（机械设计及理论专业论文）级配碎石材料特性和设备选配.pdf

摘要 近年来我国加大基础设施的投入，公路建设飞速发展，级配碎石作为基层可以起到 防止反射裂缝的作用，提高路面抗疲劳性能和抗永久变形能力。 本文提出级配碎石原材料的性能控制指标，用贝雷法设计级配，并通过c b r 试验 检验级配。为了获取详细的实验数据，设计出三种不同的级配用来作比较，得出相同施 工工艺条件下，中等粗细的级配更优良。 对级配碎石基层的施工设备和施工工艺作了深入研究，提出拌和、运输、摊铺和压 实设备的选配标准。详细介绍了级配碎石拌和设备的标定过程，并提出两种改造拌和设 备的储料仓结构的办法，有效控制了级配碎石拌和时离析现象。在介绍摊铺工艺的基础 上，对不同情况离析作分类总结，分析摊铺离析产生的原因，提出减少摊铺离析的方法。 用两组不同的压实设备，每组压实设备又采用不同的压实工艺进行研究，结合被碾 压的级配碎石铺层的不同级配进行交叉分析。得出在铺层厚度不大的情况下，采用高频 低幅的振实方法获得的压实度比高幅低频的振实方法的压实度更高。同时胶轮压路机的 碾压可以有效提高铺层压实度。最后通过对实验段的弯沉值进行检测，证明所设计的级 配和所用的施工工艺是可行的，实验结果是可靠的。 级配碎石的级配设计和施工工艺的研究为实际的级配碎石层的施工提供了可靠的 试验依据，对于公路建设有重要的意义。 关键词：级配碎石、原材料指标、拌和站标定、防离析装置、施工工艺、压实度 a b s t r a c t a st h e g o v e r n m e n t i n c r e a s et h ei n f r a s t r u c t u r ei n v e s t m e n ti nr e c e n t y e a r s ，t h e c o n s t r u c t i o no f r o a di sd e v e l o p i n gi na g r e a ts p e e d t h eg r a d e db r o k e ns t o n e c a np r e v e n tt h e r e f l e c t i o nc r a c k i tc a ne n h a n c et h ee n t i r ep a v e m e n ts t r u c t u r e sf a t i g u er e s i s t a n c ea n d a n t i p e r m a n e n td e f o r m a t i o na b i l i t y t h i sa r t i c l e p r o p o s e s t h ec o n t r o li n d e xo ft h e g r a d e d b r o k e ns t o n e sr a w m a t e r i a l d e s i g n i n gt h eg r a d a t i o nb yb a i l e ym e t h o d ，c h e c k i n gi tb yc b re x p e r i m e n t f o r g e t t i n gd e t a i l e de x p e r i m e n td a t a ，t h ew r i t e rd e s i g n st h r e ed i f f e r e n tk i n d sg r a d a t i o nt oc o m p a r e 谢me a c ho t h e r , t h e n ，t h ew r i t e rd r a wt h ec o n c l u s i o nt h a tt h em i d d l eg r a d a t i o ni st h eb e s to f a 1 1 t h i sa r t i c l er e s e a r c hd e e p l yo nt h em a c h i n e r i e sa n dt e c h n o l o g yo fb a s el a y e ro fg r a d e d b r o k e ns t o n e ，p r o p o s e st h ec o l l e c t i o ns t a n d a r do fm i x e r s ，v e h i c l e s ，p a v e r sa n dr o l l e r s t h e a r t i c l ed e t a i l e di n t r o d u c e st h ec a l i b r a t i o np r o g r e s so fm i x i n gp l a n ta n dp r o p o s e st w om e t h o d s t oi m p r o v et h es t o r a g eb i n ，w h i c hc o n t r o lt h ei s o l a t i o ne f f e c t i