CN101161703A - 橡胶颗粒沥青混合料组成材料配合比范围的确定方法 - Google Patents

Abstract

橡胶颗粒沥青混合料组成材料配合比范围的确定方法，本发明涉及一种确定沥青混合料组成材料配合比范围的确定方法。橡胶颗粒沥青混合料组成材料配合比范围的确定方法通过以下步骤实现：一、确定3个因素及取值范围；二、确定控制指标；三、计算指标的总评“归一值”并作出效应面图；四、分析效应面图，得出橡胶颗粒沥青混合料组成材料配比范围最佳量为：橡胶颗粒的掺量为混合料质量的2％～6％、粗石料含量为混合料质量的60％～75％、粗橡胶颗粒的含量为橡胶颗粒质量的30％～60％。按本发明配合比范围制备出的混合料铺筑的路面的抗滑性能、降噪性能、高温抗永久变形性能、低温抗裂性能、抗水损害性能及抗疲劳性能显著提高。

Description

橡胶颗粒沥青混合料组成材料配合比范围的确定方法

技术领域

本发明涉及一种确定沥青混合料组成材料配合比范围的确定方法。

背景技术

橡胶颗粒沥青混合料是一种复合材料，它是由沥青、集料(包括矿料和橡胶颗粒)和矿粉组成的。在组成材料品质一定的条件下，由于沥青、矿料、橡胶颗粒和矿粉这些材料数量的多寡，可形成不同的组成结构，并表现出不同的性能；而且，由于橡胶颗粒的基本性能与石料有较大的差别，随着橡胶颗粒的掺入，改变了沥青混合料的内部组成结构和材料接触状态，传统的沥青混合料级配组成范围和设计方法已不再适用，需要根据橡胶颗粒混合料的材料组成特点，进行新的探索，重新找出一种方法来确定橡胶颗粒沥青混合料级配范围。近年来由国外学者提出的星点设计(central composite design，简称CCD设计法)和效应面优化法(response surface methodology，简称RSM)组合使用，被广泛地应用于药学研究的剂型处方的筛选。星点设计和效应面优化法组合使用是采用多个目标函数进行评价，把自变量和因变量的关系扩展到曲面，该方法使用方便，优选条件预测性好，但该方法还没有人将其应用到橡胶颗粒沥青混合料组成材料配比范围的确定之中。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的沥青混合料级配组成范围无法满足橡胶颗粒沥青混合料组成材料配合比范围的要求，而提出了橡胶颗粒沥青混合料组成材料配合比范围的确定方法。橡胶颗粒沥青混合料组成材料配合比范围的确定方法通过以下步骤实现：一、在橡胶颗粒沥青混合料质量一定的情况下设定3个因素，即根据预试验，将橡胶颗粒的掺量定为混合料质量的1％～7％，设定橡胶颗粒的掺量为X₁(质量％)、粗石料掺量定为混合料质量的20％～80％，设定粗石料掺量为X₂(质量％)、粒径为2.36～5mm的粗橡胶颗粒掺量定为橡胶颗粒质量的20％～80％，设定粗橡胶颗粒掺量为X₃(质量％)；二、将沥青、为混合料质量4％的橡胶颗粒、为混合料质量50％的粗石料和为橡胶颗粒质量50％的粗橡胶颗粒充分混合，在其他试验条件一定的情况下，得到不同作用力下橡胶颗粒沥青混合料的回弹变形曲线图；三、采用“星点设计—效应面优化法”对设定的各因素进行优化确定，橡胶颗粒的掺量为X₁的具体取值为1％、2.3％、4％、5.7％、7％；粗石料掺量为X₂的具体取值为20％、32.7％、50％、67.3％、80％；粗橡胶颗粒掺量为X₃的具体取值为20％、32.7％、50％、67.3％、80％；其中星点设计时控制的指标为：ε_e(回弹变形，15KN条件下/mm)、ρf(毛体积密度/g/cm³)、VV(空隙率/％)、VMA(矿料间隙率/％)、VFA(沥青饱和度/％)，将每个指标均标准化为0～1之间的“归一值”，求算各指标“归一值”的几何平均数，得总评“归一值”，然后应用SPSS软件，总评“归一值”对各因素进行三元二次非线性回归分析，拟和得三元二次方程：

