水泥穩定碎石基層細集料(0.075 mm)含量快速測定方法研究

賀曉錦

(甘肅長達路業有限責任公司，蘭州 730000)

渭武高速公路是蘭州至海口國家高速公路(G75)的重要組成路段[1]，主要承擔新疆、青海、內蒙古、寧夏、甘肅、四川、重慶、貴州、廣西等地跨省區的旅游出行和物資流通任務，是國家高速公路網在甘肅南部地區的唯一縱線，是甘肅中南部經濟帶的公路運輸大動脈，在全省高速公路網中具有特殊的地位和作用.

甘肅高等級公路主要是以瀝青柔性面層+水泥穩定碎石半剛性基層路面結構為主[2].渭武高速路面工程采用4 cm SUP-13上面層+6 cm SUP-20中面層+8 cm ATB-25下面層+35 cm水泥穩定碎石基層+20 cm水泥穩定碎石底基層結構[3].項目建設初期就確定了爭創“魯班獎[4]”的建設目標，建設過程中綜合考慮項目建設全壽命周期的要求[5]，不僅要保證瀝青路面的耐久性[6]，還要降低瀝青路面的維修率.但是半剛性基層材料會隨著溫度和濕度的變化易產生干縮和溫縮裂縫[7]，進而形成反射裂縫，影響路面使用性能，降低路面的耐久性[8]，所以對于水泥穩定碎石(底)基層反射裂縫的防治研究十分必要[9].

影響水穩(底)基層產生裂縫的因素有很多[10]，其中集料中粉塵含量高是一個重要的影響原因[11].因此高速公路建設管理單位和參建單位對半剛性基層集料中粉塵含量控制高度重視，我國行業規范對其指標進行了相關的要求，同時甘肅省也有地方規范對其指標提出了更高的要求.渭武高速公路建設過程中為了進一步加強質量管理，項目建設單位通過嚴格控制細集料0.075 mm含量實現粉塵含量控制，做到細集料每車一檢[12].由于細集料0.075 mm含量檢測方法較為復雜，耗費時間長、試驗檢測效率低，雖然渭武高速公路建設過程中對集料0.075 mm含量做到了嚴格控制，但是影響了項目施工進度.因此，有必要研究細集料0.075 mm含量快速測定方法，在保證項目對集料檢測頻率要求的前提下，同時保證項目施工進度.

1 試驗

1.1 試驗目的

在滿足國家相關試驗標準及規范要求的基礎上[13]，針對項目建設單位提出的加大細集料檢測頻率的要求尋求一種細集料快速檢測方法[14]，解決現場進度管理要求與水泥穩定碎石基層材料中集料粉塵含量檢測繁瑣、耗時長之間的矛盾，實現公路工程瀝青路面施工質量精細化管理要求.

1.2 試驗原材料

為了保證試驗的工程應用可行性，本次試驗所用集料來自渭武高速公路隴南段建設項目各施工標段，各標段碎石采購廠均按照建設單位管理要求采取三級破碎工藝[15]，并現場考察確認.基層級配和各項技術指標如表1～2所列.各項技術指標測定方法參照相關規范[16-17].

由表1和表2可知，本次試驗所采用的各石料廠的碎石質量較好，級配差異不是特別大且合成級配均能滿足規范要求.

表1 各碎石場碎石骨料基層應用級配表

表2 各碎石場碎石骨料基層應用的各項技術指標

1.3 試驗方法

將取好的樣品按四分法四分后烘干，稱取500 g試樣，在搖篩機上搖篩10 min，然后按規范[16]中水洗法和干篩法分別進行試驗.具體如下.

1.3.1 水洗法

水洗篩分按照如下步驟進行：

1)采用四分法縮分每份集料試樣約1.0 kg，置于(105±5)℃烘箱中烘干，冷卻至室溫后稱取約500 g試樣M1；

2)將所取試樣置于筒中，并注入潔凈的水，使水面高出砂面約200 mm，充分拌合均勻后浸泡24 h；

3)然后攪拌并將渾濁液倒入底部為0.075 mm，上部為2.36 mm的套篩上，過濾小于0.075 mm的顆粒(如圖1所示)，重復上述步驟，一直到洗出的水變清；

圖1 水洗法過篩

4)將套篩上每個篩子上的集料全部裝入淺盤，放置于溫度(105±5)℃的烘箱中烘干至恒重，冷卻至室溫，記為M2；

5)按照公式進行計算：

(1)

式中：Qn為0.075 mm通過率；M1為試樣的總質量；M2為剩余的總質量.