v e l y o nt h eb a s eo fi n t r o d u c i n g t h em i x i n gt e c h n o l o g yt h ew r i t e rm a k e sas u m m a r yt ok i n d so fi s o l a t i o n s ，a n a l y s i st h er e a s o n o fa n ds o l u t i o no ft h i sp r o b l e m t h i sa r t i c l eu s et w og r o u p so fr o l l e rt h a te i t h e rg r o u ph a v et w or o l l i n gt e c h n o l o g yt o r e s e a r c h c r o s s - o v e ra n a l y s i sw i t hd i f f e r e n tg r a d a t i o n ，t h ew r i t e rg e t st h ec o n c l u s i o nt h a t w h e nt h el a y e ri sn o tt h i c k ，t h eh i 曲f r e q u e n c yl o wr a n g ev i b r a t i o nc a ng e th i g h e r c o m p a c t n e s st h a nt h eh i g hr a n g el o wf r e q u e n c y t h et y r er o l l e rc a ni m p r o v ec o m p a c t n e s s a t l a s t ，a f t e rt h ef l e x u r et e s t ，i tc a ni m p r o v et h a tt h eg r a d a t i o na n dt e c h n o l o g ya r ea v a i l a b l e a n dt h er e s u l t sa r eb e l i e v a b l e t h eg r a d e db r o k e ns t o n ed e s i g na n dt e c h n o l o g ya f f o r db e l i e v a b l ee x p e r i m e n t a l f o u n d a t i o n ，i th a si m p o r t a n tm e a n i n gt or o a dc o n s t r u c t i o n k e yw o r d s ：g r a d e db r o k e ns t o n e ，r a wm a t e r i a li n d e x ，m i x i n gp l a n tc a l i b r a t i o n , a n t i i s o l a t i o nd e v i c e ，c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y , c o m p a c t n e s s i l i 长安大学硕士学位论文 1 i 引言 第一章绪论 从2 0 世纪8 0 年代中期，我国开始建设各种高等级公路，按路面形式可分为半刚性 路面和刚性路面等。已建成的高速公路中，以半刚性材料作为基层，面层为沥青混凝土 的结构占据了绝大部分。半刚性基层耐久性和整体稳定性好，承载力大，强度高在路面 没开裂之前在承载、扩散荷载、传递到路基方面的性能比较好。 但实践表明，半刚性基层沥青路面结构也存在一些的缺点和不足【1 】： 1 半刚性基层的整体性很好，非常致密，但渗水性很差。受水的影响敏感，渗入雨 水会滞留在基层的顶面，反复作用的车辆载荷形成的压力，造成冲刷，唧浆，长期浸水 会破坏板体结构，使沥青路面开始出现破损，弯沉迅速增大，并导致结构性破损。 2 我国主要以弯沉作为设计指标，来衡量承载能力，不断减小的容许弯沉值使半刚 性基层强度随之增高，强度过大时，半刚性基层的收缩开裂能够引起沥青路面的反射性 裂缝。 从路面结构方面提出有效防止和减少裂缝的合理结构，能够从根本上解决半刚性基 层路面的开裂问题。级配碎石结构层粒料松散，不传递拉应变，拉应力。使得级配碎石 层能充分吸收其下层裂缝释放的应变能，从而抑止裂缝。 级配碎石用于路面中的不同位置，取决于当地的气候、地质条件，交通量，以及建 设资金条件。一般来说，在路面中使用级配碎石粒料层有三种方法： 1 把比较厚的级配碎石粒料层作为主要承重层。用在轻交通道路的薄沥青基层下。 2 在重交通道路的厚沥青层下。此时又有两种方式：一种是直接放在面层下做基层， 级配碎石粒料铺层厚度大。级配碎石在级配良好并得到充分压实的情况下，利用其嵌挤 作用，具有良好的承载能力，有一定的排水功能。半刚性基层沥青路面作为过渡层时， 可以有效改善半刚性基层收缩裂缝的反射裂缝的发生。