李云鶴

【摘 要】 本文通過(guò)對(duì)級(jí)配碎石的原材料以及其設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出一些措施。

【關(guān)鍵詞】 級(jí)配碎石；原材料；合理范圍

引言：

級(jí)配碎石作為路面的結(jié)構(gòu)層，必須具有良好的力學(xué)特性和穩(wěn)定性才能起到間接承受車輛荷載的作用。級(jí)配是影響級(jí)配碎石力學(xué)特性（CBR值、抗剪切性能、回彈模量）、塑性總變形和滲透性能的主要因素，因此級(jí)配碎石的組成設(shè)計(jì)必須以級(jí)配碎石具有良好的力學(xué)特性、塑性總變形和滲透性能為出發(fā)點(diǎn)，用之檢驗(yàn)級(jí)配的優(yōu)劣。由于現(xiàn)有的級(jí)配碎石材料設(shè)計(jì)方法：1.停留在經(jīng)驗(yàn)的階段，不能根據(jù)需要進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)，而只能通過(guò)微調(diào)進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)，這樣做費(fèi)時(shí)費(fèi)工；2.已有理論設(shè)計(jì)方法由于大多數(shù)是連續(xù)級(jí)配，因而級(jí)配碎石性能受到很大的限制。級(jí)配碎石作為隔斷層，就必須對(duì)級(jí)配碎石材料性能提出更嚴(yán)格的要求。

一、級(jí)配碎石級(jí)配設(shè)計(jì)原則

有了高質(zhì)量的碎石，級(jí)配便是影響級(jí)配碎石強(qiáng)度和模量的最重要因素。目前，集料級(jí)配的組成有兩個(gè)原則，即嵌擠原則和級(jí)配原則。所謂嵌擠原則，就是將骨料顆粒用圓球來(lái)代替，以填充理論為基礎(chǔ)，研究集料的組成設(shè)計(jì)。根據(jù)數(shù)學(xué)計(jì)算表明，若只是簡(jiǎn)單的將一種直徑為D的球體堆積起來(lái)，得到的是同樣大小球體堆積最松的狀況，空隙率約為48%，在這種情況下再嵌入直徑為0.732D的球體，則嵌入后空隙率由48%降為27%；若將一種直徑為D的球體按棱柱體空間堆積，則得到最近同樣大小球體最緊密的排列堆積，空隙率為26%，此時(shí)再嵌入直徑為0.414D的球體，則嵌入后空隙率由26%變?yōu)?1%。當(dāng)然我們的集料顆粒并不是理想的圓球體，其主骨料的排列不會(huì)處于最松狀態(tài)，也很難達(dá)到最緊密狀態(tài)。根據(jù)級(jí)配原則，提出了兩種級(jí)配，即連續(xù)級(jí)配和間斷級(jí)配。連續(xù)級(jí)配是粒徑由大到小，逐級(jí)遞減，并按一定比例相互搭配起來(lái)，所得的級(jí)配曲線平順光滑；間斷級(jí)配是在連續(xù)級(jí)配中剔除一種或幾種粒徑而形成一種不連續(xù)級(jí)配。連續(xù)級(jí)配由于其顆?？梢园戳酱笮∮幸?guī)則的組合排列，粗細(xì)搭配，從而得到較大密實(shí)度的混合料。

二、級(jí)配設(shè)計(jì)

（一）原材料集料

推薦采用石灰?guī)r集料，不僅由于石灰?guī)r具有塑性，保水性好，易碾壓成型，而且石灰?guī)r粉具有一定的水硬性能，有助于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的形成。（見下表1、表2）

（二）級(jí)配設(shè)計(jì)

