水泥穩(wěn)定碎石用砂巖集料敏感性指標(biāo)研究

張彩霞

(中交基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)集團(tuán)寧夏工程有限公司，寧夏 銀川 750001)

水泥穩(wěn)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(duì)集料的原材料質(zhì)量和組成級(jí)配、配合比設(shè)計(jì)方法、混合料強(qiáng)度等方面進(jìn)行了相應(yīng)研究，而對(duì)原材料物理指標(biāo)對(duì)混合料性能的影響研究較少。《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20—2015)[1]中規(guī)定了集料的部分控制標(biāo)準(zhǔn)，但具體要求對(duì)混合料的性能提升效果及各集料指標(biāo)對(duì)混合料的影響程度尚不明確。

為此，本文對(duì)當(dāng)?shù)啬掣咚俟费鼐€的砂巖、石灰?guī)r取樣試驗(yàn)，對(duì)該集料的性能指標(biāo)與水穩(wěn)混合料的性能指標(biāo)建立相關(guān)關(guān)系。采用Pearson相關(guān)系數(shù)法及灰色關(guān)聯(lián)分析法分析各指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系。推導(dǎo)出集料的關(guān)鍵控制指標(biāo)。

1 相關(guān)關(guān)系評(píng)價(jià)方法

采用Pearson相關(guān)系數(shù)法及灰色關(guān)聯(lián)分析法，對(duì)集料物理指標(biāo)之間、集料物理指標(biāo)與混合料指標(biāo)之間建立相關(guān)關(guān)系。Pearson相關(guān)系數(shù)法[2]采用兩組數(shù)據(jù)，分析兩組數(shù)據(jù)是否符合良好的線性關(guān)系，得出線性相關(guān)系數(shù)，線性關(guān)系越好，相關(guān)系數(shù)越高，如不存在相關(guān)性或相關(guān)性低時(shí)，該方法將無(wú)法用于評(píng)價(jià)?；疑P(guān)聯(lián)分析法[3]用于分析兩個(gè)因素變化的趨勢(shì)趨于一致性的程度，如兩個(gè)因素相似或相異變化程度同步時(shí)，兩個(gè)因素的相關(guān)性高。它既可以反映線性關(guān)聯(lián)程度，也可以是非線性關(guān)聯(lián)程度。

2 集料物理力學(xué)測(cè)試結(jié)果及分析

對(duì)山西省某高速公路沿線的1種石灰?guī)r、5種砂巖取樣試驗(yàn)，分別開(kāi)展了集料的密度、強(qiáng)度、耐久性試驗(yàn)，試驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

通過(guò)分析，為研究集料各指標(biāo)間的內(nèi)在相關(guān)關(guān)系，對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行了Pearson相關(guān)系數(shù)法分析，發(fā)現(xiàn)各指標(biāo)間的相關(guān)性并不具有線性相關(guān)，運(yùn)用Pearson相關(guān)系數(shù)法將變的無(wú)能為力。本文采用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法，以相關(guān)性0.9以上為強(qiáng)相關(guān)性控制標(biāo)準(zhǔn)[4-6],分析集料物理指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系。標(biāo)注表2中不小于0.9的數(shù)據(jù)為加粗表示。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

由表1、表2可知：(1)與飽水抗壓強(qiáng)度、堅(jiān)固性試驗(yàn)后飽水抗壓強(qiáng)度、壓碎值、針片狀顆粒含量相關(guān)性高的指標(biāo)有毛體積密度、表觀密度，當(dāng)集料密度的提高，集料內(nèi)部的閉口孔隙、開(kāi)口孔隙相對(duì)減小，集料內(nèi)部的缺陷減小，表現(xiàn)為集料的強(qiáng)度性指標(biāo)提高。因此，原材料選用過(guò)程中，應(yīng)選用密度相對(duì)較大的集料。(2)堅(jiān)固性試驗(yàn)后壓碎值與軟石含量的相關(guān)性也非常高，表明軟石含量會(huì)明顯影響集料的堅(jiān)固性后集料抗壓碎能力。(3)針片狀顆粒含量與飽水抗壓強(qiáng)度、堅(jiān)固性試驗(yàn)后飽水抗壓強(qiáng)度、壓碎值強(qiáng)度指標(biāo)相關(guān)性最高，過(guò)高的針片狀含量，會(huì)明顯影響集料的強(qiáng)度指標(biāo)，為提升成品集料的強(qiáng)度，必須控制針片狀顆粒含量。