另一种是在面层下设置一定厚度 的沥青稳定碎石基层，在其下再采用一定厚度的级配碎石粒料层作为底基层，此结构沥 青层更厚，而级配碎石粒料层相对较薄。第二种结构已经成为国外大部分国家中、重交 通道路上最主要的结构形式，如英国的长寿命沥青路面，美国的高强度厚沥青路面。 3 也有一些国家将级配碎石用在沥青层和半刚性层之间，作为应力消散层，以减轻 半刚性路面的反射开裂，成为倒装结构，在我国称为半刚性碎石过渡层沥青路面结构， 第一章绪论 此时级配碎石被称为上基层。 我国幅员辽阔，气候、地质条件差异很大，各地经济发展程度、高速公路交通量也 有很大不同。级配碎石作为一种重要的能够解决路面反射裂缝结构层，研究价值大，应 用前景广阔，对于丰富我国沥青路面的结构形式，有重要意义。 1 2 国内、外研究现状 国内的道路工作者对日益突出的半刚性基层沥青路面的反射裂缝予以了高度重视， 并铺建了一些试验路，如河北正定高速公路试验路段的改性沥青应力吸收膜上基层及级 配碎石基层防裂对比研究，西安试验路级配碎石基层防裂对比研究，沪宁高速公路无锡 高速试验路级配碎石基层防裂对比研究2 1 。结果认识到级配碎石基层在防止和减少半刚 性基层的反射裂缝方面的效果。 东南大学何兆益对级配碎石进行室内试验，通过对比不同级配的实验数据，提出力 学性能良好的级配以及成型方法。研究级配碎石半刚性基层的合理厚度，对级配碎石进 行静三轴和动三轴试验，通过试验路的观测，对级配碎石控制反射裂缝的原因和施工方 法进行了初步探讨。 长安大学莫石秀对多年冻土地区级配碎石单个粒径变化对c b r 值的影响，最大干 密度的影响因素，抗剪强度、稳定性及动态回弹模量进行了研究。研究并推荐了关键筛 孔通过率，最大粒径。从渗水、导热性能、抗冻三方面分析而来级配碎石稳定性。提出 了多年冻土地区级配碎石方案。 东南大学严二虎提出对级配碎石原材料的技术要求，研究了级配碎石混合料最大粒 径对级配碎石c b r 的影响，并通过实验确定合理的级配碎石施工工艺。 级配碎石在国外是一种应用极为普遍的筑路材料，至今仍广泛用于国外柔性路面的 基层和底基层，用于基层的常为较优质的碎石层。级配碎石作为半刚性基层与沥青面层 之间的中间层并不多见。但在美国、南非及澳大利亚作为减少沥青路面反射裂缝措施应 用较多，效果很好。 1 3 主要研究内容 本文主要以内蒙古自治区某高速公路项目为依托，研究了级配碎石原材料的性能指 标和检验的技术要求，通过参与级配碎石配合比的设计，试验室检验级配，以及试验段 铺筑，施工设备的选择，施工工艺的确定以及最后的铺筑结果的检测等一系列过程；提 2 长安人学硕士学位论文 出级配碎石原材料的控制指标，改进了部分级配碎石施工设备；并通过试验比较了不同 级配和使用不同施工工艺最后得到的路面性能的结果，研究并总结适合国内级配碎石设 计和施工的一些方法。 长安大学硕七学位论文 第二章级配碎石的材料特性 2 1 轧制石料的母岩选择 级配碎石的材料可以是各种类型的岩石( 软质岩石除外) 、圆石，母岩选择时要注 意母岩的强度、风化程度及软弱颗粒含量等。圆石的粒径应该是碎石最大粒径的3 倍以 上。爱尔兰根据3 0 年无粘结材料使用经验表明，石灰岩是所有作为级配碎石原材料中 最好的。其主要因为：石灰岩容易轧制成四方形状，容易达到级配要求，同时其细颗粒 中碳酸盐含量较高，在拌和中和水一起对粗集料起到胶结料的作用【3 1 。 2 2 级配碎石的原材料要求 级配碎石应采用石质坚硬、清洁、不含风化颗粒的集料。碎石最大公称粒径为 3 1 5 m m ，宜按粒径1 9 5 3 1 5 m m 、9 5 m m 1 9 5 m m 、4 7 5 m m 9 5 m m 、2 3 6 m m - - 4 7 5 m m 和0 2 3 6 m m 五种规格备料。不同级粒的碎石和石屑的细集料应隔离，分别堆放。细集 料应有覆盖，防止雨淋和污染。 碎石中不应含有粘土块、植物等有害物质；石屑或其他细集料可以使用一般碎石场 的细筛余料，或专1 7 * l n 的细碎石集料，也可以用天然砂砾或粗砂代替石屑。 原材料技术性能对级配碎石强度、稳定性能影响较大，参考国外规范，对原材料从 压碎值、针片状含量、软石含量、磨耗值、液限、塑指等方面提出要求。通过试验确定 各指标是否满足要求1 4 j 。 2 3 粗集料压碎值试验 2 3 1 目的与适用范围 集料压碎值用于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，以评定其在公路工程中的适用性。 2 3 2 仪具与材料 石料压碎值试验仪：由内径1 5 0 m m 、两端开口的钢制圆形试筒、压柱和底板组成； 天平：称量2 k g 3 k g ，感量不大于1 9 ； 金属棒：长4 5 0 m m 6 0 0 m m ，直径1 0 m m ，一端加工成半球形； 压力机：5 0 0 k n ，应能在1 0 m i n 内达到4 0 0 k n ； 5 第二章级配碎石的材料特性 标准筛：筛孔尺寸1 3 2 m m 、9 5 m m 、2 3 6 m m 方孔筛各一个； 金属简：圆柱形，高1 7 9 4 m m ，内径1 1 2 0 m m ，容积1 7 6 7c m 3 。 