影響級配碎石質量的因素分析

蘇建嶺

（秦皇島保神交通建設監理有限公司，河北 秦皇島 066000）

級配碎石是一種無黏結材料處治粒料的松散結構，通常可作為公路路面結構的底基層、基層、墊層或半剛性基層與瀝青面層之間的中間層。由于這種結構不傳遞拉應力、拉應變，所以級配碎石作為路面結構層材料時處于三向受壓的狀態。而這些結構上的特點以及特殊的受力狀態使級配碎石結構層不但具有溫縮應力小、干縮應力小、水穩定性好的性能，而且能充分吸收其下層裂縫釋放的應變能，從而達到抑制裂縫的效果。這種結構在2013年秦皇島市公路大修工程中作為舊水泥混凝土路面碎石化結構補強層得到了應用，并且從建成通車后的使用情況來看效果較好。雖然級配碎石具有很多優點，但如果在施工過程中不加以科學的控制，勢必會影響其施工質量及使用效果。所以必須對影響級配碎石質量的因素進行分析研究，并在施工中加以嚴格控制，以確保級配碎石的質量。通過總結和分析2013年秦皇島市公路大修工程中級配碎石施工情況，筆者認為影響級配碎石質量的因素主要有以下幾個方面。

1 原材料

由于級配碎石是一種松散的粒料結構，其材料組成主要是粗集料和細集料，而級配碎石內各組成材料的受力特性又呈非線性、各向異性，所以集料本身的特性直接影響了級配碎石的強度和模量。總結施工經驗可知，級配碎石組成中的粗集料應滿足抗壓強度大、抗剪切強度大、永久變形小、耐久性好的要求；細集料應滿足黏性大、塑性指數小、體積穩定性好的要求。

（1）粗集料

粗集料的特性主要包括硬度、表面摩擦力、顆粒形狀和大小及其分布。試驗室用集料壓碎值、洛杉磯磨耗值、針片狀指數、累計篩分通過率等物理指標來表示集料的這些特性。一般而言，同種石質軋制的碎石其強度隨著最大粒徑的增大而增大。這是由于較大顆粒之間的接觸面較小，當荷載通過顆粒傳遞時，顆粒之間的接觸點少、整體變形小，從而使級配碎石具有較大的強度。另外，粗糙顆粒的表面將會產生較大的強度。軋制的有棱角的以及破碎面多的顆粒可提供較高的剛度以及較好的荷載分布特性，其抗剪切性較好，永久變形小。

（2）細集料

細集料在級配碎石組成中主要起填充作用。表征細集料質量的物理技術指標主要有砂當量、液限、塑限及塑性指數。季節含水量的變化是導致級配碎石收縮或膨脹的主要因素。也可以說，細集料的質量直接影響級配碎石的體積穩定性。經研究，具有黏性和塑性的細集料對吸力有較大的影響。試驗表明，當吸力為黏結顆粒的主要應力時，較高細集料含量和較高黏性的細集料將會導致較高的吸力，此時級配碎石有較高的強度。然而，當吸力相對于周圍應力很小的時候，較高的細集料含量和較高黏度的細集料會由于上述顆粒的大小及潤滑作用導致級配碎石強度減小。所以，為了保證級配碎石的體積穩定性，必須嚴格控制細集料的質量，特別是細集料的塑性指數。根據施工經驗，一般認為細集料的塑性指數不超過4%時級配碎石的施工質量較好。

（3）巖石

經驗表明，級配碎石的質量還與軋制碎石的巖石種類有關。根據國外多年來使用無黏結材料的經驗，石灰巖是所有級配碎石材料中最好的。其主要原因是石灰巖容易軋制成四方體，易達到級配要求；同時，其細顆粒中碳酸鹽含量較高，在拌和中與水一起對粗集料起到膠結的作用。因此，建議施工中盡可能采用軋制的石灰巖作為級配碎石結構層的材料。

2 級配組成

級配碎石的強度和模量一般比有結合料的穩定基層差。單從其結構形成上分析，級配碎石基層的強度主要源于其碎石顆粒本身的強度及碎石顆粒之間的相互嵌擠力。所以，控制級配碎石的質量除采用高質量的集料外，還必須調制出高密度的良好級配來保證碎石顆粒間的嵌擠力，從而提高級配碎石結構層的強度和穩定性，降低行車作用下的永久變形。