OD＝f(x₁，x₂，x₃)＝aX₁ ²+bX₂ ²+cX₃ ²+dX₁X₂+eX₁X₃+fX₂X₃+gX₁+hX₂+iX₃+j；其中a、b、c、d、e、f、g、h、i、j均为常量系数，可利用SPSS软件计算出a、b、c、d、e、f、g、h、i、j的具体数值；将该方程作为预测模型，对其进行分析，得到所需结果；固定粗橡胶颗粒含量X₃为橡胶颗粒质量的50％，然后以总评“归一值”OD为因变量，以橡胶颗粒掺量X₁和粗集料颗粒含量X₂为自变量描绘效应面图，得到以橡胶颗粒掺量X₁和粗集料颗粒含量X₂为自变量的描绘效应面图；然后固定粗集料颗粒含量X₂为混合料质量的50％，以总评“归一值”OD为因变量，以橡胶颗粒的掺量X₁和粗橡胶颗粒含量X₃为自变量描绘效应面图，得到以橡胶颗粒的掺量X₁和粗橡胶颗粒含量X₃为自变量的描绘效应面图；再固定橡胶颗粒的掺量X₁为混合料质量的4％，以总评“归一值”OD为因变量，以粗集料颗粒含量X₂和粗橡胶颗粒含量X₃为自变量描绘效应面图，得到以粗集料颗粒含量X₂和粗橡胶颗粒含量X₃为自变量的描绘效应面图；四、对3幅效应面图中的变化趋势进行分析，得出橡胶颗粒掺量X₁在0.02～0.06的范围内对总评“归一值”较好；粗集料含量X₂在0.70附近总评“归一值”较好；总评“归一值”随着粗橡胶含量X₃的增加而增加，但粗橡胶颗粒含量对总评“归一值”影响相对较小；为了保证橡胶颗粒沥青混合料的压实效果，应该适当控制粗橡胶颗粒的含量；经过综合分析，最终确定根据效应面优选的3个因素较佳工艺范围分别为：X₁：2％～6％；X₂：60％～75％；X₃：30％～60％，即得到橡胶颗粒的掺量、粗石料含量和粒径为2.36～5mm的粗橡胶颗粒的最佳掺杂量分别为混合料质量的2％～6％、混合料质量的60％～75％和橡胶颗粒质量的30％～60％。按本发明配合比范围制备出的混合料铺筑的路面的摩擦系数和构造深度均大于未加入橡胶颗粒的沥青混合料铺筑的普通路面，抗滑性能明显提高；而且行驶噪音值比未加入橡胶颗粒的沥青混合料铺筑的普通路面低2分贝左右，降噪性能明显提高。按本发明的配合比范围制备出的混合料与未加入橡胶颗粒的沥青混合料相比高温抗永久变形性能提高了22％～73％，低温抗裂性能提高了6.2％～16.1％，抗水损害性能提高了6.3％～7.8％，抗疲劳性能提高了13.3％～40％。

