羅立峰

(華南理工大學(xué)廣州學(xué)院,廣州 516139)

0 引言

現(xiàn)行礦質(zhì)混合料的配合比設(shè)計(jì)中，涉及到的僅為篩分試驗(yàn)結(jié)果，也就是只考慮了礦料的粒徑分布情況，但其他各項(xiàng)性狀均未考慮。一般來說，評價(jià)礦料的性狀指標(biāo)可分為三大類：第一類是物理指標(biāo)、力學(xué)指標(biāo)，包括強(qiáng)度、磨光值、磨耗率、酸堿性、密度、吸水率等；第二類是體積指標(biāo)，包括幾何形狀(如針片狀顆粒含量、棱角性、破碎面等)；第三類是工程指標(biāo)，包括軟石含量、粉塵含量、含泥量等[1]。

在SHRP-A-408Level One Mix Design: Materials Selection, Compaction, and Conditioning中,對混合料組成中的各集料特性以及混合料體積參數(shù)重要性評估打分，見表1。

這些指標(biāo)的大小以及對混合料的性能產(chǎn)生影響，都是級配設(shè)計(jì)要考慮的?？墒悄壳暗募壟湓O(shè)計(jì)過程中除粒徑大小以外，其它性狀均未考慮[2-5]。

由于目前的礦料級配設(shè)計(jì)方法沒有在設(shè)計(jì)過程中考慮礦料的性狀，所以只能通過完成配比后進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，相對來講比較被動(dòng)，可以說目前的礦料級配設(shè)計(jì)方法均為驗(yàn)證法。如何才能變被動(dòng)為主動(dòng)呢？筆者針對此缺陷，提出了CBR-V法[6]，避開了級配設(shè)計(jì)，直接通過可以反映礦料物理、工程和體積指標(biāo)的CBR-V法，進(jìn)行礦料級配設(shè)計(jì)。本文利用CBR-V法進(jìn)行某高速公路基層的配合比設(shè)計(jì)，取得了較好的效果。

表1 SHRP對混合料性能影響因素評估結(jié)果

1 利用CBR-V法進(jìn)行基層配合比設(shè)計(jì)的基本原理[6]

分級求取D、C、B三檔料的級配比例。骨架分界篩孔定義為最后一檔料的公稱最大粒徑,如最后一檔料為0～5mm，則其分界限為4.75mm；若最后一檔料為0～3mm，則其分界限為2.36mm。

(1)一級摻配。一級摻配屬單檔料摻配，只需分別通過CBR試驗(yàn)，求取對應(yīng)的CBR值。分別記作CBR(D)1、CBR(C)1、CBR(B)1；對應(yīng)的量分別記作d11、C11、b11。

(2)二級摻配。二級摻配為D和C兩檔料之間的摻配。兩檔料所對應(yīng)的量滿足式(1)關(guān)系：

d2j+C2j=100

(1)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或參考規(guī)范級配范圍，選取不少于5個(gè)比例：d21、d22、……d2n和C21、C22、……C2n，一一對應(yīng)分別進(jìn)行摻配，通過CBR試驗(yàn)求取CBR(DC)21、CBR(DC)22、……CBR(DC)2n。之后，利用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并求出CBR(DC)2max，其對應(yīng)的配比即為D和C兩檔料最佳摻配比例。摻配完成的料定義為(DC)，成為新的一檔料。

(3)三級摻配。三級摻配是將二級摻配后獲取的新的一檔料(DC)和更細(xì)的B檔料進(jìn)行摻配。兩檔料所對應(yīng)的量滿足式(2)關(guān)系：

(dc)3j+b3j=100

(2)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或參考規(guī)范級配范圍范，選取不少于5個(gè)比例：(dc)31、(dc)32、……(dc)3n和b31、b32、……b3n，一一對應(yīng)分別進(jìn)行摻配，通過CBR(%)試驗(yàn)求取CBR(DCB)31、CBR(DCB)32、……CBR(DCB)3n。之后，利用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并求出CBR(DCB)3max，其對應(yīng)的配比即為(DC)和B兩檔料最佳摻配比例。摻配完成的料定義為(DCB)，成為新的一檔料。若剩余的料超過一檔以上，則以此類推。此時(shí)D、C、B三檔料的組份滿足式(3)要求。

d3+C3+b3=100%

(3)

d3,C3,b3三檔料摻配后的合成平均毛體積密度γsb,dcb按式(4)計(jì)算：

(4)

