论文部分内容阅读
【摘 要】针对级配碎石混合料，采用振动成型法试验，研究了粗集料强度和棱角性对混合料最终级配的影响。试验结果表明，粗集料强度和棱角性对级配碎石混合料的最终级配都有显著影响。尤其是当集料压碎值大同时针片状含量也大的时候，这种叠加效应下的影响最为显著。
【关键词】道路工程；级配碎石；粗集料；棱角性；压碎值；合成级配
1. 概述
粗集料强度和棱角性对混合料路用性能会产生影响，对此大家都无异议。众所周知，强度低（即压碎值大）的石料在施工过程中有可能被压碎，这种“二次破碎”会导致集料粒径发生变化，进而影响混合料的最终真实级配。同理，棱角性不好（针片状颗粒含量大）的石料在施工过程中有可能被折断，这同样会导致集料粒径发生变化，进而影响混合料的最终级配。一旦混合料级配发生变化（与最初设计级配不一样），其各项路用性能自然也就发生变化。对于水泥稳定碎石和沥青混合料等存在胶结料的整体性路面材料而言，施工过程中的粗集料“二次破损”会使混合料结构内部产生很多“内伤”，因为在断裂部位往往是不存在胶结料的，其粘结强度为零，这对混合料的整体强度、宏观承载能力和耐久性都是极其有害的。本文针对级配碎石混合料，采用振动成型试验，研究了粗集料强度和棱角性对混合料合成级配的影响。
表1 三种石料的集料压碎值试验结果
表2 三种石料的粗集料棱角性试验结果
2. 试验设计及原材料试验
2.1 试验准备工作。为了完成试验研究工作，须准备不同强度和棱角性的粗集料，集料强度用压碎值表征；对于粗集料棱角性，鉴于国内目前还没有统一的试验方法和技术标准，本文采用针片状颗粒含量来表征粗集料棱角性。事实上，采用合成粗集料松（振）装空隙率可以较好的评价粗集料的棱角性，但目前该项工作还处在研究阶段。本文选择三种集料，破碎玄武岩碎石、破碎石灰岩碎石、破碎河滩料碎石。混合料采用振动法成型，依据经验选用合适的含水量以及混合料级配。
2.2 原材料试验结果。首先，对所选三种集料进行压碎值测试，试验结果见表1。然后，以石灰岩为例，采用人工挑选的方式，按粗集料棱角性（针片状颗粒含量）的不同将其分为A、B、C三级，对每级石料进行针片状颗粒含量的测试，试验结果见表2。
3. 试验结果及分析
3.1 集料压碎值对混合料级配的影响。三种石料的级配碎石混合料的初始级配（设计级配），见表3。
表3 三种集料的混合料试验前初始级配
注：三种集料的针片状含量分别为8.6%、8.1%、9.7%。
（1）采用振动压实成型，试验结束后将试件脱模，然后进行水洗筛分，得到最终级配，见表4，最终级配对应的是路面施工结束后结构层混合料的真实级配。
表4 三种集料的混合料振动成型试验后级配
图1 玄武岩试验前后合成级配对比曲线（2）试验前后，三种集料的混合料合成级配比较见图1、图2、图3所示。 振动击实成型前后，三种集料的混合料合成级配变化情况见表5，图4。
表5 振动成型前后三组集料的混合料合成级配变化值
图2 石灰岩试验前后合成级配对比曲线
图3 河滩料试验前后合成级配对比曲线
图4 试验前后混合料合成级配波动曲线（3）从试验结果来看，集料强度（压碎值大小）对混合料合成级配有较大影响。室内振动成型试验发现，当集料压碎值约为14%时，成型前后，混合料合成级配几乎没有变化，最大变化未超过3%，级配变化是满足施工质量控制范围（级配波动不大于5%）的要求；当集料压碎值约为22%时，成型前后，混合料合成级配发生了一定改变，其中，19mm、4.75mm和2.36mm三个筛孔通过率分别增加了3.3%、3.5%和4.8%，表明粗集料在混合料成型过程中有被击碎的现象；当集料压碎值约为28时，成型前后，混合料级配发生了较大改变，其中，19mm和26.5mm筛的通过率分别增加了8.3%、7.7%，均超出了施工质量控制范围要求；4.75mm和2.36mm筛通过率也都超出了5%的施工质量控制范围要求。试验结果表明，对于级配碎石而言，集料压碎值不宜超过28%。目前，有些项目明确提出，用于级配碎石的集料，其压碎值不宜大于26%，由此可见此要求是合理的。
3.2 集料棱角性对混合料级配的影响。
（1）取表2中的石灰岩碎石A、B、C三种集料，采用表3中的初始级配，成型混合料试件。试验前后，混合料合成级配变化值见表6和图5。
表6 不同棱角性的粗集料的混合料试验前后合成级配变化值
