不同成型方法对级配碎石的影响分析

尚学林

新乡市方正公路工程监理咨询公司，河南 新乡 453003

不同成型方法对级配碎石的影响分析

尚学林

新乡市方正公路工程监理咨询公司，河南 新乡 453003

成型方法的选择对于碎石性能影响较大，通过对击实成型、振动成型方法的探讨，来分析不同成型方法对级配碎石的影响。利用变K法来进行级配设计，并选用击实成型法、振动成型法制作试件，来测试其最大干密度、最佳含水量、及CBR值。结合两种成型方法的对照分析，得出试验结果：击实成型法因扰动较大，对13.2-1.18mm级配碎石影响显著；而振动成型对原有级配碎石扰动小；在相同级配条件下，利用振动成型法的CBR值要高于击实成型法，大约为2倍，但并非越密实CBR值越大。

公路工程；成型方法；级配碎石；对照试验；CBR值

在对级配碎石的结构原理进行分析来看，随着道路工程实践的不断优化，其力学指标及结构特性越来越成熟。不过，针对级配碎石成型的研究则相对较少，特别是关于振动成型方法，尽管在物理学特性、级配碎石设计方法上研究较多，但对于不同成型方法对级配碎石的性能影响则研究不足。在实验室常用的成型方法有击实成型、静压成型和振动成型。有研究者提出成型方法对级配碎石的密实度越高，其物理学性能越好；而对于不同成型方法对级配碎石的扰动报道较少。为此，本研究分别从击实成型、振动成型方法对比中，来探讨对级配碎石的扰动影响，并通过最大干密度、最佳含水量及CBR值来进行对照分析。

1 试验方法的确立

从本研究中的碎石材料以石灰岩为主，结合道路工程施工中对不同级配碎石的强度及刚度要求来探讨其性能变化。在试验中为获得级配对比效果，选用变K法，从经验上设定K1值的选择范围为0.55-0.7，以及K2值的选择范围为0.65-0.8，我们设定K1的值分别为0.5、0.6和0.7，K2的值分别为0.6、0.7、0.8。本研究所选用的集料最大直径为26.5mm。

2 两种成型法对级配碎石的影响分析

根据K1、K2值的不同，可以设计出9组不同的级配碎石成型方案，并通过采用击实法、振动法来构成9组试件。分别从最大干密度、最佳含水量两个维度来对试件进行测试。

2.1 试验过程及问题分析

根据击实法要求，选择直径15cm、高12cm的试筒，对不同级配碎石进行分层击实，划分为三层，每层击实次数为98次；对于振动成型法，以相同试筒来进行模拟，并对试筒固定在振动台，设置频率为60Hz，振动幅度为2mm；在进行振动成型过程中，对压块设定压力为13.8kPa；划分为三层，振动时间为5min。通过对上述两种成型方法的应用，可以获得不同级配模式下的碎石试件。结合K值变化来分析，当K2值不变时，试件随着K1的增加，其最大干密度及最近含水量也随之增大，说明试件的孔隙率越小；另外，由于细集料自身的表面积大于粗集料，其吸水性要高于粗集料，因此，在K2不变条件下，试件的最佳含水量也会逐渐增大。同样，在K1不变时，对于K2的增大，试件的最佳含水量、最大干密度值也会随之增大。针对击实成型与振动成型方法的差异性，在同一级配碎石条件下，不同试件的最佳含水性也存在差异性，特别是在振动成型条件下，由于振动成型所带来的密实度更高，对同一级配碎石的最佳含水量要高于击实法0.2%-0.5%；然而，利用击实法来制作的碎石试件，其最大干密度值要高于振动法试件；另外，在不同K1值、K2值都逐渐增大条件下，对于细集料来说，因含量不断增加，所形成的级配碎石试件最大干密度值反而降低。

