尚學(xué)林

新鄉(xiāng)市方正公路工程監(jiān)理咨詢公司，河南 新鄉(xiāng) 453003

不同成型方法對(duì)級(jí)配碎石的影響分析

尚學(xué)林

新鄉(xiāng)市方正公路工程監(jiān)理咨詢公司，河南 新鄉(xiāng) 453003

成型方法的選擇對(duì)于碎石性能影響較大，通過(guò)對(duì)擊實(shí)成型、振動(dòng)成型方法的探討，來(lái)分析不同成型方法對(duì)級(jí)配碎石的影響。利用變K法來(lái)進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)，并選用擊實(shí)成型法、振動(dòng)成型法制作試件，來(lái)測(cè)試其最大干密度、最佳含水量、及CBR值。結(jié)合兩種成型方法的對(duì)照分析，得出試驗(yàn)結(jié)果：擊實(shí)成型法因擾動(dòng)較大，對(duì)13.2-1.18mm級(jí)配碎石影響顯著；而振動(dòng)成型對(duì)原有級(jí)配碎石擾動(dòng)??；在相同級(jí)配條件下，利用振動(dòng)成型法的CBR值要高于擊實(shí)成型法，大約為2倍，但并非越密實(shí)CBR值越大。

公路工程；成型方法；級(jí)配碎石；對(duì)照試驗(yàn)；CBR值

在對(duì)級(jí)配碎石的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行分析來(lái)看，隨著道路工程實(shí)踐的不斷優(yōu)化，其力學(xué)指標(biāo)及結(jié)構(gòu)特性越來(lái)越成熟。不過(guò)，針對(duì)級(jí)配碎石成型的研究則相對(duì)較少，特別是關(guān)于振動(dòng)成型方法，盡管在物理學(xué)特性、級(jí)配碎石設(shè)計(jì)方法上研究較多，但對(duì)于不同成型方法對(duì)級(jí)配碎石的性能影響則研究不足。在實(shí)驗(yàn)室常用的成型方法有擊實(shí)成型、靜壓成型和振動(dòng)成型。有研究者提出成型方法對(duì)級(jí)配碎石的密實(shí)度越高，其物理學(xué)性能越好；而對(duì)于不同成型方法對(duì)級(jí)配碎石的擾動(dòng)報(bào)道較少。為此，本研究分別從擊實(shí)成型、振動(dòng)成型方法對(duì)比中，來(lái)探討對(duì)級(jí)配碎石的擾動(dòng)影響，并通過(guò)最大干密度、最佳含水量及CBR值來(lái)進(jìn)行對(duì)照分析。

1 試驗(yàn)方法的確立

從本研究中的碎石材料以石灰?guī)r為主，結(jié)合道路工程施工中對(duì)不同級(jí)配碎石的強(qiáng)度及剛度要求來(lái)探討其性能變化。在試驗(yàn)中為獲得級(jí)配對(duì)比效果，選用變K法，從經(jīng)驗(yàn)上設(shè)定K1值的選擇范圍為0.55-0.7，以及K2值的選擇范圍為0.65-0.8，我們?cè)O(shè)定K1的值分別為0.5、0.6和0.7，K2的值分別為0.6、0.7、0.8。本研究所選用的集料最大直徑為26.5mm。

2 兩種成型法對(duì)級(jí)配碎石的影響分析

根據(jù)K1、K2值的不同，可以設(shè)計(jì)出9組不同的級(jí)配碎石成型方案，并通過(guò)采用擊實(shí)法、振動(dòng)法來(lái)構(gòu)成9組試件。分別從最大干密度、最佳含水量?jī)蓚€(gè)維度來(lái)對(duì)試件進(jìn)行測(cè)試。