2 3 3 试验准备 采用风干石料，选用孔径为9 5 m m 和1 3 2 m m 的标准筛，试验式样每组3 0 0 0 9 ，共 取三组。 对于过于潮湿的石料应提前在烘箱里烘干。烘干时间小于4 小时，温度控制在1 0 0 。c 以内，将烘干的石料取出冷却至室温。 2 3 4 试验步骤 将装样时分3 次用金属棒从表面均匀装入，每次均匀捣实2 5 次，最后刮平试样表 面，并对试模中试样质量称重。将装有试样的试模放在压力机上，把压头放入试模内石 料面上，将压头摆平，使其楔挤不到试模侧壁。 开动压力机，均匀地施加载荷，在1 0 m i n 左右的时间内，使载荷逐渐上升到4 0 0 k n ， 稳压5 s ，然后逐渐卸荷。 加载完毕以后，取下试模，取出试样，过2 3 6 m m 的标准筛，筛到在l m i n 内无明 显筛出物为止，称取通过2 3 6 m m 标准筛的全部细料质量m l ，数字准确至l g 。 2 4 粗集料针片状颗粒含量试验 试验测定的针片状颗粒，是用游标卡尺测定的粗集料颗粒的最大长度( 或宽度) 方 向与最小厚度( 或直径) 方向的尺寸之比大于3 倍的颗粒。针片状颗粒的含量，可用于 评价集料的形状和抗压碎能力，最终评定石料生产厂的生产水平及该材料在工程中的适 用性。 采集粗集料试样，按分料器法或四分法选取l k g 左右的试样。对每一种规格的粗集 料，应按照不同的公称粒径，分别取样检验。用4 7 5 m m 标准筛将试样过筛，取筛上部 分供试验用，称取试样的总质量m o ，准确至l g ，试样数量应不少于8 0 0 9 ，并不少于1 0 0 颗。 将试样平摊与桌面上，首先用目测挑出近似立方体的颗粒，剩下可能属于针状( 细 长) 和片状( 扁平) 的颗粒，将颗粒平面方向的最大长度为l ，侧面厚度的最大尺寸为 t ，颗粒最大宽度为w ，用卡尺逐颗测量石料的l 和t ，将l t _ 3 的颗粒分别挑出作为针 片状颗粒。称取针片状颗粒的质量m l ，准确至1 9 。 6 长安大学硕：t ：学位论文 计算针片状颗粒含量： o o = 堕1 0 0 m o 式中：q 一针片状颗粒含量，； 一试验用集料总质量，g ； 一针片状颗粒的质量，g 。 2 5 软石含量试验 ( 2 1 ) 测定碎石、砾石及破碎砾石中软弱颗粒的含量。 2 5 1 仪具与材料 1 压力机； 2 天平或台秤：称量5 k g ，感量不大于5 9 ； 3 标准筛：孔径为4 7 5 m m 、9 5 m m 、1 6 m m 方孔筛； 4 其他：毛刷、浅盘等。 2 5 2 试验步骤 将风干试样2 k g ( m 1 ) ，颗粒粒径大于3 1 5 m m ，称4 k g 后过筛分成 4 7 5 m m 9 5 m m ，9 5 m m 1 6 m m ，1 6 m m 以上各1 份；将每份中每一个颗粒大面朝下稳定平 放在压力机平台中心，按颗粒大小分别加以0 1 5 k n ，0 2 5 k n ，0 3 4 k n 载荷，破裂的颗粒即 属于软弱颗粒，将其弃去，称出未破裂颗粒的质量( m 2 ) 。 计算软弱颗粒含量，精确至0 1 ： 尸：盟1 0 0 ( 2 2 ) 铂 式中：尸一粗集料的软弱颗粒含量，； 一各级粒料总质量，g ； 鸭一试验后各粒级完好颗粒总质量，g 。 7 第二章级配碎石的材料特性 2 6 洛杉矶磨耗值试验 测定标准条件下粗集料抵抗摩擦、撞击的能力。对于级配碎石材料，主要用来检验 其风化或被水浸蚀的程度。 2 6 1 仪具与材料 1 洛杉矶磨耗试验机：圆筒内径7 5 0 m m _ - l 5 m m ，内侧长5 1 0 m m + 5 m m ，两端封闭， 投料口的钢盖通过紧固螺栓和橡胶垫与钢筒紧密密封。钢筒的回转速率为3 0 r m i n - - 3 3 r m i n 。 2 钢球：直径约4 6 8 m m ，质量为3 9 0 9 - - - 4 4 5 9 ，大小稍有不同，以便按要求组合成 符合要求的总质量。 3 台秤：感量5 9 。 4 标准筛：符合要求的标准筛系列，以及筛孔为1 7 m m 的方孔筛一个。 5 烘箱：能使温度控制在1 0 5 士5 范围内 6 容器：搪瓷盘等 2 6 2 试验步骤 1 将不同规格的集料用水冲洗干净，置烘箱中烘干至恒重； 2 对所用的集料，根据实际情况选择最接近级粒类别，确定相应的试验条件； 3 分级称量( 准确至5 9 ) ，称取总质量m l ，装入磨耗机圆筒中； 4 选择钢球，使钢球的数量及总质量符合规定，将钢球加入圆筒中，盖好筒盖，紧 固密封； 5 将计数器调整到零位，设定要求的回转次数，回转次数为5 0 0 转； 6 取出钢球，将经过磨耗后的试样从投料口倒入容器中； 7 将试样用1 7 m m 的方孔筛过筛，筛去试样中被撞击磨碎的细屑； 8 用水冲干净留在筛上的碎石，置1 0 5 士5 烘箱中烘干至恒重( 通常不少于4 h ) ， 准确称量( m ，) 。 按公式计算洛杉矶磨耗损失，精确至o 1 ： q ：盟1 0 0( 2 3 ) 式中：q 一洛杉矶磨耗损失； 8 长安大学硕? 