图5 针片状颗粒含量对混合料合成级配的影响曲线（2）从试验结果来看，粗集料棱角性（针片状颗粒含量）对混合料合成级配有明显影响。尤其是当针片状含量超过10%以后，这种影响更为明显。从图5可以看出，当针片状含量为5.5%时，试验前后，混合料合成级配波动值未超过2.5%，影响很小；当针片状颗粒含量增加到10.8时，试验前后，混合料合成级配最大波动值超过4%；当针片状颗粒含量为15.2%时，试验前后，混合料合成级配最大波动值超过5%。此外，从试验结果来看，针片状颗粒含量对混合料合成级配的影响主要是集中在19mm、9.5mm、4.75mm和2.36mm四个筛孔。其中，影响最大的是9.5mm和4.75mm的通过率。
4. 结论
（1）粗集料压碎值和针片状颗粒含量对级配碎石混合料的合成级配均有显著影响，且二者之间存在叠加效益。
（2）当针片状颗粒含量小于10%，集料压碎值不超过22%则对级配碎石混合料的合成级配不会造成太大的影响；但当压碎值接近28%时，则会致使混合料合成级配产生较大波动而不满足质控范围要求。
（3）根据试验结果，当石料压碎值超过22%，针片状颗粒含量不宜超过15%，否则，集料特性将会对级配碎石混合料的合成级配产生较大影响，合成级配的质量难以控制。
（4）综合试验结果，对用于级配碎石的粗集料，建议针片状颗粒含量不宜超过10%，压碎值不宜超过26%。
参考文献
[1] 中华人民共和国行业标准。《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004），交通运输部，北京：人民交通出版社，2005.
[2] 中华人民共和国行业标准。《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005），交通运输部，北京：人民交通出版社，2005.
[3] 陈国明，谭忆秋，石昆磊等。粗集料棱角性对沥青混合料性能的影响[J].公路交通科技，2006，23（3）：6～9.
[4] BrzezicikiJerzyM.KasperkieiwiczJanusz.AutomaticimageanalysisinevaluationofAggregateShape[J].JournalofComputinginCivilEngineering，1999，（2）：123～129.
【关键词】道路工程；级配碎石；粗集料；棱角性；压碎值；合成级配
1. 概述
粗集料强度和棱角性对混合料路用性能会产生影响，对此大家都无异议。众所周知，强度低（即压碎值大）的石料在施工过程中有可能被压碎，这种“二次破碎”会导致集料粒径发生变化，进而影响混合料的最终真实级配。同理，棱角性不好（针片状颗粒含量大）的石料在施工过程中有可能被折断，这同样会导致集料粒径发生变化，进而影响混合料的最终级配。一旦混合料级配发生变化（与最初设计级配不一样），其各项路用性能自然也就发生变化。对于水泥稳定碎石和沥青混合料等存在胶结料的整体性路面材料而言，施工过程中的粗集料“二次破损”会使混合料结构内部产生很多“内伤”，因为在断裂部位往往是不存在胶结料的，其粘结强度为零，这对混合料的整体强度、宏观承载能力和耐久性都是极其有害的。本文针对级配碎石混合料，采用振动成型试验，研究了粗集料强度和棱角性对混合料合成级配的影响。
表1 三种石料的集料压碎值试验结果
表2 三种石料的粗集料棱角性试验结果
2. 试验设计及原材料试验
2.1 试验准备工作。为了完成试验研究工作，须准备不同强度和棱角性的粗集料，集料强度用压碎值表征；对于粗集料棱角性，鉴于国内目前还没有统一的试验方法和技术标准，本文采用针片状颗粒含量来表征粗集料棱角性。事实上，采用合成粗集料松（振）装空隙率可以较好的评价粗集料的棱角性，但目前该项工作还处在研究阶段。本文选择三种集料，破碎玄武岩碎石、破碎石灰岩碎石、破碎河滩料碎石。混合料采用振动法成型，依据经验选用合适的含水量以及混合料级配。
2.2 原材料试验结果。首先，对所选三种集料进行压碎值测试，试验结果见表1。然后，以石灰岩为例，采用人工挑选的方式，按粗集料棱角性（针片状颗粒含量）的不同将其分为A、B、C三级，对每级石料进行针片状颗粒含量的测试，试验结果见表2。
3. 试验结果及分析
3.1 集料压碎值对混合料级配的影响。三种石料的级配碎石混合料的初始级配（设计级配），见表3。
