不同成型方法對級配碎石的影響分析

尚學(xué)林

新鄉(xiāng)市方正公路工程監(jiān)理咨詢公司，河南 新鄉(xiāng) 453003

不同成型方法對級配碎石的影響分析

尚學(xué)林

新鄉(xiāng)市方正公路工程監(jiān)理咨詢公司，河南 新鄉(xiāng) 453003

成型方法的選擇對于碎石性能影響較大，通過對擊實(shí)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(jìn)行級配設(shè)計(jì)，并選用擊實(shí)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(jié)合兩種成型方法的對照分析，得出試驗(yàn)結(jié)果：擊實(shí)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?。辉谙嗤壟錀l件下，利用振動成型法的CBR值要高于擊實(shí)成型法，大約為2倍，但并非越密實(shí)CBR值越大。

公路工程；成型方法；級配碎石；對照試驗(yàn)；CBR值

在對級配碎石的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行分析來看，隨著道路工程實(shí)踐的不斷優(yōu)化，其力學(xué)指標(biāo)及結(jié)構(gòu)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(guān)于振動成型方法，盡管在物理學(xué)特性、級配碎石設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)室常用的成型方法有擊實(shí)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(shí)度越高，其物理學(xué)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(shí)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(jìn)行對照分析。

1 試驗(yàn)方法的確立

從本研究中的碎石材料以石灰?guī)r為主，結(jié)合道路工程施工中對不同級配碎石的強(qiáng)度及剛度要求來探討其性能變化。在試驗(yàn)中為獲得級配對比效果，選用變K法，從經(jīng)驗(yàn)上設(shè)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(shè)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(jù)K1、K2值的不同，可以設(shè)計(jì)出9組不同的級配碎石成型方案，并通過采用擊實(shí)法、振動法來構(gòu)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(jìn)行測試。

2.1 試驗(yàn)過程及問題分析

根據(jù)擊實(shí)法要求，選擇直徑15cm、高12cm的試筒，對不同級配碎石進(jìn)行分層擊實(shí)，劃分為三層，每層擊實(shí)次數(shù)為98次；對于振動成型法，以相同試筒來進(jìn)行模擬，并對試筒固定在振動臺，設(shè)置頻率為60Hz，振動幅度為2mm；在進(jìn)行振動成型過程中，對壓塊設(shè)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(yīng)用，可以獲得不同級配模式下的碎石試件。結(jié)合K值變化來分析，當(dāng)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??；另外，由于細(xì)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(shí)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(shí)度更高，對同一級配碎石的最佳含水量要高于擊實(shí)法0.2%-0.5%；然而，利用擊實(shí)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(xì)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(guān)。如當(dāng)K1為0.6，K2為0.7時，對于不同成型方法所構(gòu)成的級配碎石試件來說，還可以進(jìn)一步進(jìn)行篩分，并從不同成型方法下所對應(yīng)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(jìn)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(shí)成型方法所得級配碎石進(jìn)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(qū)間時，所形成的級配碎石曲線明顯偏離原曲線，說明在擊實(shí)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(shí)成型方法中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，對于再次篩分下的集料，其大粒徑含量較少，說明擊實(shí)方法使得集料中的大粒徑被錘碎，相較而言是增加了細(xì)集料的含量，因此，破壞了原有級配碎石的比例，可見，擊實(shí)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(xì)集料的比例，使得更多的細(xì)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(shí)。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，擊實(shí)成型方法下的試件空隙率較低，密實(shí)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(yīng)力變形的重要表征指標(biāo)，根據(jù)不同K1、K2下的9種級配碎石集料，在進(jìn)行試件分析及對照研究中發(fā)現(xiàn)，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(shí)成型，通過對試件進(jìn)行平行對照，來探討其CBR值的變化。通過數(shù)據(jù)分析可知，對于振動成型方法下，不同K1、K2值所對應(yīng)的CBR值都高于擊實(shí)成型方法下的CBR值；從數(shù)值對比來看，振動法CBR值大約是擊實(shí)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(shí)法的擾動更小，特別是對于粗集料自身的骨架結(jié)構(gòu)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(xiàn)級配碎石的優(yōu)良特性。同時，在振動成型方法中，因振動法可以實(shí)現(xiàn)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(shí)法更有優(yōu)勢。由此可以證明，振動成型在促進(jìn)級配碎石性能提升上更有優(yōu)勢。結(jié)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(xiàn)減小。據(jù)測試數(shù)據(jù)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(shí)度變化，當(dāng)K值逐漸增大時，細(xì)集料所占百分百逐漸增加，促進(jìn)了級配碎石的密實(shí)度，因此CBR值也獲得了提升；但是，當(dāng)K值得到一定程度時，由于K值的繼續(xù)增大，對細(xì)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(qiáng)度將下降，導(dǎo)致整體穩(wěn)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(dāng)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(shí)度逐漸增大的過程中，對于其CBR值來說，并非密實(shí)度越高，力學(xué)性能越好。

3 結(jié)論

利用振動成型、擊實(shí)成型兩種方式，采用K值法來對不同級配碎石進(jìn)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?？梢詺w納為以下幾個結(jié)論。一是對于K值的變化，當(dāng)K值增大時，無論是擊實(shí)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(shí)法的最佳含水量高出0.2%-0.5%；三是對于擊實(shí)法，由于在擊實(shí)過程中對粗集料帶來了影響，使得細(xì)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(dǎo)致?lián)魧?shí)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(shí)法來說，其擾動較大，同樣是對原有的級配骨架結(jié)構(gòu)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(shí)法，從數(shù)值對比上，振動法CBR值約為擊實(shí)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(xiàn)先增大后減少的趨向變化，可以得出，在對級配碎石進(jìn)行成型過程中，并非密實(shí)度越高，其力學(xué)性能越高。

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尚學(xué)林（1968-），男，新鄉(xiāng)市方正公路工程監(jiān)理咨詢公司，現(xiàn)任交通類工程師，主要從事公路工程、監(jiān)理、試驗(yàn)等方面工作。