将渗水系数作为热再生施工过程中的质量控制标准之一。鉴于空隙率和渗水系数对再生沥青路面施工性能的重要性，开展施工过程各影响因素与施工性能评价指标的关联程度研究，明确各影响因素主次关系，对于加强热再生施工过程控制、提高施工质量十分重要。

灰关联分析法是邓聚龙教授于1982年提出的一种新型动态理论研究方法[9]，主要通过计算目标值(参考数列)与影响因素(比较数列)的关联度，对关联顺序进行排序，最终确定参考数列的主要影响因子，目前已在道路工程领域得到广泛应用。本文通过归纳整理湖北省高速公路就地热再生工程现场检测数据，采用灰关联分析法定量分析了体积参数(再生混合料矿料级配、沥青用量)和施工参数(摊铺速度及摊铺温度)对再生沥青路面质量控制指标空隙率和渗水系数的影响程度，研究结论可为就地热再生工程的应用和实施提供参考。

1 灰关联分析法

在应用灰关联分析法时，影响因子对应的原始数据存在单位、数量级、量纲上的差异，难以直接进行横向比较，即使比较分析也难以得出准确的关联结论。因此，在计算关联度前需对原始数据进行无量纲化处理。目前，最常用的方法有均值化、初值化和标准化3种，已有研究表明[10]，均值化和标准化法分析结果比较合理，且均值法主要适用于无明显升降趋势的数据处理。因此，本文采用均值法进行相关指标间的关联度分析，具体步骤如下：

1)设参考序列、比较序列依次为：

X0={X0(j)，j=1，2，3…n};

Xi={Xi(j)，i=1，2，3，…m;j=1，2，3…n}。

2)经均无量纲化后的参考数列、比较数列依次为：

式中：n表示数据个数。

3)灰关联系数

4)关联度表达式为：

式中：r为对应的比较数列与参考数列之间的关联度，关联度的先后顺序决定了各影响因素的重要程度。

2 影响因素灰关联分析

2.1 数据处理

对湖北省10条已实施就地热再生工程的再生沥青路面主要性能参数进行了整理，所实施热再生工程高速公路原路面上面层均为改性沥青AC-13结构，为确保数据具有较强的代表性，在数据整理时，选取旧料级配曲线较为接近、添加新沥青混合料为同一批次或变化较小的路段。摊铺速度、摊铺温度和渗水系数通过现场实测得到；施工完成后，对就地热再生路段进行取芯，通过实测芯样毛体积密度并计算试验室再生沥青混合料理论最大相对密度,得到实施路段再生路面空隙率指标；再生沥青矿料级配和沥青用量通过试验室抽提试验得到，具体性能指标和参数如表1所示。

按照灰关联分析法步骤，对空隙率和渗水系数的各影响因素进行灰关联分析，以空隙率和渗水系数作为目标值，0.075 mm筛孔通过率、2.36 mm筛孔通过率、4.75 mm筛孔通过率、沥青用量、摊铺速度和摊铺温度作为影响因素。为进一步明确再生沥青混合料空隙率对渗水系数的影响程度，在进行渗水系数影响因素灰关联分析时，同时将空隙率作为影响因素之一进行分析[11]。具体步骤如下：①对检测数据进行均值化处理，结果见表2；②计算各因素的求差序列，结果见表3～表4；③计算各因素的灰关联系数，结果见表5～表6；④确定各影响因素灰关联度。

2.2 影响因素关联度分析

计算空隙率和渗水系数各影响因素灰色关联度，并将各因素影响大小进行排序，如表7所示。由表7可知：

1) 沥青用量是影响再生沥青混合料空隙率的最主要因素，就地热再生施工中，应按照再生沥青混合料配合比设计结果，严格控制再生剂、新沥青及新沥青混合料添加比例，同时根据再生路段状况适时适量调整。

