水泥穩(wěn)定碎石混合料用砂巖集料敏感性物理指標(biāo)研究

李 林

（山西省長治市平順縣交通運(yùn)輸局，山西 長治 047400）

水泥穩(wěn)定碎石采用水泥及集料以一定比例拌和而成，大量研究人員對集料的原材料質(zhì)量和組成級配、配合比設(shè)計方法、混合料強(qiáng)度等方面進(jìn)行了相應(yīng)研究，而對原材料物理指標(biāo)對混合料性能的影響研究較少[1-5]?！豆仿访婊鶎邮┕ぜ夹g(shù)細(xì)則》（JTG/T F20—2015）[6]中規(guī)定了集料的部分控制標(biāo)準(zhǔn)，但具體要求對混合料的性能提升效果及各集料指標(biāo)對混合料的影響程度尚不明確。在重慶、四川等地分布較大面積的砂巖，大部分性能可以滿足細(xì)則要求，但部分巖石的壓碎值不能滿足細(xì)則特重交通壓碎值不大于22%的技術(shù)要求，進(jìn)而造成部分高速公路沿線集料供應(yīng)不足，導(dǎo)致遠(yuǎn)距離調(diào)用集料的尷尬局面，提高了工程造價，也對工程按時通車造成了一定的影響。

紀(jì)倫[7]等人測定了不同針片狀顆粒含量的瀝青混合料結(jié)構(gòu)參數(shù)和體積指標(biāo)，采用Pearson相關(guān)性檢驗計算了針片比和主軸偏角與針片狀含量的相關(guān)系數(shù)。陳柯[8]等人采用灰色關(guān)聯(lián)理論方法分析了振動攪拌水泥穩(wěn)定碎石混合料不同設(shè)計參數(shù)對混合料力學(xué)性能影響的大小程度。本文對當(dāng)?shù)啬掣咚俟费鼐€的砂巖、石灰?guī)r取樣試驗，對該集料的性能指標(biāo)與水穩(wěn)混合料的性能指標(biāo)建立相關(guān)關(guān)系。采用Pearson相關(guān)系數(shù)法及灰色關(guān)聯(lián)分析法分析各指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系。推導(dǎo)出集料的關(guān)鍵控制指標(biāo)。

1 相關(guān)關(guān)系評價方法

本文采用Pearson相關(guān)系數(shù)法及灰色關(guān)聯(lián)分析法，對集料物理指標(biāo)之間、集料物理指標(biāo)與混合料指標(biāo)之間建立相關(guān)關(guān)系。Pearson相關(guān)系數(shù)法[9]采用兩組數(shù)據(jù)，分析兩組數(shù)據(jù)是否符合良好的線性關(guān)系，得出線性相關(guān)系數(shù)，線性關(guān)系高，相關(guān)系數(shù)值高，如不存在相關(guān)性或相關(guān)性低時，該方法用于評價效果不佳。灰色關(guān)聯(lián)分析法[10]用于分析兩個因素變化的趨勢趨于一致性的程度，如兩個因素相似或相異變化程度同步時，兩個因素的相關(guān)性高，它既可以反映線性關(guān)聯(lián)程度，也可以是非線性關(guān)聯(lián)程度。

2 集料物理力學(xué)測試結(jié)果及分析

本文對某高速公路沿線的1種石灰?guī)r、5種砂巖取樣試驗，分別開展了集料的密度、強(qiáng)度、耐久性試驗，試驗測試指標(biāo)及試驗結(jié)果見表1。

表1 不同集料試驗結(jié)果

通過分析，為研究集料各指標(biāo)間的內(nèi)在相關(guān)關(guān)系，對各指標(biāo)進(jìn)行了Pearson相關(guān)系數(shù)法分析，發(fā)現(xiàn)各指標(biāo)間的相關(guān)性并不具有線性相關(guān)，運(yùn)用Pearson相關(guān)系數(shù)法將變得無能為力。本文采用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法，以相關(guān)性0.9以上為強(qiáng)相關(guān)性控制標(biāo)準(zhǔn)[11-13],分析集料物理指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系。計算結(jié)果見表2。表2中不小于0.9的數(shù)據(jù)為加粗表示。

