淺析級(jí)配碎石的物理特性對(duì)壓實(shí)的影響

李 瑞

（山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030031）

隨著交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展和重車比例的持續(xù)增加，路面基層經(jīng)受著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。由于級(jí)配碎石基層在設(shè)計(jì)和施工中存在著許多缺陷和不足，有些道路通車不久便發(fā)生了早期破壞現(xiàn)象。其原因是級(jí)配碎石基層的結(jié)構(gòu)比較松散、剛度小、難壓實(shí)。若在施工中不能處理好這些問題，則會(huì)在重交通下產(chǎn)生過大的變形,導(dǎo)致瀝青路面平整度降低，嚴(yán)重影響道路的使用性能。

論文通過對(duì)級(jí)配碎石的顆粒特性及力學(xué)性能進(jìn)行研究，找出這些因素對(duì)基層的強(qiáng)度和壓實(shí)度的影響,為道路施工選擇合適的級(jí)配碎石提供參考的依據(jù)，消除設(shè)計(jì)施工中的弊端，提高道路的實(shí)用性。

一、顆粒特性

級(jí)配碎石的紋理和形狀對(duì)路基的壓實(shí)有很大影響。通常表面圓滑、板狀的碎石強(qiáng)度較低，用普通機(jī)械方法就可以壓實(shí)。而有塊狀和紋理多的碎石強(qiáng)度大，需采用特殊的壓實(shí)工藝來壓實(shí)。

此外，級(jí)配碎石的配合比對(duì)路基的壓實(shí)也有影響。含粗集料過多的級(jí)配碎石難以壓實(shí)，而含細(xì)集料過多的級(jí)配碎石容易壓實(shí)。若細(xì)集料過多，會(huì)導(dǎo)致混合材料的內(nèi)摩擦力減小，在壓實(shí)過程中導(dǎo)致顆粒間出現(xiàn)“滑移現(xiàn)象”，影響級(jí)配碎石的壓實(shí)效果。

二、物理力學(xué)因素

（一）抗壓強(qiáng)度

經(jīng)過大量的試驗(yàn)表明，顆粒的大小和形狀、表面粗糙度、細(xì)料含量及塑性、密度和含水量等對(duì)集料抗壓強(qiáng)度和模量均有影響。

1.顆粒的大小和形狀

研究表明，大顆粒的材料間的接觸面積小，在荷載的作用下，整體變形較小而強(qiáng)度和模量較大。在級(jí)配曲線相似、細(xì)集料含量相同的混合料中，材料的強(qiáng)度隨著最大顆粒直徑的增大而變大。

2.顆粒的粗糙程度以及形狀

研究認(rèn)為，在碎石的加工制造中，通過軋制而形成多面、有棱角且表面粗糙度大的顆粒的強(qiáng)度大，磨耗值小。

3.細(xì)集料的含量及塑性

研究表明，當(dāng)黏結(jié)顆粒的主應(yīng)力為吸附力時(shí),細(xì)集料含量多和黏性大的細(xì)料有較高的強(qiáng)度。但是，當(dāng)吸力起次要作用時(shí)，細(xì)集料會(huì)由于顆粒間的“潤滑作用”而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

4.密度以及含水量

集料密度的增大會(huì)使級(jí)配碎石的剛度變大，過大的含水量會(huì)導(dǎo)致級(jí)配碎石的抗壓強(qiáng)度降低。當(dāng)級(jí)配碎石處于最佳含水量時(shí)，通過合理的壓實(shí)工藝，可以提高級(jí)配碎石的壓實(shí)度，保證材料有足夠的剛度，并將路面?zhèn)鬟f的荷載擴(kuò)散到土基層,避免道路出現(xiàn)過大的變形量。

（二）抗剪強(qiáng)度

試驗(yàn)表明，顆粒形狀和表面紋理、細(xì)料的含量及塑性、顆粒大小及級(jí)配、密度和含水量對(duì)級(jí)配碎石的剪切強(qiáng)度有影響。

1.表面紋理和顆粒形狀

孔隙度一定時(shí)，粒料的表面紋理和形狀與級(jí)配碎石的剪切強(qiáng)度有關(guān)。在軋制碎石中，棱角多而表面粗糙的碎石的抗剪切性能好。

2.細(xì)料含量以及塑性

細(xì)料在級(jí)配碎石中起填充的作用，當(dāng)其含量在8%和12%之間時(shí),級(jí)配碎石比較穩(wěn)定。過少的細(xì)集料則使集料密度降低，此時(shí)細(xì)料的塑性對(duì)級(jí)配碎石的剪切強(qiáng)度影響不大；而過多的細(xì)集料將使大顆粒“懸浮”，導(dǎo)致細(xì)料塑性變大，剪切強(qiáng)度減小，使級(jí)配碎石的穩(wěn)定性下降。

3.級(jí)配

顆粒大小或級(jí)配直接影響材料的力學(xué)特性和滲漏性能。當(dāng)級(jí)配碎石處在最大壓實(shí)密度時(shí)，材料的穩(wěn)定性最好。

4.密度和含水量

相同條件下，材料含水量的減小會(huì)導(dǎo)致級(jí)配碎石密度和剪切強(qiáng)度的增大。在低含水量時(shí)，適當(dāng)?shù)卦龃蠛繒?huì)使粒料間的摩擦力減小和毛細(xì)吸力增大。含水量過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致粒料間的孔隙壓力過高和材料剪切強(qiáng)度降低。

（三）永久變形

筆者根據(jù)試驗(yàn)表明，顆粒形狀、級(jí)配、細(xì)料含量、密度和含水量對(duì)集料壓實(shí)后的變形有影響。

根據(jù)顆粒形狀的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)把成分相同但級(jí)配不同的材料壓實(shí)后,棱角光滑的碎石與有棱角的碎石相比，產(chǎn)生的塑性總變形量比較大。而細(xì)料含量的研究發(fā)現(xiàn),在破壞區(qū)域附近，細(xì)料的含量對(duì)永久變形的影響很大,但在彈性區(qū)域基本上沒有影響。細(xì)集料過多，會(huì)阻礙粒料間的嵌擠，導(dǎo)致集料的永久變形量增加。另外，級(jí)配的試驗(yàn)表明，在相同壓實(shí)能的作用下,最佳配合比的混合料所產(chǎn)生的永久變形最小。密度和含水量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，含水量的降低和級(jí)配碎石密度的增加,會(huì)使集料的永久變形變小。

三、結(jié)語

級(jí)配碎石作為道路建設(shè)的基層材料，其顆粒形狀和表面紋理、細(xì)料的含量及塑性、顆粒大小及級(jí)配、密度和含水量與材料的物理特性和碾壓特性有密切的關(guān)系，并且影響著道路的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。因此，在級(jí)配碎石的選取上，除了因地制宜地選擇材料外，更多地應(yīng)考慮其物理特性對(duì)道路建設(shè)的影響。

[1]李紅船等.級(jí)配碎石壓實(shí)特性的研究[J].北方交通，2007，(11).

[2]李會(huì)杰.級(jí)配碎石振動(dòng)成型設(shè)計(jì)方法、施工技術(shù)及路用性能研究[D].長安大學(xué)碩士論文，2009.

[3]陳國兵.級(jí)配碎石材料永久變形預(yù)估模型仿真研究[D].長安大學(xué)碩士論文，2009.