2.1 試驗(yàn)過(guò)程及問(wèn)題分析

根據(jù)擊實(shí)法要求，選擇直徑15cm、高12cm的試筒，對(duì)不同級(jí)配碎石進(jìn)行分層擊實(shí)，劃分為三層，每層擊實(shí)次數(shù)為98次；對(duì)于振動(dòng)成型法，以相同試筒來(lái)進(jìn)行模擬，并對(duì)試筒固定在振動(dòng)臺(tái)，設(shè)置頻率為60Hz，振動(dòng)幅度為2mm；在進(jìn)行振動(dòng)成型過(guò)程中，對(duì)壓塊設(shè)定壓力為13.8kPa；劃分為三層，振動(dòng)時(shí)間為5min。通過(guò)對(duì)上述兩種成型方法的應(yīng)用，可以獲得不同級(jí)配模式下的碎石試件。結(jié)合K值變化來(lái)分析，當(dāng)K2值不變時(shí)，試件隨著K1的增加，其最大干密度及最近含水量也隨之增大，說(shuō)明試件的孔隙率越小；另外，由于細(xì)集料自身的表面積大于粗集料，其吸水性要高于粗集料，因此，在K2不變條件下，試件的最佳含水量也會(huì)逐漸增大。同樣，在K1不變時(shí)，對(duì)于K2的增大，試件的最佳含水量、最大干密度值也會(huì)隨之增大。針對(duì)擊實(shí)成型與振動(dòng)成型方法的差異性，在同一級(jí)配碎石條件下，不同試件的最佳含水性也存在差異性，特別是在振動(dòng)成型條件下，由于振動(dòng)成型所帶來(lái)的密實(shí)度更高，對(duì)同一級(jí)配碎石的最佳含水量要高于擊實(shí)法0.2%-0.5%；然而，利用擊實(shí)法來(lái)制作的碎石試件，其最大干密度值要高于振動(dòng)法試件；另外，在不同K1值、K2值都逐漸增大條件下，對(duì)于細(xì)集料來(lái)說(shuō)，因含量不斷增加，所形成的級(jí)配碎石試件最大干密度值反而降低。

對(duì)于該問(wèn)題，其原因與我們所選擇的K值范圍有關(guān)。如當(dāng)K1為0.6，K2為0.7時(shí)，對(duì)于不同成型方法所構(gòu)成的級(jí)配碎石試件來(lái)說(shuō)，還可以進(jìn)一步進(jìn)行篩分，并從不同成型方法下所對(duì)應(yīng)的級(jí)配碎石擾動(dòng)分析可知：對(duì)于不同成型方法下，利用振動(dòng)法在進(jìn)行集料篩分后，所獲得的級(jí)配碎石曲線與原有級(jí)配曲線基本重疊，表明振動(dòng)成型方法，對(duì)原有級(jí)配碎石的擾動(dòng)較少，幾乎沒(méi)有變化；相比而言，對(duì)于擊實(shí)成型方法所得級(jí)配碎石進(jìn)行再次篩分后，所得到的級(jí)配曲線，與原級(jí)配曲線存在偏差，特別是在集料直徑在13.2-1.18mm區(qū)間時(shí)，所形成的級(jí)配碎石曲線明顯偏離原曲線，說(shuō)明在擊實(shí)成型方法中，對(duì)于原有級(jí)配碎石的影響比較大，特別是對(duì)上述幾檔集料的擾動(dòng)較大。另外，我們從擊實(shí)成型方法中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，對(duì)于再次篩分下的集料，其大粒徑含量較少，說(shuō)明擊實(shí)方法使得集料中的大粒徑被錘碎，相較而言是增加了細(xì)集料的含量，因此，破壞了原有級(jí)配碎石的比例，可見(jiàn)，擊實(shí)成型方法對(duì)原有級(jí)配碎石的擾動(dòng)較大，特別是大粒徑集料的擊碎，使得集料間的孔隙率變小，同時(shí)增加了細(xì)集料的比例，使得更多的細(xì)集料填充在大集料周圍的空隙，無(wú)形中使得級(jí)配碎石更加密實(shí)。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，擊實(shí)成型方法下的試件空隙率較低，密實(shí)度更高，增加了最大干密度值。

