CBR-V法在水泥稳定级配碎石配合比设计中的应用研究

罗立峰

(华南理工大学广州学院,广州 516139)

0 引言

现行矿质混合料的配合比设计中，涉及到的仅为筛分试验结果，也就是只考虑了矿料的粒径分布情况，但其他各项性状均未考虑。一般来说，评价矿料的性状指标可分为三大类：第一类是物理指标、力学指标，包括强度、磨光值、磨耗率、酸碱性、密度、吸水率等；第二类是体积指标，包括几何形状(如针片状颗粒含量、棱角性、破碎面等)；第三类是工程指标，包括软石含量、粉尘含量、含泥量等[1]。

在SHRP-A-408Level One Mix Design: Materials Selection, Compaction, and Conditioning中,对混合料组成中的各集料特性以及混合料体积参数重要性评估打分，见表1。

这些指标的大小以及对混合料的性能产生影响，都是级配设计要考虑的。可是目前的级配设计过程中除粒径大小以外，其它性状均未考虑[2-5]。

由于目前的矿料级配设计方法没有在设计过程中考虑矿料的性状，所以只能通过完成配比后进行试验验证，相对来讲比较被动，可以说目前的矿料级配设计方法均为验证法。如何才能变被动为主动呢？笔者针对此缺陷，提出了CBR-V法[6]，避开了级配设计，直接通过可以反映矿料物理、工程和体积指标的CBR-V法，进行矿料级配设计。本文利用CBR-V法进行某高速公路基层的配合比设计，取得了较好的效果。

表1 SHRP对混合料性能影响因素评估结果

1 利用CBR-V法进行基层配合比设计的基本原理[6]

分级求取D、C、B三档料的级配比例。骨架分界筛孔定义为最后一档料的公称最大粒径,如最后一档料为0～5mm，则其分界限为4.75mm；若最后一档料为0～3mm，则其分界限为2.36mm。

(1)一级掺配。一级掺配属单档料掺配，只需分别通过CBR试验，求取对应的CBR值。分别记作CBR(D)1、CBR(C)1、CBR(B)1；对应的量分别记作d11、C11、b11。

(2)二级掺配。二级掺配为D和C两档料之间的掺配。两档料所对应的量满足式(1)关系：

d2j+C2j=100

(1)

根据经验或参考规范级配范围，选取不少于5个比例：d21、d22、……d2n和C21、C22、……C2n，一一对应分别进行掺配，通过CBR试验求取CBR(DC)21、CBR(DC)22、……CBR(DC)2n。之后，利用统计软件进行统计分析，并求出CBR(DC)2max，其对应的配比即为D和C两档料最佳掺配比例。掺配完成的料定义为(DC)，成为新的一档料。

(3)三级掺配。三级掺配是将二级掺配后获取的新的一档料(DC)和更细的B档料进行掺配。两档料所对应的量满足式(2)关系：

(dc)3j+b3j=100

(2)

根据经验或参考规范级配范围范，选取不少于5个比例：(dc)31、(dc)32、……(dc)3n和b31、b32、……b3n，一一对应分别进行掺配，通过CBR(%)试验求取CBR(DCB)31、CBR(DCB)32、……CBR(DCB)3n。之后，利用统计软件进行统计分析，并求出CBR(DCB)3max，其对应的配比即为(DC)和B两档料最佳掺配比例。掺配完成的料定义为(DCB)，成为新的一档料。若剩余的料超过一档以上，则以此类推。此时D、C、B三档料的组份满足式(3)要求。

d3+C3+b3=100%

(3)

d3,C3,b3三档料掺配后的合成平均毛体积密度γsb,dcb按式(4)计算：

(4)

式中：

γsb,d——d档料的毛体积密度(g/cm3)；

γsb,c——c档料的毛体积密度(g/cm3)；

γsb,b——b档料的毛体积密度(g/cm3)；

(4)采用《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中的T0309-2005粗集料堆积密度及孔隙率试验[7]，求取(DCB)集料的间隙率VCADRC。

(5)

式中：VCADRC——(DCB)粗集料骨架的捣实间隙率，%；

γsb,dcb——(DCB)粗集料骨架的毛体积相对密度；

γs,dcb——(DCB)粗集料骨架的捣实毛体积相对密度。

(5)采用《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中的T0331-1994细集料堆积密度及紧装密度试验，求取A档料的紧装堆积密度γsc,a。

(6)四级掺配。四级掺配是将三级掺配后获取的新的一档料(DCB)和A档料进行掺配。两档料所对应的量满足式(6)、式(7)关系：

(dcb)4+a4=100

(6)

(dcb)4=(100-a4)

(7)

通过试验测出d3,c3,b3三档料掺配后间隙率VCADRC(%)，a4的堆积体积Va4=VCADRC

(8)

则：

(9)

2 传统级配设计方法与CBR-V法进行广东某高速公路水稳基层设计对比及分析

2.1 原材料

(1)粗集料：其规格为4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～31.5mm。

(2)细集料：规格为0～4.75mm。

(3)水：拌合用水采用饮用水。

(4)水泥：采用惠州塔牌水泥有限公司生产的P.O42.5(缓凝型)水泥。

以上原材料的各项指标及检验结果见表2和表3。

表2 粗集料检测指标及结果

表3 细集料检测指标及结果

注：细集料规格为0～4.75mm。

2.2 级配设计

广东某高速公路基层级配设计对比及级配曲线对比见表4和图1。

表4 广东某高速公路基层级配设计对比

图1 广东某高速公路基层级配设计级配曲线对比

2.3 不同水泥剂量下不同压实条件的无侧限抗压强度

不同水泥剂量下不同压实条件的无侧限抗压强度值见表5。

表5 不同水泥剂量下不同压实条件的无侧限抗压强度值

2.4 结果分析

就本工程案例而言，通过对试验数据分析，采用CBR-V法设计的水稳基层相比传统设计方法具有以下特点：

(1)粗集料段偏粗，细集料段偏细，骨架密实性明显较好。但总体上仍在现行《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20-2015)[8]建议的级配范围内。

(2)在水泥剂量相同的条件下，无侧限强度普遍略高，通过分析认为主要是骨架密实所致。

(3)水稳基层混合料和易性较差，施工难度较大。

3 结论及建议

采用CBR-V法可以进行水稳基层的配合比设计。但由于该方法应用实例较少，故建议审慎采用或仅用于生产配比的校核、验证和调整。具体建议：

(1)在骨架密实型级配碎石配合比设计中，可直接采用CBR-V法进行级配设计，但建议采用传统的设计方法进行验证。

(2)由于采用CBR-V法进行级配设计，骨架密实性优异，但施工难度较大,故建议对采用CBR-V法设计的配比，在具体应用时，要根据施工机械和施工水平适当调整弱化，提高设计结果的可施工性。