杨小芳000898-半刚性基层混合料收缩性能研究

分类号UDCU416 密级 东 南 大 学硕 士 学 位 论 文半刚性基层混合料收缩性能研究研 究 生 杨小芳指导教师 陈荣生（教授） 倪富健（副教授）申请学位级别 工学硕士 专 业 名 称 道路与铁道工程论文提交日期 2003. 2 论文答辩日期 2003.3 学位授予单位和日期 答辩委员会主席 评审人 二OO三年三月东 南 大 学硕 士 学 位 论 文半刚性基层混合料收缩性能研究 研究生：杨小芳导 师：陈荣生 教授 倪富健 副教授专 业：道路与铁道工程东南大学交通学院二OO三年三月A Thesis Presented tothe Academic Committee of Southeast University For the Master Degree in EnginneeringThe Study of Shrinkage performanceof Semi-rigid Base Course MaterialPresented by Xiaofang YangUnder the Supervision of Prof. Rongsheng Chenand Associate Prof. Fujian NiTransportation CollegeSoutheast UniversityMar. 2003摘 要以二灰碎石和水泥稳定碎石为主的半刚性基层混合料因其强度高、稳定性好、抗冲刷性能强以及工程造价低等优点而广泛应用于我国高等级公路基层建设。几十年的工程实践证明，此类混合料在道路建成初期所产生的收缩并由此引起的“反射裂缝”是路面主要病害之一，影响了路面使用的耐久性。因此，研究半刚性基层混合料的收缩（主要包括干燥收缩和温度收缩）规律和有效防止或减小混合料收缩量的方法，进而作基层混合料抗裂设计是当前道路基层材料所需迫切研究的课题。为此，本文从以下几个方面进行了研究：首先，用正交试验法对二灰碎石和水泥稳定碎石的强度、干缩、温缩性能作了详尽的研究，并在此基础上进行混合料抗裂性能评价；而后，应用电子显微技术，对二灰碎石和水泥稳定碎石混合料强度形成于微观结构变化之间的关系作了深入探讨；最后，系统研究了以抗裂指数为最终控制指标的半刚性基层混合料设计方法。通过上述研究，结合半刚性基层试验路工程，总结出具有一定强度、良好抗裂性能的混合料配合比范围，形成了半刚性基层混合料的抗裂设计方法，对半刚性基层混合料设计和施工具有一定的指导意义。关键词：二灰碎石 水泥稳定碎石 收缩性能 抗裂性能评价 抗裂设计方法AbstractBecause of such merits of as high strength, stabilization, good performance of anti-washing out and low cost, semi-rigid materials used as base course including lime fly ash stabilized crushed stone and cement stabilized crushed stone mainly are adopted in base course construction proverbially. But the “reflect cracking” caused by the shrinkage of these kinds of semi-rigid materials especially in initial stages while completely constructed is one of the diseases of highway, as is tested by engineering world, and it becomes an encumbrance in the step of improving the using performance of road surface. So studying the shrinking rules of semi-rigid base course materials, research on ways to control the shrinkage effectively, and carrying out anti-cracking design