附图说明

图1是不同作用力下橡胶颗粒沥青混合料的回弹变形曲线图，其中

是5KN作用力下的橡胶颗粒沥青混合料的回弹变形曲线，

是10KN作用力下的橡胶颗粒沥青混合料的回弹变形曲线，

是15KN作用力下的橡胶颗粒沥青混合料的回弹变形曲线；图2是固定粗橡胶颗粒含量X₃为橡胶颗粒质量的50％，以总评“归一值”OD为因变量，以橡胶颗粒掺量X₁和粗集料颗粒含量X₂为自变量的描绘效应面图；图3是固定粗集料颗粒含量X₂为混合料质量的50％，以总评“归一值”OD为因变量，以橡胶颗粒的掺量X₁和粗橡胶颗粒含量X₃为自变量的描绘效应面图；图4是固定橡胶颗粒的掺量X₁为混合料质量的4％，以总评“归一值”OD为因变量，以粗集料颗粒含量X₂和粗橡胶颗粒含量X₃为自变量的描绘效应面图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式中橡胶颗粒沥青混合料组成材料配合比范围的确定方法通过以下步骤实现：一、在橡胶颗粒沥青混合料质量一定的情况下设定3个因素，即根据预试验，将橡胶颗粒的掺量定为混合料质量的1％～7％，设定橡胶颗粒的掺量为X₁(质量％)、粗石料掺量定为混合料质量的20％～80％，设定粗石料掺量为X₂(质量％)、粒径为2.36～5mm的粗橡胶颗粒掺量定为橡胶颗粒质量的20％～80％，设定粗橡胶颗粒掺量为X₃(质量％)；二、将沥青、为混合料质量4％的橡胶颗粒、为混合料质量50％的粗石料和为橡胶颗粒质量50％的粗橡胶颗粒充分混合，得到不同作用力下橡胶颗粒沥青混合料的回弹变形曲线图；三、采用“星点设计—效应面优化法”对设定的各因素进行优化确定，橡胶颗粒的掺量为X₁的具体取值为1％、2.3％、4％、5.7％、7％；粗石料掺量为X₂的具体取值为20％、32.7％、50％、67.3％、80％；粗橡胶颗粒掺量为X₃的具体取值为20％、32.7％、50％、67.3％、80％；其中星点设计时控制的指标为：ε_e(回弹变形，15KN条件下/mm)、ρf(毛体积密度/g/cm³)、VV(空隙率/％)、VMA(矿料间隙率/％)、VFA(沥青饱和度/％)，将每个指标均标准化为0～1之间的“归一值”，求算各指标“归一值”的几何平均数，得总评“归一值”，然后应用SPSS软件(社会科学统计软件)，总评“归一值”对各因素进行三元二次非线性回归分析，拟和得三元二次方程：

OD＝f(x₁，x₂，x₃)＝aX₁ ²+bX₂ ²+cX₃ ²+dX₁X₂+eX₁X₃+fX₂X₃+gX₁+hX₂+iX₃+j；其中a、b、c、d、e、f、g、h、i、j均为常量系数，可利用SPSS软件计算出a、b、c、d、e、f、g、h、i、j的具体数值；将该方程作为预测模型，对其进行分析，得到所需结果；固定粗橡胶颗粒含量X₃为橡胶颗粒质量的50％，然后以总评“归一值”OD为因变量，以橡胶颗粒掺量X₁和粗集料颗粒含量X₂为自变量描绘效应面图，得到以橡胶颗粒掺量X₁和粗集料颗粒含量X₂为自变量的描绘效应面图；然后固定粗集料颗粒含量X₂为混合料质量的50％，以总评“归一值”OD为因变量，以橡胶颗粒的掺量X₁和粗橡胶颗粒含量X₃为自变量描绘效应面图，得到以橡胶颗粒的掺量X₁和粗橡胶颗粒含量X₃为自变量的描绘效应面图；再固定橡胶颗粒的掺量X₁为混合料质量的4％，以总评“归一值”OD为因变量，以粗集料颗粒含量X₂和粗橡胶颗粒含量X₃为自变量描绘效应面图，得到以粗集料颗粒含量X₂和粗橡胶颗粒含量X₃为自变量的描绘效应面图；四、对3幅效应面图中的变化趋势进行分析，得出橡胶颗粒掺量X₁在0.02～0.06的范围内对总评“归一值”较好；粗集料含量X₂在0.70附近总评“归一值”较好；总评“归一值”随着粗橡胶含量X₃的增加而增加，但粗橡胶颗粒含量对总评“归一值”影响相对较小；为了保证橡胶颗粒沥青混合料的压实效果，应该适当控制粗橡胶颗粒的含量；经过综合分析，最终确定根据效应面优选的3个因素较佳工艺范围分别为：X₁：2％～6％；X₂：60％～75％；X₃：30％～60％，即得到橡胶颗粒的掺量、粗石料含量和粒径为2.36～5mm的粗橡胶颗粒的最佳掺杂量分别为混合料质量的2％～6％、混合料质量的60％～75％和橡胶颗粒质量的30％～60％。

得到上述最佳工艺范围之后，为了考察试验结果的正确性，对模型进行预测性考察。首先在优化出的范围内取值，根据试验条件制备试件，进行试验，得实测值，与预测值(predicted value)进行比较，实测值与预测值的偏差(bias)表示实测值偏离预测值的程度，绝对值越小，预测性能越好，比较结果如表1所示。