表3 三种集料的混合料试验前初始级配
注：三种集料的针片状含量分别为8.6%、8.1%、9.7%。
（1）采用振动压实成型，试验结束后将试件脱模，然后进行水洗筛分，得到最终级配，见表4，最终级配对应的是路面施工结束后结构层混合料的真实级配。
表4 三种集料的混合料振动成型试验后级配
图1 玄武岩试验前后合成级配对比曲线（2）试验前后，三种集料的混合料合成级配比较见图1、图2、图3所示。 振动击实成型前后，三种集料的混合料合成级配变化情况见表5，图4。
表5 振动成型前后三组集料的混合料合成级配变化值
图2 石灰岩试验前后合成级配对比曲线
图3 河滩料试验前后合成级配对比曲线
图4 试验前后混合料合成级配波动曲线（3）从试验结果来看，集料强度（压碎值大小）对混合料合成级配有较大影响。室内振动成型试验发现，当集料压碎值约为14%时，成型前后，混合料合成级配几乎没有变化，最大变化未超过3%，级配变化是满足施工质量控制范围（级配波动不大于5%）的要求；当集料压碎值约为22%时，成型前后，混合料合成级配发生了一定改变，其中，19mm、4.75mm和2.36mm三个筛孔通过率分别增加了3.3%、3.5%和4.8%，表明粗集料在混合料成型过程中有被击碎的现象；当集料压碎值约为28时，成型前后，混合料级配发生了较大改变，其中，19mm和26.5mm筛的通过率分别增加了8.3%、7.7%，均超出了施工质量控制范围要求；4.75mm和2.36mm筛通过率也都超出了5%的施工质量控制范围要求。试验结果表明，对于级配碎石而言，集料压碎值不宜超过28%。目前，有些项目明确提出，用于级配碎石的集料，其压碎值不宜大于26%，由此可见此要求是合理的。
3.2 集料棱角性对混合料级配的影响。
（1）取表2中的石灰岩碎石A、B、C三种集料，采用表3中的初始级配，成型混合料试件。试验前后，混合料合成级配变化值见表6和图5。
表6 不同棱角性的粗集料的混合料试验前后合成级配变化值
图5 针片状颗粒含量对混合料合成级配的影响曲线（2）从试验结果来看，粗集料棱角性（针片状颗粒含量）对混合料合成级配有明显影响。尤其是当针片状含量超过10%以后，这种影响更为明显。从图5可以看出，当针片状含量为5.5%时，试验前后，混合料合成级配波动值未超过2.5%，影响很小；当针片状颗粒含量增加到10.8时，试验前后，混合料合成级配最大波动值超过4%；当针片状颗粒含量为15.2%时，试验前后，混合料合成级配最大波动值超过5%。此外，从试验结果来看，针片状颗粒含量对混合料合成级配的影响主要是集中在19mm、9.5mm、4.75mm和2.36mm四个筛孔。其中，影响最大的是9.5mm和4.75mm的通过率。
4. 结论
（1）粗集料压碎值和针片状颗粒含量对级配碎石混合料的合成级配均有显著影响，且二者之间存在叠加效益。
（2）当针片状颗粒含量小于10%，集料压碎值不超过22%则对级配碎石混合料的合成级配不会造成太大的影响；但当压碎值接近28%时，则会致使混合料合成级配产生较大波动而不满足质控范围要求。
（3）根据试验结果，当石料压碎值超过22%，针片状颗粒含量不宜超过15%，否则，集料特性将会对级配碎石混合料的合成级配产生较大影响，合成级配的质量难以控制。
（4）综合试验结果，对用于级配碎石的粗集料，建议针片状颗粒含量不宜超过10%，压碎值不宜超过26%。
参考文献
[1] 中华人民共和国行业标准。《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004），交通运输部，北京：人民交通出版社，2005.
[2] 中华人民共和国行业标准。《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005），交通运输部，北京：人民交通出版社，2005.
[3] 陈国明，谭忆秋，石昆磊等。粗集料棱角性对沥青混合料性能的影响[J].公路交通科技，2006，23（3）：6～9.
[4] BrzezicikiJerzyM.KasperkieiwiczJanusz.AutomaticimageanalysisinevaluationofAggregateShape[J].JournalofComputinginCivilEngineering，1999，（2）：123～129.