表2 各指標(biāo)間相關(guān)性分析

由表1、表2可知：

a）與飽水抗壓強(qiáng)度、堅固性試驗后飽水抗壓強(qiáng)度、壓碎值、針片狀顆粒含量相關(guān)性高的指標(biāo)有毛體積密度、表觀密度，當(dāng)集料密度提高，集料內(nèi)部的閉口孔隙、開口孔隙相對減小，集料內(nèi)部的缺陷減小，表現(xiàn)為集料的強(qiáng)度性指標(biāo)提高。因此，為提升水泥穩(wěn)定碎石混合料的抗壓強(qiáng)度，減少混合料內(nèi)部缺陷數(shù)量，水穩(wěn)原材料選擇過程中，應(yīng)選用密度相對較大的集料。

b）未開展集料堅固性試驗前，軟石含量對壓碎值影響較為明顯，開展堅固性試驗后壓碎值與軟石含量的相關(guān)性明顯上升，主要表現(xiàn)為堅固性試驗用CaSO4浸入軟石裂隙中，產(chǎn)生軟石崩解微裂縫，導(dǎo)致集料壓碎值上升明顯。所以，為提升集料的抗鹽侵蝕凍脹性能，需嚴(yán)格控制集料的軟石含量。

c）針片狀顆粒含量與飽水抗壓強(qiáng)度、堅固性試驗后飽水抗壓強(qiáng)度、壓碎值強(qiáng)度指標(biāo)相關(guān)性最高，過高的針片狀含量，會明顯影響集料的強(qiáng)度指標(biāo)，為提升成品集料的強(qiáng)度，必須控制針片狀顆粒含量。

3 集料物理力學(xué)指標(biāo)測試結(jié)果與混合料性能分析

3.1 水泥及水穩(wěn)混合料級配

本文選用32.5級普硅水泥，測試結(jié)果見表3。集料設(shè)計級配見表4。集料采用1種石灰?guī)r、5種砂巖，水泥設(shè)計劑量為4.5%.

表3 水泥原材料試驗結(jié)果

表4 水穩(wěn)碎石合成級配表

3.2 水泥穩(wěn)定碎石混合料性能與集料原材料性能的關(guān)聯(lián)性分析

本文對水泥穩(wěn)定碎石混合料進(jìn)行了強(qiáng)度指標(biāo)、模量指標(biāo)測試，測試指標(biāo)及試驗結(jié)果見表5。

表5 不同集料試驗結(jié)果

采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法對水穩(wěn)混合料性能與集料原材料指標(biāo)建立相關(guān)關(guān)系，分別測定它們之間的相關(guān)度，測定結(jié)果見表6?？捎糜谟袀?cè)重地指導(dǎo)水穩(wěn)混合料的設(shè)計。

表6 水泥穩(wěn)定碎石混合料性能與原材料性能的相關(guān)性

從表6、表7可知：

表7 水泥穩(wěn)定碎石混合料性能與原材料性能的相關(guān)性優(yōu)選

a）依據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理，從總體來看，影響水穩(wěn)混合料性能的原材料指標(biāo)主要排序為（從強(qiáng)到弱）：毛體積密度、針片狀顆粒含量、表觀密度、飽水抗壓強(qiáng)度、堅固性試驗后飽水抗壓強(qiáng)度、壓碎值。

b）對無側(cè)限抗壓強(qiáng)度來看，集料影響因素與總體趨勢基本相同；從劈裂強(qiáng)度或回彈模量來看，集料針片狀、壓碎值指標(biāo)對其影響相對更為敏感，水穩(wěn)混合料側(cè)重提高劈裂強(qiáng)度或回彈模量時，應(yīng)提高集料針片狀、壓碎值指標(biāo)的具體要求；從彎拉強(qiáng)度來看，集料飽水抗壓強(qiáng)度、針片狀顆粒含量對其影響相對更為敏感，水穩(wěn)混合料側(cè)重提高彎拉強(qiáng)度時，應(yīng)提高集料飽水抗壓強(qiáng)度、針片狀顆粒含量指標(biāo)的具體要求。

4 結(jié)語

a）為提升水泥穩(wěn)定碎石原材料的強(qiáng)度、耐久性時，對于砂巖，應(yīng)選擇毛體積密度、表觀密度相對高的集料，同時在集料加工時，進(jìn)一步控制集料的針片狀含量。高密度集料開口孔隙和閉口孔隙均較少，可大幅度減少集料在受力時，各種空隙缺陷引起的應(yīng)力集中破壞。

b）針片狀顆粒含量是集料加工控制性指標(biāo)，對集料的強(qiáng)度指標(biāo)影響嚴(yán)重，必須在集料生產(chǎn)過程中提高針片狀顆粒含量的控制水平。

c）從總體來看，影響水穩(wěn)混合料性能的原材料控制指標(biāo)（相關(guān)度大于0.9）為：毛體積密度＞針片狀顆粒含量＞表觀密度＞飽水抗壓強(qiáng)度＞堅固性試驗后飽水抗壓強(qiáng)度＞壓碎值。

d）水穩(wěn)混合料設(shè)計時，側(cè)重提高劈裂強(qiáng)度或回彈模量時，應(yīng)提高砂巖集料針片狀、壓碎值指標(biāo)的具體要求；側(cè)重提高水穩(wěn)混合料彎拉強(qiáng)度時，應(yīng)提高砂巖集料飽水抗壓強(qiáng)度、針片狀顆粒含量指標(biāo)的具體要求。