2) 摊铺温度对再生沥青混合料空隙率影响很大，由于摊铺紧前工序为再生混合料复拌，紧后工序为再生混合料碾压，摊铺温度的高低间接反映了混合料拌和温度和碾压温度的高低，决定了混合料的拌和、摊铺均匀性及压实效果的好坏，因此摊铺温度是影响压实度和空隙率的重要因素。

3) 空隙率是影响再生沥青路面渗水系数的最主要因素，这与热拌沥青混合料的研究结论一致。

4)再生混合料细集料级配对渗水系数影响很大，不考虑空隙率时，0.075 mm筛孔通过率关联度排在第2位，尽管细集料在矿料级配中所占比例较小，但颗粒越细填充作用越强，形成的沥青砂浆能较好地充斥在粗集料中，降低了水分下渗的可能性。

表1 就地热再生沥青路面性能指标和参数高速编号空隙率/%渗水系数/(mL·min-1)0.075 mm筛孔通过率/%2.36 mm筛孔通过率/%4.75 mm筛孔通过率/%沥青用量/%摊铺速度/(m·s-1)摊铺温度/℃1#4.4257.430.348.34.52.51382#4.1576.329.149.74.42.71463#4.3867.634.751.94.53.31374#4.7545.235.252.64.23.51315#4.6935.433.949.54.43.11516#4.7456.829.553.14.82.91417#4.4527.132.351.64.33.81438#4.6666.231.248.44.33.51399#4.9785.436.845.24.73.513210#4.8694.735.642.84.64.0135

表2 数据均值化处理结果高速编号空隙率/%渗水系数(mL·min-1)0.075 mm筛孔通过率/%2.36 mm筛孔通过率/%4.75 mm筛孔通过率/%沥青用量/%摊铺速度/(m·s-1)摊铺温度/℃1#0.9670.4001.1920.9220.9801.0070.7620.9912#0.9010.9121.0140.8861.0080.9840.8231.0483#0.9451.3761.2241.0561.0531.0071.0060.9834#1.0330.8640.8371.0711.0670.9401.0670.9405#1.0111.4880.8701.0321.0040.9840.9451.0846#1.0330.7201.0950.8981.0771.0740.8841.0127#0.9400.8321.1430.9831.0460.9621.1591.0168#1.0111.0560.9980.9490.9820.9621.0670.9989#1.0771.2480.8701.1200.9171.0511.0670.94810#1.0551.1040.7571.0830.8681.0291.2200.969

表3 影响因素求差序列结果(空隙率)高速编号筛孔通过率/%2.36 mm筛孔通过率/%4.75 mm 筛孔通过率/%沥青用量/%摊铺速度/(m·s-1)摊铺温度/℃1#0.2250.0450.0120.0400.2050.0242#0.1130.0160.1070.0830.0780.1473#0.2790.1110.1070.0620.0610.0384#0.1960.0380.0340.0930.0340.0935#0.1410.0210.0070.0270.0660.0736#0.0620.1350.0440.0410.1490.0217#0.2030.0430.1060.0220.2180.0868#0.0130.0620.0290.0460.0560.0139#0.2070.0430.1600.0250.0100.12910#0.2980.0280.1870.0260.1650.086

表4 影响因素求差序列结果(渗水系数)高速编号空隙率/%0.075 mm筛孔通过率/%2.36 mm筛孔通过率/%4.75 mm筛孔通过率/%沥青用量/%摊铺速度/(m·s-1)摊铺温度/℃1#0.5670.7920.5220.5800.6070.3620.5912#0.0110.1020.0260.0960.0720.0890.1363#0.4310.1520.3200.3230.3690.3700.3934#0.1690.0270.2070.2030.0760.2030.0765#0.4770.6180.4560.4840.5040.5430.4046#0.3130.3750.1780.3570.3540.1640.2927#0.1080.3110.1510.2140.1300.3270.1958#0.0450.0580.1070.0740.0940.0110.0589#0.1710.3780.1280.3310.1970.1810.30010#0.0490.0750.2510.0360.1970.3880.137

