第45卷第13期2014
年7月
人民长江Yangtze Ｒiver Vol．45，No．13July ，2014
收稿日期：2014－02－08
基金项目：中国博士后科学基金(2011M501397)；重庆市博士后科研项目(XM20120014)作者简介：叶
永，男，教授，博士后，主要从事沥青混凝土力学行为研究。E －mail :yyeeong@aliyun．com 文章编号：1001－4179（2014）13－0069－03
叶
永
1，2
，王
凤1，蔡宜洲
1
（1．三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌443002；
2．三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心，
湖北宜昌443002）
唐成良
摘要：以沥青混凝土孔隙率作为其抗渗指标，应用极差分析法和方差分析法，探讨级配指数、填料用量和油石比3种影响因素对沥青混凝土防渗性能的影响程度及最优配合比组合。结果表明，油石比的极差Ｒ值及方差分析F 值最大，
级配指数的相应数值略小，而填料用量的相应数值最小；试验得到的最优配合比组合为，级配指数为0．45、填料用量12%、油石比7．5%。分析表明，油石比和级配指数对孔隙率的影响为显著，填料用量影响不显著。研究结果对提高水工沥青混凝土防渗性能具有指导意义，可为实际工程中水工沥青混凝土配合比设计及混凝土施工质量关键的因素控制提供参考。关
键
词：防渗性能；正交试验；影响因素；水工沥青混凝土
中图法分类号：TV431
文献标志码：A
沥青混凝土因其适应变形能力强，抗裂、抗震性能
好，具有裂缝自愈能力等，广泛应用于水利工程［1］
，尤其是用作碾压混凝土坝上游面防渗体和土石坝防渗体。沥青混凝土的抗渗性通常以渗透系数和孔隙率来评定，而孔隙率测试比渗透系数测试容易得多，所以工程界目前更趋向于用孔隙率作为沥青混凝土抗渗指
标，用渗透系数作为检验指标［2－3］
美寻
。本文采用正交试验方法，测定不同配合比沥青混
凝土的孔隙率，利用极差分析及方差分析法分析级配指数、填料含量和油石比对孔隙率的影响程度，并得出了各相关因素对沥青混凝土孔隙率影响的排序结果以及最优配合比组合，为沥青混凝土设计及施工质量控制提供参考。
1影响沥青混凝土孔隙率的主要因素1．1
级配指数
级配指数r 是确定粗骨料（粒径2．5 25mm ）、
细骨料（粒径0．074 2．5mm ）比例的参数。r 值愈大，粗骨料的相对含量就愈多；r 值愈小，细骨料的相对含量
就愈多
［4］
。图1反映了级配指数与孔隙率的关系。
图1级配指数与孔隙率的关系
1．2填料用量
填料是矿物中粒径小于0．074mm 的组分。在沥
青中掺入适量填料，不仅可以节省沥青用量，而且可以改善沥青的粘结性和柔韧性。但若填料过多则会影响
施工流动性，降低沥青胶结料的粘结性和塑性［4］
。因此，要获得较小的孔隙率，必须合理选择填料用量。一般地，对于心墙沥青混凝土，填料用量F
在10% 16%之间［5］。图2反映了填料含量与孔隙率的关系。
人民长江
2014
年
图2
填料用量与孔隙率的关系
1．3油石比
油石比是指沥青混凝土中沥青与矿料质量比的百分数。在矿料含量一定的条件下，增大油石比，可以使沥青混合料的黏度增大从而提高颗粒粘结力，这有利于减小孔隙率，但这会降低沥青混凝土的刚度和强度。一般地，碾压式沥青混凝土心墙的油石比在6% 7．5%之间［5］。图3反映了油石比与孔隙率的关系
。
x射线荧光光谱法图3
油石比与孔隙率的关系
2沥青混凝土正交试验设计
正交试验设计法是一种试验的优化设计技术，
由田口玄一等人提出。该方法以概率论、数理统计和实践经验为基础，利用标准化正交表安排试验方案（以部分试验来代替全面试验，挑选出有代表性的试验点来进行试验），并对结果进行计算分析，
最终迅速到优化方案。其优点是能够以相当少的试验次数、非常短的试验时间和很低的试验费用得到满意的试验结果，因而正交试验法是一种高效处理多因素优化问题的科学计算方法
［6］
。
本文通过孔隙率试验研究级配指数、填料用量和油石比这3个因素及每种因素的数量水平对沥青混凝土防渗性能的影响。研究所用各因素水平选择如表1所示，正交试验表见表2。
3影响因素分析3．1
极差分析法
极差法形象直观、简单易懂，通过计算极差Ｒ并
表1
因素水平
水平因素
级配指数填料用量/%
油石比/%10．35126．520．40147．03
0．45
16
7．5
表2
正交试验表
试验组号
级配指数填料用量/%油石比/%孔隙率/%10．35（1）12（1）6．5（1）1．74020．35（1）14（2）7．0（2）1．53330．35（1）16（3）7．5（3）1．38540．40（2）12（1）7．0（2）1．24350．40（2）14（2）7．5（3）0．87860．40（2）16（3）6．5（1）1．40270．45（3）12（1）7．5（3）0．70980．45（3）14（2）6．5（1）1．2879
0．45（3）
16（3）
7．0（2）
1．243
注：括号中数字为因素水平。
比较其大小就可以得到试验中的主次因素及最优组合。
极差Ｒj 反映了第j 列因素水平波动时试验指标的
变动幅度，Ｒj 越大，说明该因素对试验指标的影响越大。极差Ｒj 计算采用如下公式Ｒj =｛［max （K 1，K 2，K 3，…）］－
［min （K 1，K 2，K 3，…）］
｝/k j （1）
式中，
k j 为第j 列同一水平重复次数；K 1（K 2，K 3，…）为1（2，3，…）水平所对应的指标和。本试验极差计算结果见表3，各因素对孔隙率的影响结果见图4。
表3
极差法计算结果
影响因素K 1K 2K 3Ｒ级配指数r 4．6583．5233．2390．473填料用量F 3．6923．6984．030．113油石比B
4．429
4．019
2．972
0．
486
图4各因素对孔隙率的影响结果
根据表3计算结果可知，孔隙率影响因素排序为
油石比→级配指数→填料用量。
从图4可以看出，随着级配指数的增加，孔隙率降
7
第13期叶永，等：基于正交试验的沥青混凝土防渗性影响因素评价
低；填料用量增加，孔隙率增大；油石比增大，孔隙率降
低。所以本次试验的最优配合比组合为r3F1B3，即级
配指数0．45、填料用量12%、油石比7．5%。
3．2方差分析
方差分析的基本思想是将数据的总偏差平方和
（S
T ）分解为因素的偏差平方和（S
1
，S
