公路用粗集料壓碎值、洛杉磯磨耗損失和沖擊值之間相關性試驗研究

徐明波，劉 兵

（1.東南大學交通學院，江蘇 南京210096；2.安徽省公路工程檢測中心，安徽 合肥230051）

0 引言

粗集料是公路橋涵、隧道、路面工程中必不可少的主要材料之一，其用量占瀝青混合料、水泥混凝土混合料、水穩混合料總重的90%左右，在公路工程中用量巨大。根據我國現行的《公路橋涵施工技術規范》[1]、《公路瀝青路面施工技術規范》[2]等要求，為保證和控制粗集料的質量，必須進行粗集料的物理性能、化學性能及力學性能相關試驗，達到標準規范相應質量要求后方可用于工程施工。粗集料力學性能指標主要有壓碎值、洛杉磯磨耗損失和沖擊值。壓碎值是衡量石料在逐漸增加的荷載下抵抗壓碎的能力，是衡量石料力學性質的指標。洛杉磯磨耗損失是衡量粗集料抵抗撞擊、摩擦的能力；沖擊值反映石料抵抗沖擊荷載的能力，該值越小，表明集料的抗沖擊性能越好[3]，由于這三者均是反映粗集料的抗破碎能力，筆者認為這三項指標之間可能存在某些內在聯系和相關性。若存在一定相關性，并通過大量試驗找出這種相關關系，從而只需檢測其中一個指標，即可通過換算公式得出另外兩個指標結果，這將大大減少試驗人員工作量，節約時間，提高工作效率，同時可減少試驗設備投入；此外，將大大節約開展建設工程粗集料質量調查的費用和時間，快速得出調查結論，從而可準確選用質量合格且各質量指標滿足工程建設要求的最優粗集料。目前，關于粗集料的試驗方法、質量標準等研究較多[4-6]，而對粗集料的壓碎值、洛杉磯磨耗損失和沖擊值三者之間相關性的研究較少。鑒于此，筆者按《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）中的試驗方法，對安徽省公路用粗集料進行了大量的粗集料壓碎值、洛杉磯磨耗和沖擊值試驗，旨在找出壓碎值、洛杉磯磨耗損失和沖擊值三者之間相關性和換算公式，以方便試驗人員在設備等條件受限情況下，通過任一指標的試驗結果可間接地得出其他兩個指標結果，以滿足不同情況下的工程建設需要。

1 試驗方法簡述

粗集料壓碎值試驗是取烘干質量為m0的9.5mm～13.2mm 碎石分3 次均勻裝于壓碎值儀后，每層用振搗棒均勻搗實25 次，整平表面，然后放于壓力機上以10min 左右的時間達到總荷載400kN，穩壓5s后卸荷，將壓后的粗集料樣品篩除并稱量通過2.36mm 篩孔的碎石質量m1，m1除以m0得到的結果即為該樣品的壓碎值。

粗集料洛杉磯磨耗試驗（C級）是在標準條件下，將烘干的4.75mm～9.5mm、 9.5mm～16mm 粒級各2500g±10g 置于洛杉磯磨耗試驗機中，用8 個直徑約為46.8mm、總質量為3320g±20g 的鋼球以30r/min～33r/min 的速度回轉500 次，將磨耗后的試樣過1.7mm篩，損失的質量占原質量的百分比即為該樣品的洛杉磯磨耗損失（C級，選C級是因該試驗采用與壓碎值和沖擊值同一樣品，且該粒級范圍為公路工程常用）。

粗集料抗沖擊值試驗是將一定質量m0的9.5mm～13.2mm粒級的烘干粗集料分3次均勻裝入沖擊杯中，用13.75kg±0.05kg 的沖擊錘，以380mm±5mm的高度自由落下錘擊15次，每次錘擊間隔不少于1s，將沖擊后粗集料試樣進行篩分，稱量通過2.36mm 篩孔的篩下粗集料質量m1，m1除以m0得到的結果即為該樣品的沖擊值。

2 試驗研究結果

筆者對安徽省境內較有代表性的產地且全省公路工程建設中常用的玄武巖、花崗巖和石灰巖材質的粗集料料源進行了取樣，并對每個樣品分別進行了壓碎值、沖擊值和洛杉磯磨耗試驗，試驗結果匯總見表1。

