【導(dǎo)讀】Kingdom,Malaysia,Australia,NewZealand,andSouthAfrica,open-gradedmixesare

　　

【正文】 通量的考 慮。在一些機(jī)構(gòu)中，最低的孔隙含量和最大的磨耗損失是依靠交通量得出來(lái)的，然而，在美國(guó)很多機(jī)構(gòu)都不把這作為考慮依據(jù)。很多機(jī)構(gòu)推薦的馬歇爾壓實(shí)試驗(yàn)是雙面各擊實(shí) 50次（為標(biāo)準(zhǔn)的），而并不考慮交通量。此外，最近很多研究者使用相同的馬歇爾壓實(shí)試驗(yàn)作為 PFCs 混合料的設(shè)計(jì)（依據(jù)）。然而，一些研究者使用或者建議用較低的馬歇爾壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)表征 PFCs混合料的特點(diǎn)。 [2124] 目標(biāo)和范圍 這項(xiàng)調(diào)查的主要目的是用三個(gè)馬歇爾壓實(shí)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定 PFCs 混合料的特征。試驗(yàn)中的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)包括 35， 50和 75次擊實(shí)作用于試件的每 個(gè)表面。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的壓實(shí)試驗(yàn)都用了 8 種不同的 PFCs 混合料試件（進(jìn)行研究）， 8種混合料對(duì)應(yīng)四種不同的集料級(jí)配，以及占混合料總體 %和 5%的瀝青含量，（瀝青）使用的是滲透度為 85100 的純?yōu)r青。對(duì)于骨料等級(jí)，瀝青類型以及瀝青含量的選擇是以先前所做的類似混合料試驗(yàn)研究為基礎(chǔ)的。圖表 1顯示研究中四種集料級(jí)配變化的細(xì)節(jié)。表格 1詳細(xì)反映了指定的混合物在不同壓實(shí)等級(jí)和混合組成的條件下的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。 2．試件的制備和試驗(yàn)計(jì)劃 直餾瀝青和碎石骨料是 PFCs 混合料的主要組成部分。在眼下試驗(yàn)中使用的路面級(jí)直餾瀝青由 芒格洛爾煉 油和石化有限公司（ MRPL） 提供，試驗(yàn)中選用的 芒格洛爾 花崗巖碎石取自當(dāng)?shù)氐乃槭庸S。表 2顯示了按照 ASTM D 946 [13] 和 ASTM D 7064[15]要求進(jìn)行試驗(yàn)所得到的瀝青集料的一些物理性質(zhì)。另外普通硅酸鹽水泥被用作無(wú)機(jī)填充料的一部分，在總重 1000g 的混合料中占了 2%的比例。 正如瀝青協(xié)會(huì)規(guī)范指導(dǎo)系列 2[28]所建議的那樣， PFCs 試件的制備過(guò)程與密級(jí)配瀝青所使用的制備過(guò)程非常相似。試驗(yàn)中的壓實(shí)混合料特征指標(biāo)包括毛體積比重 (Gmb)，空隙含量 (Va)，骨料之間的聯(lián)結(jié)狀況，滲透性 (K)， 水穩(wěn)定性以及抗老化磨損性。這些指標(biāo)是根據(jù) ASTM D 7064[15]的指示評(píng)估出來(lái)的。表 3提供多種試驗(yàn)混合料的測(cè)試細(xì)節(jié)。 從每組測(cè)試混合料中得出了三個(gè)觀測(cè)結(jié)果。 混合料的特征 壓實(shí)混合料的毛體積比重 壓實(shí)混合料的毛體積比重（ Gmb）試驗(yàn)在 24 種混合料中進(jìn)行，正如表 3 所描述的一樣，每種混合料有三種組合情況。