劉 克，楊錫武

(1. 重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶 401336；2. 重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074)

重慶破碎卵石及其水泥穩(wěn)定材料路用性能研究

劉 克1，楊錫武2

(1. 重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶 401336；2. 重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074)

通過料廠調(diào)查、室內(nèi)外試驗和力學(xué)分析研究了重慶主城河段破碎卵石的生產(chǎn)現(xiàn)狀、路用性能和水泥穩(wěn)定破碎卵石(CBP)的技術(shù)特點。結(jié)果表明：該地的材料廠規(guī)模偏小，單個料廠的產(chǎn)品難以合成路面全部層位所需級配；母材粒徑偏小使得破碎卵石最大粒徑只有26.5 mm；因其級配特點，生產(chǎn)CBP的集料至少要有4種規(guī)格；破碎卵石壓碎值約為本地石灰?guī)r碎石的1/2，針片狀含量小于15%且隨壓碎值線性遞增；卵石屑砂當(dāng)量要大于60%且與0.3 mm通過率相關(guān)性較好?；覄┝俊簩嵍仁怯绊慍BP 7 d抗壓強度(R7d)的關(guān)鍵，碎石含量越少R7d越高，破碎卵石與水泥砂漿強度差異大以及界面光滑使得CBP的R7d低于水泥穩(wěn)定石灰?guī)r；灰劑量提高后，R7d、結(jié)構(gòu)承載力接近水泥穩(wěn)定石灰?guī)r；膠輪碾壓對提高CBP壓實度有關(guān)鍵作用，最佳工藝為“(弱振1遍+膠輪3遍)×2”，含水量、延遲時間對壓實度影響顯著；養(yǎng)生不足的CBP層上通行料車會造成剪切、彎拉和邊緣推移破壞，下承層模量較高時以剪切破壞為主，剪應(yīng)力極值約0.5 MPa。

道路工程；破碎卵石；集料規(guī)格；水泥穩(wěn)定碎石；半剛性基層

河卵石是一種堅硬、耐磨、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的硅酸鹽類礦物。天然河卵礦石經(jīng)破碎、篩分等加工后得到的破碎卵石及其石屑可作為混凝土集料使用。相對石灰?guī)r山石而言，重慶主城河卵石的開采、加工皆位于河岸，交通便利，綜合價格較低。在性能方面，破碎卵石強度高、顆粒形態(tài)好，能夠替代玄武巖用于瀝青路面表面層。近年來石灰?guī)r山石集料生產(chǎn)因環(huán)境污染問題而受到限制，而重慶兩江卵石資源較為豐富，將其加工作為路面集料的應(yīng)用逐漸增加。為更好地利用這種優(yōu)良地材，筆者于2014年對其生產(chǎn)分布、規(guī)模及產(chǎn)品路用性能進行了調(diào)研并與石灰?guī)r集料進行對比，依托工程項目研究了將其應(yīng)用于水泥穩(wěn)定碎石的技術(shù)特點。

1 破碎卵石生產(chǎn)調(diào)研

重慶河段卵石組成巖類較多，嘉陵江卵石絕大多數(shù)為石英巖和石英砂巖，長江卵石中石英巖和石英砂巖約占50%，其次是火成巖、火山巖。從粒徑分布看，兩江交匯前近90%的長江卵石粒徑超過50 mm，兩江交匯后50%的卵石粒徑小于50 mm[1-2]。主城河卵石開采區(qū)位于長江納溪溝-明月坨河段和西彭-銅罐驛-珞璜河段，破碎加工及堆放場地就近布置在開采區(qū)河岸兩側(cè)。石灰?guī)r山石礦場分布于主城周邊的中梁山脈、銅鑼山脈，如白市驛、石板、歌樂山、中梁、槽上、天府、玉峰山、張關(guān)、姜家、木洞、羊鹿及黃桷埡。相對而言，河卵石開采、加工皆位于城區(qū)，而其出廠價又與石灰?guī)r基本相同，使得以卵石為母材的碎石綜合價格較低。