表1 安徽省不同產地粗集料的壓碎值、沖擊值和洛杉磯磨耗損失的試驗結果

表1（續）

依據以上檢測數據，分別采用線性、指數函數、乘冪函數和多項式函數進行回歸分析，可得出以下全樣本的壓碎值與沖擊值、壓碎值與洛杉磯磨耗損失和沖擊值與洛杉磯磨耗損失的兩者之間的關系圖、回歸公式和相關系數，如圖1～圖12所示。

圖1 壓碎值與沖擊值線性回歸關系圖

圖2 壓碎值與沖擊值指數函數回歸關系圖

圖3 壓碎值與沖擊值多項式函數回歸關系圖

圖5 壓碎值與洛杉磯磨耗損失線性回歸關系圖

圖6 壓碎值與洛杉磯磨耗損失指數函數回歸關系圖

圖7 壓碎值與洛杉磯磨耗損失多項式函數回歸關系圖

圖8 壓碎值與洛杉磯磨耗損失乘冪函數回歸關系圖

圖9 沖擊值與洛杉磯磨耗損失線性回歸關系圖

圖10 沖擊值與洛杉磯磨耗損失指數函數回歸關系圖

圖11 沖擊值與洛杉磯磨耗損失多項式函數回歸關系圖

圖12 沖擊值與洛杉磯磨耗損失乘冪函數回歸關系圖

由表1 和圖1～圖12 可知，壓碎值、沖擊值和洛杉磯磨耗損失三者之間的各類型函數回歸關系式、相關系數及相關系數檢驗結果如下（見表2～表4）。

表2 壓碎值與沖擊值的各類型函數回歸關系式

表3 壓碎值與洛杉磯磨耗損失的各類型函數回歸關系式

表4 沖擊值與洛杉磯磨耗損失的各類型函數回歸關系式

3 結論

（1）通過表2～表4中各類型函數回歸關系式相關系數值的大小和相關系數檢驗結果可知：公路用粗集料的壓碎值、沖擊值和洛杉磯磨耗損失三者之間均存在明顯的相關關系，進一步比較相關系數的大小可知，壓碎值與沖擊值、壓碎值與洛杉磯磨耗損失、沖擊值與洛杉磯磨耗損失之間相關關系對函數類型不敏感，不同函數類型的相關系數值差值較小，按相關系數最大的原則來確定函數類型和相關關系式，則壓碎值與沖擊值選用乘冪函數， 回歸公式為y=1.0504x0.9779，R2=0.9164；壓碎值與洛杉磯磨耗損失選用多項式函數，回歸公式為y=-0.0248x2+1.7248x-2.9988，R2=0.8733；沖擊值與洛杉磯磨耗損失選用多項式函數，回歸公式為y=-0.0347x2+2.0608x-5.3236，R2=0.8848。

（2）利用上述回歸關系式，試驗人員只需完成其中一個參數試驗，可立即得出另外兩個參數的試驗結果，不需再一一進行試驗，大大減少了試驗人員工作量，節省了人力、物力和時間，尤其在開展大規模粗集料質量指標普查和料源選擇時更能顯現出其優越性、便利性。

（3）通過上述試驗研究發現安徽產公路用粗集料的壓碎值、沖擊值和磨耗值三者之間的相關系數R值達0.93以上，相關性較好，也進一步驗證了同為反映粗集料抵抗外力作用能力的三者之間存在相關性和一定的內在聯系。

（4）通過上述試驗研究，也為今后標準及規范減少或合并粗集料試驗項目及質量指標進行了有益探索并積累了一些基礎數據。

（5）本文壓碎值試驗結果是采用文獻[3]的試驗方法得到的，如采用文獻[7]和文獻[8]中的壓碎值試驗方法，則同一樣品的試驗結果與本文結果之間將存在差異[6]。本文的研究范圍僅限于安徽省，試驗樣本數還不夠大、巖石產地和材質種類不夠全，還需進一步深入和完善。

[1] JTG/T F50—2011，公路橋涵施工技術規范[S].

[2] JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].

[3] JTG E42—2005，公路工程集料試驗規程[S].

[4] 張輝，張玉斌.安徽省瀝青面層粗集料技術標準研究[J].公路交通科技：應用技術版，2011（12）：177-180.

[5] 朱波.粗集料力學性能試驗方法研究[M].南京：東南大學，2O04.

[6] 李林，儲修華.公路工程集料力學性質綜合分析[J].工程與建設，2010，24（5）：644～645.

[7] GB/T 14685—2011，建設用卵石、碎石[S].

[8] JTJ 058—2000，公路工程集料試驗規程[S].