1級(jí)配設(shè)計(jì)原則

混合料的性能與其結(jié)構(gòu)組成有著密切關(guān)系，結(jié)構(gòu)決定了混合料的具體性能，對(duì)十級(jí)配碎石來(lái)講，材料性能受到結(jié)構(gòu)的影響將更加突出。按照粗細(xì)集料存在的具體情況，結(jié)構(gòu)形式可以分為骨架一密實(shí)型，懸浮密實(shí)型和骨架孔隙型3種。集料在制備破碎條件下，會(huì)形成多個(gè)不規(guī)則的破裂面。在混合料中，集料直接的接觸方式具有多樣性。結(jié)合骨料的接觸形式，認(rèn)為骨架一空隙和骨架一密實(shí)型通過(guò)骨料間的直接接觸來(lái)傳遞荷載，而懸浮一密實(shí)型的結(jié)構(gòu)形式，顆粒之間通過(guò)壓縮分散荷載，因此認(rèn)為前面2種結(jié)構(gòu)形式具有更強(qiáng)的承載力，適宜十重載交通條件。

2.級(jí)配范圍及合成級(jí)配的確定

（1）本文級(jí)配碎石級(jí)配設(shè)計(jì)級(jí)配范圍。級(jí)配碎石承載能力的形成，主要是其骨料之間形成的嵌鎖結(jié)構(gòu)。一所設(shè)計(jì)的級(jí)配碎石結(jié)構(gòu)形式為骨架一密實(shí)型。級(jí)配范圍參照我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范要求。級(jí)配碎石級(jí)配范圍詳見表3。

（2）原材料篩分結(jié)果。各檔集料篩分結(jié)果見表4所示。

（三）級(jí)配集料配合比設(shè)計(jì)

1.各種集料篩分

對(duì)選定的砂礫石料場(chǎng)和擬摻配的不同粒級(jí)的碎石進(jìn)行了篩分試驗(yàn)。

2.配合比設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)文件和工程要求，選擇級(jí)配碎砂礫混合料的配合比為，65%砂礫石∶（30-10mm）碎石占25%：（0～10mm）碎石占10%

3.最大干密度和最佳含水量

采用重型擊實(shí)試驗(yàn)，確定級(jí)配混合料的最大干密度和最佳含水量

4. CBR驗(yàn)證

選擇最佳含水量成型試件，按最不利狀態(tài)進(jìn)行四晝夜浸水CBR試驗(yàn)。

5.目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果

通過(guò)對(duì)級(jí)配碎礫石混合料的最大干密度、最佳含水量和CBR強(qiáng)度試驗(yàn)，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合要求，可用于試驗(yàn)路段級(jí)配碎礫石基層的生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)。

6.現(xiàn)場(chǎng)試鋪

根椐目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)確定的摻配比例，進(jìn)行集中廠拌和現(xiàn)場(chǎng)攤鋪機(jī)鋪筑，從檢測(cè)的各項(xiàng)指標(biāo)和成型效果來(lái)看，雖然強(qiáng)度較好，但嵌擠較差，級(jí)配碎礫石基層表面松散嚴(yán)重，有較多浮砂。不利于透層油的灑鋪和結(jié)構(gòu)層之間的結(jié)合。

三、級(jí)配碎石材料設(shè)計(jì)方法

（一）原材料選擇

1.粗集料技術(shù)指標(biāo)。巖性為了研究不同巖性對(duì)級(jí)配碎石混合料力學(xué)特性的影響規(guī)律，本文采用石灰?guī)r、花崗巖和玄武巖三種不同集料進(jìn)行級(jí)配碎石混合料CBR試驗(yàn)研究，見圖2，可以看出，不同集料巖型對(duì)級(jí)配碎石混合料CBR產(chǎn)生一定的影響，相同級(jí)配情況下，CBR大小排序?yàn)椋菏規(guī)r、花崗巖、玄武巖級(jí)配碎石。因此，在有條件情況下級(jí)配碎石基層材料宜首選石灰?guī)r和花崗巖。

