寧夏橋涵水泥混凝土用集料壓碎值取值研究

李國智

(山西呂梁環(huán)城高速公路管理有限公司，山西 呂梁 033000)

公路建設(shè)中，一般采用石灰?guī)r集料拌和水泥混凝土，但在寧夏寧北地區(qū)，由于沿線大量石灰?guī)r石料場集料壓碎值不能滿足《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3650—2020)(以下簡稱“橋規(guī)”)[1]中II類(壓碎值小于20%)的要求，導(dǎo)致公路橋涵用集料不得不從寧夏南部或省外運(yùn)輸石灰?guī)r碎石，造成建設(shè)成本明顯上升，工期壓力顯著增加。

集料壓碎值不足對(duì)橋涵用混凝土的強(qiáng)度等級(jí)等略有影響，合理的壓碎值要求可更好的順應(yīng)原材料就地取材的原則。彭秋樂、王永海等[2-3]人認(rèn)為，針片狀的含量對(duì)集料的壓碎值有顯著的影響，集料中針片狀含量越高，集料壓碎值越大；不同粗集料中針片狀含量相同，壓力相同，粒徑越粗，壓碎值越小；集料粒徑也會(huì)影響集料的壓碎值，中等粗細(xì)的級(jí)配可以大幅度提升集料的壓碎值。合成集料的CBR越大，壓碎值越小。

本文通過研究各標(biāo)準(zhǔn)的壓碎值要求，提出合理的寧夏橋涵水泥混凝土用集料壓碎值標(biāo)準(zhǔn)。

1 壓碎值檢測方法與指標(biāo)

1.1 壓碎值檢測方法

公路行業(yè)壓碎值檢測采用《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42—2005)(下稱“集料規(guī)程”)[4]中T 0316—2005及《建設(shè)用卵石、碎石》(GB/T 14685—2011)(下稱“國標(biāo)”)[5]中方法7.11。

兩種方法最大的區(qū)別在于加載力的大小和方式不同?！凹弦?guī)程”要求10 min內(nèi)加載到400 kN，穩(wěn)壓5 s，再卸載；“國標(biāo)”要求以1 kN/s的速率加載到200 kN，穩(wěn)壓5 s，再卸載?！凹弦?guī)程”方法明顯較“國標(biāo)”方法的條件更加苛刻。

《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ 058—2000)(下稱“舊集料規(guī)程”)[6]包括T0315和T0316兩種壓碎值試驗(yàn)方法，“國標(biāo)”中壓碎值試驗(yàn)方法與舊集料規(guī)程T0315方法基本一致，該方法用于橋涵水泥混凝土粗集料壓碎值試驗(yàn)。但2005版“集料規(guī)程”廢除了T0315方法，只保留了用于瀝青路面及基層粗集料壓碎值試驗(yàn)T0316方法，同時(shí)給出了兩方法的換算關(guān)系，即“國標(biāo)”與T0316方法的換算關(guān)系，Y=0.816X-4.999 86，R=0.991 2，n=15。Y代表“國標(biāo)”壓碎值，X代表T0316壓碎值，見表1。

表1 兩種方法壓碎值換算結(jié)果對(duì)比

1.2 壓碎值指標(biāo)

(1)現(xiàn)行“國標(biāo)”壓碎值指標(biāo)

“國標(biāo)”第6.6.2條規(guī)定，壓碎指標(biāo)應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表2 “國標(biāo)”(GB/T 14685—2011)碎石壓碎值技術(shù)指標(biāo)

現(xiàn)行2011版“國標(biāo)”取消了I類、II類、III類集料對(duì)應(yīng)的混凝土強(qiáng)度要求。原因是集料壓碎值與混凝土強(qiáng)度之間沒有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如進(jìn)一步對(duì)應(yīng)，反而影響混凝土技術(shù)的發(fā)展，是一種技術(shù)限制，所以刪除了對(duì)應(yīng)關(guān)系?，F(xiàn)行“國標(biāo)”不再對(duì)壓碎值不同的碎石用途做明確規(guī)定，而以保證混凝土綜合性能作為選擇碎石的依據(jù)。只要混凝土綜合性能滿足要求，不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土所用碎石壓碎值可以放寬至III級(jí)。

(2)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T3650—2020)壓碎值指標(biāo)

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T3650—2020)(下稱“橋規(guī)”)第6.4.1條條文說明表明，按照“國標(biāo)”，本規(guī)范刪除了I類、II類、III類集料用于不同強(qiáng)度等級(jí)的具體要求，見表3。

表3 “橋規(guī)”(JTG/T 3650—2020)碎石壓碎值技術(shù)指標(biāo)

(3)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)[7]壓碎值要求

《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)(下稱“瀝青路面施工規(guī)范”)粗集料壓碎值要求見表4。

表4 瀝青混合料用粗集料壓碎值技術(shù)指標(biāo)要求

(4)《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則》(JT G/T F30—2014)壓碎值要求

《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則》(JT GT F30-2014)(下稱“水泥路面細(xì)則”)[8]中碎石的壓碎值對(duì)不同交通等級(jí)的進(jìn)行了區(qū)分，極重、特重、重交通等級(jí)的水泥路面用集料壓碎值不低于II級(jí)要求，中輕交通等級(jí)的水泥路面用集料壓碎值不低于III級(jí)要求，見表5。

