公路用粗集料壓碎值、洛杉磯磨耗損失和沖擊值之間相關(guān)性試驗(yàn)研究

徐明波，劉 兵

（1.東南大學(xué)交通學(xué)院，江蘇 南京210096；2.安徽省公路工程檢測(cè)中心，安徽 合肥230051）

0 引言

粗集料是公路橋涵、隧道、路面工程中必不可少的主要材料之一，其用量占瀝青混合料、水泥混凝土混合料、水穩(wěn)混合料總重的90%左右，在公路工程中用量巨大。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[1]、《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[2]等要求，為保證和控制粗集料的質(zhì)量，必須進(jìn)行粗集料的物理性能、化學(xué)性能及力學(xué)性能相關(guān)試驗(yàn)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相應(yīng)質(zhì)量要求后方可用于工程施工。粗集料力學(xué)性能指標(biāo)主要有壓碎值、洛杉磯磨耗損失和沖擊值。壓碎值是衡量石料在逐漸增加的荷載下抵抗壓碎的能力，是衡量石料力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)。洛杉磯磨耗損失是衡量粗集料抵抗撞擊、摩擦的能力；沖擊值反映石料抵抗沖擊荷載的能力，該值越小，表明集料的抗沖擊性能越好[3]，由于這三者均是反映粗集料的抗破碎能力，筆者認(rèn)為這三項(xiàng)指標(biāo)之間可能存在某些內(nèi)在聯(lián)系和相關(guān)性。若存在一定相關(guān)性，并通過(guò)大量試驗(yàn)找出這種相關(guān)關(guān)系，從而只需檢測(cè)其中一個(gè)指標(biāo)，即可通過(guò)換算公式得出另外兩個(gè)指標(biāo)結(jié)果，這將大大減少試驗(yàn)人員工作量，節(jié)約時(shí)間，提高工作效率，同時(shí)可減少試驗(yàn)設(shè)備投入；此外，將大大節(jié)約開(kāi)展建設(shè)工程粗集料質(zhì)量調(diào)查的費(fèi)用和時(shí)間，快速得出調(diào)查結(jié)論，從而可準(zhǔn)確選用質(zhì)量合格且各質(zhì)量指標(biāo)滿足工程建設(shè)要求的最優(yōu)粗集料。目前，關(guān)于粗集料的試驗(yàn)方法、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等研究較多[4-6]，而對(duì)粗集料的壓碎值、洛杉磯磨耗損失和沖擊值三者之間相關(guān)性的研究較少。鑒于此，筆者按《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）中的試驗(yàn)方法，對(duì)安徽省公路用粗集料進(jìn)行了大量的粗集料壓碎值、洛杉磯磨耗和沖擊值試驗(yàn)，旨在找出壓碎值、洛杉磯磨耗損失和沖擊值三者之間相關(guān)性和換算公式，以方便試驗(yàn)人員在設(shè)備等條件受限情況下，通過(guò)任一指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果可間接地得出其他兩個(gè)指標(biāo)結(jié)果，以滿足不同情況下的工程建設(shè)需要。

1 試驗(yàn)方法簡(jiǎn)述

粗集料壓碎值試驗(yàn)是取烘干質(zhì)量為m0的9.5mm～13.2mm 碎石分3 次均勻裝于壓碎值儀后，每層用振搗棒均勻搗實(shí)25 次，整平表面，然后放于壓力機(jī)上以10min 左右的時(shí)間達(dá)到總荷載400kN，穩(wěn)壓5s后卸荷，將壓后的粗集料樣品篩除并稱量通過(guò)2.36mm 篩孔的碎石質(zhì)量m1，m1除以m0得到的結(jié)果即為該樣品的壓碎值。

粗集料洛杉磯磨耗試驗(yàn)（C級(jí)）是在標(biāo)準(zhǔn)條件下，將烘干的4.75mm～9.5mm、 9.5mm～16mm 粒級(jí)各2500g±10g 置于洛杉磯磨耗試驗(yàn)機(jī)中，用8 個(gè)直徑約為46.8mm、總質(zhì)量為3320g±20g 的鋼球以30r/min～33r/min 的速度回轉(zhuǎn)500 次，將磨耗后的試樣過(guò)1.7mm篩，損失的質(zhì)量占原質(zhì)量的百分比即為該樣品的洛杉磯磨耗損失（C級(jí)，選C級(jí)是因該試驗(yàn)采用與壓碎值和沖擊值同一樣品，且該粒級(jí)范圍為公路工程常用）。

粗集料抗沖擊值試驗(yàn)是將一定質(zhì)量m0的9.5mm～13.2mm粒級(jí)的烘干粗集料分3次均勻裝入沖擊杯中，用13.75kg±0.05kg 的沖擊錘，以380mm±5mm的高度自由落下錘擊15次，每次錘擊間隔不少于1s，將沖擊后粗集料試樣進(jìn)行篩分，稱量通過(guò)2.36mm 篩孔的篩下粗集料質(zhì)量m1，m1除以m0得到的結(jié)果即為該樣品的沖擊值。

2 試驗(yàn)研究結(jié)果

筆者對(duì)安徽省境內(nèi)較有代表性的產(chǎn)地且全省公路工程建設(shè)中常用的玄武巖、花崗巖和石灰?guī)r材質(zhì)的粗集料料源進(jìn)行了取樣，并對(duì)每個(gè)樣品分別進(jìn)行了壓碎值、沖擊值和洛杉磯磨耗試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果匯總見(jiàn)表1。