河卵石是用采砂船水下采挖，運輸至河岸經(jīng)輸送帶或貨車轉(zhuǎn)運進入河岸加工線，部分生產(chǎn)線采用水洗篩分和螺旋洗砂工藝，集料潔凈程度好且?guī)缀鯖]有揚塵。石灰?guī)r一般為爆破開采并采用干篩，雖然主城周邊的石灰?guī)r碎石生產(chǎn)線已全部進行了棚覆蓋，但其造成的粉塵、噪音污染仍然大于破碎卵石生產(chǎn)。有九成調(diào)研對象采用了額式破碎+反擊破碎的二級破碎工藝，但加工規(guī)模普遍較小，一般是1條生產(chǎn)線且場地面積不大，存在因設(shè)備故障影響供料連續(xù)性的風(fēng)險，極少數(shù)石場配置2條生產(chǎn)線。集料日產(chǎn)量3 000～8 000 t，月產(chǎn)量可按20個工作日計算。相對而言，石灰?guī)r碎石生產(chǎn)規(guī)模較大，但仍然以1條生產(chǎn)線居多，日產(chǎn)量2 000～4 000 t，少數(shù)企業(yè)建有2～3條生產(chǎn)線，規(guī)模最大的有4條生產(chǎn)線，日產(chǎn)量6 000～8 000 t。

筆者共調(diào)查了10家卵石料場。粒徑小于10 mm的產(chǎn)品均只有0～5 mm，5～10 mm兩種規(guī)格，缺少 0～3 mm卵石機制砂(或石屑)和3～5 mm破碎卵石。粒徑大于10 mm的產(chǎn)品主要是10～25 mm，共7家，有1家料場符合10～30 mm規(guī)格要求但其26.5 mm篩孔通過率為100%。因此，重慶破碎卵石集料的最大粒徑實際只有26.5 mm，其原因是采挖區(qū)位于長江下段，母材粒徑比較小。石灰?guī)r碎石不受此限制，調(diào)查的12家料場中有8家生產(chǎn)10～25 mm，生產(chǎn)10～30 mm，15～30 mm各有4家，生產(chǎn)10～20 mm有3家。石灰?guī)r料場有1家配置制砂機能夠生產(chǎn)0～3 mm和3～5 mm的機制砂。

因此，用于水泥穩(wěn)定碎石和公稱最大粒徑26.5 mm瀝青混合料的破碎卵石供應(yīng)充足，部分10～25 mm亦可勉強生產(chǎn)AC-20；公稱最大粒徑16，13.2 mm瀝青混合料所需的10～15 mm破碎卵石供應(yīng)商數(shù)量偏少，選購范圍較窄；由于缺少0～3 mm卵石機制砂(或石屑)和3～5 mm破碎卵石，砂粒式瀝青混合料和稀漿封層的生產(chǎn)級配控制較為困難，0～5 mm級配不理想時會溢料過多，需用2個料場0～5 mm卵石屑摻配調(diào)整0.075～2.360 mm范圍內(nèi)的級配。形成上述產(chǎn)品規(guī)格分布格局的原因是目前破碎卵石主要供應(yīng)水泥混凝土項目，缺少專供路面的料場。

2 破碎卵石路用性能研究

2.1 級配及其路用影響

調(diào)研6家破碎卵石供應(yīng)商的細集料級配均未完全滿足規(guī)格要求，其中3家的0.075 mm通過率偏高，另外3家是整體偏粗。由此說明粉塵矛盾已十分突出，即使改大5 mm篩孔尺寸仍然不能降低石屑中的粉含量。12家料場的0～5 mm石灰?guī)r，級配完全符合規(guī)格要求的只有3家。不合格原因與破碎卵石類似，9家中的5家是因0.075 mm通過率偏高，有4家是因級配整體偏粗。從調(diào)查結(jié)果看，細集料的級配是否符合規(guī)格要求與供應(yīng)商的母材質(zhì)量、加工規(guī)模等外觀因素沒有必然聯(lián)系，只要級配不合適就有必要配置除塵設(shè)備或調(diào)整工藝。將石屑上限篩孔尺寸改為7 mm僅為權(quán)宜之計，其雖不影響含二次篩分功能拌和站的瀝青混合料生產(chǎn)級配，但對水泥穩(wěn)定碎石等連續(xù)式生產(chǎn)級配影響甚大，特別容易造成因0.075～0.600 mm含量偏低而引起的振動碾壓唧漿和空隙率偏大。

