水泥穩定碎石混合料用砂巖集料敏感性物理指標研究

李 林

（山西省長治市平順縣交通運輸局，山西 長治 047400）

水泥穩定碎石采用水泥及集料以一定比例拌和而成，大量研究人員對集料的原材料質量和組成級配、配合比設計方法、混合料強度等方面進行了相應研究，而對原材料物理指標對混合料性能的影響研究較少[1-5]。《公路路面基層施工技術細則》（JTG/T F20—2015）[6]中規定了集料的部分控制標準，但具體要求對混合料的性能提升效果及各集料指標對混合料的影響程度尚不明確。在重慶、四川等地分布較大面積的砂巖，大部分性能可以滿足細則要求，但部分巖石的壓碎值不能滿足細則特重交通壓碎值不大于22%的技術要求，進而造成部分高速公路沿線集料供應不足，導致遠距離調用集料的尷尬局面，提高了工程造價，也對工程按時通車造成了一定的影響。

紀倫[7]等人測定了不同針片狀顆粒含量的瀝青混合料結構參數和體積指標，采用Pearson相關性檢驗計算了針片比和主軸偏角與針片狀含量的相關系數。陳柯[8]等人采用灰色關聯理論方法分析了振動攪拌水泥穩定碎石混合料不同設計參數對混合料力學性能影響的大小程度。本文對當地某高速公路沿線的砂巖、石灰巖取樣試驗，對該集料的性能指標與水穩混合料的性能指標建立相關關系。采用Pearson相關系數法及灰色關聯分析法分析各指標的相關關系。推導出集料的關鍵控制指標。

1 相關關系評價方法

本文采用Pearson相關系數法及灰色關聯分析法，對集料物理指標之間、集料物理指標與混合料指標之間建立相關關系。Pearson相關系數法[9]采用兩組數據，分析兩組數據是否符合良好的線性關系，得出線性相關系數，線性關系高，相關系數值高，如不存在相關性或相關性低時，該方法用于評價效果不佳。灰色關聯分析法[10]用于分析兩個因素變化的趨勢趨于一致性的程度，如兩個因素相似或相異變化程度同步時，兩個因素的相關性高，它既可以反映線性關聯程度，也可以是非線性關聯程度。

2 集料物理力學測試結果及分析

本文對某高速公路沿線的1種石灰巖、5種砂巖取樣試驗，分別開展了集料的密度、強度、耐久性試驗，試驗測試指標及試驗結果見表1。

表1 不同集料試驗結果

通過分析，為研究集料各指標間的內在相關關系，對各指標進行了Pearson相關系數法分析，發現各指標間的相關性并不具有線性相關，運用Pearson相關系數法將變得無能為力。本文采用灰色關聯度分析方法，以相關性0.9以上為強相關性控制標準[11-13],分析集料物理指標間的相關關系。計算結果見表2。表2中不小于0.9的數據為加粗表示。

表2 各指標間相關性分析

由表1、表2可知：

a）與飽水抗壓強度、堅固性試驗后飽水抗壓強度、壓碎值、針片狀顆粒含量相關性高的指標有毛體積密度、表觀密度，當集料密度提高，集料內部的閉口孔隙、開口孔隙相對減小，集料內部的缺陷減小，表現為集料的強度性指標提高。因此，為提升水泥穩定碎石混合料的抗壓強度，減少混合料內部缺陷數量，水穩原材料選擇過程中，應選用密度相對較大的集料。

b）未開展集料堅固性試驗前，軟石含量對壓碎值影響較為明顯，開展堅固性試驗后壓碎值與軟石含量的相關性明顯上升，主要表現為堅固性試驗用CaSO4浸入軟石裂隙中，產生軟石崩解微裂縫，導致集料壓碎值上升明顯。所以，為提升集料的抗鹽侵蝕凍脹性能，需嚴格控制集料的軟石含量。

c）針片狀顆粒含量與飽水抗壓強度、堅固性試驗后飽水抗壓強度、壓碎值強度指標相關性最高，過高的針片狀含量，會明顯影響集料的強度指標，為提升成品集料的強度，必須控制針片狀顆粒含量。

3 集料物理力學指標測試結果與混合料性能分析

3.1 水泥及水穩混合料級配

本文選用32.5級普硅水泥，測試結果見表3。集料設計級配見表4。集料采用1種石灰巖、5種砂巖，水泥設計劑量為4.5%.

表3 水泥原材料試驗結果

表4 水穩碎石合成級配表

3.2 水泥穩定碎石混合料性能與集料原材料性能的關聯性分析

本文對水泥穩定碎石混合料進行了強度指標、模量指標測試，測試指標及試驗結果見表5。

表5 不同集料試驗結果

采用灰色關聯分析方法對水穩混合料性能與集料原材料指標建立相關關系，分別測定它們之間的相關度，測定結果見表6。可用于有側重地指導水穩混合料的設計。

表6 水泥穩定碎石混合料性能與原材料性能的相關性

從表6、表7可知：

表7 水泥穩定碎石混合料性能與原材料性能的相關性優選

a）依據統計學原理，從總體來看，影響水穩混合料性能的原材料指標主要排序為（從強到弱）：毛體積密度、針片狀顆粒含量、表觀密度、飽水抗壓強度、堅固性試驗后飽水抗壓強度、壓碎值。

b）對無側限抗壓強度來看，集料影響因素與總體趨勢基本相同；從劈裂強度或回彈模量來看，集料針片狀、壓碎值指標對其影響相對更為敏感，水穩混合料側重提高劈裂強度或回彈模量時，應提高集料針片狀、壓碎值指標的具體要求；從彎拉強度來看，集料飽水抗壓強度、針片狀顆粒含量對其影響相對更為敏感，水穩混合料側重提高彎拉強度時，應提高集料飽水抗壓強度、針片狀顆粒含量指標的具體要求。

4 結語

a）為提升水泥穩定碎石原材料的強度、耐久性時，對于砂巖，應選擇毛體積密度、表觀密度相對高的集料，同時在集料加工時，進一步控制集料的針片狀含量。高密度集料開口孔隙和閉口孔隙均較少，可大幅度減少集料在受力時，各種空隙缺陷引起的應力集中破壞。

b）針片狀顆粒含量是集料加工控制性指標，對集料的強度指標影響嚴重，必須在集料生產過程中提高針片狀顆粒含量的控制水平。

c）從總體來看，影響水穩混合料性能的原材料控制指標（相關度大于0.9）為：毛體積密度＞針片狀顆粒含量＞表觀密度＞飽水抗壓強度＞堅固性試驗后飽水抗壓強度＞壓碎值。

d）水穩混合料設計時，側重提高劈裂強度或回彈模量時，應提高砂巖集料針片狀、壓碎值指標的具體要求；側重提高水穩混合料彎拉強度時，應提高砂巖集料飽水抗壓強度、針片狀顆粒含量指標的具體要求。