七学位论文 一装入圆筒中试样质量，g ； 一试验后在1 7 r a m 筛上洗净烘干的试样质量，g 。 2 7 细集料液限塑限测量 2 7 1 实验装置 1 天平：称量3 0 0 9 ，感量0 0 1 9 ； 2 盛土杯：直径5 c m ，深度4 , - - 5 c m ； 3 液塑限联合测定仪；锥质量为1 0 0 9 ，锥角为3 0 0 ； 4 其它：0 5 m m 筛、称量盒、木棰、干燥器、调土刀、调土皿、吸管、凡士林等。 2 7 2 实验步骤 1 试验前准备工作 ( 1 ) 取有代表性风干土样进行试验。将风干土样用木棰压碎并过0 5 m m 的筛； ( 2 ) 取过筛后代表性土样2 0 0 9 ，分开放入三个盛土皿中，加不同数量的蒸馏水， 土样的含水量分别控制在液限( a 点) 、略大于塑限( c 点) 和二者的中间状态( b 点) 。 用调土刀调匀，盖上湿布，放置1 8 小时以上待用。1 5 l 2 试验操作步骤 ( 1 ) 将制备的土样充分搅拌均匀，分层装入盛土杯，用力压密，使空气逸出，并 刮平。 ( 2 ) 接通电源，调平测定仪，打开开关，装上平衡锥并在锥尖上涂一薄层凡士林。 ( 3 ) 将装好土样的试杯放在测定仪的升降座上，转动升降旋钮，待锥尖与土样表 面刚好接触时指示灯亮，锥体立即自由下沉，5 秒时，停止下落，读数窗上显示锥入深 度t l , 。 ( 4 ) 改变锥尖与土的接触位置( 锥尖两次锥入位置距离不小于l c m ) ，重复步骤3 得到入土深度h 2 ，取啊和h ：的平均值作为该点的锥入深度h 。 ( 5 ) 去掉锥尖入土处的凡士林，取1 0 9 以上的土样两个，分别装入称量盒内，称 质量( 准确至0 0 1 9 ) ，测定其含水量q 和c 0 2 ( 计算到0 1 ) 。计算其平均值c o 。 ( 6 ) 重复上面步骤l 至步骤5 ，对其它两个含水量土样进行试验，测其锥入深度和 含水量。 9 第二章级配碎石的材料特性 2 7 3 试验结果整理及分析 1 在二级双对数坐标纸上，以含水量为横坐标，锥入深度h 为纵坐标，点绘a 、b 、 c 三点含水量的h 一图，连此三点，应呈一条直线。如果三点不在同一直线上，要通 过a 点分别与b 、c 两点连成两条直线，根据液限q ( a 点含水量) 在办p q 图上查得， 以此厅口再在厅一图上的a b 及a c 两直线上求出相应的两个含水量，当两个含水量的差 值小于2 时，以该两点含水量的平均值与a 点连成一直线。当两个含水量的差值大于 2 时，应重做试验。 2 在h 一图上查得纵坐标入土深度h = 2 0 m m 所对应的横坐标的含水量国，即为 该土样的液限q 。 3 根据上面求出的液限，通过液限q 与塑限时入土深度的关系曲线，查得( 砂 类土：多项式曲线h p = 2 9 6 1 2 2 w l + o 0 1 7w l 2 0 0 0 0 0 7 4 4 w l 3 ) ，再由h 一图求出入土深 度为时所对应的含水量，即为该土样的塑限p 。 2 8 细集料砂当量 将样品通过孔径4 7 5 m m 筛，去掉筛上的颗粒部分，试样含水量3 左右，不少于 1 0 0 0 9 。用包橡胶的小锤打碎土块，然后再过筛，以防止土块作为粗集料筛除。 测定试样含水率。试验用的样品，在测定含水率和取样试验期间不要流失水分。取 两次测定的平均值，准确至0 1 。根据测定的含水率按式( 2 - 4 ) 计算相当于1 2 0 9 干燥 试样的样品湿重，准确至0 1 9 。 = 1 2 0 可x ( 1 0 i r o + 一w ) ( 2 4 ) ，= = _ 一 z q j 式中：w 一集料试样的含水率，； m l 一相当于干燥试样1 2 0 9 时的潮湿试样的质量，g ； 砂当量值按式( 2 5 ) 计算 舾：拿1 0 0 ( 2 5 ) 扛 、 式中：阳一试样的砂当量； 1 0 长安大学硕： = 学位论文 吃一试筒中用活塞测定的集料沉淀物的高度，h u n ； 啊一试筒中絮凝物和沉淀物的总高度，m i l l 。 2 9 粗集料含泥量及泥块含量试验 粗集料含泥量及泥块含量试验是，用于测定碎石或砾石中小于0 0 7 5 的尘屑、淤泥 和粘土的总含量及4 7 5 m m 以上泥块颗粒含量。 含泥量试验步骤：秤取试样l 份( m o ) 装入容器中，加水，浸泡2 4 h 用手在水中淘 洗颗粒，使尘屑、粘土与较粗颗粒分开，并使之悬浮于水中；缓缓地将浑浊液倒入1 1 8 m m 及o 0 7 5 m m 的套筛上，滤去小于o 0 7 5 m m 的颗粒。再次加水于容器中，重复上述步骤， 直到洗出的水清澈为止。用水冲洗余留在筛上的细粒，并将o 0 7 5 m m 筛放在水中来回 摇动，以充分洗出小于o 0 7 5 m m 的颗粒，然后将两只筛上余留的颗粒和容器中已经洗 净的试样一并装入浅盘，置于温度为1 0 5 士5 的烘箱中烘干至恒重，取出冷却至室温 后，秤取试样的质量( m 1 ) o 泥块含量试验步骤： 取试样1 份，用4 7 5 m m 筛将试样过筛，称出筛去4 7 5 m m 以下颗粒后的试样质量 ( m 2 ) 。