表5 水泥混凝土路面碎石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

2 寧夏橋涵用碎石壓碎值檢測與分析

2.1 碎石壓碎值檢測

本次調(diào)查對(duì)拉僧廟東興礦業(yè)、鄂克托旗部分料源地碎石進(jìn)行取樣，每組碎石均分別按照“集料規(guī)程”中的方法JTG E40 T0316—2005和“國標(biāo)”中的方法7.11進(jìn)行備樣和壓碎值試驗(yàn)，檢測結(jié)果見表6。

表6 碎石壓碎值試驗(yàn)結(jié)果

2.2 兩種方法檢測結(jié)果對(duì)比與分析

由表6數(shù)據(jù)分析可得。

(1)采用“集料規(guī)程”試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，本次取樣碎石壓碎值范圍為22.5%～24.8%，僅滿足“橋規(guī)”中規(guī)定的III類碎石標(biāo)準(zhǔn)(<30%)。

(2)采用“國標(biāo)”試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，本次取樣碎石壓碎值范圍為9.8%～13.6%，均滿足“國標(biāo)”中II類碎石標(biāo)準(zhǔn)(<20%)。

(3)對(duì)兩種試驗(yàn)方法所得試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行線性回歸分析，其相關(guān)系數(shù)R2僅為0.3226，可見本次兩組數(shù)據(jù)間相關(guān)性較差，可能與試驗(yàn)誤差和樣本數(shù)量有關(guān)，兩者不能進(jìn)行直接換算。但仍然反映出同一料源碎石不同方法所測的壓碎值的大小關(guān)系，即“集料規(guī)程”的方法檢測值大于“國標(biāo)”試驗(yàn)方法檢測值，差值范圍為11.0～13.9，與按照“集料規(guī)程”提供的換算關(guān)系所得的數(shù)值較為接近。

3 壓碎值標(biāo)準(zhǔn)分析

現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)壓碎值要求分布標(biāo)準(zhǔn)見表7。

表7 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)壓碎值要求分布標(biāo)準(zhǔn)

通過寧夏石灰?guī)r集料試驗(yàn)及現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)分析，JTG E40 T0316試驗(yàn)方法得出的壓碎值與“國標(biāo)”7.11得出的壓碎值明顯降低1～2個(gè)級(jí)別，即同一種集料“國標(biāo)”評(píng)價(jià)為I類時(shí)，“橋規(guī)”試驗(yàn)評(píng)價(jià)將為II類或III類，不能形成很好的對(duì)應(yīng)。

瀝青路面直接承受車輛荷載和環(huán)境荷載的作用，其壓碎值要求應(yīng)高于水泥混凝土要求，“集料規(guī)程”條文說明中也明確表達(dá)了該要求。因此，現(xiàn)行“橋規(guī)”壓碎值指標(biāo)要求偏高，不符合實(shí)際情況，可以適當(dāng)降低“橋規(guī)”中混凝土用碎石的壓碎值指標(biāo)要求。

“水泥路面細(xì)則”中集料壓碎值也比“橋規(guī)”要低。根據(jù)水泥路面的受力特性，同樣認(rèn)為可以適當(dāng)降低“橋規(guī)”中混凝土用碎石的壓碎值指標(biāo)要求。

“國標(biāo)”修訂后不再明確不同壓碎值類別對(duì)應(yīng)的混凝土強(qiáng)度范圍，而是以混凝土強(qiáng)度、抗凍性等綜合性能作為混凝土選用碎石的依據(jù)。而“橋規(guī)”(JTG/T 3650—2020)為推薦性標(biāo)準(zhǔn)，重新提出“橋規(guī)”壓碎值要求時(shí)，以“國標(biāo)”、“橋規(guī)”、“瀝青路面施工規(guī)范”、“水泥路面細(xì)則”的壓碎值標(biāo)準(zhǔn)為總體方向，提出“橋規(guī)”I類≤18%，II類≤25%，III類≤30%的要求，采用Y=0.816X-4.999 86轉(zhuǎn)換為“國標(biāo)”技術(shù)要求時(shí)，應(yīng)為I類≤9.7%，II類≤15.4%，III類≤19.5%，也遠(yuǎn)高于“國標(biāo)”技術(shù)要求。

4 結(jié) 論

(1)采用“國標(biāo)”7.11試驗(yàn)方法與“集料規(guī)程”T0316試驗(yàn)方法測試同一種集料，“國標(biāo)”評(píng)價(jià)為I類時(shí)，“橋規(guī)”試驗(yàn)結(jié)評(píng)價(jià)將為II類或III類，不能形成很好的對(duì)應(yīng)。

(2)瀝青路面及水泥路面直接承受車輛荷載和環(huán)境荷載的作用，其壓碎值要求應(yīng)高于水泥混凝土要求。因此，認(rèn)為現(xiàn)行“橋規(guī)”壓碎值指標(biāo)要求偏高，不符合實(shí)際情況。

(3)以“國標(biāo)”、“橋規(guī)”、“瀝青路面施工規(guī)范”、“水泥路面細(xì)則”的壓碎值標(biāo)準(zhǔn)為總體方向，提出橋規(guī)I類≤18%，II類≤25%，III類≤30%的要求，采用Y=0.816X-4.999 86轉(zhuǎn)換為國標(biāo)技術(shù)要求時(shí)，應(yīng)為I類≤9.7%，II類≤15.4%，III類≤19.5%，也遠(yuǎn)高于“國標(biāo)”技術(shù)要求。