5～10 mm破碎卵石的級配合格率較高，只是供應(yīng)商考慮各種規(guī)格集料間的產(chǎn)量均衡，10家料場中有3家設(shè)置的上限篩網(wǎng)尺寸偏大，使得5～10 mm集料中9.5 mm通過率小于90%，這對路用性能沒有影響。12家5～10 mm石灰?guī)r級配有8家不合格，其中5家是9.5 mm通過率偏小，有3家是4.75 mm通過率偏大。

10 mm以上破碎卵石只有10～15 mm和10～25 mm兩種，由于10～25 mm的19 mm通過率變化在43.9%～69.2%，均值56.7%，因此只適合生產(chǎn)25 mm的路面基層與下面層。此外10～25 mm的13.2 mm通過率2.8%～10.8%，均值6.7%，因此必須配合10～15 mm，生產(chǎn)時須使用4檔集料，一些項目采用0～5 mm，5～10 mm，10～25 mm這3檔料生產(chǎn)水泥穩(wěn)定碎石或AC-25很難保證合理的級配。10 mm以上的石灰?guī)r碎石規(guī)格較為齊全，一般分為兩種情況：① 將粒徑10～30 mm集料分為10～20 mm，10～25 mm兩檔，俗稱“小1～2”、“大1～2”；② 作為一檔使用，其級配符合10～30 mm規(guī)格要求，俗稱“1～3”。根據(jù)3家“小1～2”的篩分結(jié)果，其粒徑分布較為均勻，可以直接與5～10 mm，0～5 mm生產(chǎn)公稱最大粒徑20 mm的混合料；8家“大1～2”斷檔較為明顯，13.2 mm通過率變化范圍0.1%～14.5%，均值6.4%，16 mm通過率均值也只有19.9%，因此生產(chǎn)公稱最大粒徑26.5 mm的基層、中下面層必須與“小1～2”配合使用，即采用4檔集料。對于“1～3”料，粒徑分配相對均勻，統(tǒng)計13.2 mm通過率22.1%～29.8%，均值26.2%，勉強可以與5～10 mm，0～5 mm配合直接生產(chǎn)公稱最大粒徑26.5 mm的混合料，但生產(chǎn)配合比優(yōu)化空間較小。

重慶市瀝青路面結(jié)構(gòu)組成及其集料一般為：基、墊層采用水泥穩(wěn)定碎石，其粗集料已逐漸使用破碎卵石，有的項目甚至細集料也用卵石石屑；稀漿封層采用石灰?guī)r石屑；瀝青面層主要是AC-25、AC-20和SMA-13，細集料用石灰?guī)r石屑，SMA-13粗集料為破碎卵石，AC-25、AC-20粗集料有使用破碎卵石的趨勢。因此，路面項目備料涉及供應(yīng)商數(shù)量為：0～5 mm石灰?guī)r石屑和10～15 mm破碎卵石為必購品，如此至少涉及石灰?guī)r、破碎卵石供應(yīng)商各1家，最理想的情況是其余集料均在此2家采購。但實際上料場規(guī)模普遍較小，2家供應(yīng)商的集料幾乎不可能合成同時滿足底基層、基層及中、下面層要求的級配，若要嚴(yán)格控制生產(chǎn)級配，備料涉及的供應(yīng)商至少3家。若設(shè)計結(jié)構(gòu)再增加AC-13、AC-16或ATB-30，則備料工作較為困難。

2.2 粗集料壓碎值、針片狀含量與細集料砂當(dāng)量

粗集料針片狀含量與壓碎值統(tǒng)計見圖1。大于10 mm破碎卵石壓碎值變化范圍8.1%～12.1%，均值9.5%，針片狀含量范圍3.9%～13.5%，均值9.0%；5～10 mm壓碎值范圍13.2%～16.0%，均值14.7%，針片狀含量范圍8.5%～16.4%，均值12.6%。大于10 mm石灰?guī)r碎石壓碎值范圍14.6%～19.4%，均值17.6%，針片狀含量范圍3.2%～23.9%，均值12.3%；5～10 mm壓碎值范圍21.9%～28.0%，均值25.9%，針片狀含量范圍10.4%～18.0%，均值13.9%?？梢?，重慶主城的兩種集料(9.5～13.2 mm)壓碎值都能夠滿足高速公路瀝青表面層的要求(小于等于26%)；大于10 mm石灰?guī)r碎石樣本中有46%的針片狀含量不能滿足高速公路瀝青表面層要求(小于等于12%)，但85%能夠滿足高速公路瀝青中下面層的要求(小于等于15%)；4.75～9.50 mm的石灰?guī)r碎石、破碎卵石全部滿足高速公路瀝青表面層的要求(小于等于18%)。

