二灰碎石最大干容重和最佳含水量的影响因素分析

1、二灰碎石最大干容重和最佳含水量的影响因素分析    摘要：石灰、粉煤灰、细料(粒径小于5mm的集料)是影响二灰碎石最大干容重和最佳含水量的重要因素，本文在做了大量试验的基础上通过正交试验方法分析了最大干容重、最佳含水量与影响因素之间的关系，确定出上述三因素之间的主要响影因素。     关键词：二灰碎石 最大干容重 最佳含水量 影响因素          1前言    击实试验是道路工程基

2、层、底基层混合料试验中最基本的试验之一，通过击实试验确定不同组的强度特性、合、不同配比混合料的最大干容重和最佳含水量，进而对混合料变形特性、路用性能进行分析。最大干容重直接影响工程施工质量控制、工程施工进度、工程造价。最佳含水量的多少直接影响二灰碎石中火山灰反应的进行程度，二灰碎石的强度力学特性、变形性能。混合料含水量越大，孔隙越多，将导致混合料整体强度下降，收缩增大。最大干容重、最佳含水量是基层工程质量的重要影响因素，本文一共做了9种配比，每一种配比做一组平行试验，每组有10个试件了最大干容重、最佳含水量与影响因素的关系，分析，用正交试验方法分析了不同含量的石灰、粉煤灰、细料对最大干容重和最

3、佳含水量的影响程度、确定影响最大干容重、最佳含水量的主要因素，为材料组合和配合比的选择提供依据。    2         原材料性质    2.1石灰试验用的石灰是扬州产生石灰，有效CaO+MgO含量为81.5%，未消解残渣含量9.7%。2.2粉煤灰试验用的粉煤灰是扬州热电厂粉煤灰，其主要化学成分(%)颗粒组成分别列于表1、表2。    粉煤灰的主要化学成分(%)表1  &#

4、160;      成分    SiO2    Fe2O3    AL2O3    TiO2    CaO    Mg0    TsO3    灼减    含量  

5、60; 55.94    9.49    21.19    0.74    3.75    0.89    0.53    6.42    粉煤灰的颗粒组成(%)表2         粒径分

6、布    2mm    2mm0.074mm    0.074mm0.002mm    0.002mm    含量    4.9    68.4    26.6    0.1    从表1、表2可见，

7、各种氧化物的总含量超过85%，属于典型的硅铝粉煤灰。粉煤灰中小于0.075mm的颗粒含量为26.7%，可见本研究所用的粉煤灰颗粒较粗。2.3粗集料、细集料试验所用的集料是扬州产的石灰岩，它们分别俗称为2-4-6(cm)碎石、1-3(cm)碎石、米砂、石屑，它们的筛分结果如表3。    集料的筛分结果表3         孔径(mm)    通过量%    集料名称   

8、; 40    30    20    10    5    2    1    0.5    0.075    2-4-6碎石    100    

9、69.9    9.1                            1-3碎石        100    95.2   

10、; 28.7    2.5                    米砂        100    96.5    63.6    15.5 

11、;                   石屑                    100    56.9    39.1

12、0;   22    3.2    3         试验方法    把试验需要考察的结果称为指标，影响试验指标的因素称为因子，因子所处的状态称为水平。影响程度势必对于石灰、粉煤灰、细料三个因素，如果单独考察某一个因素的增加试验量。鉴于此，此项试验采用正交试验方法，即对于各种影响因素安排不同的水平，利用现成的正交表，直接安排试验计划，这样既可以考察各种因素对强度的影

13、响，又大大减少了试验量，使试验在“质”和“量”上得到保证。3.1确定因子和水平由于本试验只考察3个参数：石灰、粉煤灰、细料，对最大干容重和最佳含水量的影响，故而碎石的配合比因子有3个：石灰-A，粉煤灰-B，细料-C。参考现有的各种二灰和集料级配，结合具体情况，本试验拟定因子和水平如表4。    因子水平表表4         因子     水平    石灰(A)   

14、 粉煤灰(B)    细料(C)    1    3.5%    8%    18%    2    5%    11%    23%    3    

15、;6.5%    15%    28%    3.2选用正交表根据因子水平选择正交表，选择的原则是试验的水平应等于正交表的水平，试验的因子个数应小于或等于正交表的列数。本试验属于三因子三水平试验，应选Lg(34)正交表3.3表头设计将因子水平表中的各因素放在正交表适当的列上称为表头设计。由于本试验的因子间无交互作用，故表头设计如下，因素A，B，C分别置于Lg(34)的1、2、3列上，第4列上为空白列。表头设计如表5。    表头设计表5

16、         列号    1    2    3    4    因子    A    B    C    空    

17、;3.4试验方案将试验因子和水平依次列入正交表中即构成试验方案。如表6。    试验方案表6         因子    水平    试验号    石灰(A)    粉煤灰(B)    细料(C)    W1  

18、0; 1(3.5%)    1(8%)    1(18%)    W2    1(3.5%)    2(11%)    2(23%)    W3    1(3.5%)    3(15%)   

19、0;3(28%)    W4    2(5%)    1(8%)    2(23%)    W5    2(5%)    2(11%)    3(28%)    W6    2(5%) &#

20、160;  3(15%)    1(18%)    W7    3(6.5%)    1(8%)    3(28%)    W8    3(6.5%)    2(11%)    1(18%)  

