李泓韋，徐文遠，解世林，程 維

(東北林業(yè)大學土木工程學院，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

大多數(shù)山區(qū)公路改擴建工程都會受到地理和自然環(huán)境因素的影響，山體土層中含有大量尺寸不一的孤石，因此路基的施工過程中會挖除很多孤石;孤石隨意丟棄在修建公路的兩側(cè)，既影響公路周邊的景觀，又會對車輛的行駛安全造成影響。如何合理處理路邊遺留和開挖山體所產(chǎn)生的孤石，就成了山區(qū)公路施工中亟需解決的問題。

國內(nèi)外學者對類似問題做了不少研究［1-3］，如盧曉東等對利用大型移動破碎機剝離和開采露天礦山技術(shù)進行了分析;陳琳研究了水泥混凝土板破碎穩(wěn)固技術(shù)，這種技術(shù)多使用在水泥混凝土路面“白改黑”工程上，先采用沖擊壓實技術(shù)對達到使用期限的路面板進行破碎穩(wěn)固處理，再加鋪瀝青面層;呂智英等將國外成熟的再生骨料生產(chǎn)的模式、分級分類情況及骨料的強化手段作為研究對象，對混凝土再生骨料的研究動態(tài)與發(fā)展趨勢進行了研究。建筑垃圾破碎的生產(chǎn)工藝主要是通過使用破碎篩分機將建筑垃圾進行處理，并設(shè)置人工或機械設(shè)備去除雜質(zhì)，制備再生骨料。公路作為線狀施工作業(yè)面，操作范圍狹窄，特別是在山區(qū)公路，受地形因素的影響更為明顯，路邊孤石不是集中堆放，而是分散在路邊幾十公里甚至上百公里的線路上，所以移動式破碎篩分技術(shù)恰好可以適應(yīng)這種應(yīng)用環(huán)境。

本文依托三莫公路亞雪段改擴建工程，對移動破碎生產(chǎn)的碎石和料場生產(chǎn)的碎石進行對比，并通過基礎(chǔ)試驗和強度試驗的數(shù)據(jù)分析，確定移動破碎生產(chǎn)的碎石是否滿足施工需要，同時對2種不同方式生產(chǎn)的骨料進行技術(shù)經(jīng)濟分析。

1 試驗

亞雪公路屬于二級公路改擴建工程，面層為瀝青混凝土路面，為了驗證路邊孤石經(jīng)過移動破碎站破碎成不同規(guī)格碎石后能否滿足公路路面施工的要求，對移動破碎站生產(chǎn)的碎石和傳統(tǒng)料場機械生產(chǎn)的碎石進行基礎(chǔ)性試驗，包括含泥量試驗、針片狀顆粒含量試驗。在基礎(chǔ)指標滿足施工需要的基礎(chǔ)上，重點考察骨料是否滿足公路底基層施工的需求，通過對破碎后孤石材料的壓碎值試驗，確定其是否具備用于公路基層的路用性能。

1.1 原材料

水泥采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，生產(chǎn)地為牡丹江溫春;石屑砂當量為50%左右，產(chǎn)自紅星石場;碎石采用移動破碎篩分設(shè)備和料場生產(chǎn)的各尺寸碎石骨料;試驗室用水均為自來水。

1.1.1 碎石骨料性能

選取3種粒徑的料場破碎和移動破碎生產(chǎn)的碎石骨料進行物理力學試驗和顆粒參數(shù)分析，對比2種骨料的不同之處，并驗證移動破碎生產(chǎn)出來的骨料是否能夠滿足公路基層施工的技術(shù)要求。

在對材料進行配合比設(shè)計之前，先檢測破碎后的孤石和料場生產(chǎn)的碎石的基礎(chǔ)性能指標，并依據(jù)規(guī)范《建設(shè)用卵石、碎石》(GB/T 14685—2011)對2種材料進行評價。