对于该问题，其原因与我们所选择的K值范围有关。如当K1为0.6，K2为0.7时，对于不同成型方法所构成的级配碎石试件来说，还可以进一步进行筛分，并从不同成型方法下所对应的级配碎石扰动分析可知：对于不同成型方法下，利用振动法在进行集料筛分后，所获得的级配碎石曲线与原有级配曲线基本重叠，表明振动成型方法，对原有级配碎石的扰动较少，几乎没有变化；相比而言，对于击实成型方法所得级配碎石进行再次筛分后，所得到的级配曲线，与原级配曲线存在偏差，特别是在集料直径在13.2-1.18mm区间时，所形成的级配碎石曲线明显偏离原曲线，说明在击实成型方法中，对于原有级配碎石的影响比较大，特别是对上述几档集料的扰动较大。另外，我们从击实成型方法中的试验数据来看，对于再次筛分下的集料，其大粒径含量较少，说明击实方法使得集料中的大粒径被锤碎，相较而言是增加了细集料的含量，因此，破坏了原有级配碎石的比例，可见，击实成型方法对原有级配碎石的扰动较大，特别是大粒径集料的击碎，使得集料间的孔隙率变小，同时增加了细集料的比例，使得更多的细集料填充在大集料周围的空隙，无形中使得级配碎石更加密实。在试验中发现，击实成型方法下的试件空隙率较低，密实度更高，增加了最大干密度值。

2.2 两种成型方法对级配碎石CBR值的影响

级配碎石的CBR值是对试件抗局部荷载应力变形的重要表征指标，根据不同K1、K2下的9种级配碎石集料，在进行试件分析及对照研究中发现，最佳含水量的变化对不同集料的影响较大，无论是振动成型还是击实成型，通过对试件进行平行对照，来探讨其CBR值的变化。通过数据分析可知，对于振动成型方法下，不同K1、K2值所对应的CBR值都高于击实成型方法下的CBR值；从数值对比来看，振动法CBR值大约是击实法的2倍。通过对振动成型方法的研究，CBR值之所以提升，主要振动法自身比击实法的扰动更小，特别是对于粗集料自身的骨架结构并未带来影响，由此可知，振动成型对原有级配碎石比例的保持，更能体现级配碎石的优良特性。同时，在振动成型方法中，因振动法可以实现对不同集料嵌挤分布的合理安排。CBR值作为级配碎石试件的重要性能之一，在振动法中保持较高的CBR值，比击实法更有优势。由此可以证明，振动成型在促进级配碎石性能提升上更有优势。结合两种成型方法的对比，对于CBR值的变化，在K值增大时CBR值也增大，之后又出现减小。据测试数据显示，在K1=0.6，K2=0.7时，CBR值得到最大值。由此可见，对于K值法来测试级配碎石的密实度变化，当K值逐渐增大时，细集料所占百分百逐渐增加，促进了级配碎石的密实度，因此CBR值也获得了提升；但是，当K值得到一定程度时，由于K值的继续增大，对细集料来说，其含量是逐渐增大，而粗集料却逐渐减少，由此形成的粗集料骨架空间将减少，所提供的强度将下降，导致整体稳定性降低；同时，因粗集料自身含量的减少，随之对级配碎石的承载力带来影响，特别是当粗集料降低到某一限值时，其CBR值反而下降。也就是说，在级配碎石密实度逐渐增大的过程中，对于其CBR值来说，并非密实度越高，力学性能越好。

3 结论

利用振动成型、击实成型两种方式，采用K值法来对不同级配碎石进行试件测试，来考查其最大干密度、最佳含水量及CBR值的变化情况。可以归纳为以下几个结论。一是对于K值的变化，当K值增大时，无论是击实法还是振动法其最大干密度、最佳含水量值均获得提升；二是对于不同方法条件下，同一级配碎石试件，其最佳含水量值具有差异性，通常情况下，振动法比击实法的最佳含水量高出0.2%-0.5%；三是对于击实法，由于在击实过程中对粗集料带来了影响，使得细集料的含量逐渐增大，由此带来的对级配碎石比例的扰动较大，从而导致击实法级配碎石试件的最大干密度值高于振动法；四是振动法成型工艺，在振动过程中对原有级配碎石的含量比例影响较小，带来的扰动也较小，从而保持原有级配碎石的基本级配比例，而对于击实法来说，其扰动较大，同样是对原有的级配骨架结构带来扰动。通过测算可知，在级配相同条件下，对于振动法来说，其CBR值要高于击实法，从数值对比上，振动法CBR值约为击实法的2倍。五是对于K值法来说，K值的增大，对原有级配碎石的CBR值来说，也呈现先增大后减少的趋向变化，可以得出，在对级配碎石进行成型过程中，并非密实度越高，其力学性能越高。

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尚学林（1968-），男，新乡市方正公路工程监理咨询公司，现任交通类工程师，主要从事公路工程、监理、试验等方面工作。