每種混合料的 Gmb 測(cè)試按照 ASTM D 7064中所要求的進(jìn)行，用幾何方法測(cè)得試件的直徑，高度以及空氣中的體積。 研究發(fā)現(xiàn) Gmb 的個(gè)體和平均值在壓實(shí)混合料的骨料中，空隙的百分比在 和 之間變化，正如圖 2中所顯示的一樣。很明顯壓實(shí)度的增加會(huì)導(dǎo)致混合料的密實(shí)化，進(jìn)而導(dǎo)致密度增大。進(jìn)一步說(shuō)，對(duì)于特定的路層和壓實(shí)水平，當(dāng)瀝青含量在 %和 5%的兩種混合料進(jìn)行比較時(shí)，他們的平均毛體積比重沒有顯著變化，這從 95%的置信區(qū)間中可以很明顯的看出來(lái)。含有 G1和 G4 的混合料各自顯示出較高和較低的毛體積比重，特別是因?yàn)?G4由粗骨料構(gòu)成。由給 G2和 G3 構(gòu)成的混合料毛體積比重的數(shù)值基本保持一致，因?yàn)槊鎸拥闹饕煌c(diǎn)對(duì)于毛體積比重?cái)?shù)值并沒有顯著的影響。 空隙率 根據(jù) ASTM D 2041 的相關(guān)介紹，壓實(shí)混合料的空隙率 (Va)與毛體積比重和未經(jīng)壓實(shí)的混合料的理論最大密度有關(guān)。加大壓實(shí)作用的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致毛體積比重的增大，以及空隙率的減小。 圖 3 顯示了每種混合物空隙率各自獨(dú)立的特性。這個(gè)圖標(biāo)也顯示了互不相干的被試驗(yàn)的混合物空隙率的平均值，以及該平均值高達(dá) 95%的置信區(qū)間。與平均值空隙率相關(guān)的曲線顯示出在壓實(shí)作用變化的情況下空隙率的變化趨勢(shì)?？障堵实木唧w值和平均值各在 1022%和 1020%的區(qū)間內(nèi)各自獨(dú)立的變化。按照 ASTM D 7064 [15]的規(guī)定所要求的， PFC 混合料的空 隙率最小值為 18%。以 M19 (), M20 (), 和 M21()為粗骨料的混合料的平均值可以滿足上述規(guī)定，但是，以 M7 (), M8 (), M9 (), M13 (),和 M15 ()為粗骨料的混合料似乎只有 95%的概率滿足上述規(guī)定。然而，當(dāng)試驗(yàn)混合料雙面擊實(shí)次數(shù)為 75 次時(shí)，空隙率平均值的具體值，平均值和以 95%置信區(qū)間為上限的數(shù)據(jù)都不能滿足最小空隙率的規(guī)定。 當(dāng)混合物的粗骨料等級(jí)為 G4時(shí)，換言之，即 M19– M24 時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)混合料的空隙率的平均值大于 15%。當(dāng)壓實(shí)作用等級(jí)由 50換到 75 所引起的平均空隙率的減小在 – %.的范圍內(nèi)變動(dòng)。類似的，當(dāng)壓實(shí)作用等級(jí)由 50換到 35 時(shí)，會(huì)引起空隙率平均值的增長(zhǎng)，增長(zhǎng)范圍在 – %.。 石料之間連結(jié)情況的驗(yàn)證 為了使 PFC 表現(xiàn)出最佳的使用性能，必須保證粗骨料骨架石料之間（良好的）連結(jié)狀態(tài)。按照 ASTM C29/C29M [31]的規(guī)定，已證實(shí)在壓實(shí)的 PFC 混合料中，石料之間的連結(jié)情況是以混合料中的粗集料空隙百分比 (VCAm)和粗集料單獨(dú)在干柵試驗(yàn)中的空隙百分比 (VCAd)共同決定的。當(dāng) VCAm/VCAd 的比值比較小時(shí)，石料之間的連結(jié)情況更為密實(shí)。