宁夏桥涵水泥混凝土用集料压碎值取值研究

李国智

(山西吕梁环城高速公路管理有限公司，山西 吕梁 033000)

公路建设中，一般采用石灰岩集料拌和水泥混凝土，但在宁夏宁北地区，由于沿线大量石灰岩石料场集料压碎值不能满足《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T 3650—2020)(以下简称“桥规”)[1]中II类(压碎值小于20%)的要求，导致公路桥涵用集料不得不从宁夏南部或省外运输石灰岩碎石，造成建设成本明显上升，工期压力显著增加。

集料压碎值不足对桥涵用混凝土的强度等级等略有影响，合理的压碎值要求可更好的顺应原材料就地取材的原则。彭秋乐、王永海等[2-3]人认为，针片状的含量对集料的压碎值有显著的影响，集料中针片状含量越高，集料压碎值越大；不同粗集料中针片状含量相同，压力相同，粒径越粗，压碎值越小；集料粒径也会影响集料的压碎值，中等粗细的级配可以大幅度提升集料的压碎值。合成集料的CBR越大，压碎值越小。

本文通过研究各标准的压碎值要求，提出合理的宁夏桥涵水泥混凝土用集料压碎值标准。

1 压碎值检测方法与指标

1.1 压碎值检测方法

公路行业压碎值检测采用《公路工程集料试验规程》(JTG E42—2005)(下称“集料规程”)[4]中T 0316—2005及《建设用卵石、碎石》(GB/T 14685—2011)(下称“国标”)[5]中方法7.11。

两种方法最大的区别在于加载力的大小和方式不同。“集料规程”要求10 min内加载到400 kN，稳压5 s，再卸载；“国标”要求以1 kN/s的速率加载到200 kN，稳压5 s，再卸载。“集料规程”方法明显较“国标”方法的条件更加苛刻。

《公路工程集料试验规程》(JTJ 058—2000)(下称“旧集料规程”)[6]包括T0315和T0316两种压碎值试验方法，“国标”中压碎值试验方法与旧集料规程T0315方法基本一致，该方法用于桥涵水泥混凝土粗集料压碎值试验。但2005版“集料规程”废除了T0315方法，只保留了用于沥青路面及基层粗集料压碎值试验T0316方法，同时给出了两方法的换算关系，即“国标”与T0316方法的换算关系，Y=0.816X-4.999 86，R=0.991 2，n=15。Y代表“国标”压碎值，X代表T0316压碎值，见表1。

表1 两种方法压碎值换算结果对比

1.2 压碎值指标

(1)现行“国标”压碎值指标

“国标”第6.6.2条规定，压碎指标应符合表2的规定。

表2 “国标”(GB/T 14685—2011)碎石压碎值技术指标

现行2011版“国标”取消了I类、II类、III类集料对应的混凝土强度要求。原因是集料压碎值与混凝土强度之间没有很好的对应关系，如进一步对应，反而影响混凝土技术的发展，是一种技术限制，所以删除了对应关系。现行“国标”不再对压碎值不同的碎石用途做明确规定，而以保证混凝土综合性能作为选择碎石的依据。只要混凝土综合性能满足要求，不同强度等级混凝土所用碎石压碎值可以放宽至III级。

(2)《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T3650—2020)压碎值指标

《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T3650—2020)(下称“桥规”)第6.4.1条条文说明表明，按照“国标”，本规范删除了I类、II类、III类集料用于不同强度等级的具体要求，见表3。

表3 “桥规”(JTG/T 3650—2020)碎石压碎值技术指标

(3)《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)[7]压碎值要求

《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)(下称“沥青路面施工规范”)粗集料压碎值要求见表4。

表4 沥青混合料用粗集料压碎值技术指标要求

(4)《公路水泥混凝土路面施工技术细则》(JT G/T F30—2014)压碎值要求

《公路水泥混凝土路面施工技术细则》(JT GT F30-2014)(下称“水泥路面细则”)[8]中碎石的压碎值对不同交通等级的进行了区分，极重、特重、重交通等级的水泥路面用集料压碎值不低于II级要求，中轻交通等级的水泥路面用集料压碎值不低于III级要求，见表5。

