淺析級配碎石的物理特性對壓實的影響

李 瑞

（山西交通職業技術學院，山西 太原 030031）

隨著交通運輸行業的發展和重車比例的持續增加，路面基層經受著嚴峻的考驗。由于級配碎石基層在設計和施工中存在著許多缺陷和不足，有些道路通車不久便發生了早期破壞現象。其原因是級配碎石基層的結構比較松散、剛度小、難壓實。若在施工中不能處理好這些問題，則會在重交通下產生過大的變形,導致瀝青路面平整度降低，嚴重影響道路的使用性能。

論文通過對級配碎石的顆粒特性及力學性能進行研究，找出這些因素對基層的強度和壓實度的影響,為道路施工選擇合適的級配碎石提供參考的依據，消除設計施工中的弊端，提高道路的實用性。

一、顆粒特性

級配碎石的紋理和形狀對路基的壓實有很大影響。通常表面圓滑、板狀的碎石強度較低，用普通機械方法就可以壓實。而有塊狀和紋理多的碎石強度大，需采用特殊的壓實工藝來壓實。

此外，級配碎石的配合比對路基的壓實也有影響。含粗集料過多的級配碎石難以壓實，而含細集料過多的級配碎石容易壓實。若細集料過多，會導致混合材料的內摩擦力減小，在壓實過程中導致顆粒間出現“滑移現象”，影響級配碎石的壓實效果。

二、物理力學因素

（一）抗壓強度

經過大量的試驗表明，顆粒的大小和形狀、表面粗糙度、細料含量及塑性、密度和含水量等對集料抗壓強度和模量均有影響。

1.顆粒的大小和形狀

研究表明，大顆粒的材料間的接觸面積小，在荷載的作用下，整體變形較小而強度和模量較大。在級配曲線相似、細集料含量相同的混合料中，材料的強度隨著最大顆粒直徑的增大而變大。

2.顆粒的粗糙程度以及形狀

研究認為，在碎石的加工制造中，通過軋制而形成多面、有棱角且表面粗糙度大的顆粒的強度大，磨耗值小。

3.細集料的含量及塑性

研究表明，當黏結顆粒的主應力為吸附力時,細集料含量多和黏性大的細料有較高的強度。但是，當吸力起次要作用時，細集料會由于顆粒間的“潤滑作用”而導致強度降低。

4.密度以及含水量

集料密度的增大會使級配碎石的剛度變大，過大的含水量會導致級配碎石的抗壓強度降低。當級配碎石處于最佳含水量時，通過合理的壓實工藝，可以提高級配碎石的壓實度，保證材料有足夠的剛度，并將路面傳遞的荷載擴散到土基層,避免道路出現過大的變形量。

（二）抗剪強度

試驗表明，顆粒形狀和表面紋理、細料的含量及塑性、顆粒大小及級配、密度和含水量對級配碎石的剪切強度有影響。

1.表面紋理和顆粒形狀

孔隙度一定時，粒料的表面紋理和形狀與級配碎石的剪切強度有關。在軋制碎石中，棱角多而表面粗糙的碎石的抗剪切性能好。

2.細料含量以及塑性

細料在級配碎石中起填充的作用，當其含量在8%和12%之間時,級配碎石比較穩定。過少的細集料則使集料密度降低，此時細料的塑性對級配碎石的剪切強度影響不大；而過多的細集料將使大顆粒“懸浮”，導致細料塑性變大，剪切強度減小，使級配碎石的穩定性下降。

3.級配

顆粒大小或級配直接影響材料的力學特性和滲漏性能。當級配碎石處在最大壓實密度時，材料的穩定性最好。

4.密度和含水量

相同條件下，材料含水量的減小會導致級配碎石密度和剪切強度的增大。在低含水量時，適當地增大含水量會使粒料間的摩擦力減小和毛細吸力增大。含水量過大時，會導致粒料間的孔隙壓力過高和材料剪切強度降低。

（三）永久變形

筆者根據試驗表明，顆粒形狀、級配、細料含量、密度和含水量對集料壓實后的變形有影響。

根據顆粒形狀的研究發現,當把成分相同但級配不同的材料壓實后,棱角光滑的碎石與有棱角的碎石相比，產生的塑性總變形量比較大。而細料含量的研究發現,在破壞區域附近，細料的含量對永久變形的影響很大,但在彈性區域基本上沒有影響。細集料過多，會阻礙粒料間的嵌擠，導致集料的永久變形量增加。另外，級配的試驗表明，在相同壓實能的作用下,最佳配合比的混合料所產生的永久變形最小。密度和含水量的試驗發現，含水量的降低和級配碎石密度的增加,會使集料的永久變形變小。

三、結語

級配碎石作為道路建設的基層材料，其顆粒形狀和表面紋理、細料的含量及塑性、顆粒大小及級配、密度和含水量與材料的物理特性和碾壓特性有密切的關系，并且影響著道路的強度和穩定性。因此，在級配碎石的選取上，除了因地制宜地選擇材料外，更多地應考慮其物理特性對道路建設的影響。

[1]李紅船等.級配碎石壓實特性的研究[J].北方交通，2007，(11).

[2]李會杰.級配碎石振動成型設計方法、施工技術及路用性能研究[D].長安大學碩士論文，2009.

[3]陳國兵.級配碎石材料永久變形預估模型仿真研究[D].長安大學碩士論文，2009.