（1）針片狀顆粒含量要求粗集料的針片狀顆粒含量影響級(jí)配碎石材料的嵌擠結(jié)構(gòu)，從而影響其強(qiáng)度，然而我國(guó)規(guī)范對(duì)級(jí)配碎石材料并沒有提出這一指標(biāo)的具體要求。針片狀顆粒容易在生產(chǎn)拌合、攤鋪、碾壓過(guò)程中壓碎，而使級(jí)配碎石混合料力學(xué)特性大幅度降低，因此應(yīng)對(duì)級(jí)配碎石中針片狀顆粒含量進(jìn)行嚴(yán)格的控制。歐洲國(guó)家規(guī)范規(guī)定級(jí)配碎石混合料中針片狀含量，應(yīng)根據(jù)情況不超過(guò)20%。愛爾蘭規(guī)范則規(guī)定其應(yīng)小于35%。某對(duì)于重中交通要求應(yīng)小于25%，輕交通應(yīng)小于35%。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，只要選用合適的破碎機(jī)設(shè)備，使級(jí)配碎石材料中的針片狀含量小于20%的要求還是比較容易達(dá)到的，因此，鑒于我國(guó)材料的實(shí)際情況，建議級(jí)配碎石材料中的針片狀顆粒含量宜小于20%。（3）壓碎值和洛杉磯磨耗值我國(guó)規(guī)范中一般將壓碎值作為級(jí)配碎石的粗集料的強(qiáng)度技術(shù)指標(biāo)，而許多地方普遍采用洛杉磯磨耗值作為級(jí)配碎石材料強(qiáng)度的一個(gè)技術(shù)參數(shù)，因此，建議增加洛杉磯磨耗值作為級(jí)配碎石材料的強(qiáng)度指標(biāo)之一。由于我國(guó)各地材料差異性較大，級(jí)配碎石用粗集料的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)不能太高，但也不能太低，參考瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范，在28%～30%的標(biāo)準(zhǔn)上適當(dāng)放寬到35%。因此，建議級(jí)配碎石的粗集料強(qiáng)度的雙重控制指標(biāo)要求為：壓碎值<26%、洛杉磯磨耗值<35%。根據(jù)各地實(shí)際情況，可以將洛杉磯磨耗值要求提高到<30%。

（二）石屑和砂對(duì)力學(xué)特性的影響

細(xì)集料的含量對(duì)級(jí)配碎石的影響較大，一些工程項(xiàng)目采用摻加砂的方法來(lái)降低石屑的塑性指數(shù)。若把級(jí)配碎石混合料看作是形成骨架的粗集料和起填充作用及黏結(jié)作用的細(xì)集料（石屑和砂）兩部分組成，如果粗集料骨架結(jié)構(gòu)相同，石屑和砂的力學(xué)特性即可以反映整個(gè)級(jí)配碎石試件的力學(xué)特性，為了研究石屑、機(jī)制砂和天然砂對(duì)級(jí)配碎石力學(xué)特性的影響規(guī)律，對(duì)相同級(jí)配的石屑、機(jī)制砂和天然砂分別采用振動(dòng)試驗(yàn)方法成型試件，測(cè)試不同材料的最大干密度與CBR值，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5可以看出，石屑試件的力學(xué)特性優(yōu)于砂（機(jī)制砂或天然砂）試件的力學(xué)特性，分析原因可知，石屑有棱角且0.075mm篩孔下集料的黏結(jié)能力好，而砂中0.075mm篩孔下集料的黏結(jié)力差，而且級(jí)配碎石中摻加砂會(huì)起潤(rùn)滑作用，不利于集料間形成穩(wěn)定的嵌擠骨架。因此，不建議級(jí)配碎石材料中摻加砂，應(yīng)盡量采用完全軋制而成的石屑，若因條件限制必須摻加砂，應(yīng)采用機(jī)制砂且限制其使用比例。