表5 水泥混凝土路面碎石质量标准

2 宁夏桥涵用碎石压碎值检测与分析

2.1 碎石压碎值检测

本次调查对拉僧庙东兴矿业、鄂克托旗部分料源地碎石进行取样，每组碎石均分别按照“集料规程”中的方法JTG E40 T0316—2005和“国标”中的方法7.11进行备样和压碎值试验，检测结果见表6。

表6 碎石压碎值试验结果

2.2 两种方法检测结果对比与分析

由表6数据分析可得。

(1)采用“集料规程”试验方法进行试验，本次取样碎石压碎值范围为22.5%～24.8%，仅满足“桥规”中规定的III类碎石标准(<30%)。

(2)采用“国标”试验方法进行试验，本次取样碎石压碎值范围为9.8%～13.6%，均满足“国标”中II类碎石标准(<20%)。

(3)对两种试验方法所得试验结果进行线性回归分析，其相关系数R2仅为0.3226，可见本次两组数据间相关性较差，可能与试验误差和样本数量有关，两者不能进行直接换算。但仍然反映出同一料源碎石不同方法所测的压碎值的大小关系，即“集料规程”的方法检测值大于“国标”试验方法检测值，差值范围为11.0～13.9，与按照“集料规程”提供的换算关系所得的数值较为接近。

3 压碎值标准分析

现有标准压碎值要求分布标准见表7。

表7 现有标准压碎值要求分布标准

通过宁夏石灰岩集料试验及现有标准分析，JTG E40 T0316试验方法得出的压碎值与“国标”7.11得出的压碎值明显降低1～2个级别，即同一种集料“国标”评价为I类时，“桥规”试验评价将为II类或III类，不能形成很好的对应。

沥青路面直接承受车辆荷载和环境荷载的作用，其压碎值要求应高于水泥混凝土要求，“集料规程”条文说明中也明确表达了该要求。因此，现行“桥规”压碎值指标要求偏高，不符合实际情况，可以适当降低“桥规”中混凝土用碎石的压碎值指标要求。

“水泥路面细则”中集料压碎值也比“桥规”要低。根据水泥路面的受力特性，同样认为可以适当降低“桥规”中混凝土用碎石的压碎值指标要求。

“国标”修订后不再明确不同压碎值类别对应的混凝土强度范围，而是以混凝土强度、抗冻性等综合性能作为混凝土选用碎石的依据。而“桥规”(JTG/T 3650—2020)为推荐性标准，重新提出“桥规”压碎值要求时，以“国标”、“桥规”、“沥青路面施工规范”、“水泥路面细则”的压碎值标准为总体方向，提出“桥规”I类≤18%，II类≤25%，III类≤30%的要求，采用Y=0.816X-4.999 86转换为“国标”技术要求时，应为I类≤9.7%，II类≤15.4%，III类≤19.5%，也远高于“国标”技术要求。

4 结 论

(1)采用“国标”7.11试验方法与“集料规程”T0316试验方法测试同一种集料，“国标”评价为I类时，“桥规”试验结评价将为II类或III类，不能形成很好的对应。

(2)沥青路面及水泥路面直接承受车辆荷载和环境荷载的作用，其压碎值要求应高于水泥混凝土要求。因此，认为现行“桥规”压碎值指标要求偏高，不符合实际情况。

(3)以“国标”、“桥规”、“沥青路面施工规范”、“水泥路面细则”的压碎值标准为总体方向，提出桥规I类≤18%，II类≤25%，III类≤30%的要求，采用Y=0.816X-4.999 86转换为国标技术要求时，应为I类≤9.7%，II类≤15.4%，III类≤19.5%，也远高于“国标”技术要求。