(1)含泥量。選取不同尺寸的料場破碎碎石和移動破碎碎石骨料進行含泥量試驗，結(jié)果如表1、圖1所示。

表1 含泥量對比

《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)規(guī)定粗集料含泥量指標應(yīng)該小于1.0%，含泥量過大會造成集料對瀝青的黏附性降低，也會對混合料的水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。從圖1可以看出，料場生產(chǎn)的不同尺寸的粗集料含泥量平均值在1.5%左右，而移動破碎站生產(chǎn)的粗集料含泥量的平均值在0.7%左右，料場生產(chǎn)的骨料不滿足瀝青路面面層施工的需要。

圖1 碎石含泥量曲線

查閱規(guī)范《建設(shè)用卵石、碎石》(GB/T 14685—2011)可知，料場生產(chǎn)的碎石屬于三類碎石，而在施工現(xiàn)場破碎孤石后的集料屬于二類碎石。移動破碎碎石的含泥量比料場生產(chǎn)碎石的含泥量要低。

通常在碎石骨料的正常生產(chǎn)環(huán)節(jié)，無論是料場破碎還是現(xiàn)場破碎，碎石的含泥量幾乎可以忽略不計，集料的含泥量變化主要是發(fā)生在堆積及運輸環(huán)節(jié)上。沒有良好的降塵措施就會使碎石骨料表面包裹細小的顆粒，造成含泥量偏大，但是基本上含泥量不會有顯著上升。相同尺寸下，料場生產(chǎn)的碎石在試驗環(huán)節(jié)含泥量要更大一些，主要是因為料場到施工現(xiàn)場有一定的距離，汽車運送距離遠，路途中有過多灰塵附著在骨料表面。大粒徑的孤石經(jīng)過初次破碎后會放置一段時間再進行二次破碎，輕微風化和灰塵會進行篩除，而且現(xiàn)場距離工地料場較近，能夠被及時利用，所以含泥量會低一些。

所以，在粗集料含泥量這項指標上，孤石破碎后的骨料適用于路面施工的各個結(jié)構(gòu)層。

(2)針片狀顆粒含量。選取不同尺寸的料場破碎碎石和移動破碎碎石骨料進行針片狀顆粒含量試驗，結(jié)果如表2、圖2所示。《

表2 針片狀顆粒含量對比

圖2 碎石針片狀顆粒含量曲線

公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)中規(guī)定，集料針片狀顆粒含量在高速及一級路面設(shè)計中不大于15%，在其他等級路面設(shè)計中不大于18%。亞雪公路屬于二級公路，依據(jù)圖2，移動破碎生產(chǎn)的碎石原則上滿足面層施工的要求，但是由于亞雪公路在實際中按照高等級公路的標準建設(shè)，而移動破碎的針片狀含量接近于臨界狀態(tài)，當針片狀顆粒含量超過10%后，會影響混合料的壓實度，對抗剪強度產(chǎn)生影響，而且針片狀顆粒含量越高，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性越差。

分析表2、圖2可知，粒徑越大，移動破碎碎石的針片狀顆粒含量越少。這是因為移動式破碎設(shè)備的篩分少，破碎也不如料場細致，所以生產(chǎn)出的碎石粒徑越小，針片狀顆粒含量就越大。

針片狀顆粒含量涉及到粗集料的粒形因素，混合料中集料之間相互作用，局部范圍內(nèi)的針狀或片狀顆粒由于規(guī)格的限制，無法較好地與其他材料相互配合，從而影響材料的整體性［4-6］。所以，集料的粒形、骨料間的空隙率都是影響混合料強度的重要因素。

綜上所述，盡管破碎后的孤石骨料針片狀顆粒含量滿足瀝青路面施工的標準，但是不建議使用到瀝青混合料中，為了確保安全，可將其利用到基層或底基層施工中。

1.1.2 路用性能試驗

公路各結(jié)構(gòu)層集料的路用指標如表3所示，對底基層僅需要考察壓碎值是否達到標準的要求［7］。

表3 集料的路用指標要求

壓碎指標是判斷集料能否使用于公路底基層施工的重要指標，選取料場破碎和移動破碎碎石進行壓碎指標試驗，結(jié)果如表4、圖3所示。

對比發(fā)現(xiàn)，料場生產(chǎn)的碎石和移動破碎生產(chǎn)出的碎石壓碎指標有顯著的不同，但兩者壓碎指標均小于30%，滿足公路底基層施工的要求。

