CBR-V法礦質集料骨架嵌擠評價指標CBRmax求解的試驗研究

莫石秀,羅立峰,張先念

(1.廣東省路橋建設發展有限公司,廣州 510623;2.華南理工大學廣州學院,廣州 510800)

0 引言

CBR-V礦料級配設計方法是基于CBR試驗的一種設計方法，通過CBR試驗數據反映集料的狀況。由于在試驗中集料的不同特征得到了綜合的體現，所以可以認為試驗中考慮了集料的各種特征，是一個能夠體現集料全部特征的設計方法，具有級配客觀唯一性特征。CBR-V法大體可分兩部分，即骨架嵌擠和密實填充，其中骨架嵌擠是通過力學指標CBR來表征判斷的，其方法是對符合設計要求的檔料按粒徑從大到小依次累加式摻配，根據摻配過程中的CBRmax來確定該摻配時兩檔料的摻配比例，按照層層傳遞的方式逐次類推，直至粗細集料分界處，最終確定各檔料的摻配比例[1-3]。在實際工程中應用該方法進行礦質集料配合比設計，表明該方法是可行的。那么該方法形成的機理如何呢？本文擬通過室內試驗，研究分析其內在的作用機理。

1 原材料

集料產地：紫金臨江芙蓉石場，巖性為輝綠巖；集料分級規格為：11～22mm、6～11mm、3～6mm。集料的基本性能見表1。

表1 集料的基本性能

各檔料的篩分結果見表2。

表2 各檔料的篩分結果

2 試驗方法及試驗設計

試驗采用改進型礦質集料承載比實驗方法(CBR)，根據試驗研究，試件成型采用三裝一壓的方式。由于原材料為輝綠巖，所以成型壓力采用15kN[4-5]。具體的試驗設計思路是通過拉網式試驗，摸查三種檔料不同摻配比例工況下的CBR變化規律：

(1)按3因素4水平正交設計試驗，開展16組試驗，粗略摸查三種檔料不同摻配比例工況下的CBR變化規律及CBRmax存在的可能范圍。

(2)在上述基礎上加密，按3因素4水平進行正交設計試驗；再開展16組試驗，期望能進一步摸查三種檔料不同摻配比例工況下的CBR變化規律及CBRmax的存在范圍。

(3)按CBR-V進行三檔料摻配試驗并找出CBRmax。目的是與正交試驗結果互相比對，驗證是否通過CBR-V法所獲取的CBRmax就是三檔料摻配后所能達到的最大值。

(4)對以上試驗所獲取的CBRmax可能存在范圍內的摻配比例進行重新驗證試驗，驗證試驗的正確性。

3 正交試驗及結果分析

首先開展L16(43)試驗。其中3為因數即三檔料10～20mm、5～10mm和3～5mm；4為試驗水平，表3按10～20mm摻配量為20%、40%、60%和80%，5～10mm對應的為80%、60%、40%和20%，3～5mm對應的為5%、10%、15%和20%。然后按三檔料摻配后的和為100%進行處理，得到不同摻配比例的十六組摻配比例。然后進行CBR試驗，測定CBR5.0，試驗結果見表3。

表3 L16(43)摻配試驗及結果

表3是按CBR5.0降序排列的。表3表明，CBR5.0大于60的摻配比例，10～20mm的摻配量在55%～73%；5～10mm的摻配比例相對10～20mm的要小很多，在17%～38%范圍內；而3～5mm摻配比例的規律不是很明顯?？梢妼τ谝呀洿_定的一組檔料來講，檔料粒徑最大的檔料，對CBRmax影響最大，粒徑次一級的，影響也次一級。

加密試驗水平，再開展一組L16(43)試驗。改變試驗水平，10～20mm摻配量按30%、50%、70%和90%，5～10mm對應的為90%、70%、50%和30%，3～5mm不變。然后按三檔料摻配后的和為100%進行處理，得到不同摻配比例的十六組摻配比例。然后進行CBR試驗，測定CBR5.0，試驗結果見表4。

表4 L16(43)摻配試驗及結果

表4是按CBR5.0降序排列的。表4表明，規律與表3相同，但具體數值變化較大。CBR由原來的最大65，跳到了最大70； 10～20mm的摻配量由原來的55%～73%，跳到了58%～82%；5～10mm的摻配比例對于表3下降了，由原來17%～38%下降到9%～27%范圍內；而3～5mm摻配比例的規律性仍然不是很明顯。

綜合分析表3和表4的試驗結果，CBRmax應存在于10～20mm摻配量在55%～82%之間，取其中間值大概在68.5%附近；5～10mm摻配量在9%～38%之間，同樣取中間值為23.5%，可能會在23.5%附近出現；3～5mm的摻配量不好確定，但按照100%總量推算，約在8%附近，估計可能不超過8%。