2.2 兩種成型方法對(duì)級(jí)配碎石CBR值的影響

級(jí)配碎石的CBR值是對(duì)試件抗局部荷載應(yīng)力變形的重要表征指標(biāo)，根據(jù)不同K1、K2下的9種級(jí)配碎石集料，在進(jìn)行試件分析及對(duì)照研究中發(fā)現(xiàn)，最佳含水量的變化對(duì)不同集料的影響較大，無(wú)論是振動(dòng)成型還是擊實(shí)成型，通過(guò)對(duì)試件進(jìn)行平行對(duì)照，來(lái)探討其CBR值的變化。通過(guò)數(shù)據(jù)分析可知，對(duì)于振動(dòng)成型方法下，不同K1、K2值所對(duì)應(yīng)的CBR值都高于擊實(shí)成型方法下的CBR值；從數(shù)值對(duì)比來(lái)看，振動(dòng)法CBR值大約是擊實(shí)法的2倍。通過(guò)對(duì)振動(dòng)成型方法的研究，CBR值之所以提升，主要振動(dòng)法自身比擊實(shí)法的擾動(dòng)更小，特別是對(duì)于粗集料自身的骨架結(jié)構(gòu)并未帶來(lái)影響，由此可知，振動(dòng)成型對(duì)原有級(jí)配碎石比例的保持，更能體現(xiàn)級(jí)配碎石的優(yōu)良特性。同時(shí)，在振動(dòng)成型方法中，因振動(dòng)法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同集料嵌擠分布的合理安排。CBR值作為級(jí)配碎石試件的重要性能之一，在振動(dòng)法中保持較高的CBR值，比擊實(shí)法更有優(yōu)勢(shì)。由此可以證明，振動(dòng)成型在促進(jìn)級(jí)配碎石性能提升上更有優(yōu)勢(shì)。結(jié)合兩種成型方法的對(duì)比，對(duì)于CBR值的變化，在K值增大時(shí)CBR值也增大，之后又出現(xiàn)減小。據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，在K1=0.6，K2=0.7時(shí)，CBR值得到最大值。由此可見(jiàn)，對(duì)于K值法來(lái)測(cè)試級(jí)配碎石的密實(shí)度變化，當(dāng)K值逐漸增大時(shí)，細(xì)集料所占百分百逐漸增加，促進(jìn)了級(jí)配碎石的密實(shí)度，因此CBR值也獲得了提升；但是，當(dāng)K值得到一定程度時(shí)，由于K值的繼續(xù)增大，對(duì)細(xì)集料來(lái)說(shuō)，其含量是逐漸增大，而粗集料卻逐漸減少，由此形成的粗集料骨架空間將減少，所提供的強(qiáng)度將下降，導(dǎo)致整體穩(wěn)定性降低；同時(shí)，因粗集料自身含量的減少，隨之對(duì)級(jí)配碎石的承載力帶來(lái)影響，特別是當(dāng)粗集料降低到某一限值時(shí)，其CBR值反而下降。也就是說(shuō)，在級(jí)配碎石密實(shí)度逐漸增大的過(guò)程中，對(duì)于其CBR值來(lái)說(shuō)，并非密實(shí)度越高，力學(xué)性能越好。

3 結(jié)論

利用振動(dòng)成型、擊實(shí)成型兩種方式，采用K值法來(lái)對(duì)不同級(jí)配碎石進(jìn)行試件測(cè)試，來(lái)考查其最大干密度、最佳含水量及CBR值的變化情況?？梢詺w納為以下幾個(gè)結(jié)論。一是對(duì)于K值的變化，當(dāng)K值增大時(shí)，無(wú)論是擊實(shí)法還是振動(dòng)法其最大干密度、最佳含水量值均獲得提升；二是對(duì)于不同方法條件下，同一級(jí)配碎石試件，其最佳含水量值具有差異性，通常情況下，振動(dòng)法比擊實(shí)法的最佳含水量高出0.2%-0.5%；三是對(duì)于擊實(shí)法，由于在擊實(shí)過(guò)程中對(duì)粗集料帶來(lái)了影響，使得細(xì)集料的含量逐漸增大，由此帶來(lái)的對(duì)級(jí)配碎石比例的擾動(dòng)較大，從而導(dǎo)致?lián)魧?shí)法級(jí)配碎石試件的最大干密度值高于振動(dòng)法；四是振動(dòng)法成型工藝，在振動(dòng)過(guò)程中對(duì)原有級(jí)配碎石的含量比例影響較小，帶來(lái)的擾動(dòng)也較小，從而保持原有級(jí)配碎石的基本級(jí)配比例，而對(duì)于擊實(shí)法來(lái)說(shuō)，其擾動(dòng)較大，同樣是對(duì)原有的級(jí)配骨架結(jié)構(gòu)帶來(lái)擾動(dòng)。通過(guò)測(cè)算可知，在級(jí)配相同條件下，對(duì)于振動(dòng)法來(lái)說(shuō)，其CBR值要高于擊實(shí)法，從數(shù)值對(duì)比上，振動(dòng)法CBR值約為擊實(shí)法的2倍。五是對(duì)于K值法來(lái)說(shuō)，K值的增大，對(duì)原有級(jí)配碎石的CBR值來(lái)說(shuō)，也呈現(xiàn)先增大后減少的趨向變化，可以得出，在對(duì)級(jí)配碎石進(jìn)行成型過(guò)程中，并非密實(shí)度越高，其力學(xué)性能越高。

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尚學(xué)林（1968-），男，新鄉(xiāng)市方正公路工程監(jiān)理咨詢公司，現(xiàn)任交通類工程師，主要從事公路工程、監(jiān)理、試驗(yàn)等方面工作。