水泥穩(wěn)定碎石基層細(xì)集料(0.075 mm)含量快速測(cè)定方法研究

賀曉錦

(甘肅長(zhǎng)達(dá)路業(yè)有限責(zé)任公司，蘭州 730000)

渭武高速公路是蘭州至海口國(guó)家高速公路(G75)的重要組成路段[1]，主要承擔(dān)新疆、青海、內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅、四川、重慶、貴州、廣西等地跨省區(qū)的旅游出行和物資流通任務(wù)，是國(guó)家高速公路網(wǎng)在甘肅南部地區(qū)的唯一縱線，是甘肅中南部經(jīng)濟(jì)帶的公路運(yùn)輸大動(dòng)脈，在全省高速公路網(wǎng)中具有特殊的地位和作用.

甘肅高等級(jí)公路主要是以瀝青柔性面層+水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層路面結(jié)構(gòu)為主[2].渭武高速路面工程采用4 cm SUP-13上面層+6 cm SUP-20中面層+8 cm ATB-25下面層+35 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+20 cm水泥穩(wěn)定碎石底基層結(jié)構(gòu)[3].項(xiàng)目建設(shè)初期就確定了爭(zhēng)創(chuàng)“魯班獎(jiǎng)[4]”的建設(shè)目標(biāo)，建設(shè)過(guò)程中綜合考慮項(xiàng)目建設(shè)全壽命周期的要求[5]，不僅要保證瀝青路面的耐久性[6]，還要降低瀝青路面的維修率.但是半剛性基層材料會(huì)隨著溫度和濕度的變化易產(chǎn)生干縮和溫縮裂縫[7]，進(jìn)而形成反射裂縫，影響路面使用性能，降低路面的耐久性[8]，所以對(duì)于水泥穩(wěn)定碎石(底)基層反射裂縫的防治研究十分必要[9].

影響水穩(wěn)(底)基層產(chǎn)生裂縫的因素有很多[10]，其中集料中粉塵含量高是一個(gè)重要的影響原因[11].因此高速公路建設(shè)管理單位和參建單位對(duì)半剛性基層集料中粉塵含量控制高度重視，我國(guó)行業(yè)規(guī)范對(duì)其指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)的要求，同時(shí)甘肅省也有地方規(guī)范對(duì)其指標(biāo)提出了更高的要求.渭武高速公路建設(shè)過(guò)程中為了進(jìn)一步加強(qiáng)質(zhì)量管理，項(xiàng)目建設(shè)單位通過(guò)嚴(yán)格控制細(xì)集料0.075 mm含量實(shí)現(xiàn)粉塵含量控制，做到細(xì)集料每車一檢[12].由于細(xì)集料0.075 mm含量檢測(cè)方法較為復(fù)雜，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、試驗(yàn)檢測(cè)效率低，雖然渭武高速公路建設(shè)過(guò)程中對(duì)集料0.075 mm含量做到了嚴(yán)格控制，但是影響了項(xiàng)目施工進(jìn)度.因此，有必要研究細(xì)集料0.075 mm含量快速測(cè)定方法，在保證項(xiàng)目對(duì)集料檢測(cè)頻率要求的前提下，同時(shí)保證項(xiàng)目施工進(jìn)度.

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

在滿足國(guó)家相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求的基礎(chǔ)上[13]，針對(duì)項(xiàng)目建設(shè)單位提出的加大細(xì)集料檢測(cè)頻率的要求尋求一種細(xì)集料快速檢測(cè)方法[14]，解決現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度管理要求與水泥穩(wěn)定碎石基層材料中集料粉塵含量檢測(cè)繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)公路工程瀝青路面施工質(zhì)量精細(xì)化管理要求.

1.2 試驗(yàn)原材料

為了保證試驗(yàn)的工程應(yīng)用可行性，本次試驗(yàn)所用集料來(lái)自渭武高速公路隴南段建設(shè)項(xiàng)目各施工標(biāo)段，各標(biāo)段碎石采購(gòu)廠均按照建設(shè)單位管理要求采取三級(jí)破碎工藝[15]，并現(xiàn)場(chǎng)考察確認(rèn).基層級(jí)配和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如表1～2所列.各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)測(cè)定方法參照相關(guān)規(guī)范[16-17].