将试样在容器中摊平，加水使水面高出试样表面，2 4 h 后将水放掉，用手捻压 泥块，然后将试样放在2 3 6 m m 筛上用水冲洗，直至洗出的水清澈为止。取出2 3 6 m m 筛上试样，置于温度为1 0 5 士5 的烘箱中烘干至恒重，取出冷却至室温后称量( m 3 ) ， 碎石或砾石的含泥量按式( 2 6 ) 计算，精确至o 1 。 q n = 监丑1 0 0 ( 2 6 ) 式中：q n 一碎石或砾石的含泥量； 一试验前烘干试样质量，g ； 铂一试验后烘干试样质量，g 。 碎石或砾石中粘土泥块含量按式( 2 7 ) 计算，精确至o 1 ： q k = m 2 - m 3 1 0 0 ( 2 7 ) h 1 2 式中：q k 一碎石或砾石中粘土泥块含量； 第二章级配碎石的材料特性 鸭一4 7 5 m m 筛筛余量，g ； 一试验后烘干试样质量，g 。 2 1 0 级配碎石原材料控制指标和实际测定值 对所用原材料进行的各项指标进行检测，记录各项实测值，并与技术要求作比较， 各项指标均符合要求。见表2 1 。 表2 1 级配碎石原材料控制指标和实际测定值 检测项目压碎值软石含量磨耗值含泥量砂当量液限塑指 技术要求9 0 5 9 5 4 5 立5 郢 实测值 1 5 2 2 8 6 5 o 8 7 2 2 3 8 4 1 2 11 小结 本章对级配碎石的母岩选择做了简单介绍，认为石灰岩是级配碎石理想原材料，其 后对级配碎石的原材料的检测项目和质量指标提出要求，并根据相关规范的要求，介绍 了具体的试验过程，最后列出实验结果，并于所提的质量控制指标做对比，证明此种质 量合格j 满足级配碎石施工的要求。 1 2 长安大学硕士学位论文 第三章设计和检验级配碎石级配 3 1 级配碎石混合料最大粒径的选择 集料级配是影响级配集料的强度、稳定性最为重要的因素之一。一般来说较密实的 连续级配由于容易获得较高的密实度，因而具有较高的c b r 值和抗永久变形能力。综合 国内外各研究成果，影响集料级配的主要因素为公称最大粒径、4 7 5 m m 及0 0 7 5 r a m 的 通过率【6 1 。公称粒径越大，粗集料就越多，容易形成稳定的骨架结构，具有较高的c b r 值，但粒径太大又会增加施工难度，容易离析。反而会降低混合料的强度。综合考虑材 料来源、生产成本、使用性能和施工工艺，从目前情况看，级配碎石的公称最大粒径不宜 大于3 7 5 m m ，也不宜小于2 6 5 m m ，推荐采用公称最大粒径3 1 5 m m 的混合料，它抗离析 效果和强度都较好。 3 2 粗集料的筛分实验 3 2 1 目的与适用范围 测定集料的颗粒组成，适用于同时含有粗集料、细集料、矿粉的集料混合料。 3 2 2 仪具与材料 1 天平或台秤：感量不大于试样质量的0 0 1 2 试验筛：根据需要选用规定的标准筛 3 摇筛机 4 其他：盘子、铲子、毛刷等。 3 2 3 试验准备 按规定将来料用分料器或四分法缩分至试样所需量，风干后备用。根据需要可按要 求的集料最大颗粒的筛孔尺寸过筛，除去超粒径部分颗粒后，再进行筛分。 3 2 4 基层用粗集料水洗法试验步骤 取试验步骤取一份试样，将试样置1 0 5 士5 烘箱中烘干至恒重，秤取干燥集料试 样的总质量( i n 3 ) ，准确至0 1 。将试样放入容器中，加入结晶水，直到水没过所有集 料。 搅动集料，洗净集料表面，使细粉悬浮在水中，实验过程中，需保证集料不从水中 第三章设计和检验级配碎石级配 溅出。根据集料粒径大小选择组成一组包含o 0 7 5 m m 、2 3 6 m m 、4 7 5 m m 孔径的标准筛。 倒出悬浮液，经过套筛流入另一个容器中。将套筛上的及容器中的集料全部回收在一个 搪瓷盘中。 泌去积水，将搪瓷盘连同集料一起置1 0 5 。c + 5 c 烘箱中烘干至恒重，秤取干燥集料 试样的总质量( i i l 4 ) ，准确至o 1 。以m 3 与m 4 之差作为o 0 7 5 m m 的筛下部分。 3 2 5 计算 计算各筛分计筛余量及筛底存量的总和与筛分前试样的干燥总质量m o 之差，作为 筛分时的损耗，并计算损耗率，若损耗大于o 3 ，应重新进行试验。 m 5 = 一( + ) ( 3 1 ) 式中：一由于筛分造成的损耗，g ； 一用于干筛的干燥集料总质量，g ； 他一各号筛上的分计筛余，g ； f 一依次为o 0 7 5 m m 、o 1 5 m m 至集料最大粒径的排序； 愧一筛底( 0 0 7 5 m m 以下部分) 集料总质量，g 。 3 2 6 干筛分计筛余百分率 干筛后各筛上的分计筛余百分率按式( 3 2 ) 计算： 层= 土1 0 0 ( 3 2 ) 一 式中：层一各筛号的分计筛余百分率，； 一由于筛分造成的损耗，； 一用干筛的干燥集料总质量，g ； 一各号筛上的分计筛余，g ； f 一依次为o 0 7 5 m m 、o 1 5 m m 至集料最大粒径的排序。 各号筛的累计筛余百分率为该号筛以上各号筛的分计筛余百分率之和，计入表格， 精确至0 1 。各号筛的质量通过百分率p i 等于1 0 0 减去该号筛累计筛余百分率，精确至 0 1 。