目前，我國有關碎石級配設計的方法主要有兩種；一種是連續級配的設計方法；另一種是參照體積設計法設計瀝青混合料而引入的填充系數法。在實際施工中，一般根據影響級配的因素（主要包括集料的最大粒徑、公稱粒徑及集料通過4.75mm、0.5mm和0.075mm篩孔的含量）用連續級配設計法進行級配調整。然而，我國《公路路面基層施工技術規范》（JTJ 034—2000）中規定的級配碎石標準較寬，不適用作較重交通或高等級路面基層的級配碎石標準。所以，為了保證級配碎石結構層的力學性能（主要是強度與剛度），改善道路結構的整體性，必須對級配碎石的級配進行優化設計，并且必須保證優化后的級配曲線呈近似S型的光滑曲線。

另外，特別值得注意的是必須嚴格控制級配碎石混合料中的細集料用量。這是因為：

（1）細集料含量過大會使粗集料很難形成嵌擠，從而使級配碎石結構形成一種懸浮密實結構，這將嚴重影響級配碎石結構層的強度與剛度；

（2）細集料含量過大會影響級配碎石的排水功能，在潮濕、多雨的季節，排水及滲透能力差會導致級配碎石的抗壓強度減小；

（3）細集料含量過大會導致在行車荷載的反復作用下，級配碎石產生過大的累積塑性變形，使路面發生剪切或疲勞破壞；

（4）由于我國的路面設計規范規定路面設計是按照界面完全連續的條件考慮的，當細集料含量較大時，級配碎石層的表面極易形成“光滑”的界面，這樣就使得級配碎石基層與瀝青面層之間的聯結非常困難，影響了界面之間的連續。

3 確定最大干密度和最佳含水量的試驗方法

級配碎石混合料的最大干密度及最佳含水量通常采用標準擊實試驗確定。但對于該類混合料而言，標準擊實試驗的主要缺點在于集料的方向性及分布與現場壓實不相同，這樣的成型方法不能反映材料的現場施工壓實成型狀況，很難達到試驗的重現性。并且在擊實過程中，擊實錘會將大粒徑的骨料擊碎，從而改變設計的級配并影響試驗的結果。相對于標準擊實試驗而言，振動成型法可以減少試件級配的變化，其成型方式與現場施工的方式相近。在其成型過程中，粗集料之間相互嵌擠較好，能充分發揮骨架的強度優勢，細集料作為填料能充分填充骨架的空隙。這樣充分模擬出了整個現場施工過程。所以，確定混合料的最大干密度及最佳含水量的最佳試驗方法為振動成型法。

4 混合料的拌和

混合料拌和的均勻程度也是影響級配碎石強度和功能的關鍵因素。為了保證級配碎石的均勻性，施工中必須進行集中場拌。拌和時應注意控制好以下兩個方面。

（1）控制集料中超粒徑的顆粒

集料中的超粒徑顆粒是指粒徑大于公稱直徑的顆粒。控制超粒徑的顆粒可以減少拌和過程中粗顆粒之間的干擾，增加混合料的均勻性，使其形成穩定的骨架，提高其施工性能，并減少施工中的離析現象，同時便于施工機械的攤鋪整平，減少設備的磨損。

（2）控制含水量

含水量是影響混合料性能的主要因素之一。混合料的含水量增大，其回彈模量就會減小；而含水量過度減小，其拌和均勻性就會受到影響。所以，為了施工時能較好地成型，使混合料各組成材料之間能相互嵌擠，攤鋪、碾壓時混合料不松散，混合料拌和時必須考慮運距、天氣、現場操作等情況，將含水量控制到最佳。

5 混合料的攤鋪

為了保證攤鋪出的級配碎石均勻、平整及壓實后的厚度均勻一致，建議采用攤鋪機進行全幅攤鋪作業。當采用兩臺攤鋪機同時作業時，攤鋪機應一前一后呈梯隊形式同步進行。兩臺攤鋪機間隔距離應保持在5～8m范圍內。攤鋪時，應特別注意粗、細集料的離析現象，并派專人及時對發生離析的混合料進行處理。

6 混合料的碾壓

級配碎石混合料的碾壓應采用振動壓路機配合輪胎壓路機聯合作業。振動壓路機進行初壓和復壓，一般初壓1～2遍，復壓4～6遍；輪胎壓路機終壓2～3遍。應特別強調的是：終壓應盡可能采用大噸位的輪胎壓路機，碾壓前應用噴霧式的灑水車適當灑水，然后進行“滾漿”碾壓。

7 結語

綜上所述，施工過程中只有對級配碎石的原材料、級配組成、拌和、攤鋪及碾壓等方面加以嚴格、科學的控制，才能使得級配碎石結構具有良好的嵌擠力，從而獲得較高的密度及強度，保證良好的透水性及道路結構的整體性。

[1] JTJ 034—2000，公路路面基層施工技術規范[S].

[2]JTG D50—2006，公路瀝青路面設計規范[S].

[3] 蘇風華，魏麗華.優質級配碎石基層[J].黑龍江交通科技，2011（6）：102，104.