不同成型方法對級配碎石的影響分析

尚學林

新鄉市方正公路工程監理咨詢公司，河南 新鄉 453003

不同成型方法對級配碎石的影響分析

尚學林

新鄉市方正公路工程監理咨詢公司，河南 新鄉 453003

成型方法的選擇對于碎石性能影響較大，通過對擊實成型、振動成型方法的探討，來分析不同成型方法對級配碎石的影響。利用變K法來進行級配設計，并選用擊實成型法、振動成型法制作試件，來測試其最大干密度、最佳含水量、及CBR值。結合兩種成型方法的對照分析，得出試驗結果：擊實成型法因擾動較大，對13.2-1.18mm級配碎石影響顯著；而振動成型對原有級配碎石擾動小；在相同級配條件下，利用振動成型法的CBR值要高于擊實成型法，大約為2倍，但并非越密實CBR值越大。

公路工程；成型方法；級配碎石；對照試驗；CBR值

在對級配碎石的結構原理進行分析來看，隨著道路工程實踐的不斷優化，其力學指標及結構特性越來越成熟。不過，針對級配碎石成型的研究則相對較少，特別是關于振動成型方法，盡管在物理學特性、級配碎石設計方法上研究較多，但對于不同成型方法對級配碎石的性能影響則研究不足。在實驗室常用的成型方法有擊實成型、靜壓成型和振動成型。有研究者提出成型方法對級配碎石的密實度越高，其物理學性能越好；而對于不同成型方法對級配碎石的擾動報道較少。為此，本研究分別從擊實成型、振動成型方法對比中，來探討對級配碎石的擾動影響，并通過最大干密度、最佳含水量及CBR值來進行對照分析。

1 試驗方法的確立

從本研究中的碎石材料以石灰巖為主，結合道路工程施工中對不同級配碎石的強度及剛度要求來探討其性能變化。在試驗中為獲得級配對比效果，選用變K法，從經驗上設定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，我們設定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 兩種成型法對級配碎石的影響分析

根據K1、K2值的不同，可以設計出9組不同的級配碎石成型方案，并通過采用擊實法、振動法來構成9組試件。分別從最大干密度、最佳含水量兩個維度來對試件進行測試。

2.1 試驗過程及問題分析

根據擊實法要求，選擇直徑15cm、高12cm的試筒，對不同級配碎石進行分層擊實，劃分為三層，每層擊實次數為98次；對于振動成型法，以相同試筒來進行模擬，并對試筒固定在振動臺，設置頻率為60Hz，振動幅度為2mm；在進行振動成型過程中，對壓塊設定壓力為13.8kPa；劃分為三層，振動時間為5min。通過對上述兩種成型方法的應用，可以獲得不同級配模式下的碎石試件。結合K值變化來分析，當K2值不變時，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，說明試件的孔隙率越小；另外，由于細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逐漸增大。同樣，在K1不變時，對于K2的增大，試件的最佳含水量、最大干密度值也會隨之增大。針對擊實成型與振動成型方法的差異性，在同一級配碎石條件下，不同試件的最佳含水性也存在差異性，特別是在振動成型條件下，由于振動成型所帶來的密實度更高，對同一級配碎石的最佳含水量要高于擊實法0.2%-0.5%；然而，利用擊實法來制作的碎石試件，其最大干密度值要高于振動法試件；另外，在不同K1值、K2值都逐漸增大條件下，對于細集料來說，因含量不斷增加，所形成的級配碎石試件最大干密度值反而降低。

對于該問題，其原因與我們所選擇的K值范圍有關。如當K1為0.6，K2為0.7時，對于不同成型方法所構成的級配碎石試件來說，還可以進一步進行篩分，并從不同成型方法下所對應的級配碎石擾動分析可知：對于不同成型方法下，利用振動法在進行集料篩分后，所獲得的級配碎石曲線與原有級配曲線基本重疊，表明振動成型方法，對原有級配碎石的擾動較少，幾乎沒有變化；相比而言，對于擊實成型方法所得級配碎石進行再次篩分后，所得到的級配曲線，與原級配曲線存在偏差，特別是在集料直徑在13.2-1.18mm區間時，所形成的級配碎石曲線明顯偏離原曲線，說明在擊實成型方法中，對于原有級配碎石的影響比較大，特別是對上述幾檔集料的擾動較大。另外，我們從擊實成型方法中的試驗數據來看，對于再次篩分下的集料，其大粒徑含量較少，說明擊實方法使得集料中的大粒徑被錘碎，相較而言是增加了細集料的含量，因此，破壞了原有級配碎石的比例，可見，擊實成型方法對原有級配碎石的擾動較大，特別是大粒徑集料的擊碎，使得集料間的孔隙率變小，同時增加了細集料的比例，使得更多的細集料填充在大集料周圍的空隙，無形中使得級配碎石更加密實。在試驗中發現，擊實成型方法下的試件空隙率較低，密實度更高，增加了最大干密度值。