表1试验预测值和实测值的偏差

X1/％	X2/％	X3/％	实测值	预测值	偏差/％
						4	75	60	0.3756	0.4372	14.1
3	60	60	0.4356	0.5217	16.5

注：偏差＝(预测值-实测值)/预测值×100％

从表中可以看出，预测值与实测值的偏差较小，说明本方法用于橡胶颗粒沥青混合料组成材料配比范围的优选取得到了很好的结果，具有很强的实际应用价值。

Claims (1)

1.橡胶颗粒沥青混合料组成材料配合比范围的确定方法，其特征在于橡胶颗粒沥青混合料组成材料配合比范围的确定方法通过以下步骤实现：一、在橡胶颗粒沥青混合料质量一定的情况下设定3个因素，即橡胶颗粒的掺量X₁(质量％)、粗集料掺量为X₂(质量％)、粒径为2.36～5mm的粗橡胶颗粒掺量为X₃(质量％)；二、取上述3个因素的5个不同掺量分别拌制沥青混合料，选择15KN作用力下的回弹变形、毛体积密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等作为考察指标；三、采用“星点设计—效应面优化法”对设定的各因素进行优化确定，橡胶颗粒的掺量为X₁的具体取值为1％、2.3％、4％、5.7％、7％；粗石料掺量为X₂的具体取值为20％、32.7％、50％、67.3％、80％；粗橡胶颗粒掺量为X₃的具体取值为20％、32.7％、50％、67.3％、80％；其中星点设计时控制的指标为：ε_e(回弹变形，15KN条件下/mm)、ρf(毛体积密度/g/cm³)、VV(空隙率/％)、VMA(矿料间隙率/％)、VFA(沥青饱和度/％)，将每个指标均标准化为0～1之间的“归一值”，求算各指标“归一值”的几何平均数，得总评“归一值”，然后应用SPSS软件，总评“归一值”对各因素进行三元二次非线性回归分析，拟和得三元二次方程：

OD＝f(x₁，x₂，x₃)＝aX₁ ²+bX₂ ²+cX₃ ²+dX₁X₂+eX₁X₃+fX₂X₃+gX₁+hX₂+iX₃+j；其中a、b、c、d、e、f、g、h、i、j均为常量系数，可利用SPSS软件计算出a、b、c、d、e、f、g、h、i、j的具体数值；将该方程作为预测模型，对其进行分析，得到所需结果；固定粗橡胶颗粒含量X₃为橡胶颗粒质量的50％，然后以总评“归一值”OD为因变量，以橡胶颗粒掺量X₁和粗集料颗粒含量X₂为自变量描绘效应面图，得到以橡胶颗粒掺量X₁和粗集料颗粒含量X₂为自变量的描绘效应面图；然后固定粗集料颗粒含量X₂为混合料质量的50％，以总评“归一值”OD为因变量，以橡胶颗粒的掺量X₁和粗橡胶颗粒含量X₃为自变量描绘效应面图，得到以橡胶颗粒的掺量X₁和粗橡胶颗粒含量X₃为自变量的描绘效应面图；再固定橡胶颗粒的掺量X₁为混合料质量的4％，以总评“归一值”OD为因变量，以粗集料颗粒含量X₂和粗橡胶颗粒含量X₃为自变量描绘效应面图，得到以粗集料颗粒含量X₂和粗橡胶颗粒含量X₃为自变量的描绘效应面图；四、对3幅效应面图中的变化趋势进行分析，得出橡胶颗粒掺量X₁在0.02～0.06的范围内对总评“归一值”较好；粗集料含量X₂在0.70附近总评“归一值”较好；总评“归一值”随着粗橡胶含量X₃的增加而增加，但粗橡胶颗粒含量对总评“归一值”影响相对较小；为了保证橡胶颗粒沥青混合料的压实效果，应该适当控制粗橡胶颗粒的含量；经过综合分析，最终确定根据效应面优选的3个因素较佳工艺范围分别为：X₁：2％～6％；X₂：60％～75％；X₃：30％～60％，即得到橡胶颗粒的掺量、粗石料含量和粒径为2.36～5mm的粗橡胶颗粒的最佳掺杂量分别为混合料质量的2％～6％、混合料质量的60％～75％和橡胶颗粒质量的30％～60％。

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