四、級(jí)配碎石施工工藝

（一）級(jí)配的調(diào)制

由于我國(guó)己經(jīng)習(xí)慣于生產(chǎn)廠拌的水泥穩(wěn)定碎石混合料，普遍具有廠拌的條件。與路拌法相比，集中廠拌的混合料級(jí)配更容易控制，拌和更加均勻，因此級(jí)配碎石生產(chǎn)質(zhì)量容易得到保證，同時(shí)生產(chǎn)率也大大提高。但是由于基層拌合樓精度不是很高，因此需要預(yù)先進(jìn)行標(biāo)定。此外在正式施工之前，需進(jìn)行試拌，對(duì)級(jí)配進(jìn)行抽檢，符合要求后，方可進(jìn)行大規(guī)模施工。由于沒有結(jié)合料，級(jí)配碎石取樣涉及到均勻性問(wèn)題。由于料的慣性下落，無(wú)論從料斗還是料車上取料，都會(huì)產(chǎn)生離析現(xiàn)象。最好的辦法就是在拌合樓運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間，待出料穩(wěn)定以后，停止拌合，使混合料停留在傳送皮帶上，根據(jù)試驗(yàn)需要用料的多少，截取一段（需將這一段從上至下全部取盡）進(jìn)行篩分。這里對(duì)傳送帶提出要求：傳送帶傾斜角度不能太大，以防止停止拌合后，傳送帶上的料全部下滑到地面。篩分?jǐn)?shù)據(jù)如符合級(jí)配要求，則進(jìn)行大規(guī)模施工，否則應(yīng)繼續(xù)調(diào)整級(jí)配。拌和含水量的調(diào)整級(jí)配碎石在運(yùn)輸、攤鋪、碾壓過(guò)程中含水量會(huì)有損失，為了使現(xiàn)場(chǎng)級(jí)配碎石能夠在接近最佳含水量下碾壓，在拌和過(guò)程中的加水量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整。比較好的控制含水量的方法：在干旱少雨，氣溫高的時(shí)候，在拌和生產(chǎn)前一天晚上向粗集料澆灑適量水預(yù)先吸水飽和的辦法（石屑宜保持干燥），拌合場(chǎng)含水量一般根據(jù)路途遠(yuǎn)近，保證混合料運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，比最佳含水量略高。等攤鋪機(jī)攤鋪完畢稍加碾壓后，根據(jù)情況用灑水車進(jìn)行補(bǔ)水。在雨季則必須根據(jù)下承層的潮濕程度調(diào)整拌合樓的含水量。假如由于施工工期影響，必須在雨期施工，則同時(shí)必須考慮降雨對(duì)混合料含水量的影響。

（二）級(jí)配碎石的碾壓

級(jí)配碎石混合料是由礦物集料組成的，在施工中，靜碾壓路機(jī)利用靜荷載克服混合料中固體顆粒間的摩擦力、粘結(jié)力，擠出空氣，使各顆料間相互靠近，振動(dòng)壓路機(jī)則利用振動(dòng)頻率接近于材料固有頻率使材料發(fā)生共振，使級(jí)配材料間減小阻力，相互移動(dòng)達(dá)到最穩(wěn)定狀態(tài)；輪胎壓路機(jī)通過(guò)其特有的搓揉作用，可使顆粒前后左右位移，而使混合料更加密實(shí)而穩(wěn)定。而且輪胎與路面始終保持彈性接觸，而且接觸面積會(huì)隨壓實(shí)度的增加而減小，從而進(jìn)一步增強(qiáng)路基的承載能力，使集料嵌入路面材料中。

五、結(jié)束語(yǔ)

級(jí)配集料的強(qiáng)度、穩(wěn)定性不僅受集料的類型及性能的影響，同時(shí)與最大粒徑4.75mm、0.425mm、0.075mm的通過(guò)率有關(guān)，而材料的水穩(wěn)定性又與0.425mm以下材料的通過(guò)率及其塑性指數(shù)有關(guān)。研究級(jí)配碎石的級(jí)配范圍就是研究這些篩孔的合理的通過(guò)率，使得級(jí)配碎石混合料獲得最佳的密實(shí)狀態(tài)、力學(xué)性能。

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