破碎卵石的強度較石灰?guī)r碎石提高近1倍，而其針片狀含量較石灰?guī)r碎石少。兩種破碎卵石的壓碎值均隨針片狀含量增加而提高，其原因是各家供應(yīng)商均在同一短距離河段內(nèi)開采卵石母材，其材質(zhì)基本相近，壓碎值主要受集料形態(tài)影響。而石灰?guī)r山石來源于不同山脈，母材形成于不同地質(zhì)條件，材質(zhì)差異較大，使得壓碎值與針片狀含量的關(guān)系并不統(tǒng)一。

圖2是對細集料級配與砂當(dāng)量的統(tǒng)計。調(diào)研的6家破碎卵石石屑砂當(dāng)量全部滿足高速公路瀝青表面層要求(大于等于60%)，而9家石灰?guī)r石屑供應(yīng)商中砂當(dāng)量大于等于60%的有6家，砂當(dāng)量小于50%的有2家。對破碎卵石石屑砂當(dāng)量與其篩孔(2.36，1.18，0.6，0.3，0.15，0.075 mm)通過率的相關(guān)系數(shù)R2進行計算，結(jié)果依次為0.584，0.578，0.606，0.689，0.676，0.471，石灰?guī)r石屑的計算結(jié)果依次為0.744，0.856，0.836，0.765，0.662，0.423。兩種石屑都表現(xiàn)為級配越細(篩孔通過率越大)砂當(dāng)量越小，但兩種石屑砂當(dāng)量皆與其0.075 mm以下顆粒含量不相關(guān)(R2<0.5)。破碎卵石砂當(dāng)量與其0.3 mm通過率的相關(guān)性最好，R2達到0.689，而石灰?guī)r石屑砂當(dāng)量與1.18 mm通過率的相關(guān)性最好，R2為0.856。破碎卵石各個篩孔通過率與砂當(dāng)量的相關(guān)性皆弱于石灰?guī)r石屑，間接反映了破碎卵石石屑中的泥土主要來源于采挖階段，而石灰?guī)r石屑中的泥土來源于巖石內(nèi)部，破碎程度越大含泥量越高。

5～10 mm破碎卵石的破碎面數(shù)量完全滿足規(guī)范要求，但受母材粒徑影響，10～25 mm破碎面一般2～4個，零破碎面顆粒含量15%～20%。

圖2 細集料砂當(dāng)量與級配的統(tǒng)計關(guān)系Fig.2 Fine aggregate statistical relationship of the grading and sand equivalent

3 水泥穩(wěn)定破碎卵石(CBP)路用性能研究

3.1 CBP與水泥穩(wěn)定石灰?guī)r碎石抗壓強度對比

采用紅獅牌P.C32.5(R)復(fù)合硅酸鹽水泥，在不同配合比條件下對比了CBP與水泥穩(wěn)定石灰?guī)r碎石的7 d無側(cè)限抗壓強度(R7d)。所用5個4.75 mm通過率不同的級配劃如表1，水泥劑量為3%,5%;細集料統(tǒng)一用0～5 mm石灰?guī)r石屑。試件成型前應(yīng)按重型擊實法逐一確定2×5×2=20個配合比的最佳含水量及最大干密度，因工作量較大且部分配合比峰值含水量偏高，本次試驗將各配合比的成型含水量、目標(biāo)干密度統(tǒng)一初定為5.0%、2.32 g/cm3，分3層搗實15×3次成型，以0.8～2.0 kN/s加載至600 kN，若試件高度大于15.5 cm則減少裝料質(zhì)量，若在小于600 kN即將墊塊壓平(試件高度l=15.0 cm)試模則增加裝料質(zhì)量，以此統(tǒng)一壓實條件。成型、脫模、稱重后計算試件干密度變化于2.20 ～2.30 g/cm3(以2.32 g/cm3為準(zhǔn)計算壓實度范圍94.8%～99.2%)，養(yǎng)生6 d飽水1 d后吸水率范圍0.9%～1.9%，抗壓強度及對應(yīng)試件吸水率如圖3。