表1 不同集料試驗(yàn)結(jié)果

表2 各指標(biāo)間相關(guān)性分析

3 集料物理力學(xué)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果與混合料性能分析

選用32.5級(jí)普硅水泥，水泥滿足規(guī)范技術(shù)要求。集料設(shè)計(jì)級(jí)配符合《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/TF20—2015)[1]C-B-3級(jí)配范圍。集料采用1種石灰?guī)r、5種砂巖，水泥設(shè)計(jì)劑量為4.5%。對(duì)水泥穩(wěn)定碎石混合料進(jìn)行了強(qiáng)度指標(biāo)、模量指標(biāo)測(cè)試，測(cè)試指標(biāo)及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同集料試驗(yàn)結(jié)果

采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法對(duì)水穩(wěn)混合料性能與集料原材料指標(biāo)建立相關(guān)關(guān)系，分別測(cè)定它們之間的相關(guān)度，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。可用于有側(cè)重的指導(dǎo)水穩(wěn)混合料的設(shè)計(jì)。

表5 水泥穩(wěn)定碎石混合料性能與原材料性能的相關(guān)性優(yōu)選

從表5可知：(1)依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，從總體來(lái)看，影響水穩(wěn)混合料性能的原材料指標(biāo)主要排序?yàn)?從強(qiáng)到弱)：毛體積密度、針片狀顆粒含量、表觀密度、飽水抗壓強(qiáng)度、堅(jiān)固性試驗(yàn)后飽水抗壓強(qiáng)度、壓碎值。

(2)對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度來(lái)看，集料影響因素與總體趨勢(shì)基本相同；從劈裂強(qiáng)度或回彈模量來(lái)看，集料針片狀、壓碎值指標(biāo)對(duì)其影響相對(duì)更為敏感，水穩(wěn)混合料側(cè)重提高劈裂強(qiáng)度或回彈模量時(shí)，應(yīng)提高集料針片狀、壓碎值指標(biāo)的具體要求；從彎拉強(qiáng)度來(lái)看，集料飽水抗壓強(qiáng)度、針片狀顆粒含量對(duì)其影響相對(duì)更為敏感，水穩(wěn)混合料側(cè)重提高彎拉強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)提高集料飽水抗壓強(qiáng)度、針片狀顆粒含量指標(biāo)的具體要求。

4 結(jié) 論

(1)為提升水泥穩(wěn)定碎石原材料的強(qiáng)度、耐久性時(shí)，對(duì)于砂巖，應(yīng)選擇毛體積密度、表觀密度相對(duì)高的集料，同時(shí)在集料加工時(shí)，進(jìn)一步控制集料的針片狀含量。高密度集料開(kāi)口孔隙和閉口孔隙均較少，可大幅度減少集料在受力時(shí)，各種空隙缺陷引起的應(yīng)力集中破壞。

(2)針片狀顆粒含量是集料加工控制性指標(biāo)，對(duì)集料的強(qiáng)度指標(biāo)影響嚴(yán)重，必須在集料生產(chǎn)過(guò)程中提高針片狀顆粒含量的控制水平。

(3)從總體來(lái)看，影響水穩(wěn)混合料性能的控制指標(biāo)(相關(guān)度大于0.9)由大到小依次數(shù)為：毛體積密度、針片狀顆粒含量、表觀密度、飽水抗壓強(qiáng)度、堅(jiān)固性試驗(yàn)后飽水抗壓強(qiáng)度、壓碎值。

(4)水穩(wěn)混合料設(shè)計(jì)時(shí)，側(cè)重提高劈裂強(qiáng)度或回彈模量時(shí)，應(yīng)提高砂巖集料針片狀、壓碎值指標(biāo)的具體要求；側(cè)重提高水穩(wěn)混合料彎拉強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)提高砂巖集料飽水抗壓強(qiáng)度、針片狀顆粒含量指標(biāo)的具體要求。