由筛底存量除以扣除损耗后的干燥集料总质量计算0 0 7 5 m m 筛的通过率。 1 4 长安大学硕士学位论文 3 3 细集料筛分试验 测定细集料( 天然砂、人工砂、石屑) 的颗粒级配及粗细程度。对于基层用细集料 必须用水洗法筛分。 根据样品中最大粒径的大小，选用适宜的标准筛，通常为4 7 5 m m 筛筛出其中的超 粒径材料。充分搅拌潮湿的样品至均匀，取缩分的式样两份，每份质量大于5 0 0 9 ，放入 烘箱烘干至恒重，取出并冷却至室温。 秤取烘干试样约5 0 0 9 ( m 1 ) ，准确至o 5 9 。加入纯净水，没过式样并搅拌。洗净集 料表面。过1 1 8 m m 、o 0 7 5 m m 的标准筛。将有悬浮着细分的液体缓缓倒出。将容器中 的集料倒入搪瓷盘中，置与烘箱中烘干至恒重，烘箱温度1 0 5 士5 。 秤取干燥的集料试样的总质量( m 2 ) ，准确至0 1 。m l 与m 2 之差即为通过o 0 7 5 m m 标准筛的集料质量。将全部要求筛孔组成套筛，将其余的干燥集料置于套筛上，用摇筛 机摇筛约l o m i n ，然后取下套筛，从最大的筛号开始，在搪瓷盘上逐个进行手筛，将筛 出通过的颗粒并入下一号筛，和下一号筛中试样一起过筛，直到各号筛全部筛完为止。 称量各筛筛余试样的质量，精确至o 5 9 。粗、细集料筛分结果见表3 1 。 表3 1 粗、细集料筛分通过率( ) 2 0 - 4 0 m m1 0 2 0 m m5 1 0 m m0 5 m m0 3 m m 萨二、 碎石碎石碎石石屑砂 3 7 5 m m9 9 71 0 01 0 01 0 0 1 0 0 3 1 5m m 7 7 11 0 01 0 01 0 01 0 0 2 6 5m m4 7 41 0 01 0 01 0 01 0 0 1 9m m5 69 9 41 0 01 0 01 0 0 1 6m m0 27 6 41 0 01 0 01 0 0 1 3 2 m m04 2 81 0 01 0 01 0 0 9 5m mo3 89 91 0 01 0 0 4 7 5m m00 31 2 49 9 41 0 0 2 3 6 m m0ol6 7 81 0 0 1 1 8 m m00 0 85 4 6 8 7 8 0 6 m l n 0003 4 4 6 9 8 0 3m m0o o 2 1 43 1 6 o 1 5m moo01 2 6l o 3 0 0 7 5m m 0 o0 3 8 4 4 第三章设计和检验级配碎石级配 3 4 应用贝雷法设计和检验级配 贝雷法是一种系统的设计和检验级配的方法，可用于沥青混合料、s m a 、级配碎石 等各种混合料级配设计1 7 1 。贝雷法是以公称最大粒径( n m p s ) 的0 2 2 倍的第一控制筛 孔一p c s 来划分。其中比例因子0 2 2 只是一个代表值，该系数只要为0 1 8 0 2 8 对级 配就无大的影响，因此在求取p c s 时只要选择与n m p s 的0 2 2 倍最接近的筛孔即可， 据此得到不同n m p s 的o 2 2 最接近筛孔。 贝雷法进而对p c s 以下的细料作进一步的划分，又提出两个控制筛孔；第二控制筛 孔s c s = p c sx 0 2 2 ；第三控制筛孔t c s = s c sx 0 2 2 。 贝雷法的几个概念： 1 粗集料松装密度：不施加任何压实功情况下，粗集料单位体积质量。 2 粗集料干捣密度：施加压实功情况下，粗集料单位体积质量( 约为松装密度的 1 1 0 ) 。 3 细集料干捣密度：按照a a s h t ot - 1 9 规定测定，不适于粉质料。 4 粗集料设计密度：按照混合料中粗集料形成骨架紧密程度决定。 用贝雷法检验级配： 当合成级配确定后，贝雷法提出3 参数进行分析引。 1 c a 值： 除赫1 0 0 3 ， 一只。 、 式中：一粒径为d 2 ( d 为公称最大粒径) 的通过率； p e c s 一第一控制筛孔通过率，。 2 跳比： f a c = 老 b 4 ， 式中：p p c s 一第二控制筛孔的通过率，。 3 尉f 比： 1 6 长安大学硕士学位论文 f a f - - 老 式中：为第三关键筛孔的通过率，。 ( 3 5 ) 从上面3 式看，c a 值表征的是粗集料内部比例组成，跳、f a ，表征的是细集料 内部比例组成。本文所用的混合料级配组成见表3 2 。 表3 2 混合料级配组成 混合料级配组成 材料 2 0 4 0 r a ml0 2 0 r a m5 1 0 m m0 5 m m0 3 m m合成 名称碎石碎石碎石石屑砂级配级配级配级配 比例 3 61 4 1 8 1 71 51 0 0 中值上限下限 ( 呦 3 7 53 5 91 4 1 8 1 71 59 9 99 7 51 0 09 5 3 1 52 7 81 41 81 71 59 1 89 09 58 5 2 6 51 7 11 41 81 71 58 1 18 2 59 07 5 1 9 2 1 3 91 81 71 56 5 97 l8 26 0 1 60 11 0 71 81 71 56 0 86 5 57 85 3 1 3 2o61 81 71 55 66 17 44 8 9 505l7 8 1 7 1 55 0 3 5 2 5 6 54 0 4 7 50o2 2 1 6 9 1 53 4 1 3 7 5 5 02 5 2 3 60o0 21 1 51 52 6 7 2 9 4 01 8 1 1 8o o 0 1 9 31 3 2 2 2 6 2 2 53 21 3 o 6o o05 81 0 51 6 31 72 59 o 3o 0 o 3 64 78 31 32 0 6 o 1 5 0 oo2 11 53 681 33 0 0 7 500o0 60 71 33 57 0 混合料级配曲线见图3 1 。 