2
，…）和误差的
偏差平方和（S e），然后将偏差平方和除以相对应的自由度（df）得到方差（V1，V2，…），最后利用因素方差与误差方差之比作F检验，即可判断因素的作用是否显著［7］。本试验方差分析结果见表4。
表4方差分析计算结果
方差来源
偏差
平方和S
自由度
df
方差V F显著性临界值
级配指数0．375820．187927．4002显著F0．01（2，2）=99．0填料用量0．024920．01251．8186不显著F0．05（2，2）=19．0油石比0．376420．188227．4384显著F0．10（2，2）=9．0误差0．013720．0069
根据表4计算结果可知，孔隙率影响因素排序为油石比→级配指数→填料用量，与极差分析结果一致；级配指数与油石比对孔隙率影响显著，填料用量对孔隙率影响不显著。
4结语
（1）油石比的极差Ｒ值及方差分析F值均为最大，即油石比对孔隙率的影响最大，故配合比设计中应优先考虑油石比的选取。
（2）从方差分析可见，油石比与级配指数对孔隙率的影响均为显著，故配合比设计中级配指数的合理选取也是必要的。
（3）从极差分析和方差分析均可知，填料用量对孔隙率的影响最小，作用也不显著。原则上对于不显著的因素，可选试验范围内的任一水平，但据试验研究发现填料用量对沥青混凝土其他性能有较大影响，故在配合比设计中，应综合考虑防渗性与其他性能影响选取填料用量。
何其芳的资料
（4）从极差分析可知，各因素对孔隙率的影响趋势为：孔隙率随级配指数的增大而减小，随填料用量的增大而增大，随油石比的增大而减小。即在一定范围内，级配指数与油石比越大，填料用量越小，防渗性能越好。
（5）本文中最佳配合比组合（级配指数0．45、填料用量12%、油石比7．5%）是在室内配合比试验条件下得到的初步结果，在工程运用中还应考虑现场实际原材料的特性和施工条件等，通过现场试验来调整最优配合比，从而确定最终的施工配合比。
参考文献：
［1］屈漫利，王为标，蔡新合．冶勒水电站沥青混凝土心墙防渗性能的试验研究［J］．水力发电学报，2004，23(6):80－82．
［2］岳跃真，郝巨涛．水工沥青混凝土防渗技术［M］．北京：化学工业出版社，2007．
［3］辛景峰，余梁蜀，任少辉．水工沥青混凝土孔隙率影响因素的灰关联分析［J］．节水灌溉，20
07，(8):121－123．
［4］甘霖．水工沥青混凝土材料与配合比［J］．水电站设计，1998，14
(1):102－104．
［5］余梁蜀，苏广新，王永生．玉滩水库扩建工程水工沥青混凝土配合比试验研究［J］．水利水电工程设计，2013，32(2):50－53．
［6］刘瑞江，张业旺．正交试验设计和分析方法研究［J］．实验技术与管理，2010，27(9):52－55．
［7］杨虎，钟波．应用数理统计［M］．北京：清华大学出版社，2006．
(编辑：郑毅)
Influential factors evaluation for imperviousness of
两河口水电站
hydraulic asphalt concrete based on orthogonal test
YE Yong1，2，WANG Feng1，CAI Yizhou1
（1．College of Hydraulic＆Environmental Engineering，China Three Gorges University，Yichang443002，China；2．Collaborative Innovation Center for Geo－hazards and Eco－Environment in Three Gorges Area，Yichang443002，China）
Abstract：Taking the porosity ratio of asphalt concrete as its imperviousness index，and by variance analysis and range analy-sis，we investigate influences of various factors such as grading index，filler content and asphalt－aggregate ratio on impervious performance of asphalt concrete and the optimum mix proportion is obtained．The results show that asphalt－aggregate ratio gets the maximum value in both range analysis and variance analysis，however grading index gets smaller value in the above two analy-sis，and filler content gets the minimum value．The optimal mix proportion is grading index of0．45，filler content of12%and asphalt aggregate ratio of7．5%．It demonstrates that the influence of asphalt－aggregate ratio and grading index on porosity is significant，and filler content effect is not significant．The results has guiding significance for improvement of imperviousness of hydraulic asphalt concrete，meanwhile providing a reference for mix proportion design and key controlling factors in construction of hydraulic asphalt concrete．
Key words：imperviousness；orthogonal test；effect factor；hydraulic asphalt concrete轴瓦
17
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