of materials are the tasks need to be resolved urgently.Now the studies in this paper are carried out under those backgrounds, it mainly includes these as follows:Firstly, by using orthogonal trail, it studies the performance of strength, dry shrinking and temperature declining shrinking etc., and basing on these evaluates the anti-cracking performance.Secondly, studies the relation between the strength performances of lime fly-ash stabilized crushed stone and cement stabilized crushed stone and microscope structure of the materials. Finally, researches on the design methods of semi-rigid base course materials by adopting anti-cracking ratio as a control index .KEY WORD: Lime fly-ash stabilized crushed stone Cement stabilized crushed stone Shrinking performance Evaluation of anti-cracking performance Anti-cracking materials design method目 录第一章 绪 论11.1课题背景11.2 国内外就半刚性基层混合料裂缝问题的研究状况21.3 本课题研究的主要内容4第二章 半刚性基层混合料收缩性能研究的试验设计62.1 正交试验法62.1.1有关正交试验几个基本概念62.1.2正交表选择62.1.3 正交试验的数据处理方法62.2 半刚性基层混合料收缩性能研究的正交试验设计82.2.1 结合料剂量的确定82.2.2 集料（碎石）颗粒级配的控制92.2.3 外加剂92.3 半刚性基层混合料性能研究试验项目与试验方法112.3.1 原材料性能试验112.3.2混合料击实试验132.3.3混合料无侧限抗压强度试验132.3.4抗弯拉强度（抗折强度）试验132.3.5抗弯拉回弹模量试验132.3.6 混合料干缩试验142.3.7混合料温缩试验15第三章 半刚性基层混合料强度性能研究163.1 混合料最佳含水量、最大干密度的影响因素分析163.1.1最佳含水量、最大干密度的极差分析163.1.2二灰碎石混合料最佳含水量、最大干密度的方差分析183.1.3最佳方案的确定193.2 混合料无侧限抗压强度性能分析193.2.1 混合料抗压强度的极差分析203.2.2 混合料无侧限抗压强度的方差分析213.2.3 混合料强度的最佳组合213.3 小结22第四章 半刚性基层混合料收缩性能研究及抗裂性能评价244.1 二灰碎石混合料干缩性能研究244.1.1 二灰碎石混合料最大干缩应变分析254.1.2 混合料失水率大小分析274.1.3 混合料平均干缩系数分析284.1.3 二灰碎石混合料干缩规律分析294.2 二灰碎石温缩性能研究334.2.1 二灰碎石温缩应变分析334.2.2 二灰碎石混合料温缩系数特性分析354.3 混合料抗裂性能评价374.3.1 抗裂性能评价指标374.3.2 二灰碎石混合料抗裂性能分析及评价384.3.3 水泥稳定碎石混合料抗裂性能分析与评价434.3.4 半刚性基层混合料抗裂指数444.4 小结45第五章 半刚性基层混合料强度及收缩机理的微观分析475.1 二灰碎石强度形成的微观分析475.1.1 二灰碎石基层混合料的强度形成475.1.2 二灰碎石基层材料强度形成过程电子显微分析485.2 水泥稳定碎石强度形成的微观分析535.3 半刚性基层混合料收缩机理的微观分析545.3.1 干燥收缩机理545.3.2 温度收缩机理555.4 