其中 VCAm 和 VCAd 的值由一下公式計(jì)算： VCAd=(Gcaγw－ γs)／ (Gcaγw) VCAm=100－ (GmbPcA/GcA) 此處 GCA=粗骨料容重 γs =粗骨料在干燥條件下的表觀密度； γw=水的密度；PCA=粗骨料在混合料中所占的百分比。 一般來(lái)說(shuō)， PFC 混合料的特點(diǎn)就是擁有 較高的 Gmb、 PCA 值，或者兩者的結(jié)合，這樣的結(jié)果就是引起 VCAm 值的偏低，以確保石料之間更好的連結(jié)狀態(tài)。每種混合料樣品的 VCAm/VCAd 比值參見圖 ，使用 M7– M24 的混合料樣品（對(duì)應(yīng)等級(jí)為 G2,G3 和 G4），即使在壓實(shí)作用小于 35 次的情況下，也可以滿足石料之間的連結(jié)要求。因此，當(dāng)混合料集料級(jí)配介于 G2 和 G4之間的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)具有更好的使用性能。對(duì)應(yīng) G1的混合料 不能滿足規(guī)定要求。這種情況的出現(xiàn)應(yīng)該是由直徑 以下的集料所占百分比超過(guò)了 20%引起的。最近的混合料研究顯示（ 95%的置 信度），根據(jù)VCAm/VCAd 的平均值推測(cè)， M4(),M5()和 M6()級(jí)混合料應(yīng)該可以滿足石料之間的連結(jié)要求。 滲透性 PFC 試件的滲透性系數(shù)用“降頭試驗(yàn)”測(cè)得。試驗(yàn)過(guò)程的具體細(xì)節(jié)可以從別處找到。試驗(yàn)中每個(gè)試件的滲透系數(shù)（ K），以及試件平均滲透系數(shù) (95%的置信度 )都列于圖 5中。 ASTM D 7064[15]建議的最小滲透值為 100 m/day。，壓實(shí)作用在50次或更少的 G4 等級(jí)的混合料，以及壓實(shí)作用在 35次的 G3 混合料的平均 K值滿足上述規(guī)定 要求。 G1 等級(jí)的混合料表現(xiàn)出較差的滲透性，沒有任何試件的滲透率超過(guò) 20 m/day。當(dāng) G4 等級(jí)的混合料壓實(shí)作用在 75 次時(shí)，預(yù)計(jì)它的滲透率不會(huì)超過(guò) 50 m/day。當(dāng)混合料壓實(shí)作用在 50 次時(shí)，其滲透系數(shù) K的平均值在 8– 158 m/day 的范圍內(nèi)變化?；旌狭显?35 次的壓實(shí)作用下， K的平均值要略高一些（在 的范圍內(nèi)變化）。 75 次壓實(shí)作用下的混合料 K 值有所減少（ ） 方差反映分析 (ANOVA) 混合料的主要影響因素，例如壓實(shí)作用 (MC)，粗骨料等級(jí) (G)，瀝青含量 (BC)，以及上述主 要影響因素之間的相互作用 (MC*BC, BC*G, MC*G,以及 MC*BC*G),可以對(duì) Va, VCAm, 和 。方差分析的方法是借助一個(gè)含有三個(gè)未知量的模型，正如 Eq.(3)的顯示的那樣?？茖W(xué)分析需要借助統(tǒng)計(jì)軟件 MINITAB_（ 15 版，試用版） 進(jìn)行。 yijkl=μ +τ i+β j+γ k+（τβ） ij+（τγ） ik+（βγ） jk+（τβγ） ijk+ε ijkl 上式中， yijkl是 1號(hào)試件在一次實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)；μ是反應(yīng)的平局值；τ 是馬歇爾壓實(shí)作用等級(jí)不同引起的變化系數(shù)；β是由 粘合劑含量不同引起的變化系數(shù)；γ是由粗骨料等級(jí)不同引起的變化系數(shù)；ε是誤差項(xiàng)； I,j和 k是各自獨(dú)立的 MC, BC, 以及 G具體值， l表示試驗(yàn)中的試件編號(hào)。 