2.2 兩種成型方法對級配碎石CBR值的影響

級配碎石的CBR值是對試件抗局部荷載應力變形的重要表征指標，根據不同K1、K2下的9種級配碎石集料，在進行試件分析及對照研究中發現，最佳含水量的變化對不同集料的影響較大，無論是振動成型還是擊實成型，通過對試件進行平行對照，來探討其CBR值的變化。通過數據分析可知，對于振動成型方法下，不同K1、K2值所對應的CBR值都高于擊實成型方法下的CBR值；從數值對比來看，振動法CBR值大約是擊實法的2倍。通過對振動成型方法的研究，CBR值之所以提升，主要振動法自身比擊實法的擾動更小，特別是對于粗集料自身的骨架結構并未帶來影響，由此可知，振動成型對原有級配碎石比例的保持，更能體現級配碎石的優良特性。同時，在振動成型方法中，因振動法可以實現對不同集料嵌擠分布的合理安排。CBR值作為級配碎石試件的重要性能之一，在振動法中保持較高的CBR值，比擊實法更有優勢。由此可以證明，振動成型在促進級配碎石性能提升上更有優勢。結合兩種成型方法的對比，對于CBR值的變化，在K值增大時CBR值也增大，之后又出現減小。據測試數據顯示，在K1=0.6，K2=0.7時，CBR值得到最大值。由此可見，對于K值法來測試級配碎石的密實度變化，當K值逐漸增大時，細集料所占百分百逐漸增加，促進了級配碎石的密實度，因此CBR值也獲得了提升；但是，當K值得到一定程度時，由于K值的繼續增大，對細集料來說，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，所提供的強度將下降，導致整體穩定性降低；同時，因粗集料自身含量的減少，隨之對級配碎石的承載力帶來影響，特別是當粗集料降低到某一限值時，其CBR值反而下降。也就是說，在級配碎石密實度逐漸增大的過程中，對于其CBR值來說，并非密實度越高，力學性能越好。

3 結論

利用振動成型、擊實成型兩種方式，采用K值法來對不同級配碎石進行試件測試，來考查其最大干密度、最佳含水量及CBR值的變化情況。可以歸納為以下幾個結論。一是對于K值的變化，當K值增大時，無論是擊實法還是振動法其最大干密度、最佳含水量值均獲得提升；二是對于不同方法條件下，同一級配碎石試件，其最佳含水量值具有差異性，通常情況下，振動法比擊實法的最佳含水量高出0.2%-0.5%；三是對于擊實法，由于在擊實過程中對粗集料帶來了影響，使得細集料的含量逐漸增大，由此帶來的對級配碎石比例的擾動較大，從而導致擊實法級配碎石試件的最大干密度值高于振動法；四是振動法成型工藝，在振動過程中對原有級配碎石的含量比例影響較小，帶來的擾動也較小，從而保持原有級配碎石的基本級配比例，而對于擊實法來說，其擾動較大，同樣是對原有的級配骨架結構帶來擾動。通過測算可知，在級配相同條件下，對于振動法來說，其CBR值要高于擊實法，從數值對比上，振動法CBR值約為擊實法的2倍。五是對于K值法來說，K值的增大，對原有級配碎石的CBR值來說，也呈現先增大后減少的趨向變化，可以得出，在對級配碎石進行成型過程中，并非密實度越高，其力學性能越高。

[1] 潘向陽.級配碎石的固體體積率指標的研究[J]. 公路交通科技(應用技術版). 2013(03).

[2] 楊大永,王龍.振動與靜壓成型方法下水泥穩定碎石抗壓強度關系與機理分析[J]. 黑龍江交通科技. 2013(01).

[3] 錢曉鷗,王修山,凡濤濤.多級嵌擠骨架型級配碎石設計方法研究[J]. 路基工程. 2013(03).

尚學林（1968-），男，新鄉市方正公路工程監理咨詢公司，現任交通類工程師，主要從事公路工程、監理、試驗等方面工作。