小结55第六章 以抗裂指数为控制指标的半刚性基层混合料设计方法576.1 概述576.2 以抗裂指数为控制指标的混合料设计方法576.2.1 以抗裂指数为控制指标的混合料组成设计方法基本理论576.2.2 混合料组成设计总体要求586.2.3 混合料组成设计方法596.3 混合料抗裂设计方法验证606.4 小结61第七章 研究结论和发展展望627.1 主要研究结论627.1.1 二灰碎石收缩性能研究的主要研究结论627.1.2 水泥稳定碎石收缩性能研究的主要结论637.2 有待于进一步研究的方面64参 考 文 献65致 谢66东南大学硕士学位论文 半刚性基层混合料收缩性能研究第一章 绪 论1.1 课题背景半刚性基层混合料（主要包括二灰碎石和水泥稳定碎石）作为一种半刚性基层混合料已被广泛地应用于我国高等级公路基层建设中，它具有强度高、稳定性好、抗冲刷能力强以及工程造价低等优点。同时，其本身也具有一定的缺陷：以二灰碎石或水泥稳定碎石等半刚性基层混合料铺筑的路面在使用数年甚至几个月后，面层相继出现裂缝。这种裂缝在初期往往表现为微裂缝，但随着车辆荷载作用、路表雨水渗入、环境温度交替变化等因素联合作用下，微裂缝进一步扩大，并逐渐发展成横向裂缝、纵向裂缝乃至局部的网裂，导致路面使用性能降低，并最终产生结构性破坏。根据大量现场微裂缝处的取芯，发现路表的裂缝宽度往往要小于纵深处（即基层部位）的宽度。这表明，裂缝的演化发展往往是从基层处开始的，也就是说，基层自身产生的微裂缝诱发了高等级半刚性基层路面的开裂。这种由基层混合料收缩引起、从基层部位开始逐步向面层扩展的裂缝称之为“反射裂缝”1。大量研究表明，半刚性基层的裂缝可分为荷载因素引起的裂缝和非荷载因素引起的裂缝。荷载因素就是车辆动静荷载疲劳作用下产生的裂缝，尤其是近年来超载现象比较严重的情况下，更容易造成半刚性基层开裂；而对于非荷载因素则主要是由干燥收缩（混合料随着水分的蒸发，含水量不断减小，产生的收缩，称为干燥收缩，简称干缩）和温度收缩（混合料由于温度降低而产生的收缩称为温度收缩，简称温缩）或二者综合影响所引起的收缩开裂。不同地区，具有出不同的环境特征：北方冬季气温较低，有的地区达到-30，在这种情况下混合料产生较大的温度收缩，一旦温缩应变超过材料所能承受的拉应变就出现裂缝，诚然在此过程中同时伴随着干燥收缩；在南方，炎热的夏季高温天气，混合料含水量急剧降低，混合料产生收缩，如果干燥收缩超过混合料所能承受的拉应变也会出现裂缝，当然这种开裂也包括温缩的成分。无论是我国北方还是南方，路面开裂现象都比较普遍。北京门头沟试验路1981年3月和1985年11月两次裂缝调查，其中水泥砂砾路段的裂缝率从160m/1000m2增加到296 m/1000m2，而二灰砂砾则由120 m/1000m2增加到621 m/1000m2；济青高速公路1993年底通车，在济南段(标段)也有横向裂缝；南京至六合一级公路，通车后第一个冬季，发现少量裂缝，1981年8月完成第二期路面加铺工程，到第三个冬季（1984年1月）全线调查，发现24.7km路段内共有6691条裂缝，一般隔10m一条裂缝，平均裂缝率为69.1 m/1000m2；沪嘉高速公路1988年竣工通车后，1992年横向裂缝达300多条，1993年每隔1220m一条，1994年每隔1215m一条，全线已有1000余条横向裂缝；莘松高速公路1990年12月竣工通车，经过三年的通车使用，出现了横向裂缝200条，裂缝间距在1215m之间，大部分横向裂缝贯穿路面全宽；广佛高速公路，建成的第二年，即1990年2月全线15km出现180多条贯通横缝（左右幅分别计算），最多1km左幅24条横缝 1。在国外，裂缝问题同样是道路界的一个难题。英国道路委员会调查了M4高速公路上92km路段的表面“反射裂缝”。该道路路面结构为：沥青层总厚135mm215mm，贫混凝土基层130mm250mm和水泥结粒料底基层。面层和基层厚度为355mm，水泥粒料底基层120mm300mm。经调查多数路段上有密集的横缝，平均间距4.5m2。纵观国内外半刚性基层数十年的工程实践，如何解决半刚性基层混合料开裂问题，提高半刚性基层沥青路面的使用品质是当前所面临的重要任务。因此，本文是在二灰碎石和水泥稳定碎石强度和收缩性能的研究和工程实践基础上，以室内试验研究为手段，研究二灰碎石和水泥稳定碎石等半刚性基层混合料的开裂问题。