表1 對比試驗采用4.75 mm通過率不同的5種級配

圖3 不同級配水泥穩(wěn)定破碎卵石與石灰?guī)r碎石對比Fig.3 Comparison between cement stabilized broken pebble and limestone with different gradations

兩種集料的共同點是：① 水泥穩(wěn)定碎石的級配越細強度越高，骨架級配的水泥穩(wěn)定碎石強度低于懸浮密實級配；② 水泥穩(wěn)定碎石強度主要受灰劑量影響，灰劑量從3%增加至5%水泥穩(wěn)定碎石的強度增量大于2 MPa，而4.75 mm通過率從29%增加至53%水泥穩(wěn)定碎石強度增量小于2 MPa；③ 水泥劑量較低(3%)時，兩種集料水泥穩(wěn)定碎石強度相當(dāng)。兩種集料的差異體現(xiàn)為：① 水泥劑量較高(5%)時CBP強度小于水泥穩(wěn)定石灰?guī)r，但在任意相同配合比時兩種集料水泥穩(wěn)定碎石的強度差異皆小于等于1.0 MPa；② 水泥穩(wěn)定石灰?guī)r4.75 mm通過率為35%左右時存在一個強度穩(wěn)定區(qū)[3]，即該區(qū)域內(nèi)強度變化對4.75 mm通過率不敏感，而CBP未見此區(qū)域存在。

一般水泥劑量6%～20%的砂漿長期強度變化在10～40 MPa，而石灰?guī)r抗壓強度為60～140 MPa，即砂漿7 d強度遠低于碎石。當(dāng)水泥穩(wěn)定碎石4.75 mm通過率降低后，帶來兩個直接變化：① 高強度成分的含量提升；② 碎石與砂漿的界面面積增加。由于界面強度顯著低于碎石、砂漿各自的強度，因此變化②將降低水泥穩(wěn)定碎石的強度。試驗結(jié)果是4.75 mm通過率降低后水泥穩(wěn)定碎石強度下降，則變化①對水泥穩(wěn)定碎石的強度可能存在兩種影響，一是不利，二是有利但程度較小。當(dāng)用強度高于石灰?guī)r近1倍的破碎卵石后，水泥穩(wěn)定碎石強度進一步下降，最終證明變化①對強度的貢獻也是不利的。

通過上述分析可以這樣認為：水泥砂漿是水泥穩(wěn)定碎石強度的主要貢獻者，粗集料逐步取代砂漿相當(dāng)于在水泥砂漿基體中增加薄弱界面的數(shù)量，導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石強度下降。采用強度更高、表面更為光滑的破碎卵石后，界面強度進一步降低，碎石與砂漿的力學(xué)性質(zhì)差異更大，協(xié)同變形能力更差[4]，導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石強度進一步下降。

3.2 抗壓強度的影響因素

水泥穩(wěn)定碎石抗壓強度試驗變異性較大，樣本數(shù)量偏少時難以得到可靠結(jié)果。依托重慶主城某快速路項目，對CBP進行逐日配合比、R7d檢測并統(tǒng)計于表2(按均值強度大小從上到下排序)，配合比與R7d試樣來源于同一取樣點的同一份樣品，含水量采用現(xiàn)場酒精燃燒法檢測，成型延遲時間取當(dāng)日首個與末個試件成型延遲時間的均值，試件尺寸15×15cm，成型最大壓力600 kN，養(yǎng)生1 d脫模后測試件高度變化于15.2～15.6 cm，試件密度、壓實度、吸水率和強度為當(dāng)日全部試件的均值。