由表1和表2可知，本次試驗(yàn)所采用的各石料廠的碎石質(zhì)量較好，級(jí)配差異不是特別大且合成級(jí)配均能滿足規(guī)范要求.

表1 各碎石場(chǎng)碎石骨料基層應(yīng)用級(jí)配表

表2 各碎石場(chǎng)碎石骨料基層應(yīng)用的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)

1.3 試驗(yàn)方法

將取好的樣品按四分法四分后烘干，稱取500 g試樣，在搖篩機(jī)上搖篩10 min，然后按規(guī)范[16]中水洗法和干篩法分別進(jìn)行試驗(yàn).具體如下.

1.3.1 水洗法

水洗篩分按照如下步驟進(jìn)行：

1)采用四分法縮分每份集料試樣約1.0 kg，置于(105±5)℃烘箱中烘干，冷卻至室溫后稱取約500 g試樣M1；

2)將所取試樣置于筒中，并注入潔凈的水，使水面高出砂面約200 mm，充分拌合均勻后浸泡24 h；

3)然后攪拌并將渾濁液倒入底部為0.075 mm，上部為2.36 mm的套篩上，過(guò)濾小于0.075 mm的顆粒(如圖1所示)，重復(fù)上述步驟，一直到洗出的水變清；

圖1 水洗法過(guò)篩

4)將套篩上每個(gè)篩子上的集料全部裝入淺盤，放置于溫度(105±5)℃的烘箱中烘干至恒重，冷卻至室溫，記為M2；

5)按照公式進(jìn)行計(jì)算：

(1)

式中：Qn為0.075 mm通過(guò)率；M1為試樣的總質(zhì)量；M2為剩余的總質(zhì)量.

1.3.2 干篩法

干篩法按照如下步驟進(jìn)行:

1)采用四分法縮分每份集料試樣約1.0 kg，置于(105±5)℃烘箱中烘干，冷卻至室溫后稱取約500 g試樣M3；

2)將試樣倒入底部為0.075 mm，上部為2.36 mm的套篩上(如圖2所示)，在搖篩機(jī)上搖篩10 min；

圖2 干篩法過(guò)篩

3)將套篩上每個(gè)篩子上的集料全部裝入淺盤(如圖3所示)，放置于溫度(105±5)℃的烘箱中烘干至恒重，待冷卻至室溫，記為M4；

圖3 篩分試驗(yàn)結(jié)果

4)按照公式進(jìn)行計(jì)算：

(2)

式中：Qn為0.075 mm通過(guò)率；M3為試樣的總質(zhì)量；M4為剩余的總質(zhì)量.

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 各石料廠0～2.36 mm碎石0.075 mm含量水洗法和干篩法差異分析

根據(jù)上述試驗(yàn)方法對(duì)各石料廠0～2.36 mm粒徑集料分別進(jìn)行多次水洗和篩分試驗(yàn)，排除一些極端化的數(shù)據(jù)后結(jié)果如圖4所示.

圖4 (0.075 mm含量)水洗法和干篩法差異

圖4表明在集料生產(chǎn)料源相同的情況下，水洗法和干篩法的數(shù)據(jù)存在偏差，同時(shí)通過(guò)不同料廠水洗法和干篩法的結(jié)果可得，雖然水洗法和干篩法得到的數(shù)據(jù)存在偏差，但是這種偏差存在一定的數(shù)量關(guān)系.