1.2 国内外就半刚性基层混合料裂缝问题的研究状况半刚性基层混合料具有较高的强度、较好的稳定性以及较强的抗冲刷能力，因而被广泛地应用于道路建设中。表1.1列出了我国典型的以二灰碎石或水泥稳定碎石为路面基层的道路及其面层、底基层状况。引起半刚性基层路面的裂缝有结构性破坏裂缝、沥青面层的温度收缩裂缝以及半刚性基层的温缩和干缩裂缝引起的沥青面层产生的反射裂缝。就半刚性基层反射裂缝而言，控制反射裂缝可从三方面考虑：针对基层材料本身，基层混合料配合比设计阶段，在保证基层强度的前提下，进一步考虑原材料组成对混合料抗裂性能的影响关系，优选抗裂性能较好的混合料配合比；在半刚性基层的施工过程中，严格按照混合料配合比进行精细施工，尽可能地避免混合料的离析，在基层建成的初期，做好养护工作，防止水分损失；在半刚性基层和沥青面层之间设置隔离裂缝的中间层或应力吸收层，以阻止反射裂缝向面层扩展。表1.1 国内采用水泥稳定类基层道路的路面结构公 路 名 称路 面 结 构 类 型面 层基 层底 基 层京石高速（北京四期）3.5cm细AC*4.5cm中AC7cmAM*40cm二灰砂砾20cm二灰砂砾京津塘高速5cm中AC6cm粗AC12cm AM20cm水泥碎石或水泥砂砾2535cm石灰土或水泥土、水泥石灰土、二灰土济青高速4cm细AC5cm粗AC6cm粗AC24cm二灰碎石42cm二灰碎土沪嘉高速公路12cm（6km），17cm（6km）46cm二灰碎石20cm砂砾沪宁高速（江苏段）4cm SAC*-166cm AC-25I6cm AC-25II20cm二灰碎石40cm二灰土及二灰广深路4cmAC磨耗层8cm AC10cm AC10cm沥青碎石联结层23cm水泥碎石25cm级配碎石南京机场高速4.5cm AC-166cm AC-25I6cm AC-25II34cm二灰碎石20cm石灰土杭甬高速5cm中AC7cm粗AC25、28、34cm二灰碎石20cm二灰土20cm级配碎石郑州-洛阳4cm中AC5cm粗AC6cm AM15cm水泥碎石15cm二灰碎石24cm二灰土西安-铜川4cm中AC8cm AM21cm沥青碎石22cm二灰土注： AC*沥青混凝土； AM*沥青碎石； SAC*多碎石沥青混凝土。国外从60年代开始对二灰碎石进行研究。1964年，A.Herzog、R.Bock研究了影响二灰稳定土强度的一些因素。1976年，Andres、R.S研究了影响石灰、粉煤灰碎石混合料耐久性的因素。1988年，B.R.A.Akofo通过对二灰稳定土无侧限抗压强度的室内试验，得出最佳石灰和粉煤灰含量。1988年，Bapkal、Gokhan对二灰稳定土进行短期高温养护和低温长期养护试验，得出二者之间的关系，并研究用短期、高温养护条件下的实测值来预测设计值。对于二灰碎石的裂缝问题，国外一些学者认为主要是由于无机结合料收缩而产生的。M.F.maggs等人认为减少横向裂缝的方法，应从限制基层的强度与刚度入手，不可片面追求高强度、高刚度，并严格控制施工含水量。为防止基层裂缝的反射，需要有一定厚度的面层，多数国家认为15cm20cm为宜。另外，用土工织物设置基层和面层之间的隔离层可减少反射裂缝。对水泥稳定碎石，最早的水泥稳定材料基层是1935年在美国的Johnsonville （South Carolina）修建的。1937年，美国加利福尼亚州铺筑了3.2km的水泥稳定土基层，随后被广泛应用到公路和机场跑道中3。我国对半刚性基层混合料的应用和研究，始于70年代援外的公路工程中。在赞比亚、苏丹、卢旺达等国的援建工程中，不同程度地采用了水泥稳定材料为路面基层。随后水泥稳定材料和二灰稳定材料开始应用于我国的道路建设。随着半刚性基层材料不断应用于工程实践，对其性能的认识得以逐步加深。各国道路工作者开始注意到，二灰碎石和水泥稳定碎石基层混合料收缩并产生裂缝、进而反射到面层，形成路面“反射裂缝”严重影响了路面的使用性能。半刚性基层材料开裂的两种成因车辆荷载引起的荷载裂缝和由干缩、温缩引起的收缩裂缝，对荷载裂缝，只要保证基层、底基层有足够的强度便可抵抗由面层传来的荷载，也就是说如果基层强度足以抵抗荷载引起的应力，基层就不会开裂。在这种情况下，路面出现早期裂缝主要是由于干缩、温缩引起的收缩裂缝反射到面层所致。就二灰碎石基层，满足施工要求的7天饱水无侧限抗压强度对高等级路面达0.8MPa，且后期强度要远大于7天饱水无侧限抗压强度。