表1 安徽省不同產(chǎn)地粗集料的壓碎值、沖擊值和洛杉磯磨耗損失的試驗(yàn)結(jié)果

表1（續(xù)）

依據(jù)以上檢測(cè)數(shù)據(jù)，分別采用線性、指數(shù)函數(shù)、乘冪函數(shù)和多項(xiàng)式函數(shù)進(jìn)行回歸分析，可得出以下全樣本的壓碎值與沖擊值、壓碎值與洛杉磯磨耗損失和沖擊值與洛杉磯磨耗損失的兩者之間的關(guān)系圖、回歸公式和相關(guān)系數(shù)，如圖1～圖12所示。

圖1 壓碎值與沖擊值線性回歸關(guān)系圖

圖2 壓碎值與沖擊值指數(shù)函數(shù)回歸關(guān)系圖

圖3 壓碎值與沖擊值多項(xiàng)式函數(shù)回歸關(guān)系圖

圖5 壓碎值與洛杉磯磨耗損失線性回歸關(guān)系圖

圖6 壓碎值與洛杉磯磨耗損失指數(shù)函數(shù)回歸關(guān)系圖

圖7 壓碎值與洛杉磯磨耗損失多項(xiàng)式函數(shù)回歸關(guān)系圖

圖8 壓碎值與洛杉磯磨耗損失乘冪函數(shù)回歸關(guān)系圖

圖9 沖擊值與洛杉磯磨耗損失線性回歸關(guān)系圖

圖10 沖擊值與洛杉磯磨耗損失指數(shù)函數(shù)回歸關(guān)系圖

圖11 沖擊值與洛杉磯磨耗損失多項(xiàng)式函數(shù)回歸關(guān)系圖

圖12 沖擊值與洛杉磯磨耗損失乘冪函數(shù)回歸關(guān)系圖

由表1 和圖1～圖12 可知，壓碎值、沖擊值和洛杉磯磨耗損失三者之間的各類型函數(shù)回歸關(guān)系式、相關(guān)系數(shù)及相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)結(jié)果如下（見(jiàn)表2～表4）。

表2 壓碎值與沖擊值的各類型函數(shù)回歸關(guān)系式

表3 壓碎值與洛杉磯磨耗損失的各類型函數(shù)回歸關(guān)系式

表4 沖擊值與洛杉磯磨耗損失的各類型函數(shù)回歸關(guān)系式

3 結(jié)論

（1）通過(guò)表2～表4中各類型函數(shù)回歸關(guān)系式相關(guān)系數(shù)值的大小和相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)結(jié)果可知：公路用粗集料的壓碎值、沖擊值和洛杉磯磨耗損失三者之間均存在明顯的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)一步比較相關(guān)系數(shù)的大小可知，壓碎值與沖擊值、壓碎值與洛杉磯磨耗損失、沖擊值與洛杉磯磨耗損失之間相關(guān)關(guān)系對(duì)函數(shù)類型不敏感，不同函數(shù)類型的相關(guān)系數(shù)值差值較小，按相關(guān)系數(shù)最大的原則來(lái)確定函數(shù)類型和相關(guān)關(guān)系式，則壓碎值與沖擊值選用乘冪函數(shù)， 回歸公式為y=1.0504x0.9779，R2=0.9164；壓碎值與洛杉磯磨耗損失選用多項(xiàng)式函數(shù)，回歸公式為y=-0.0248x2+1.7248x-2.9988，R2=0.8733；沖擊值與洛杉磯磨耗損失選用多項(xiàng)式函數(shù)，回歸公式為y=-0.0347x2+2.0608x-5.3236，R2=0.8848。

（2）利用上述回歸關(guān)系式，試驗(yàn)人員只需完成其中一個(gè)參數(shù)試驗(yàn)，可立即得出另外兩個(gè)參數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果，不需再一一進(jìn)行試驗(yàn)，大大減少了試驗(yàn)人員工作量，節(jié)省了人力、物力和時(shí)間，尤其在開(kāi)展大規(guī)模粗集料質(zhì)量指標(biāo)普查和料源選擇時(shí)更能顯現(xiàn)出其優(yōu)越性、便利性。

（3）通過(guò)上述試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)安徽產(chǎn)公路用粗集料的壓碎值、沖擊值和磨耗值三者之間的相關(guān)系數(shù)R值達(dá)0.93以上，相關(guān)性較好，也進(jìn)一步驗(yàn)證了同為反映粗集料抵抗外力作用能力的三者之間存在相關(guān)性和一定的內(nèi)在聯(lián)系。

（4）通過(guò)上述試驗(yàn)研究，也為今后標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范減少或合并粗集料試驗(yàn)項(xiàng)目及質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行了有益探索并積累了一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（5）本文壓碎值試驗(yàn)結(jié)果是采用文獻(xiàn)[3]的試驗(yàn)方法得到的，如采用文獻(xiàn)[7]和文獻(xiàn)[8]中的壓碎值試驗(yàn)方法，則同一樣品的試驗(yàn)結(jié)果與本文結(jié)果之間將存在差異[6]。本文的研究范圍僅限于安徽省，試驗(yàn)樣本數(shù)還不夠大、巖石產(chǎn)地和材質(zhì)種類不夠全，還需進(jìn)一步深入和完善。

[1] JTG/T F50—2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] JTG E42—2005，公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[4] 張輝，張玉斌.安徽省瀝青面層粗集料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究[J].公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2011（12）：177-180.

[5] 朱波.粗集料力學(xué)性能試驗(yàn)方法研究[M].南京：東南大學(xué)，2O04.

[6] 李林，儲(chǔ)修華.公路工程集料力學(xué)性質(zhì)綜合分析[J].工程與建設(shè)，2010，24（5）：644～645.

[7] GB/T 14685—2011，建設(shè)用卵石、碎石[S].

[8] JTJ 058—2000，公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[S].