表4 兩種碎石的壓碎指標

圖3 壓碎指標曲線

移動破碎生產(chǎn)的碎石壓碎指標的平均值比料場生產(chǎn)的碎石要大5%左右，說明路邊遺留的孤石強度不如山上開采的碎石強度大。造成這種情況的原因可能是孤石長期遺留在道路兩側(cè)，受自然環(huán)境因素的影響較大。

根據(jù)《建筑用卵石、碎石》(GB/T 14685—2011)做壓碎值指標試驗時，要篩除小于9.5 mm和大于19.0 mm的碎石，并去除針片狀顆粒，所以從兩者壓碎指標的對比可以看出，料場生產(chǎn)的粗集料的強度要比路邊孤石大。根據(jù)壓碎指標，料場生產(chǎn)的碎石屬于二類碎石，移動破碎生產(chǎn)的碎石屬于三類碎石，兩者均滿足二級公路底基層施工的要求。

1.2 試驗方案

參照《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定類材料試驗規(guī)程》(JTG E51—2009)，在相同的配合比下采用重型擊實法確定2種材料的最大干密度和最佳含水量;根據(jù)所確定的最大干密度和最佳含水量，按照靜壓成型法分別成型圓柱形試件，采用無側(cè)限應(yīng)變測試儀進行無側(cè)限抗壓強度試驗。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 擊實特性

通過不同水泥含量下的混合料擊實試驗，確定最佳水泥用量為5.5%左右，同時通過試驗數(shù)據(jù)確定2種情況下無機結(jié)合料的最大干密度和最佳含水率，如表5、6所示。

表5 移動破碎擊實試驗數(shù)據(jù)

表6 料場生產(chǎn)擊實試驗數(shù)據(jù)

根據(jù)2種碎石擊實試驗數(shù)據(jù)，繪制最大干密度和最佳含水率曲線，如圖4所示。

圖4 最佳含水率和最大干密度曲線

由圖4可以看出:在進行擊實試驗時，混合料最佳含水率為5.5%左右，此時移動破碎碎石的最大干密度為2.33 g·cm－3，料場破碎碎石的最大干密度為2.34 g·cm－3，兩者差別不大，且均滿足《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定試驗規(guī)程》(JTG E51—2009)的要求。

造成這種情況可能是由于移動破碎站破碎的不精細，骨料中針片狀顆粒過多，干擾混合料結(jié)合的緊密程度，造成在最佳含水率和最大干密度上稍微差一些，但是仍在可控制的范圍內(nèi) 。

2.2 無側(cè)限抗壓強度

選用最佳含水率和最大干密度的不同骨料混合料制作圓柱體試件，養(yǎng)生后進行無側(cè)限抗壓強度試驗，試驗結(jié)果見表7、8。

表7 料場破碎試件無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果

對比2種不同骨料混合料的無側(cè)限抗壓強度發(fā)現(xiàn)，料廠生產(chǎn)骨料的混合料抗壓強度為2.8 MPa，移動破碎孤石骨料的混合料抗壓強度為2.5 MPa，孤石破碎后的骨料在抗壓強度上相對較弱一些。

表8 移動破碎試件無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果

3 技術(shù)經(jīng)濟性分析

碎石采購和運輸?shù)拇蟾刨M用如表9所示。

表9 碎石采購與運輸費用

采用不同的移動破碎方式生產(chǎn)相同工程量的碎石，其成本見表 10、11［14-17］。

表10 移動破碎成本

表11 采用預(yù)破碎成本

對比移動破碎篩分技術(shù)和采購料生產(chǎn)的碎石費用金額可以發(fā)現(xiàn)，為了生產(chǎn)8 680 m3適用于底基層的碎石骨料，通過料場進行碎石采購和運輸?shù)馁M用為120余萬元，而采用不同的移動破碎方法生產(chǎn)這些碎石所需的費用在60萬元左右。因此移動式破碎設(shè)備在山區(qū)公路底基層的修建中體現(xiàn)出更好的經(jīng)濟性［18-20］。