一般情况下，行驶在道路上车辆的胎压在0.8 MPa左右4，进一步考虑胎压随深度逐渐减小，实际基层所承受应力则更小，所以对基层而言由胎压引起的竖向应力是相对较小的。即使考虑车辆的动荷作用（动荷系数一般不超过1.305），基层实际受到的车辆荷载所引起的应力是比较小的。对于水泥稳定碎石，由于其较高的早期强度，因此更不会因为强度不足而使路面开裂。另一方面，二灰类和水泥稳定类基层材料由于初期水分蒸发、日夜温差的交替变化下由混合料干缩、温缩所致的应力则不容忽视。如果混合料所产生的干缩和温缩超过材料抗拉强度，则将基层拉断。因此对半刚性基层混合料的裂缝研究，主要集中在以下几个方面：第一，针对半刚性基层混合料本身，有的混合料本身可产生很大的干温缩，而有的则较小。因此在基层混合料设计阶段，应在保证强度的基础上选择抗干、温缩性能比较好的混合料配合比；第二，主要研究针对裂缝的防止措施，如在半刚性基层与沥青面层之间设置隔离中间层或应力吸收层等；第三，采用高强沥青面层或厚沥青面层，来阻止半刚性基层产生裂缝的反射。关于半刚性基层材料收缩性能研究，目前已取得了以下几个方面的成果：1 半刚性基层混合料收缩性能综合评价混合料本身性能研究是在充分认识组成半刚性基层混合料的主要原材料的基础上，对混合料的整体收缩性能作综合评价。从半刚性材料开始应用于道路基层，就不断地对二灰稳定和水泥稳定基层材料采用以理论分析、室内材料性能系统试验、结构模型试验和野外试验路并举的理论计算与实践检验相结合的方法，得出了这些基层材料的性质、影响其强度的因素、各因素对强度的影响规律、影响其收缩性能的因素以及各因素对收缩性能的影响规律。在此基础上，提出能够满足路面基层路用性能的原材料性能要求、混合料配合比，进而对其强度及收缩性能作综合评价。2 半刚性基层材料的微观分析6通过X射线衍射、红外光谱、热差分析以及电子显微镜等多种实验手段，分析了半刚性基层混合料强度形成过程中水化产物在混合料内的生成、发展状态及其与混合料整体强度的变化关系。从扩张作用、毛细管张力作用和冰冻作用等方面研究了水对混合料热胀缩性能的影响，另一方面从毛细管张力作用、吸附水和分子间力作用、矿物晶体或胶体的层间水作用以及碳化脱水作用等方面研究半刚性基层混合料的干缩机理和从组成混合料各成分的热膨胀系数来研究整体材料的温缩特性。3半刚性基层混合料开裂的防治措施（1）选择干温缩性能较好的混合料组成在充分认识原材料性能基础上，控制二灰和水泥含量，选择混合料收缩量小的结合料剂量（一般在二灰控制在1520，水泥则控制在46%），集料或粒料的级配组成7。（2）研制早强外加剂针对半刚性基层混合料应用的实际情况，在混合料中掺加一定的外加剂，来克服或改善混合料的一些弱点，增强其强度减小收缩性。二灰稳定基层材料的早期强度较低，这对施工造成一定的影响，为提高其早期强度，可掺加一定量的化学添加剂。目前已研制出许多可有效提高混合料早期强度的外加剂。（3）设置中间层俄罗斯曾在1014cm厚的沥青混凝土下设置乳化沥青处治集料防裂中间层或集料中间层。英国则采用高抗拉强度的聚合物网作为半刚性基层与沥青面层的中间层以延缓裂缝向上传播。另外一些国家使用土工织物或橡胶沥青中间层以减少路面裂缝。（4）预制微裂纹、预切缝在基层中预先制造微裂纹以降低其收缩性。德国的1986年设计规范规定，当沥青罩面的厚度小于或等于14cm，不管基层厚度多大，只要基层抗压强度超过12MPa，基层必须预先切纵缝和横缝；捷克斯洛伐克用反复碾压的方法人为地制造微细裂缝网。4针对收缩裂缝的施工控制（1）含水量的变化对半刚性基层混合料收缩的影响由于现场施工中一些不可避免的因素使混合料拌和不均，致使混合料含水量产生偏差，进而影响基层混合料总体干缩性能。含水量偏大，使混合料产生较大干缩。因此，施工中应充分拌和混合料，减小混合料含水量偏差。另外根据施工经验，为尽可能地防止干缩裂缝的产生，宜在略低于混合料最佳含水量情况下碾压成形。（2）养生条件在基层建成初期（尤其是7天之内）面层还没有铺筑，基层暴露在空气中，易造成混合料水分的大量挥发，既影响混合料强度的形成又会产生较大的干缩。所以养生期间要少洒水、勤洒水，始终保持基层处于湿润状态。（3）对离析的施工控制方法混合料离析使基层强度降低、稳定性丧失、平整度也很难保证。经大量工程实践，对施工中混合料的离析可从混合料拌和、运输、施工碾压以及人工操作等方面采取相应的控制和补救措施。1.3 本课题研究的主要内容数十年来，对半刚性基层混合料的研究，在混合料性能、施工工艺、施工方法和养护管理等方面取得了一定成果。