公路用粗集料压碎值、洛杉矶磨耗损失和冲击值之间相关性试验研究

徐明波，刘 兵

（1.东南大学交通学院，江苏 南京210096；2.安徽省公路工程检测中心，安徽 合肥230051）

0 引言

粗集料是公路桥涵、隧道、路面工程中必不可少的主要材料之一，其用量占沥青混合料、水泥混凝土混合料、水稳混合料总重的90%左右，在公路工程中用量巨大。根据我国现行的《公路桥涵施工技术规范》[1]、《公路沥青路面施工技术规范》[2]等要求，为保证和控制粗集料的质量，必须进行粗集料的物理性能、化学性能及力学性能相关试验，达到标准规范相应质量要求后方可用于工程施工。粗集料力学性能指标主要有压碎值、洛杉矶磨耗损失和冲击值。压碎值是衡量石料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，是衡量石料力学性质的指标。洛杉矶磨耗损失是衡量粗集料抵抗撞击、摩擦的能力；冲击值反映石料抵抗冲击荷载的能力，该值越小，表明集料的抗冲击性能越好[3]，由于这三者均是反映粗集料的抗破碎能力，笔者认为这三项指标之间可能存在某些内在联系和相关性。若存在一定相关性，并通过大量试验找出这种相关关系，从而只需检测其中一个指标，即可通过换算公式得出另外两个指标结果，这将大大减少试验人员工作量，节约时间，提高工作效率，同时可减少试验设备投入；此外，将大大节约开展建设工程粗集料质量调查的费用和时间，快速得出调查结论，从而可准确选用质量合格且各质量指标满足工程建设要求的最优粗集料。目前，关于粗集料的试验方法、质量标准等研究较多[4-6]，而对粗集料的压碎值、洛杉矶磨耗损失和冲击值三者之间相关性的研究较少。鉴于此，笔者按《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）中的试验方法，对安徽省公路用粗集料进行了大量的粗集料压碎值、洛杉矶磨耗和冲击值试验，旨在找出压碎值、洛杉矶磨耗损失和冲击值三者之间相关性和换算公式，以方便试验人员在设备等条件受限情况下，通过任一指标的试验结果可间接地得出其他两个指标结果，以满足不同情况下的工程建设需要。

1 试验方法简述

粗集料压碎值试验是取烘干质量为m0的9.5mm～13.2mm 碎石分3 次均匀装于压碎值仪后，每层用振捣棒均匀捣实25 次，整平表面，然后放于压力机上以10min 左右的时间达到总荷载400kN，稳压5s后卸荷，将压后的粗集料样品筛除并称量通过2.36mm 筛孔的碎石质量m1，m1除以m0得到的结果即为该样品的压碎值。

粗集料洛杉矶磨耗试验（C级）是在标准条件下，将烘干的4.75mm～9.5mm、 9.5mm～16mm 粒级各2500g±10g 置于洛杉矶磨耗试验机中，用8 个直径约为46.8mm、总质量为3320g±20g 的钢球以30r/min～33r/min 的速度回转500 次，将磨耗后的试样过1.7mm筛，损失的质量占原质量的百分比即为该样品的洛杉矶磨耗损失（C级，选C级是因该试验采用与压碎值和冲击值同一样品，且该粒级范围为公路工程常用）。

粗集料抗冲击值试验是将一定质量m0的9.5mm～13.2mm粒级的烘干粗集料分3次均匀装入冲击杯中，用13.75kg±0.05kg 的冲击锤，以380mm±5mm的高度自由落下锤击15次，每次锤击间隔不少于1s，将冲击后粗集料试样进行筛分，称量通过2.36mm 筛孔的筛下粗集料质量m1，m1除以m0得到的结果即为该样品的冲击值。

2 试验研究结果

笔者对安徽省境内较有代表性的产地且全省公路工程建设中常用的玄武岩、花岗岩和石灰岩材质的粗集料料源进行了取样，并对每个样品分别进行了压碎值、冲击值和洛杉矶磨耗试验，试验结果汇总见表1。