2.2 各石料廠0～2.36 mm碎石0.075 mm含量水洗法和干篩法變化規(guī)律分析

對(duì)于同一批集料，各種觀點(diǎn)均認(rèn)為水洗法的試驗(yàn)結(jié)果更貼近實(shí)際數(shù)值[18].干篩法由于其篩分的不徹底，不能夠?qū)?.075 mm以下的顆粒與集料徹底分離，從而導(dǎo)致試驗(yàn)誤差，而且在試驗(yàn)結(jié)果方面，干篩法試驗(yàn)結(jié)果均小于實(shí)際值.那么在保證其它因素統(tǒng)一的情況下，通過(guò)一定量的試驗(yàn)總結(jié)出干篩法和水洗法試驗(yàn)結(jié)果誤差，進(jìn)而通過(guò)試驗(yàn)總結(jié)得到兩者之間具體的數(shù)量相關(guān)關(guān)系.

分別對(duì)各石料廠0～2.36 mm粒徑集料的水洗和干篩法數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總擬合，分別得到如下規(guī)律，如表3所列：

表3 各碎石場(chǎng)碎石骨料水洗法和干篩法的關(guān)系

式中：Y為水洗后細(xì)集料中小于0.075 mm顆粒含量；X為干篩后細(xì)集料中小于0.075 mm顆粒含量；3.2%、3.1%、1.8%分別為相應(yīng)標(biāo)段水洗法與干篩法差值平均值.

3 實(shí)施驗(yàn)證

針對(duì)前期確定的水洗法和干篩法的關(guān)系公式，在后期實(shí)施過(guò)程中再次進(jìn)行驗(yàn)證和對(duì)比，結(jié)果均滿足，誤差在1%～3%，所以證明其可以作為控制細(xì)集料0.075 mm通過(guò)率的一種方法.在實(shí)際工程中仍應(yīng)按照國(guó)家和地方標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)行相關(guān)頻率試驗(yàn)檢測(cè)為主，然后以本文所述快速檢測(cè)方案進(jìn)行大量檢測(cè)從而確定水洗法和干篩法的試驗(yàn)誤差，進(jìn)而形成關(guān)系公式，通過(guò)干篩結(jié)果快速判斷集料0.075 mm通過(guò)率，進(jìn)而確定集料是否合格.便于后期在滿足相關(guān)試驗(yàn)頻率之外的試驗(yàn)檢測(cè)工作，以達(dá)到項(xiàng)目管理者在工程項(xiàng)目管理中的更高要求，為原材料的質(zhì)量監(jiān)管增加一份保證，進(jìn)而提高施工質(zhì)量的同時(shí)保證項(xiàng)目進(jìn)度.

為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在實(shí)施此方法時(shí)應(yīng)注意保證料源和破碎工藝的穩(wěn)定[19]，因?yàn)榱显吹淖兓赡軙?huì)導(dǎo)致水洗法和干篩法相關(guān)關(guān)系公式的不再適用，同時(shí)在實(shí)施過(guò)程中應(yīng)不定期對(duì)干篩試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和校核，確保料源的穩(wěn)定以及公式的有效性.

4 結(jié)論

本研究通過(guò)多集料篩分方法實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析、數(shù)據(jù)分析，確定了一種簡(jiǎn)單、快速的集料檢測(cè)方法，顯著提高了集料中0.075 mm粒徑含量檢測(cè)效率，在滿足項(xiàng)目檢測(cè)要求的同時(shí)保證檢測(cè)精度和施工進(jìn)度.通過(guò)本項(xiàng)目的研究，主要得到以下研究結(jié)論：

1)干篩法由于篩分不徹底，不能將0.075 mm以下的顆粒與集料徹底分離，與水洗法檢測(cè)結(jié)果存在差異，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確.

2)通過(guò)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，干篩法和水洗法試驗(yàn)結(jié)果存在一定規(guī)律關(guān)系，本研究通過(guò)兩者間的相關(guān)關(guān)系，通過(guò)干篩法實(shí)現(xiàn)集料0.075 mm粒徑含量快速檢測(cè).

3)本試驗(yàn)所采用的碎石質(zhì)量較好，級(jí)配差異較小.因此，在實(shí)施此方法時(shí)應(yīng)注意保證料源和破碎工藝的穩(wěn)定，同時(shí)不定期對(duì)干篩試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和校核，確保料源的穩(wěn)定以及公式的有效性.