而针对其收缩性能的研究具有以下几方面的特点及缺陷：1各国道路界对水泥混凝土的收缩问题有许多研究，但对半刚性基层混合料收缩性能的研究不多。但前者的研究与后者有很大的不同，首先受力不一致，水泥混凝土承受压力或拉力较大，而半刚性基层承受的力要小得多；其次，二者所处的环境有很大的差异，半刚性基层混合料往往在路面以下1020cm左右，受水的冲刷、地温的变化影响较大。因此，对半刚性基层材料的研究应立足于下卧基层所处的环境、综合考虑面层和底基层的影响来研究干燥收缩、温度收缩以及二者综合影响。2研究集中在定性方面，而在定量研究方面不够深入。定性研究结论是基于大量的工程实践，如果在此基础上给予定量分析，就可使对半刚性基层混合料干温缩性能的认识更为科学、研究结果更具说服力。3目前对半刚性基层混合料收缩性能研究中，对收缩量的测量方法主要有手持应变仪测量、支架法测量和电阻应变仪测量等。其中前两种方法在操作上比较简单，但存在测量时随机性较大的缺点。手持应变仪测量时，一次测量与其上一次测量很难保证两次测点都在同一条中轴线上。支架法测量也存在这样的问题，架在收缩试件两端的千分表很难保证在整个试验期内顶在梁段的两端保持不变。就这一点，采用电阻应变仪法更为可靠。另外，前两种方法的试验环境一般在试验大厅中进行，而室内无论是温度还是湿度时刻在发生变化，这样，试件所处的环境没有一个一致的标准，增加了试验的随机误差。4由于我国各个地区的环境差异性较大，对半刚性基层混合料的温缩性能研究，其环境温度一般在40-15之间，而在我国北方尤其在东北最低气温可达-30左右，而在炎热的夏季，沥青路面在长时间日照下所达的温度要远超过40，即使传导到基层有一个温降梯度也可能高于40。所以目前对其温缩性能的研究就温度范围来说是不全面的。5评价其干温缩性能的指标不尽完善，在混合料设计过程中，没有对其收缩性能作明确的相关指标控制。本研究是在吸取半刚性基层混合料应用成败经验的基础上，综合考虑各地区的环境因素，将室内试验研究与室外试验路实践相结合，来研究半刚性基层混合料的强度、收缩性能，进而提出可显著降低收缩量的混合料配合比、混合料设计方法、性能评价指标以及混合料施工工艺、施工方法和施工质量控制。本文研究的主要内容：1 通过相关室内试验， 研究组成二灰碎石和水泥稳定碎石的原材料与混合料强度之间的关系；2 保证混合料强度的基础上，研究二灰碎石和水泥稳定碎石收缩性能的影响因素和影响规律；3 从微观的角度研究二灰碎石和水泥稳定碎石各微粒的干缩、温缩性能，从而在整体上来阐述二灰碎石和水泥稳定碎石的收缩机理；4 总结出以保证强度为基础、降低收缩为目的的混合料组成范围；5 提出综合考虑混合料强度和收缩性能的混合料设计方法。71第二章 半刚性基层混合料收缩性能研究的试验设计第二章 半刚性基层混合料收缩性能研究的试验设计本章针对整个试验研究过程，从总体上来论述半刚性基层混合料（包括二灰碎石和水泥稳定碎石）性能研究的试验方案、必要的试验项目、数据处理的数理理论和方法以及指标性能分析方法。2.1 正交试验法正交试验法是在利用正交表来研究由多种因素决定某特定指标规律的一种数理统计方法8。它能在较少的试验次数下，找出对所研究对象的特定规律，而且方法简单、使用方便，因而被广泛地应用于科学研究。2.1.1 有关正交试验几个基本概念1指标对研究的对象，必须通过某个特定的量值来评定其性能的好坏，这个量值就称之为指标。在半刚性基层混合料性能研究中，混合料强度、失水率、收缩应变、收缩系数等是重要的指标。2 因素对于复杂的问题，研究对象往往有众多的影响条件，将这些在试验中考察的有关影响试验指标的条件称之为因素。3 水平在试验中，各种因素所在的不同状态称之为水平，或位级。2.1.2 正交表选择正交试验法就是利用各种不同的正交表来安排具有均衡搭配特性试验的方法。在选择正交表时，应将被选用的正交表的因素与水平数大于或等于试验所需考察的因素个数和水平个数，并且使试验次数最少。常用的正交表有L4(23)、L9(34) 、L16(45)等。其含义，以L9(34)为例，L表示正交表；9代表所需的试验次数为9次；3表示正交表中有3个水平；而4则表示对应有4个因素，这种正交表所需的试验如表2.1示。表2.1 四因素三水平的正交试验表因 素试验号ABCD1111121222313334212352231623127313283213933212.1.3正交试验的数据处理方法在正交试验中，极差分析法（亦为直观分析法）是通过极差分析和画趋势图来进行综合比较以得出结论的数据处理方法。