水泥稳定碎石混合料用砂岩集料敏感性物理指标研究

李 林

（山西省长治市平顺县交通运输局，山西 长治 047400）

水泥稳定碎石采用水泥及集料以一定比例拌和而成，大量研究人员对集料的原材料质量和组成级配、配合比设计方法、混合料强度等方面进行了相应研究，而对原材料物理指标对混合料性能的影响研究较少[1-5]。《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20—2015）[6]中规定了集料的部分控制标准，但具体要求对混合料的性能提升效果及各集料指标对混合料的影响程度尚不明确。在重庆、四川等地分布较大面积的砂岩，大部分性能可以满足细则要求，但部分岩石的压碎值不能满足细则特重交通压碎值不大于22%的技术要求，进而造成部分高速公路沿线集料供应不足，导致远距离调用集料的尴尬局面，提高了工程造价，也对工程按时通车造成了一定的影响。

纪伦[7]等人测定了不同针片状颗粒含量的沥青混合料结构参数和体积指标，采用Pearson相关性检验计算了针片比和主轴偏角与针片状含量的相关系数。陈柯[8]等人采用灰色关联理论方法分析了振动搅拌水泥稳定碎石混合料不同设计参数对混合料力学性能影响的大小程度。本文对当地某高速公路沿线的砂岩、石灰岩取样试验，对该集料的性能指标与水稳混合料的性能指标建立相关关系。采用Pearson相关系数法及灰色关联分析法分析各指标的相关关系。推导出集料的关键控制指标。

1 相关关系评价方法

本文采用Pearson相关系数法及灰色关联分析法，对集料物理指标之间、集料物理指标与混合料指标之间建立相关关系。Pearson相关系数法[9]采用两组数据，分析两组数据是否符合良好的线性关系，得出线性相关系数，线性关系高，相关系数值高，如不存在相关性或相关性低时，该方法用于评价效果不佳。灰色关联分析法[10]用于分析两个因素变化的趋势趋于一致性的程度，如两个因素相似或相异变化程度同步时，两个因素的相关性高，它既可以反映线性关联程度，也可以是非线性关联程度。

2 集料物理力学测试结果及分析

本文对某高速公路沿线的1种石灰岩、5种砂岩取样试验，分别开展了集料的密度、强度、耐久性试验，试验测试指标及试验结果见表1。

表1 不同集料试验结果

通过分析，为研究集料各指标间的内在相关关系，对各指标进行了Pearson相关系数法分析，发现各指标间的相关性并不具有线性相关，运用Pearson相关系数法将变得无能为力。本文采用灰色关联度分析方法，以相关性0.9以上为强相关性控制标准[11-13],分析集料物理指标间的相关关系。计算结果见表2。表2中不小于0.9的数据为加粗表示。

表2 各指标间相关性分析

由表1、表2可知：

a）与饱水抗压强度、坚固性试验后饱水抗压强度、压碎值、针片状颗粒含量相关性高的指标有毛体积密度、表观密度，当集料密度提高，集料内部的闭口孔隙、开口孔隙相对减小，集料内部的缺陷减小，表现为集料的强度性指标提高。因此，为提升水泥稳定碎石混合料的抗压强度，减少混合料内部缺陷数量，水稳原材料选择过程中，应选用密度相对较大的集料。

b）未开展集料坚固性试验前，软石含量对压碎值影响较为明显，开展坚固性试验后压碎值与软石含量的相关性明显上升，主要表现为坚固性试验用CaSO4浸入软石裂隙中，产生软石崩解微裂缝，导致集料压碎值上升明显。所以，为提升集料的抗盐侵蚀冻胀性能，需严格控制集料的软石含量。

c）针片状颗粒含量与饱水抗压强度、坚固性试验后饱水抗压强度、压碎值强度指标相关性最高，过高的针片状含量，会明显影响集料的强度指标，为提升成品集料的强度，必须控制针片状颗粒含量。

3 集料物理力学指标测试结果与混合料性能分析

3.1 水泥及水稳混合料级配

本文选用32.5级普硅水泥，测试结果见表3。集料设计级配见表4。集料采用1种石灰岩、5种砂岩，水泥设计剂量为4.5%.

表3 水泥原材料试验结果

表4 水稳碎石合成级配表

3.2 水泥稳定碎石混合料性能与集料原材料性能的关联性分析

本文对水泥稳定碎石混合料进行了强度指标、模量指标测试，测试指标及试验结果见表5。

表5 不同集料试验结果

采用灰色关联分析方法对水稳混合料性能与集料原材料指标建立相关关系，分别测定它们之间的相关度，测定结果见表6。可用于有侧重地指导水稳混合料的设计。

表6 水泥稳定碎石混合料性能与原材料性能的相关性

从表6、表7可知：

表7 水泥稳定碎石混合料性能与原材料性能的相关性优选

a）依据统计学原理，从总体来看，影响水稳混合料性能的原材料指标主要排序为（从强到弱）：毛体积密度、针片状颗粒含量、表观密度、饱水抗压强度、坚固性试验后饱水抗压强度、压碎值。

b）对无侧限抗压强度来看，集料影响因素与总体趋势基本相同；从劈裂强度或回弹模量来看，集料针片状、压碎值指标对其影响相对更为敏感，水稳混合料侧重提高劈裂强度或回弹模量时，应提高集料针片状、压碎值指标的具体要求；从弯拉强度来看，集料饱水抗压强度、针片状颗粒含量对其影响相对更为敏感，水稳混合料侧重提高弯拉强度时，应提高集料饱水抗压强度、针片状颗粒含量指标的具体要求。

4 结语

a）为提升水泥稳定碎石原材料的强度、耐久性时，对于砂岩，应选择毛体积密度、表观密度相对高的集料，同时在集料加工时，进一步控制集料的针片状含量。高密度集料开口孔隙和闭口孔隙均较少，可大幅度减少集料在受力时，各种空隙缺陷引起的应力集中破坏。

b）针片状颗粒含量是集料加工控制性指标，对集料的强度指标影响严重，必须在集料生产过程中提高针片状颗粒含量的控制水平。

c）从总体来看，影响水稳混合料性能的原材料控制指标（相关度大于0.9）为：毛体积密度＞针片状颗粒含量＞表观密度＞饱水抗压强度＞坚固性试验后饱水抗压强度＞压碎值。

d）水稳混合料设计时，侧重提高劈裂强度或回弹模量时，应提高砂岩集料针片状、压碎值指标的具体要求；侧重提高水稳混合料弯拉强度时，应提高砂岩集料饱水抗压强度、针片状颗粒含量指标的具体要求。