表2 配合比、R7d及其相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計

將抗壓強度分別與吸水率、延遲時間、通過率、壓實度、灰劑量、濕密度用二次函數(shù)擬合，R2分別為0.008 6，0.029 0，0.051 7，0.366 3，0.390 7，0.449 0；用線性函數(shù)擬合，R2分別為0.007 9，0.016 7，0.016 3，0.365 1，0.387 7，0.319 3。可見壓實度與灰劑量是影響抗壓強度最主要的因素，在其它因素不固定的情況下兩種擬合函數(shù)的R2均已接近0.4。此外，兩種擬合函數(shù)的值十分接近，根據(jù)線性關(guān)系可認為壓實度每提高1%抗壓強度提高0.36 MPa〔圖4(a)〕，灰劑量每提高1%抗壓強度提高0.84 MPa﹝圖4(b)﹞。

圖4 水穩(wěn)破碎卵石灰劑量、壓實度對R7d的影響Fig.4 Ash dosage, compaction degree effect on R7d of cement stabilized broken pebble

3.3 壓實性能

通過現(xiàn)場碾壓試驗研究了CBP的壓實性能。試驗層位為底基層，灰劑量3%左右，傳統(tǒng)懸浮式級配，平地機攤鋪，松鋪厚度22 cm；下承層為設(shè)計灰劑量3%、厚度19 cm、養(yǎng)生10 d的CBP墊層；單鋼輪壓路機總重20 t，碾壓速度1.8 km/h，前4后5輪胎壓路機總重29.3 t，碾壓速度按5.6 km/h控制；全部測點的碾壓延遲時間范圍155～200 min(水泥初凝時間250 min)。試驗數(shù)據(jù)如表3，其中的級配、含水量與干密度數(shù)據(jù)來源于同一個試坑內(nèi)，在現(xiàn)場用酒精燃燒法除水并采用干篩法篩分，級配中包含水泥。

表3 水穩(wěn)破碎卵石組成、干密度與碾壓工藝關(guān)系

注：“振”為弱振碾壓；“膠”為膠輪碾壓；“靜”為鋼輪靜壓。

輪胎壓路機碾壓速度高于單鋼輪壓路機，作業(yè)進度實際取決于單鋼輪。11#，12#坑即是減少單鋼輪碾壓的嘗試，可見膠輪雖碾壓了3遍、5遍，但壓實度仍然很低，因此單鋼輪碾壓不宜小于2遍。10#坑的數(shù)據(jù)說明不能通過靜壓替代振動碾壓來提高作業(yè)速度。13#～16#坑數(shù)據(jù)表明，在單鋼輪弱振2遍的基礎(chǔ)上，膠輪的碾壓不可缺少，因增加膠輪碾壓遍數(shù)并不影響作業(yè)進度，故確定膠輪碾壓宜大于等于5遍。1#～9#坑是遍數(shù)相同但碾壓順序不同的情況，其中2#～8#坑是最優(yōu)工藝。最優(yōu)工藝情況下，壓實度仍然在較大范圍內(nèi)變化，其影響因素中含水量的影響顯著。施工統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，即使在最優(yōu)碾壓工藝情況下，碾壓延遲(拌和站出料至碾壓結(jié)束)時間大于200 min后，壓實度小于95%的概率達74%。

3.4 承載力與現(xiàn)場回彈模量

采用彎沉及其反算模量評價了CBP結(jié)構(gòu)層的承載能力，結(jié)果如表4。試驗段為填挖結(jié)合路基，路堤以砂巖、泥巖、頁巖土石混合料填筑，填高0～16 m。鋪筑兩層總厚約40 cm、灰劑量小于4%的CBP后彎沉即小于等于10，說明其對路面整體承載能力的貢獻與水泥穩(wěn)定石灰?guī)r碎石層相當(dāng)。