式中：

γsb,d——d檔料的毛體積密度(g/cm3)；

γsb,c——c檔料的毛體積密度(g/cm3)；

γsb,b——b檔料的毛體積密度(g/cm3)；

(4)采用《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE42—2005)中的T0309-2005粗集料堆積密度及孔隙率試驗(yàn)[7]，求取(DCB)集料的間隙率VCADRC。

(5)

式中：VCADRC——(DCB)粗集料骨架的搗實(shí)間隙率，%；

γsb,dcb——(DCB)粗集料骨架的毛體積相對密度；

γs,dcb——(DCB)粗集料骨架的搗實(shí)毛體積相對密度。

(5)采用《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE42—2005)中的T0331-1994細(xì)集料堆積密度及緊裝密度試驗(yàn)，求取A檔料的緊裝堆積密度γsc,a。

(6)四級摻配。四級摻配是將三級摻配后獲取的新的一檔料(DCB)和A檔料進(jìn)行摻配。兩檔料所對應(yīng)的量滿足式(6)、式(7)關(guān)系：

(dcb)4+a4=100

(6)

(dcb)4=(100-a4)

(7)

通過試驗(yàn)測出d3,c3,b3三檔料摻配后間隙率VCADRC(%)，a4的堆積體積Va4=VCADRC

(8)

則：

(9)

2 傳統(tǒng)級配設(shè)計(jì)方法與CBR-V法進(jìn)行廣東某高速公路水穩(wěn)基層設(shè)計(jì)對比及分析

2.1 原材料

(1)粗集料：其規(guī)格為4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～31.5mm。

(2)細(xì)集料：規(guī)格為0～4.75mm。

(3)水：拌合用水采用飲用水。

(4)水泥：采用惠州塔牌水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5(緩凝型)水泥。

以上原材料的各項(xiàng)指標(biāo)及檢驗(yàn)結(jié)果見表2和表3。

表2 粗集料檢測指標(biāo)及結(jié)果

表3 細(xì)集料檢測指標(biāo)及結(jié)果

注：細(xì)集料規(guī)格為0～4.75mm。

2.2 級配設(shè)計(jì)

廣東某高速公路基層級配設(shè)計(jì)對比及級配曲線對比見表4和圖1。

表4 廣東某高速公路基層級配設(shè)計(jì)對比

圖1 廣東某高速公路基層級配設(shè)計(jì)級配曲線對比

2.3 不同水泥劑量下不同壓實(shí)條件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

不同水泥劑量下不同壓實(shí)條件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值見表5。

表5 不同水泥劑量下不同壓實(shí)條件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值

2.4 結(jié)果分析

就本工程案例而言，通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，采用CBR-V法設(shè)計(jì)的水穩(wěn)基層相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法具有以下特點(diǎn)：

(1)粗集料段偏粗，細(xì)集料段偏細(xì)，骨架密實(shí)性明顯較好。但總體上仍在現(xiàn)行《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20-2015)[8]建議的級配范圍內(nèi)。

(2)在水泥劑量相同的條件下，無側(cè)限強(qiáng)度普遍略高，通過分析認(rèn)為主要是骨架密實(shí)所致。

(3)水穩(wěn)基層混合料和易性較差，施工難度較大。

3 結(jié)論及建議

采用CBR-V法可以進(jìn)行水穩(wěn)基層的配合比設(shè)計(jì)。但由于該方法應(yīng)用實(shí)例較少，故建議審慎采用或僅用于生產(chǎn)配比的校核、驗(yàn)證和調(diào)整。具體建議：

(1)在骨架密實(shí)型級配碎石配合比設(shè)計(jì)中，可直接采用CBR-V法進(jìn)行級配設(shè)計(jì)，但建議采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行驗(yàn)證。

(2)由于采用CBR-V法進(jìn)行級配設(shè)計(jì)，骨架密實(shí)性優(yōu)異，但施工難度較大,故建議對采用CBR-V法設(shè)計(jì)的配比，在具體應(yīng)用時(shí)，要根據(jù)施工機(jī)械和施工水平適當(dāng)調(diào)整弱化，提高設(shè)計(jì)結(jié)果的可施工性。