第１０卷第６期 ２０１３年１２月 现代交通技术 Ｍｏｄｅｍ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＶＯＩ．１０ ＮＯ．６ Ｄｅｃ．２０１３ 浅谈级配碎石配合比设计试验方法 郑国新 ，徐岩 （１．安徽省路港工程有限责任公司，安徽合肥２３００００；２．江苏省交通科学研究院股份有限公司，江苏南京２１１１００） 摘要：文章首先介绍了级配碎石作为高速公路柔性路面的底基层、基层的优缺点；然后对原材料、级配、配合比设计、 ＣＢＲ验证等提出相应控制点或试验方法；推荐了检测级配碎石最大干密度、最佳含水量和ＣＢＲ值的合理试验方法。 关键词：级配碎石；试验方法；重型击实；振动成型 中图分类号：Ｕ４１４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—９８８９（２０１３）０６—００２０—０３ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｇｒａｄｅｄ Ｃｒｕｓｈｅｄ Ｓｔｏｎｅ Ｒａｔｉｏ Ｄｅｓｉｇｎ Ｚｈｅｎｇ Ｇｕｏｘｉｎ ，Ｘｕ Ｙａｎ （１．Ａｎｈｕｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｈｉｎｇｗａｙ＆Ｐｒｏｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈｅ ２３００００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｊｉａｎｇｓｕ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌＹ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｇｒａｄｅｄ ｃｒｕｓｈｅｄ ｓｔｏｎｅ ａｓ ｈｉｇｈｗａｙ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐａｖｅ— ｍｅｎｔ ｓｕｂｂａｓｅ ａｎｄ ｂａｓｅ．Ｔｈｅｎ ｉｔ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｏｉｎｔｓ ｏｒ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｇｒａｄａｔｉｏｎ，ｍｉｘ— ｔｕｒｅ ｒａｔｉｏ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ＣＢＲ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｍａｘｉｍｕｍ ｄｒｙ ｄｅｎｓｉｔｙ，ｏｐｔｉｍｕｍ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ＣＢＲ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ ｏｉ’ｇｒａｄｅｄ ｂｒｏｋｅｎ ｓｔｏｎｅ ｗｅｒｅ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｒａｄｅｄ ｃｒｕｓｈｅｄ ｓｔｏｎｅ；ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ；ｈｅａｖｙ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ；ｖｉｂｒａｔｏｒｙ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ 目前国内高速公路底基层、基层运用水泥稳定 碎石结构较为广泛，它具有强度高、耐久性好、水稳 定性好等优点。