表4 水穩(wěn)破碎卵石結(jié)構(gòu)的承載能力

Table 4 Carrying capacity of cement stabilized broken pebble

為排除厚度的影響，利用BISAR程序反算(土基、水穩(wěn)層泊松比分別取0.35，0.25)左、右幅墊層模量分別為1 750，1 400 MPa(底基層、基層的反算模量失真不作探討[5])。若利用咼貴春等[6]提供的模量-強度關(guān)系式E=236P+1 000計算其理想現(xiàn)場抗壓強度分別為3.2，1.7 MPa(凝期分別為2，3 d)，利用養(yǎng)護時間與強度的關(guān)系[7]，可推斷其理想現(xiàn)場7 d強度分別約4.6，2.5 MPa。施工過程左、右幅墊層抽樣試件的R7d分別為3.2，4.0 MPa，按3.2小節(jié)得到的壓實度-強度關(guān)系(壓實度每提高1%抗壓強度提高0.36 MPa)折算理想現(xiàn)場7 d無側(cè)限強度分別為1.8，1.9 MPa?？梢钥吹剑矛F(xiàn)場彎沉推算與用室內(nèi)試件強度推算的兩種理想現(xiàn)場7 d強度之間存在一定差距，有側(cè)限的前者大于無側(cè)限的后者。表4數(shù)據(jù)顯示現(xiàn)場養(yǎng)生條件較室內(nèi)養(yǎng)生條件要差(氣溫較低)，即如果養(yǎng)生條件相近，兩種強度的差距還會擴大。

3.5 過早通行施工車輛導(dǎo)致破壞的分析

平原地區(qū)道路工程的施工便道位于路線兩側(cè)，而山地城市的施工便道一般只能從幾個有限的接口接入施工線路，因此施工車輛需要在施工線路上通行。3.1小節(jié)的試驗表明CBP強度略低于水泥穩(wěn)定石灰?guī)r碎石，實踐中也發(fā)現(xiàn)若施工重載車輛通行較早，只需數(shù)十軸次即可使CBP出現(xiàn)明顯的層頂剪切破壞、層底彎拉破壞和邊緣推擠破壞(圖5)。養(yǎng)生時間t<5d主要為剪切破壞和邊緣推移破壞，養(yǎng)生后期主要表現(xiàn)為層底彎拉破壞。

圖5 施工車輛碾壓造成的水穩(wěn)破碎卵石墊層破壞Fig.5 Cement stabilized broken pebble cushion damage caused by construction truck rolling

按工程實例建立圖6(a)中CBP墊層通行施工車輛的力學(xué)模型，用BISAR程序計算不同點位的最大剪切應(yīng)力得到圖6(b)，結(jié)構(gòu)中最大剪應(yīng)力極值0.51 MPa，其坐標(biāo)(X，Y，Z)=(0.02，0.24，0.06)。以圖6(a)中的參數(shù)為基準(zhǔn)參數(shù)，分別對土基模量、水穩(wěn)層模量、水穩(wěn)層厚度和單輪荷載作單參數(shù)改變，計算水穩(wěn)層底的Y方向正應(yīng)力和點(0.02，0.24，0.06)的最大剪應(yīng)力，各參數(shù)變化范圍及計算結(jié)果如圖6(c)。除土基模量p≥1 000 MPa或者墊層模量p≤500 MPa的極端情況，墊層層底橫向拉應(yīng)力出現(xiàn)在車輪外側(cè)(Y=±0.26 m)以外，最大值0.2 MPa，而標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護7 d水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強度p<1.0 MPa、彎拉強度p<1.8 MPa；計算最大剪應(yīng)力大致變化于0.4～0.6 MPa，而級配良好的級配碎石剪切強度0.5～0.6 MPa[8]，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護7 d水泥穩(wěn)定碎石強度也只有3～4 MPa。因此，考慮現(xiàn)場養(yǎng)生條件和材料離析等不利因素，采用破碎卵石的水穩(wěn)墊層較早通行施工車輛后完全有可能出現(xiàn)縱向裂縫和剪切破壞。

圖6 最大剪應(yīng)力極值和層底Y方向正應(yīng)力分析Fig.6 The maximum shear stress extremes and the bottom layer Ydirection normal stress analysis

在墊層上鋪筑一層參數(shù)完全相同的CBP底基層，計算底基層的最大剪應(yīng)力得0.47 MPa，層底Y向正應(yīng)力全部轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力，極值0.1 MPa。說明下承層模量提高后最大剪切應(yīng)力變化不大，但層底拉應(yīng)力大幅降低，即在底基層、基層上通行施工車輛時可能發(fā)生以剪切為主的破壞。