4 結(jié)語

山區(qū)公路在施工過程中會因為地形位置等原因造成交通運輸不便，而公路修建需要大量材料，在運輸成本和施工時間上會制約工程的進度。本文依托的亞雪公路處在山嶺重丘區(qū)，道路兩側(cè)和山體中遺留有不少孤石，通過引入移動式破碎站可以有效緩解運輸費用和時間問題，同時山區(qū)可以充分利用自身的優(yōu)勢達到就地取材的目的。

通過含泥量、針片狀顆粒含量、壓碎指標試驗可以發(fā)現(xiàn)，移動式破碎站生產(chǎn)的碎石骨料基本滿足公路底基層施工的需要，其混合料的強度也滿足要求;而在技術(shù)經(jīng)濟性方面，移動破碎的碎石相比于料場生產(chǎn)的碎石更經(jīng)濟合理。

在國內(nèi)，移動破碎設(shè)備在公路施工中的應(yīng)用還處在起步階段，而這種生產(chǎn)碎石的方式非常適用于受地形和環(huán)境等因素影響很大的施工環(huán)境，值得進一步推廣應(yīng)用。

［1］ 盧曉東，郭懿赟，秦 宇.露天礦用大型移動破碎站［J］.露天采礦技術(shù)，2013(1):40-44.

［2］ 王 偉.破碎機的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢［J］.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2016(7):145-145.

［3］ 呂智英.混凝土再生骨料的研究動態(tài)與發(fā)展趨勢［J］.混凝土，2010(6):77-82.

［4］ 譚紅霞，范志甫，汪超平，等.再生混凝土基本性能試驗研究［J］.湘潭大學自然科學學報，2011，33(3):65-69.

［5］ 袁 磊，楊欣達，孫澤宇，等.可再生混凝土基本力學性能研究［J］.價值工程，2016，35(24).

［6］ 姚文夏.建筑垃圾再生混凝土的制備和性能研究［D］.長春:吉林大學，2016.

［7］ 羅素蓉，鄭 欣，黃海生，等.再生粗骨料預(yù)處理及再生混凝土徐變試驗研究［J］.建筑材料學報，2016，19(2):242-247.

［8］ 劉 軍，李 瑤，劉 宇，等.無機預(yù)處理再生粗骨料的性能研究［J］.沈陽建筑大學學報:自然科學版，2009，25(1):133-138.

［9］ 紀小平，曹海利，劉陵慶.水泥穩(wěn)定再生集料的性能及其影響因素研究［J］.建筑材料學報，2016，19(2):342-346.

［10］ 胡力群，沙愛民.水泥穩(wěn)定廢粘土磚再生集料基層材料性能試驗［J］.中國公路學報，2012，25(3):73-79.

［11］ 任衛(wèi)紅.對混凝土粗骨料含泥量指標的認識和思考［J］.山西交通科技，2010(3):43-45.

［12］ 趙 薇.集料含泥量對瀝青混合料路用性能影響的試驗分析［J］.公路交通技術(shù)，2012(1):26-28.

［13］ 劉鳳翰，陳曉玲.水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒含量試驗研究［J］.四川建筑科學研究，2012，38(5):163-165.

［14］ 程平均，朱建秋.針片狀顆粒含量對路面瀝青混合料的性能影響研究［J］.廣東科技，2014(24):108-109.

［15］ 孫雪龍，凌 晨.集料壓碎值指標探討［J］.交通科技，2009(S2):4-6.

［16］ 彭秋樂.粗集料壓碎值影響因素研究［D］.重慶:重慶大學，2013.

［17］ 胡忠輝.大粒徑再生集料水泥穩(wěn)定碎石基層性能試驗研究［D］.淄博:山東理工大學，2016.

［18］ 鄧 勛.技術(shù)經(jīng)濟分析方法在施工方案優(yōu)選中的應(yīng)用［J］.廣東科技，2006，34(3):155-157.

［19］ 潘榮叁.淺析路基壓實度的控制技術(shù)［J］.筑路機械與施工機械化，2011，28(9):52-54.

［20］ 張永貴.高速公路底基層施工質(zhì)量控制［J］.交通世界，2012(12):193-194.