表3和表4顯示，最大的CBR5.0為70，那么是否CBRmax等于70呢？不好說。因為兩個試驗加起來摻配料的間隔在10%左右，雖然有一定的涵蓋性，但也是所有可分比例中的“九牛一毛”，不足以窺全豹。因此只能說可能是70，或者已經逼近CBRmax了。同時從組成比例來看，形成抗剪強度的主要是最大一檔料10～20mm，其次是5～10mm，再其次是3～5mm。

4 CBR-V法骨架嵌擠試驗及分析

4.1 一級摻配

10～20mm與5～10mm不同摻配比例時CBR5.0的試驗結果見表5和圖1所示。

表5 10～20mm與5～10mm不同摻配比例時CBR5.0試驗結果

圖1 10～20mm與5～10mm不同摻配比例時CBR5.0試驗結果

分析表5和圖1，可知10～20mm檔料與檔料5～10mm不同摻配比例時，CBR5.0試驗結果有兩個凸起的卡點。卡點1在檔料10～20mm摻量為65%處，在檔料5～10mm摻量為35%處，記作卡點(65/35)；卡點2在檔料10～20mm摻量的35%處，在檔料5～10mm摻量的65%處，記作卡點(35/65)；卡點1的CBR5.0為71，卡點2的CBR5.0為55.2。按照CBR5.0越大骨架最強的理念，若要所設計的混合料骨架最強，則本案例應只選取CBR5.0=71所對應的摻配比例，但作為研究，為擴大研究范圍，了解其內在的規律和事實，本次試驗將卡點2也納入了選取范圍，從另一個方面證明上一級CBR的較大值，其對應比例的合檔料與次一級檔料摻配后仍是較大值，具有傳遞性。

4.2 二級摻配

4.2.1 (65/35)二級摻配

由表6和圖2可知，卡點(65/35)獲取的CBRmax為75.3，對應的各檔料的比例由表7知為10～20mm：5～10mm：3～5mm=62%：34%：4%。

表6 5～20mm與3～5mm不同摻配比例時CBR5.0試驗結果

表7 表6三檔料表示的CBR5.0試驗結果

圖2 5～20mm與3～5mm不同摻配比例時CBR5.0試驗結果

4.2.2 (35/65)二級摻配

由表8和圖3可知，卡點(35/65)獲取的CBRmax為63.2，對應的各檔料的比例由表9知為10～20mm：5～10mm：3～5mm=32%：59%：10%。通過試驗，分析卡點(65/35)和卡點(35/65)獲取的不同CBRmax，兩者之間差別是比較大的。一級摻配時卡點1和卡點2間的CBR分別為71和55.2，差值為15.8，相差約22.3%；二級摻配后卡點1和卡點2間的最大CBR分別為75.3和63.2，差值為11.8，相差約16%，差值有所減小，但差值仍然比較大。這說明CBRmax確實具有傳遞性，CBR-V法選取每級CBRmax作為衡量礦質集料骨架強度思路是正確的。

表8 5～20mm與3～5mm不同摻配比例時CBR5.0試驗結果

表9 表8三檔料表示的CBR5.0試驗結果

圖3 5～20mm與3～5mm不同摻配比例時CBR5.0試驗結果

合并表7和表9，結果見表10。

表10 合并表7和表9的結果

由表10可知，通過CBR-V法獲取得CBRmax為75.3，相比正交試驗設計方法獲取得70有一定的提高，雖然無法肯定地說75.3就是最大值CBRmax，但可以推斷，通過CBR-V法獲取的最大值更接近CBRmax，并可以代表CBRmax，進而可以認為就是CBRmax。

5 正交設計與 CBR-V法試驗結果對比分析

將正交設計試驗結果CBR5.0大于60以上的值和CBR-V法設計試驗結果CBR5.0大于60以上的值合并整理并排序，成果見表11。從表11可知，排名前三位的均為CBR-V法所獲取的，其CBR5.0分別為75.3、73.6和73.4，分別大于正交試驗設計獲取的最大值70的7.6%、5.1%和4.9%，這說明通過CBR-V法獲取CBRmax相比正交試驗設計來講，效率更高，工作量更小，最主要的是能找到可能最接近CBRmax的值?？梢娫讷@取CBRmax時，CBR-V有不可替代的優勢。

表11 正交設計試驗和CBR-V法所獲取的CBR5.0大于60的值

6 結語

通過正交試驗設計進行的32組試驗和CBR-V法試驗及分析，可得出如下結論：

(1)通過32組正交試驗，獲取的CBRmax相比CBR-V法獲取的CBRmax小7.6%，說明通過CBR-V法獲取的CBR值更接近CBRmax。

(2)通過CBR-V法獲取CBRmax，工作量更小、效率更高。

(3)通過CBR-V法獲取CBRmax是可行的。

(4)CBR-V法采用的強度傳遞理念是正確的。

(5)通過CBR-V獲取的CBRmax具有客觀唯一性的特點。