4 結(jié) 論

1)破碎卵石料廠規(guī)模普遍偏小，一般僅1條生產(chǎn)線且囤料場地較小，導(dǎo)致供料連續(xù)性存在風(fēng)險；單個料廠產(chǎn)品規(guī)格難以合成路面各層次所需的全部級配，典型路面結(jié)構(gòu)施工的備料工作至少應(yīng)涉及3家料廠。

2)受母材尺寸限制，重慶主城的長江破碎卵石的最大粒徑只有26.5 mm；壓碎值約為本地石灰?guī)r碎石的1/2，針片狀含量一般Z<15%，壓碎值隨針片狀含量線性遞增；破碎卵石石屑砂當(dāng)量S>60%且與其0.3 mm通過率相關(guān)。

3)CBP的R7d變化規(guī)律與水泥穩(wěn)定石灰?guī)r碎石相似，灰劑量、壓實度是影響R7d主要因素，碎石含量越少R7d越高；灰劑量較低時CBP的R7d低于水泥穩(wěn)定石灰?guī)r的原因是：破碎卵石與水泥砂漿強度差異較大及界面光滑；灰劑量較高時，CBP的R7d、結(jié)構(gòu)承載力接近水泥穩(wěn)定石灰?guī)r。

4)膠輪碾壓對提高CBP壓實度有關(guān)鍵作用，最佳工藝為“(鋼輪弱振1遍+膠輪3遍)×2”。膠輪行走速度快，適量增加膠輪的碾壓變數(shù)不影響施工進度，因此應(yīng)充分發(fā)揮破碎卵石壓碎值較小的優(yōu)勢，加強CBP的膠輪碾壓，提高CBP壓實度。此外，含水量與延遲時間對壓實度影響顯著。

5)養(yǎng)生不足的CBP結(jié)構(gòu)層上通行運料車會產(chǎn)生剪切、彎拉和邊緣側(cè)向推移破壞；當(dāng)下層模量較高時，以剪切破壞為主，最大剪應(yīng)力的極值0.5 MPa左右。

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Pavement Performance Research of Chongqing Broken Pebble and Its Cement Stabilized Material

LIU Ke1，YANG Xiwu2

(1.Chongqing Zhixiang Paving Technology Engineering Co.，Ltd.，Chongqing 401336，P.R.China； 2. School of Civil Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，P.R.China)

The production, pavement performance and cement stabilized broken pebble(CBP) technical features of pebble produced in the main city of chongqing river were researched by factory investigation, laboratory experiments, field tests, mechanical analysis. The results show that the size of material plants is small, and products of single material plant are difficult to synthesize all required grading of pavement layers. Since the rough stone size was smell,mainmarn diameter of broken pebble was 26.5 mm. Because of gradation characteristics,CBP production should be at least 4 specification aggregates. Broken pebble crushed values was about 1/2 of local limestone gravel, and acicular flakiness content was less than 15% which was linear increase with crushed values, sand equivalent of pebble chips associated with 0.3 mm passrate was greater than 60%. Ash dosage, compaction degree were critical to CBP 7 day compressive strength (R7d), and the less gravel content generated the higherR7d.Structural differences between crushed gravel and cement mortar and the smooth interface was the main cause of worseR7dof CBP than cement stabilized limestone. In case of high ash dosage,structural bearing capacity quals to that cement stabilized limestone. Rubber tire rolling was critical to CBP compaction degree and optimum process was "(one weak vibration rolling+3 times rubber tire rolling)×2". Water content and delay in time affected compaction degree significantly. Poor curing CBP layer rolled by material trucks would result in damages due to shear, bending pull and edges thrust displacement. When lower layer modulus was higher, shear failure was main damage of poor curing CBP layer.Shear stress limit is about 0.5 MPa.

road engineering；broken pebble；aggregate specifications；cement stabilized macadam；semi-rigid base

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.05.10

2015-07-14；

2015-12-18

劉 克(1983—)，男，重慶人，工程師，碩士，主要從事路基路面工程方面的研究。E-mail:liuke20027@163.com。

楊錫武(1963—)，男，云南鶴慶人，教授，博士，主要從事路基路面工程方面的研究。E-mail:yangxw01@126.com。

U416.217

A

1674-0696(2016)05-042-08