每種反應(yīng)的 ANOVA 測(cè)試都分兩組進(jìn)行。 A 組包括 M1M24 的全部混合料（對(duì)應(yīng)所有四種骨料等級(jí)）， B 組包括 M7M24（對(duì)應(yīng) G2,G3 以及 G4）。這里，有一種“無(wú)效假說(shuō)”（ Ho），它的意思是由一種特定原料的變化引起的反應(yīng)是一樣的。人們選取 95%的置信區(qū)間來(lái)驗(yàn)證該假說(shuō)（ Ho） .如果發(fā)現(xiàn)變化后的固定 F 值小于或者等于臨界 F 值，那么 Ho 假設(shè)就可以被接受。否則，這 個(gè)假設(shè)就不會(huì)被人們所接受。 ANOVA 方差分析的結(jié)果列在表 4中。 由 ANOVA 方法得到的試驗(yàn)結(jié)果得出以下觀察結(jié)論： (Va 和 VCAm)，而壓實(shí)水平和粗集料等級(jí) (MC 和 G)以及壓實(shí)水平和瀝青含量 (MC*BC)會(huì)顯著影響滲透率 k, (Va)和滲透率 (K).有顯著影響 R2的值表明 Eq. (3)模型可以更好地適應(yīng)反應(yīng)所得數(shù)據(jù)。 5 中，這項(xiàng)排行是以 F統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)值或者表 4 中調(diào)整后的均方為基礎(chǔ)（做出來(lái)的）。具 有最高 F 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或者均方值的變異原料被排在第一等，這表明該原料在變化中起主要作用。類似的，具有最低 F 數(shù)值或者均方值的被排在最后，這表明該種原料對(duì)變化的貢獻(xiàn)較小。變化原料對(duì)反應(yīng)性質(zhì)所占的百分率，是由該原料對(duì)應(yīng)的 F數(shù)值與所有原料的總 F數(shù)值的比值所決定的。例如，如果我們從 A 組來(lái)考慮 Va,可以看到粗集料等級(jí)對(duì)空隙率的變化起主要作用。從表 5 中可以看出其對(duì)空隙率變化的影響可以占到 52%。 水穩(wěn)定性 PFC 混合料的水敏感性是劈裂值（ TSR）決定的。 TSR 指的是試件在潮濕條件下的平均間接抗拉強(qiáng)度與干燥條件下的平 均間接抗拉強(qiáng)度的比值，試驗(yàn)要求溫度為 25 177。 1 _C。按照 ASTM D 6931[33]規(guī)定的要求， .每種混合料需要準(zhǔn)備 6 個(gè)一樣的試件，然后從每組選出三個(gè)試件分別作干燥和潮濕條件下的 ITS 試驗(yàn)。潮濕條件下的試驗(yàn)按 AASHTO T 283[34]的規(guī)定，主要做如下修改： 所有壓實(shí)混合料不論空隙率如何都經(jīng)過(guò)潮濕條件的處理。 根據(jù)印度公路協(xié)會(huì)建議的石質(zhì)基瀝青設(shè)計(jì)（方法），可以得到凍融循環(huán)的次數(shù)。但是這與沃森等人的建議不相符。例如，只有一個(gè)凍融循環(huán)值滿足 PFC 混合料的水分條件要求。 圖 6 顯示了 24 種混合料在干燥條 件下的間接抗拉強(qiáng)度平均值 (ITSd)。在所有混合料的 (ITSd)值中，對(duì)應(yīng) G1 和 G4 集料等級(jí)的混合料表現(xiàn)出較高和較低兩個(gè)極端。在對(duì)應(yīng) G4(M19– M24)的六組混合料中， (ITSd)的平均值沒有超過(guò) 300Kpa。