寧夏橋涵水泥混凝土用集料壓碎值取值研究

李國智

(山西呂梁環城高速公路管理有限公司，山西 呂梁 033000)

公路建設中，一般采用石灰巖集料拌和水泥混凝土，但在寧夏寧北地區，由于沿線大量石灰巖石料場集料壓碎值不能滿足《公路橋涵施工技術規范》(JTG/T 3650—2020)(以下簡稱“橋規”)[1]中II類(壓碎值小于20%)的要求，導致公路橋涵用集料不得不從寧夏南部或省外運輸石灰巖碎石，造成建設成本明顯上升，工期壓力顯著增加。

集料壓碎值不足對橋涵用混凝土的強度等級等略有影響，合理的壓碎值要求可更好的順應原材料就地取材的原則。彭秋樂、王永海等[2-3]人認為，針片狀的含量對集料的壓碎值有顯著的影響，集料中針片狀含量越高，集料壓碎值越大；不同粗集料中針片狀含量相同，壓力相同，粒徑越粗，壓碎值越??；集料粒徑也會影響集料的壓碎值，中等粗細的級配可以大幅度提升集料的壓碎值。合成集料的CBR越大，壓碎值越小。

本文通過研究各標準的壓碎值要求，提出合理的寧夏橋涵水泥混凝土用集料壓碎值標準。

1 壓碎值檢測方法與指標

1.1 壓碎值檢測方法

公路行業壓碎值檢測采用《公路工程集料試驗規程》(JTG E42—2005)(下稱“集料規程”)[4]中T 0316—2005及《建設用卵石、碎石》(GB/T 14685—2011)(下稱“國標”)[5]中方法7.11。

兩種方法最大的區別在于加載力的大小和方式不同?！凹弦幊獭币?0 min內加載到400 kN，穩壓5 s，再卸載；“國標”要求以1 kN/s的速率加載到200 kN，穩壓5 s，再卸載?！凹弦幊獭狈椒黠@較“國標”方法的條件更加苛刻。

《公路工程集料試驗規程》(JTJ 058—2000)(下稱“舊集料規程”)[6]包括T0315和T0316兩種壓碎值試驗方法，“國標”中壓碎值試驗方法與舊集料規程T0315方法基本一致，該方法用于橋涵水泥混凝土粗集料壓碎值試驗。但2005版“集料規程”廢除了T0315方法，只保留了用于瀝青路面及基層粗集料壓碎值試驗T0316方法，同時給出了兩方法的換算關系，即“國標”與T0316方法的換算關系，Y=0.816X-4.999 86，R=0.991 2，n=15。Y代表“國標”壓碎值，X代表T0316壓碎值，見表1。

表1 兩種方法壓碎值換算結果對比

1.2 壓碎值指標

(1)現行“國標”壓碎值指標

“國標”第6.6.2條規定，壓碎指標應符合表2的規定。

表2 “國標”(GB/T 14685—2011)碎石壓碎值技術指標

現行2011版“國標”取消了I類、II類、III類集料對應的混凝土強度要求。原因是集料壓碎值與混凝土強度之間沒有很好的對應關系，如進一步對應，反而影響混凝土技術的發展，是一種技術限制，所以刪除了對應關系?，F行“國標”不再對壓碎值不同的碎石用途做明確規定，而以保證混凝土綜合性能作為選擇碎石的依據。只要混凝土綜合性能滿足要求，不同強度等級混凝土所用碎石壓碎值可以放寬至III級。

(2)《公路橋涵施工技術規范》(JTG/T3650—2020)壓碎值指標

《公路橋涵施工技術規范》(JTG/T3650—2020)(下稱“橋規”)第6.4.1條條文說明表明，按照“國標”，本規范刪除了I類、II類、III類集料用于不同強度等級的具體要求，見表3。

表3 “橋規”(JTG/T 3650—2020)碎石壓碎值技術指標

(3)《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)[7]壓碎值要求

《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)(下稱“瀝青路面施工規范”)粗集料壓碎值要求見表4。