表5 各影响因素灰关联系数(空隙率)高速编号0.075 mm筛孔通过率/%2.36 mm筛孔通过率/%4.75 mm 筛孔通过率/%沥青用量/%摊铺速度/(m·s-1)摊铺温度/℃1#0.4180.8050.9670.8280.4410.9042#0.5950.9490.6100.6720.6880.5283#0.3650.6010.6090.7410.7430.8334#0.4530.8340.8540.6440.8530.6465#0.5380.9201.0000.8890.7270.7036#0.7400.5490.8090.8220.5240.9207#0.4430.8140.6120.9140.4250.6638#0.9660.7420.8750.7890.7610.9639#0.4380.8130.5050.8950.9830.56110#0.3490.8800.4650.8930.4980.665

表6 各影响因素灰关联系数(渗水系数)高速编号空隙率/%0.075 mm筛孔通过率/%2.36 mm筛孔通过率/%4.75 mm筛孔通过率/%沥青用量/%摊铺速度/(m·s-1)摊铺温度/℃1#0.4230.3430.4430.4170.4060.5370.4122#1.0000.8170.9640.8270.8690.8400.7653#0.4920.7430.5680.5660.5320.5310.5164#0.7200.9630.6750.6800.8630.6790.8625#0.4660.4010.4770.4620.4520.4330.5096#0.5740.5280.7090.5410.5430.7270.5917#0.8070.5750.7440.6670.7740.5630.6898#0.9230.8970.8100.8650.8311.0000.8969#0.7180.5260.7770.5600.6870.7050.58410#0.9150.8640.6290.9420.6860.5190.763

5)体积指标对再生路面渗水系数的影响程度略高于施工指标，但相比于空隙率，各影响因素对渗水系数的关联度相差较小，不考虑空隙率时，影响最大因素与影响最小因素关联度差仅为0.027。

6)2.36 mm筛孔通过率对空隙率和渗水系数影响均较大，2.36 mm作为AC-13沥青混合料的关键筛孔，表征了再生沥青混合料级配的粗细程度，控制其通过率与级配中值接近，可形成较好的S型级配曲线，因此，再生混合料设计时应严格控制2.36 mm筛孔通过率。

表7 各影响因素灰色关联度及排序影响因素项目空隙率/%0.075 mm筛孔通过率/%2.36 mm筛孔通过率/%4.75 mm筛孔通过率/%沥青用量/%摊铺速度/(m·s-1)摊铺温度/℃空隙率灰色关联度—0.5310.7910.7310.8090.6640.739排序—624153渗水系数灰色关联度0.7040.6660.6800.6530.6640.6540.659排序13(2)2(1)7(6)4(3)6(5)5(4) 注:括号内数字标注的关联顺序为不考虑空隙率影响的顺序。

7)摊铺速度相对于其他影响因素对空隙率和渗水系数的影响程度较小，当原路面老化不严重时，可在现行规范允许的范围内(宜为1.5～4m/s)适当加快施工速度，以此提升施工效率。

3 结语

基于就地热再生实体工程检测数据，采用灰关联分析法定量分析了0.075 mm筛孔通过率、2.36mm筛孔通过率、4.75 mm筛孔通过率、沥青用量、摊铺温度和摊铺速度等因素对空隙率和渗水系数的影响程度，其中空隙率各影响因素灰关联度大小排序依次为：沥青用量>摊铺温度>2.36mm筛孔通过率>4.75 mm筛孔通过率>摊铺速度>0.075 mm筛孔通过率；渗水系数各影响因素灰关联度大小排序依次为：空隙率>2.36 mm筛孔通过率>0.075 mm筛孔通过率>沥青用量>摊铺温度>摊铺速度>4.75 mm筛孔通过率，研究结果可为就地热再生工程应用和实施提供参考。