21、60; W9    3(6.5%)    3(15%)    2(23%)4试验结果及分析    本次试验严格按公路工程无机结合料稳定材料试验规程JTJ057-94所述方法，对9种配比混合料做重型击实试验，得到混合料的最大干容重Yd和最佳含水量Wo。有关试验方法请参考文献14.1试验结果(见表7)     击实试验结果表7     

22、60;   代号    混合料配比(石灰:粉煤灰:细料)    碎石的含量(%)    5mm以下集料的通过量(%)    最佳含水量Wo(%)    最大干容重Yo(g/cm3)    W1    3.5:8:18    88.5  &#

23、160; 20.3    7.0    2.235    W2    3.5:11:23    85.5    27    8.1    2.147    W3    3.5:15:28&#

24、160;   81.5    34    9.6    2.089    W4    5:8:23    87    26.4    7.8    2.204    W5

25、    5:11:28    84    33    8.4    2.103    W6    5:15:18    80    22.5    9.2    

26、;2.096    W7    6.5:8:28    85.5    32.7    9.1    2.139    W8    6.5:11:18    82.5    21.7 

27、60;  9.0    2.099    W9    6.5:15:23    78.5    29    9.9    2.065    4.2试验结果分析方法正交试验分析方法有二种：一是直观分析法，二是方差分析法，其中直观分析法比较简单易懂，只要对试验结果

28、作少量计算，通过综合比较，便可得到最佳配比和因素影响程度，但直观分析不能估计试验过程及试验结果测定中必然存在误差的大小，也就是说不能区分某因素各水平所对应的试验结果间的差异究竟是由因素水平不同所引起的，还是试验误差所引起的。而方差分析法正好弥补这个不足，是将因素水平变化所引起的试验结果间的差异与误差波动所引起的试验结果间的差异区分开的一种数学方法。本文采用直观分析方法分析试验结果，并运用方差分析法进行验证，关于二种方法的详细介绍请参考文献2，正交试验分析方法计算结果见表8 。    正交试验分析方法计算结果表8   

29、0;     指标    石灰A    粉煤灰B    细料C    3.5%    5%    6.5%    分析方法    8%    11%    15

30、%    分析方法    18    23    28    分析方法    13    13    13    R    Sa    22 

31、0;  23    23    R    Sb    33    33    33    R    Sc    Yo    2.157    

32、;2.134    2.101    0.056    0.005    2.193    2.116    2.083    0.109    0.019    2.143    2.139

33、0;   2.110    0.033    0.002    Wo    8.233    8.467    9.333    1.1    2.016    7.967   &

34、#160;8.5    9.567    1.6    3.982    8.4    8.6    9.033    0.633    0.629    基中R为直观分析法中的极差，描述试验点分散幅度的量。R值越大，表明试验点分散幅度越大

35、。其分散程度的极差也大，那么，该因素对指标影响程度就大，对三个因素A，B，C中R值最大的因素为主要因素。结合正交表表6、表8。Ij：为第“J”列“1”水平所对应的数据之和；IIj：为第“J”列“2”水平所对应的数据之和；IIIj ：为第“J”列“3”水平所对应的数据之和；S：为因素变动平方和，较大者为主要影响因素。4.2.1最大干容重与因素的关系通过绘制的最大干容重与因素关系图图1 、图2、图3(Y轴为右侧坐标轴)，可以发现，随着石灰、粉煤灰、细料的增加，最大干容重呈下降趋势，但表现各异。最大干容重与石灰用量近似线性关系；随着粉煤灰的用量的增加，最大干容重直线下降，且下降幅度较大；随着细料的增

36、加，最大干容重也呈下降趋势，下降幅度并不大。尤其当含量由18%增至23%时，下降幅度最小，每个百分含量为0.00008g/cm3，当从23%至28%，下降为0.0058g/cm3，从下降幅度看，粉煤灰是影响最大干容重的主要因素。产生上述现象的原因是：首先，由于在整个混合料的组成中，石灰，粉煤灰的密度小于细料的密度，细料密度又小于碎石的密度，它们含量的增加势必会造成混合料中其它组分的减少进而影响最大干容重。石灰、粉煤灰二者的密度相差不大，混合料中粉煤灰与石灰所占的比例为2:1至3:1，粉煤灰在“量”上要大于石灰的。故粉煤灰对最大干容重的影响要大于石灰对最大干容重的影响，从图中也可以发现，图2的曲

37、线要比图1中的曲线下降趋势明显。对于细料由于它的密度大于石灰、粉煤灰而小于碎石，故细料含量的变化对最大干容重有影响但不如石灰、粉煤灰含量变化的影响大。对于整个混合料来说，5mm以上的碎石形成骨架，而石灰、粉煤灰起“填充”作用，当细料含量由18%至23%时，曲线近似水平，说明此时细料也用于填充，而当细料含量由23%至28%时，曲线变化明显，说明混合料的骨架作用被破坏，混合料中5mm以上颗粒被5mm以下颗粒代替，进而影响混合料的最大干容重。由此可见粉煤灰是影响最大干容重的主要因素。通过级差计算(见表8)因素B的级差0.109，而因素A的R值为0.056，C的R值为0.033，三个因素对最大干容重影响程度大小依次为粉煤灰大于石灰，石灰又大于细料。其中粉煤灰为主要影响因素。同时，方差分析方法也证明了粉煤灰是影响最大干容重的主要因素。    4.2.2最佳含水量与因素的关系通过绘制含水量与因素关系图，可以发现，随着石灰用量的增加，含水量在3.5