表4 瀝青混合料用粗集料壓碎值技術指標要求

(4)《公路水泥混凝土路面施工技術細則》(JT G/T F30—2014)壓碎值要求

《公路水泥混凝土路面施工技術細則》(JT GT F30-2014)(下稱“水泥路面細則”)[8]中碎石的壓碎值對不同交通等級的進行了區分，極重、特重、重交通等級的水泥路面用集料壓碎值不低于II級要求，中輕交通等級的水泥路面用集料壓碎值不低于III級要求，見表5。

表5 水泥混凝土路面碎石質量標準

2 寧夏橋涵用碎石壓碎值檢測與分析

2.1 碎石壓碎值檢測

本次調查對拉僧廟東興礦業、鄂克托旗部分料源地碎石進行取樣，每組碎石均分別按照“集料規程”中的方法JTG E40 T0316—2005和“國標”中的方法7.11進行備樣和壓碎值試驗，檢測結果見表6。

表6 碎石壓碎值試驗結果

2.2 兩種方法檢測結果對比與分析

由表6數據分析可得。

(1)采用“集料規程”試驗方法進行試驗，本次取樣碎石壓碎值范圍為22.5%～24.8%，僅滿足“橋規”中規定的III類碎石標準(<30%)。

(2)采用“國標”試驗方法進行試驗，本次取樣碎石壓碎值范圍為9.8%～13.6%，均滿足“國標”中II類碎石標準(<20%)。

(3)對兩種試驗方法所得試驗結果進行線性回歸分析，其相關系數R2僅為0.3226，可見本次兩組數據間相關性較差，可能與試驗誤差和樣本數量有關，兩者不能進行直接換算。但仍然反映出同一料源碎石不同方法所測的壓碎值的大小關系，即“集料規程”的方法檢測值大于“國標”試驗方法檢測值，差值范圍為11.0～13.9，與按照“集料規程”提供的換算關系所得的數值較為接近。

3 壓碎值標準分析

現有標準壓碎值要求分布標準見表7。

表7 現有標準壓碎值要求分布標準

通過寧夏石灰巖集料試驗及現有標準分析，JTG E40 T0316試驗方法得出的壓碎值與“國標”7.11得出的壓碎值明顯降低1～2個級別，即同一種集料“國標”評價為I類時，“橋規”試驗評價將為II類或III類，不能形成很好的對應。

瀝青路面直接承受車輛荷載和環境荷載的作用，其壓碎值要求應高于水泥混凝土要求，“集料規程”條文說明中也明確表達了該要求。因此，現行“橋規”壓碎值指標要求偏高，不符合實際情況，可以適當降低“橋規”中混凝土用碎石的壓碎值指標要求。

“水泥路面細則”中集料壓碎值也比“橋規”要低。根據水泥路面的受力特性，同樣認為可以適當降低“橋規”中混凝土用碎石的壓碎值指標要求。

“國標”修訂后不再明確不同壓碎值類別對應的混凝土強度范圍，而是以混凝土強度、抗凍性等綜合性能作為混凝土選用碎石的依據。而“橋規”(JTG/T 3650—2020)為推薦性標準，重新提出“橋規”壓碎值要求時，以“國標”、“橋規”、“瀝青路面施工規范”、“水泥路面細則”的壓碎值標準為總體方向，提出“橋規”I類≤18%，II類≤25%，III類≤30%的要求，采用Y=0.816X-4.999 86轉換為“國標”技術要求時，應為I類≤9.7%，II類≤15.4%，III類≤19.5%，也遠高于“國標”技術要求。

4 結 論

(1)采用“國標”7.11試驗方法與“集料規程”T0316試驗方法測試同一種集料，“國標”評價為I類時，“橋規”試驗結評價將為II類或III類，不能形成很好的對應。

(2)瀝青路面及水泥路面直接承受車輛荷載和環境荷載的作用，其壓碎值要求應高于水泥混凝土要求。因此，認為現行“橋規”壓碎值指標要求偏高，不符合實際情況。

(3)以“國標”、“橋規”、“瀝青路面施工規范”、“水泥路面細則”的壓碎值標準為總體方向，提出橋規I類≤18%，II類≤25%，III類≤30%的要求，采用Y=0.816X-4.999 86轉換為國標技術要求時，應為I類≤9.7%，II類≤15.4%，III類≤19.5%，也遠高于“國標”技術要求。