1.3.2 干篩法

干篩法按照如下步驟進行:

1)采用四分法縮分每份集料試樣約1.0 kg，置于(105±5)℃烘箱中烘干，冷卻至室溫后稱取約500 g試樣M3；

2)將試樣倒入底部為0.075 mm，上部為2.36 mm的套篩上(如圖2所示)，在搖篩機上搖篩10 min；

圖2 干篩法過篩

3)將套篩上每個篩子上的集料全部裝入淺盤(如圖3所示)，放置于溫度(105±5)℃的烘箱中烘干至恒重，待冷卻至室溫，記為M4；

圖3 篩分試驗結果

4)按照公式進行計算：

(2)

式中：Qn為0.075 mm通過率；M3為試樣的總質量；M4為剩余的總質量.

2 試驗結果與分析

2.1 各石料廠0～2.36 mm碎石0.075 mm含量水洗法和干篩法差異分析

根據上述試驗方法對各石料廠0～2.36 mm粒徑集料分別進行多次水洗和篩分試驗，排除一些極端化的數據后結果如圖4所示.

圖4 (0.075 mm含量)水洗法和干篩法差異

圖4表明在集料生產料源相同的情況下，水洗法和干篩法的數據存在偏差，同時通過不同料廠水洗法和干篩法的結果可得，雖然水洗法和干篩法得到的數據存在偏差，但是這種偏差存在一定的數量關系.

2.2 各石料廠0～2.36 mm碎石0.075 mm含量水洗法和干篩法變化規律分析

對于同一批集料，各種觀點均認為水洗法的試驗結果更貼近實際數值[18].干篩法由于其篩分的不徹底，不能夠將0.075 mm以下的顆粒與集料徹底分離，從而導致試驗誤差，而且在試驗結果方面，干篩法試驗結果均小于實際值.那么在保證其它因素統一的情況下，通過一定量的試驗總結出干篩法和水洗法試驗結果誤差，進而通過試驗總結得到兩者之間具體的數量相關關系.

分別對各石料廠0～2.36 mm粒徑集料的水洗和干篩法數據進行匯總擬合，分別得到如下規律，如表3所列：

表3 各碎石場碎石骨料水洗法和干篩法的關系

式中：Y為水洗后細集料中小于0.075 mm顆粒含量；X為干篩后細集料中小于0.075 mm顆粒含量；3.2%、3.1%、1.8%分別為相應標段水洗法與干篩法差值平均值.

3 實施驗證

針對前期確定的水洗法和干篩法的關系公式，在后期實施過程中再次進行驗證和對比，結果均滿足，誤差在1%～3%，所以證明其可以作為控制細集料0.075 mm通過率的一種方法.在實際工程中仍應按照國家和地方標準的進行相關頻率試驗檢測為主，然后以本文所述快速檢測方案進行大量檢測從而確定水洗法和干篩法的試驗誤差，進而形成關系公式，通過干篩結果快速判斷集料0.075 mm通過率，進而確定集料是否合格.便于后期在滿足相關試驗頻率之外的試驗檢測工作，以達到項目管理者在工程項目管理中的更高要求，為原材料的質量監管增加一份保證，進而提高施工質量的同時保證項目進度.

為保證試驗結果的準確性，在實施此方法時應注意保證料源和破碎工藝的穩定[19]，因為料源的變化可能會導致水洗法和干篩法相關關系公式的不再適用，同時在實施過程中應不定期對干篩試驗結果進行驗證和校核，確保料源的穩定以及公式的有效性.

4 結論

本研究通過多集料篩分方法實驗對比分析、數據分析，確定了一種簡單、快速的集料檢測方法，顯著提高了集料中0.075 mm粒徑含量檢測效率，在滿足項目檢測要求的同時保證檢測精度和施工進度.通過本項目的研究，主要得到以下研究結論：

1)干篩法由于篩分不徹底，不能將0.075 mm以下的顆粒與集料徹底分離，與水洗法檢測結果存在差異，導致檢測結果不準確.

2)通過大量試驗數據分析，干篩法和水洗法試驗結果存在一定規律關系，本研究通過兩者間的相關關系，通過干篩法實現集料0.075 mm粒徑含量快速檢測.

3)本試驗所采用的碎石質量較好，級配差異較小.因此，在實施此方法時應注意保證料源和破碎工藝的穩定，同時不定期對干篩試驗結果進行驗證和校核，確保料源的穩定以及公式的有效性.