另一種對(duì)應(yīng)集料等級(jí)為 G1(M1– M6)的情況下，人們發(fā)下 (ITSd)平均值的最小值也超過(guò)了 300Kpa。壓實(shí)程度比較高的混合料具有較高的 ITS 值，比較之下粘合劑含量較高的混合料的 ITS 值則相對(duì)較低。 ITS 值的升高主要由于混合料壓實(shí)度提高引起的空隙率降低。然而，瀝青含量的升高會(huì)形成較厚的瀝青層，導(dǎo)致骨 料顆粒之間的摩擦力減少，進(jìn)而引起（混合料）強(qiáng)度的降低。 圖 7 顯示了每種混合料的抗拉強(qiáng)度比 (TSR)。 M19 () 和 M20 ()混合料的抗拉強(qiáng)度在 60 攝氏度潮濕的條件下下降很大，因此，這些混合料潮濕條件的實(shí)驗(yàn)溫度降到了 30 攝氏度。一般來(lái)說(shuō)， TSR 最小值能到達(dá) 80%的時(shí)候，人們認(rèn)為這種材料擁有良好的抗水敏感性。但是 TNZ 推薦 TSR 的最小值為 75%.在目前的研究種，不滿足上述要求的混合料要么是 對(duì)應(yīng)的最低壓實(shí)水平（ 35次），要么是最低的 BC值（ %）。所有壓實(shí)次數(shù)為 75 的混合料都滿足 TSR最小值的要求。很顯然， Va值高的混合料更容易受到因?yàn)槭艹币鸬牟『?，與此同時(shí)， BC 值最低的混合料對(duì)應(yīng)更薄的瀝青層，從而導(dǎo)致抵抗受潮引起的病害的能力相對(duì)降低。 未老化磨耗損失 Cantabro 磨損試驗(yàn)方法用于檢驗(yàn)未老化的 PFC 試件的磨耗損失。試驗(yàn)試件放在沒有任何磨損物的洛杉磯磨耗試驗(yàn)機(jī)中，機(jī)器以每分鐘 30– 33 轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng) 300 圈。試件損失的質(zhì)量與試件初始質(zhì)量的相比得到的百分比定義未未老化的磨耗損失 (UAL)。按照 ASTM D 7064 的相關(guān)規(guī)定，試驗(yàn)過(guò)程中的溫度要保持在 25 177。 5 _C 的范圍之內(nèi)。 G4 等級(jí)的混合料經(jīng)過(guò)了 UAL試驗(yàn)。試驗(yàn)證明該等級(jí)的混合料更容易受到磨耗損失的影響，因?yàn)檫@種混合料有較高的 Va 和 K 值，以及較低的 ITS 值。圖 8顯示了 UAL 的試驗(yàn)結(jié)果。按照規(guī)定，未老化試件的磨耗損失最大值不得超過(guò) 20%。在目前的調(diào)查中， M24 混合料的個(gè)體和平均的 UAL 值均滿足要求。壓實(shí)水平低（ 35次）的試件的平均 UAL 值低于 30%，試驗(yàn)中沒有任何試件的UAL 值超過(guò) 40%。 UAL 平均值的上限遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 50%（ 95%的置信度）。壓實(shí)度和瀝青使用量的增加，都會(huì)引起 UAL 平均值的顯著下降。 結(jié)論和建議 為了表征 PFC 的特征，我們用不同的馬歇爾壓實(shí)度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。 PFC混合料對(duì)應(yīng)四種集料級(jí)配和兩種瀝青含量（分別站混合料總體積的 %和 %），壓實(shí)度對(duì)應(yīng)三個(gè)等級(jí)， 35次， 50 次和 75次。通過(guò)評(píng)價(jià)作用于 PFC 混合料多種特性的各種（作用）效果，我們可以得出以下結(jié)論： —— G1和 G4 等級(jí)的混合料各自的特性表現(xiàn)出兩個(gè)極端。 G1等級(jí)的混合料