但是水稳结构的缺点也较为明显， 别控制集料的针片状颗粒含量和含泥量。 １．２集料的质量技术要求 （１）集料质量要求 ０．６ ｍｍ以下颗粒的液限和塑性指数会对级配 碎石的水稳定性产生重要影响。采用塑性指数较 低的细料，可明显降低塑性变形或车辙。富于棱角 及表面粗糙的轧制碎石，在相同级配及密实度下通 常比光滑表面的圆颗粒具有更高的ＣＢＲ值。 （２）混合料级配的控制 通常经验认为混合料的最大粒径越大，承载能 力就会越强，室内试验研究对比最大粒径分别为 ２６．５ ｍｉｌｌ、３１．５ １ＴＩｍ、３７．５ ｌＩｌｍ的级配碎石混合料，结 果分析认为级配碎石最大粒径为３１．５ Ｉｌｌｍ或 例如水稳层收缩裂缝导致的沥青面层反射裂缝、内 部排水问题引起的沥青面层早期破坏等病害一直 是水稳层难以彻底解决的问题。在此矛盾基础上借 鉴欧美国家的设计理念，将级配碎石用作沥青路面底 基层或基层，并称为“长寿路面”，级配碎石是柔性路 面的一种结构形式．具有较好的抗裂和排水性能。 １原材料的选择 １．１母岩的选择 级配碎石用作“长寿路面”的底基层或基层，由 于较大应力的作用，因而应用高质量轧碎的碎石作 为级配碎石的集料，还要有良好的级配。常用的筑 路材料中石灰岩强度相对较低，较容易破碎，颗粒 形状较好，较为理想。在石灰岩短缺的地域，使用 ３７．５ ｍｉｌｌ时具有相对较高的ＣＢＲ值。同时考虑施 工和易性等方面因素，工程实践表明取３１．５ ｉｌｌｍ最 佳，ＣＢＲ值满足要求，现场不易离析，铺面均匀，只 增大集料最大粒径对提高ＣＢＲ值效果不太明显。 本项目所采用石灰岩石料，样品规格为：１＃样品， 玄武岩、花岗岩、砂岩、辉绿岩等都可以，但是要特 作者简介：郑国新（１９６３一），男，安徽丰县人，高级工程师，主要从事路桥施工方面的工作。 第６期 郑国新。等：浅谈级配碎石配合比设计试验方法 ・２１・ （２０～３０ ｍｍ）；２＃样品，（１０～２０ ｍｍ）；３＃样品，（５～ １０ ｍｍ）；４＃样品，（０～５ ｍｍ）。依据要求进行了各 种集料的指标试验，试验结果见表１。 表１集料各项试验结果 （３）各种矿料的筛分结果 试验结果见表２。 表２各种矿料的筛分试验结果 ２混合料级配设计 由散体强度理论，级配碎石的宏观强度源于集 料间的内摩阻力，保证级配嵌挤有利于形成集料间 的内摩阻力；级配选择应利于施工控制，不易离析， 增加粗集料用量，减少细集料用量，形成嵌挤结构， 适当减少最大公称粒径附近的集料用量，保证施工 均匀性。室内试验基层ＣＢＲ值应＞１００％，底基层 ＣＢＲ值＞８０％，在满足此要求的情况下，选用ＣＢＲ 值最大的级配合成为设计级配。 依据要求本项目采用级配范围要求见表３，在 选择集料结构时，根据集料的筛分结果首先初选出 粗、中、细３个级配，然后分别进行击实试验和ＣＢＲ 试验，根据最大干密度和实际测得的ＣＢＲ值选择级 配。３种级配的矿料比例明细见表４，３种矿料的合 成级配见表５。 表３级配碎石混合料级配范围要求 表５ ３种矿料的合成级配通过率明细表 ３试件成型方法选择 级配碎石试件成型方法主要包括重型击实法 或振动击实法，本项目对比重型击实法和振动击实 法后，选取振动成型法进行最大干密度、最佳含水 量试验，采用重型击实法进行ＣＢＲ试件成型 Ｊ。 ３．１ 重型击实 重型击实原理是采用锤击方法对试件施加应 力，颗粒之间为静摩阻力，此种试验较为适合颗粒 较小，或者级配较细的级配混合料。颗粒较大或者 级配较粗的混合料，在锤击过程中大颗粒之间相互 嵌挤，在锤击作用下相互冲击，易移动和破碎。研 究表明一般重型击实可使单个试件中１．０～１．５ ｃｍ 以上的颗粒含量减少１５％～２０％，因而改变了集料 级配组成。同时在施工过程中重型击实试验原理 与施工压实方式相差较大，重型击实试验是一种冲 击力，碎石之间相对静止，而振动压路机做功是一 种高频的振动力，碎石之间相对运动。工程实践表 明，重型击实得到的最大干密度偏低，现场常出现 压实度大于１００％的情况，即“超百”，失去控制 标准。 ３．２振动击实 振动击实试验原理与现场施工中使用的振动 压路机类似，同为高频率振动力，被压材料之间为 动摩擦状态，材料问相对运动，粗细颗粒互相填充， 运动过程中降低摩阻力，减少粗集料的压碎，与施 工现场较为吻合。 通过重型击实试验和振动成型试验对比发现， 对于粗级配，重型击实试验最大干密度大于振动成 型试验所得最大干密度，原因是重型击实过程中粗 粒径碎石被击碎严重，已经改变了原有的级配组 成。而对于细级配和中级配，振动成型试件的最大 干密度要大于重型击实法。由于振动成型未破坏 碎石原级配，且更接近工地现场实际碾压状态，因 此室内试验应采用振动成型设计级配碎石的最大 干密度和最佳含水量。两种压实效果比较见图１。 ３．３振动击实法下最佳含水量、最大干密度试验 参照以往级配碎石底基层目标配合比设计的 工程应用经验及集料特性，选用４．０％、５．０％、 ・２２・ ２４０ 现代交通技术 ２０１３正 合料级配调试和相关验证试验表明，所设计的级配 碎石混合料的性能满足设计要求。 ４结论 ２．３５ §２．３Ｏ 嚣２ ２５ ２．２０ （１）级配碎石柔性基层结构可以缓解半刚性基 层沥青路面反射裂缝和早期水损坏的不足，但结构 强度较低，为了达到足够的模量，需要较厚的级配 细级配 中级配 粗级配 碎石层和较厚的沥青面层。按骨架密实原则设计 图１ 振动成型法与击实成型压实效果比较 级配碎石混合料，能够提高回弹模量，降低路面永 久变形，起到“长寿”作用。 （２）骨架密实原则设计的级配碎石应采用振动 压实成型设计，用振动压实标准取代传统的重型压 实标准进行施工质量控制，能够更精确地达到压实 效果。 ６．Ｏ％、７．０％、８．０％５种含水量制备混合料，采用振 动压实成型法来确定各组混合料的最佳含水量和 最大干密度。试验结果见表６。 表６最大干密度与最佳含水量试验结果 （３）骨架密实性级配碎石采用重型击实法成型 ＣＢＲ试件，试验表明满足相关技术要求，可用于指 导施工。 ３．４ ＣＢＲ验证 根据最佳含水量和最大干密度试验结果，采用 重型击实法成型试件，进行４昼夜浸水ＣＢＲ试验。 试验结果见表７。 表７ ＣＢＲ试验结果 参考文献 ［１］ＪＴＪＯ３４－－２０００公路路面基层施工技术规范［ｓ］． ［２］ＪＴＧ Ｅ４０－－２００７公路土工试验规程［ｓ］． ［３］柳音．级配碎石柔性基层性能试验研究［Ｄ］．重庆：重庆 交通大学．２００８． ［４］韩晓燕，杨泊轩．级配碎石基层施工工艺［Ｊ］．交通标准 化．２００６（１１）：１２８—１３１． ［５］孟书涛．沥青路面合理结构的研究［Ｄ］．南京：东南大 本次级配碎石混合料配合比设计，根据最大干 密度和最佳含水量选取级配２作为最佳级配。混 学．２００４． （收稿日期：２０１３—０９一ｌ７） （上接第４页） 国产３０＃直馏沥青拌合生产的浇注式沥青混凝土性 ［３］李洪涛，黄卫．浇注式沥青砼在日本钢桥面铺装中的应 用［Ｊ］．华东公路，１９９８，（３）：４０—４２． ｆ４］陈先华，黄卫，李洪涛．钢桥面浇注式沥青混合料铺装的高 温稳定性研究［Ｊ］．重庆交通学院学报，２ＯＯ３，（１）：３２－３５． ［５］陈平．浇注式沥青混凝土性能及关键施工控制分析［Ｊ］． 湖南交通科技，２０１３，３９（２）：１４１—１４５． 能与进口材料基本一致，值得提出的是目前国产３０ ＃直馏沥青在泰州大桥钢桥面铺装中已得到成功应 用，铺筑面积达到７万ｍ 以上。 参考文献 ［６］多田宏行．桥面铺装设计与施工［Ｍ］．日本：鹿岛出版 ［１］江苏省长江公路大桥建设指挥部，东南大学交通学院． 江阴长江公路大桥钢桥面浇注式沥青铺装材料与结构 会，１９９６． ｆ７］东南大学建筑设计研究院．泰州长江大桥钢桥面铺装施 工图设计［Ｒ］．２０１２． （收稿日期：２０１３—０３—０３） 研究报告［Ｒ］．２００３． ［２］石油沥青生产工艺简介［Ｊ］．石油沥青，２００４，１８（３）：６０．