1 7 第三章设计和检验级配碎石级配 级配曲线图- 合成十下限十上限- 中值 i u u 杨 9 0 8 0 ，夕乡 7 0 6 0 _ ：，- ：。夕 o - 多 - 佃 。? j 少 ， 捌4 0 。 y 。 唰 3 0 ， 一 2 0 夕 。 一一 1 0， 么 一 o 一 o 050 1 5 o 3 o 61 1 82 3 64 7 59 51 3 21 61 92 6 53 1 53 7 5 莽孔尺寸( 蚰) 图3 1 混合料级配曲线 为了更加详细的研究材料级配和施工工艺的关系，除设计出此种粗细适中的级配以 外，另外设计两种偏粗和偏细的级配。分别简称为级配i ( 偏粗) 级配i i ( 中) 级配i ( 偏细) 。用来测定比较不同级配在不同施工工艺下的试验数据。三种规格级配的级配 曲线见图3 。2 。 1 0 0 9 0 0 毒0 曳0 铷 一0 螂0 2 0 1 0 级配曲线图 i 一下限一上限x 中值+ 合成级配i + 合成级配i i 。叫弘合成级配l 2 3 6 4 7 5 。9 5 1 3 21 6 1 9 2 6 53 1 53 7 5 筛孔尺寸( 衄) 图3 2 三种规格级配的级配曲线 3 5 击实试验 级配设计完成以后，对该级配进行试验室击实试验。通过试验结果来绘制级配碎石 1 8 长安大学硕士学位论文 材料的含水量千密度关系曲线，从而确定其最佳含水量和最大干密度。最后用来和 实际施工现场的压实密度作比较，得出实际压实度。 试验集料的公称最大粒径控制在3 7 5 m m 以内，试验方法有三类，现将本文所用的 试验方法列出。 表3 3 压实试验方法 锤的质 锤击面 试筒尺寸 平均单容许最 且 径 落高锤击层每层锤 位击实大公称里 ( c m ) 内径高容积 数击次数 ( k 曲 ( c m )功( j )( m m ) ( c m )( c m )( c m 3 ) 4 55 o4 51 5 2 1 2 0 2 1 7 7 39 8 2 6 7 7 3 7 5 将己过筛的试样用四分法逐次分小，至最后取约3 3 蚝试料。再用四分法将所取的 试样分为6 份，每份质量约5 5 k g 。预定5 到6 个不同含水量，依次相差o 5 一1 5 。在 估计最佳含水量左右可只差0 5 1 。按预定含水量制备试样，将1 份试料平铺于金属 盘内，将事先计算得的该份试样中应加的水量均匀地喷洒在试料上，用小铲将试样充分 拌和到均匀状态，然后装入密封容器备用。 将试筒、套环与夯击底板紧密连接，取制备好的试样1 8 k g 左右，其量击实后，略 高于筒高的1 3 ，安装到多功能自动电动击实仪上，设定锤击次数，进行第一层试样击实。 重复上述做法，进行其余两试样的击实。击实完成以后，取下套环，擦净试筒外壁，称 其质量m l 。从试样内部取出两个有代表性的样品，测定其含水量，计算至0 1 。烘箱 温度调整到1 i o c 左右，烘干，擦净试筒，称其质量r n 2 。 击实后稳定材料湿密度： “= 学 ( 3 6 )“2 u o ) 式中：几稳定材料的湿密度，咖n 1 3 ； 试筒与湿试样的总质量，g ； 试筒的质量，g ； y 试筒的容积，c m 3 。 稳定材料干密度计算： 矶2 而p w ( 3 7 ) 式中：p d 一试样的干密度，c m 3 ； w 一试样的含水量，。 第三章设计和检验级配碎石级配 以干密度为纵坐标、含水量为横坐标，绘制含水量干密度曲线。曲线必须为凸型。 将试验各点采用二次曲线方法拟合曲线，曲线峰值点对应的含水量及干密度即为最佳含 水量和最大干密度。三种级配的最佳含水率最大和干密度曲线见图3 3 。 3 6 测定c b r 值 图3 3 三种级配的最佳含水率最大和干密度曲线 c b r ( c a l i f o r n i ab e a r i n gr a t i o ) 全称加州承载比，是美国加利福利亚道路局于 1 9 2 8 1 9 2 9 年进行道路调查时最先采用，为测定土基和粒料基层材料相对强度的室内试 验方法，是为了建立c b r 设计法而开创的室内试验方法1 9 l 。a s t m ( 美国材料试验协会) 标准d 1 9 3 - - 9 3 c b r 标准试验方法指出，c b r 试验的目的是用于评估公路基层，底 基层及基层材料的潜在强度。 c b r 值是指贯入量达2 5 m m 或5 m m 时单位压力相对于标准碎石到相同贯入