表1 安徽省不同产地粗集料的压碎值、冲击值和洛杉矶磨耗损失的试验结果

表1（续）

依据以上检测数据，分别采用线性、指数函数、乘幂函数和多项式函数进行回归分析，可得出以下全样本的压碎值与冲击值、压碎值与洛杉矶磨耗损失和冲击值与洛杉矶磨耗损失的两者之间的关系图、回归公式和相关系数，如图1～图12所示。

图1 压碎值与冲击值线性回归关系图

图2 压碎值与冲击值指数函数回归关系图

图3 压碎值与冲击值多项式函数回归关系图

图5 压碎值与洛杉矶磨耗损失线性回归关系图

图6 压碎值与洛杉矶磨耗损失指数函数回归关系图

图7 压碎值与洛杉矶磨耗损失多项式函数回归关系图

图8 压碎值与洛杉矶磨耗损失乘幂函数回归关系图

图9 冲击值与洛杉矶磨耗损失线性回归关系图

图10 冲击值与洛杉矶磨耗损失指数函数回归关系图

图11 冲击值与洛杉矶磨耗损失多项式函数回归关系图

图12 冲击值与洛杉矶磨耗损失乘幂函数回归关系图

由表1 和图1～图12 可知，压碎值、冲击值和洛杉矶磨耗损失三者之间的各类型函数回归关系式、相关系数及相关系数检验结果如下（见表2～表4）。

表2 压碎值与冲击值的各类型函数回归关系式

表3 压碎值与洛杉矶磨耗损失的各类型函数回归关系式

表4 冲击值与洛杉矶磨耗损失的各类型函数回归关系式

3 结论

（1）通过表2～表4中各类型函数回归关系式相关系数值的大小和相关系数检验结果可知：公路用粗集料的压碎值、冲击值和洛杉矶磨耗损失三者之间均存在明显的相关关系，进一步比较相关系数的大小可知，压碎值与冲击值、压碎值与洛杉矶磨耗损失、冲击值与洛杉矶磨耗损失之间相关关系对函数类型不敏感，不同函数类型的相关系数值差值较小，按相关系数最大的原则来确定函数类型和相关关系式，则压碎值与冲击值选用乘幂函数， 回归公式为y=1.0504x0.9779，R2=0.9164；压碎值与洛杉矶磨耗损失选用多项式函数，回归公式为y=-0.0248x2+1.7248x-2.9988，R2=0.8733；冲击值与洛杉矶磨耗损失选用多项式函数，回归公式为y=-0.0347x2+2.0608x-5.3236，R2=0.8848。

（2）利用上述回归关系式，试验人员只需完成其中一个参数试验，可立即得出另外两个参数的试验结果，不需再一一进行试验，大大减少了试验人员工作量，节省了人力、物力和时间，尤其在开展大规模粗集料质量指标普查和料源选择时更能显现出其优越性、便利性。

（3）通过上述试验研究发现安徽产公路用粗集料的压碎值、冲击值和磨耗值三者之间的相关系数R值达0.93以上，相关性较好，也进一步验证了同为反映粗集料抵抗外力作用能力的三者之间存在相关性和一定的内在联系。

（4）通过上述试验研究，也为今后标准及规范减少或合并粗集料试验项目及质量指标进行了有益探索并积累了一些基础数据。

（5）本文压碎值试验结果是采用文献[3]的试验方法得到的，如采用文献[7]和文献[8]中的压碎值试验方法，则同一样品的试验结果与本文结果之间将存在差异[6]。本文的研究范围仅限于安徽省，试验样本数还不够大、岩石产地和材质种类不够全，还需进一步深入和完善。

[1] JTG/T F50—2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[2] JTG F40—2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[3] JTG E42—2005，公路工程集料试验规程[S].

[4] 张辉，张玉斌.安徽省沥青面层粗集料技术标准研究[J].公路交通科技：应用技术版，2011（12）：177-180.

[5] 朱波.粗集料力学性能试验方法研究[M].南京：东南大学，2O04.

[6] 李林，储修华.公路工程集料力学性质综合分析[J].工程与建设，2010，24（5）：644～645.

[7] GB/T 14685—2011，建设用卵石、碎石[S].

[8] JTJ 058—2000，公路工程集料试验规程[S].