此外，还有方差分析法。 1 极差分析法（1）确定同一因素不同水平对指标的影响以L9(34)为例，设9次试验的结果为y1、y2 、y3y9，由表2.1，A因素1水平所对应的指标总量为y1+y2+y3；同理A因素2水平对应的总量为y4+y5+y6，A因素3水平对应的为y7+y8+y9；B因素1水平对应的总量为y1+y4+y7，C因素在1水平对应的总量为y1+y6+y8，而D因素为y1+y5+y9。令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，即：对 A因素，I1= y1 + y2 + y3II1= y4 + y5 + y6 (2.1)III1= y7 + y8 + y9对 B因素，I2= y1 + y4 + y7II2= y2 + y5 + y8 (2.2)III2= y3 + y6 + y9对 C因素，I3= y1 + y6 + y8II3= y2 + y4 + y9 (2.3)III3= y3 + y5 + y7对 D因素，I4= y1 + y5 + y9II4= y2 + y6 + y7 (2.4)III4= y3 + y4 + y8（2）极差分析对于每个因素，都对应各自的Ij/3、IIj/3、IIIj/3，找出其中的最大和最小，将最大值减去最小值，即得到极差。极差反应了该因素对指标的影响程度，极差越大，表明该因素对试验指标来说是越主要的因素；相反，极差越小，越为次要的因素，对试验指标的影响较小，甚至忽略不计。（3）画趋势图分析以因素的水平为横坐标，对应指标数值为纵坐标，就L9(34)来说，形成三个点，用折线将这三点相连形成折线图，就能直观地体现指标随因素水平的变化规律。综合正交试验中的各因素所对应的趋势图，可以分析出针对指标的最佳方案，即该指标的最佳组合。2方差分析法方差分析是通过对试验数据的数理分析，来检验因素变化对指标影响的显著性。在方差分析过程中，将因素变化的影响与试验误差区分开来，可以很好的检验试验的准确性和可靠性程度。（1）方差分析统计量的计算1）总偏差平方和 (2.5)其中,。一般来说，对试验结果yi均满足正态分布，即yiN（0，2），从而， (2.6)2）因素变动平方和 (2.7)因素变动自由度： fA=fB=fC=fD=3-1=2 （2）因素变动的分解公式试验数据的总变动由误差的变动和因素水平的变动两部分组成。误差的变动由误差引起，而因素水平的变动则反映出对指标的影响规律，即： (2.8) (2.9)（3）显著性检验判断在检验判断前，建立检验假设：因素对指标的影响不显著。如果拒绝假设，就说明该因素对指标有显著的影响。为判别所考察的因素对指标的影响是否显著，将表示该因素影响的水平差异与表示随机差异（即试验误差）进行比较。建立统计量F， (2.10)此统计量是服从正态分布的随机变量。同理， (2.11)均服从分布F（2，2）。一般说来，在显著性水平=0.01、=0.05、=0.10下分别加以检验，所对应的临界值分别为99、19、9。如果=0.01，FF0.01，表明影响是显著的，在置信度1-=0.99下否定原假设：该因素对指标的影响不显著，在分析过程中，用“*”来表注。同理，如果F0.05FF0.01，表明=0.05时显著，用“*”表注； F0.10FF0.05，表明=0.10时显著，用“*”表注；而如果F70%47.69%总量为81.19合格2Al2O3(%)25.88%3Fe2O3 (%)7.62%4比表面积（cm2/g）25002870合格5烧失量（）205.04合格依据公路路面基层施工技术规范（JTJ0342000）标准，所测各项均满足粉煤灰的路用技术要求。3 水泥试验所用的水泥为镇江产联合牌32.5PO普通硅酸盐水泥。试验前做水泥各项技术指标的检验，结果如下表2.9。表2.9 32.5PO普通硅酸盐水泥实测技术指标值项 目初凝时间（h：min）终凝时间（h：min）安 定 性(雷氏法（C-A）mm)细 度(0.08mm)3d强度（MPa）28d强度（MPa）抗折抗压抗折抗压实测值2：203：15合格2.8%4.119.78.446.632.5PO普通硅酸盐水泥强度技术要求如表2.10所示。表2.10 32.5PO普通硅酸盐水泥胶砂强度要求 强 度龄 期抗折强度(MPa)抗压强度(MP