水泥稳定碎石基层细集料(0.075 mm)含量快速测定方法研究

贺晓锦

(甘肃长达路业有限责任公司，兰州 730000)

渭武高速公路是兰州至海口国家高速公路(G75)的重要组成路段[1]，主要承担新疆、青海、内蒙古、宁夏、甘肃、四川、重庆、贵州、广西等地跨省区的旅游出行和物资流通任务，是国家高速公路网在甘肃南部地区的唯一纵线，是甘肃中南部经济带的公路运输大动脉，在全省高速公路网中具有特殊的地位和作用.

甘肃高等级公路主要是以沥青柔性面层+水泥稳定碎石半刚性基层路面结构为主[2].渭武高速路面工程采用4 cm SUP-13上面层+6 cm SUP-20中面层+8 cm ATB-25下面层+35 cm水泥稳定碎石基层+20 cm水泥稳定碎石底基层结构[3].项目建设初期就确定了争创“鲁班奖[4]”的建设目标，建设过程中综合考虑项目建设全寿命周期的要求[5]，不仅要保证沥青路面的耐久性[6]，还要降低沥青路面的维修率.但是半刚性基层材料会随着温度和湿度的变化易产生干缩和温缩裂缝[7]，进而形成反射裂缝，影响路面使用性能，降低路面的耐久性[8]，所以对于水泥稳定碎石(底)基层反射裂缝的防治研究十分必要[9].

影响水稳(底)基层产生裂缝的因素有很多[10]，其中集料中粉尘含量高是一个重要的影响原因[11].因此高速公路建设管理单位和参建单位对半刚性基层集料中粉尘含量控制高度重视，我国行业规范对其指标进行了相关的要求，同时甘肃省也有地方规范对其指标提出了更高的要求.渭武高速公路建设过程中为了进一步加强质量管理，项目建设单位通过严格控制细集料0.075 mm含量实现粉尘含量控制，做到细集料每车一检[12].由于细集料0.075 mm含量检测方法较为复杂，耗费时间长、试验检测效率低，虽然渭武高速公路建设过程中对集料0.075 mm含量做到了严格控制，但是影响了项目施工进度.因此，有必要研究细集料0.075 mm含量快速测定方法，在保证项目对集料检测频率要求的前提下，同时保证项目施工进度.

1 试验

1.1 试验目的

在满足国家相关试验标准及规范要求的基础上[13]，针对项目建设单位提出的加大细集料检测频率的要求寻求一种细集料快速检测方法[14]，解决现场进度管理要求与水泥稳定碎石基层材料中集料粉尘含量检测繁琐、耗时长之间的矛盾，实现公路工程沥青路面施工质量精细化管理要求.

1.2 试验原材料

为了保证试验的工程应用可行性，本次试验所用集料来自渭武高速公路陇南段建设项目各施工标段，各标段碎石采购厂均按照建设单位管理要求采取三级破碎工艺[15]，并现场考察确认.基层级配和各项技术指标如表1～2所列.各项技术指标测定方法参照相关规范[16-17].

由表1和表2可知，本次试验所采用的各石料厂的碎石质量较好，级配差异不是特别大且合成级配均能满足规范要求.

表1 各碎石场碎石骨料基层应用级配表

表2 各碎石场碎石骨料基层应用的各项技术指标

1.3 试验方法

将取好的样品按四分法四分后烘干，称取500 g试样，在摇筛机上摇筛10 min，然后按规范[16]中水洗法和干筛法分别进行试验.具体如下.

1.3.1 水洗法

水洗筛分按照如下步骤进行：

1)采用四分法缩分每份集料试样约1.0 kg，置于(105±5)℃烘箱中烘干，冷却至室温后称取约500 g试样M1；

2)将所取试样置于筒中，并注入洁净的水，使水面高出砂面约200 mm，充分拌合均匀后浸泡24 h；

3)然后搅拌并将浑浊液倒入底部为0.075 mm，上部为2.36 mm的套筛上，过滤小于0.075 mm的颗粒(如图1所示)，重复上述步骤，一直到洗出的水变清；

图1 水洗法过筛

4)将套筛上每个筛子上的集料全部装入浅盘，放置于温度(105±5)℃的烘箱中烘干至恒重，冷却至室温，记为M2；

5)按照公式进行计算：

(1)

式中：Qn为0.075 mm通过率；M1为试样的总质量；M2为剩余的总质量.

1.3.2 干筛法

干筛法按照如下步骤进行:

1)采用四分法缩分每份集料试样约1.0 kg，置于(105±5)℃烘箱中烘干，冷却至室温后称取约500 g试样M3；

2)将试样倒入底部为0.075 mm，上部为2.36 mm的套筛上(如图2所示)，在摇筛机上摇筛10 min；

图2 干筛法过筛

3)将套筛上每个筛子上的集料全部装入浅盘(如图3所示)，放置于温度(105±5)℃的烘箱中烘干至恒重，待冷却至室温，记为M4；

图3 筛分试验结果

4)按照公式进行计算：

(2)

式中：Qn为0.075 mm通过率；M3为试样的总质量；M4为剩余的总质量.

2 试验结果与分析

2.1 各石料厂0～2.36 mm碎石0.075 mm含量水洗法和干筛法差异分析

根据上述试验方法对各石料厂0～2.36 mm粒径集料分别进行多次水洗和筛分试验，排除一些极端化的数据后结果如图4所示.

图4 (0.075 mm含量)水洗法和干筛法差异

图4表明在集料生产料源相同的情况下，水洗法和干筛法的数据存在偏差，同时通过不同料厂水洗法和干筛法的结果可得，虽然水洗法和干筛法得到的数据存在偏差，但是这种偏差存在一定的数量关系.

2.2 各石料厂0～2.36 mm碎石0.075 mm含量水洗法和干筛法变化规律分析

对于同一批集料，各种观点均认为水洗法的试验结果更贴近实际数值[18].干筛法由于其筛分的不彻底，不能够将0.075 mm以下的颗粒与集料彻底分离，从而导致试验误差，而且在试验结果方面，干筛法试验结果均小于实际值.那么在保证其它因素统一的情况下，通过一定量的试验总结出干筛法和水洗法试验结果误差，进而通过试验总结得到两者之间具体的数量相关关系.

分别对各石料厂0～2.36 mm粒径集料的水洗和干筛法数据进行汇总拟合，分别得到如下规律，如表3所列：

表3 各碎石场碎石骨料水洗法和干筛法的关系

式中：Y为水洗后细集料中小于0.075 mm颗粒含量；X为干筛后细集料中小于0.075 mm颗粒含量；3.2%、3.1%、1.8%分别为相应标段水洗法与干筛法差值平均值.

3 实施验证

针对前期确定的水洗法和干筛法的关系公式，在后期实施过程中再次进行验证和对比，结果均满足，误差在1%～3%，所以证明其可以作为控制细集料0.075 mm通过率的一种方法.在实际工程中仍应按照国家和地方标准的进行相关频率试验检测为主，然后以本文所述快速检测方案进行大量检测从而确定水洗法和干筛法的试验误差，进而形成关系公式，通过干筛结果快速判断集料0.075 mm通过率，进而确定集料是否合格.便于后期在满足相关试验频率之外的试验检测工作，以达到项目管理者在工程项目管理中的更高要求，为原材料的质量监管增加一份保证，进而提高施工质量的同时保证项目进度.

为保证试验结果的准确性，在实施此方法时应注意保证料源和破碎工艺的稳定[19]，因为料源的变化可能会导致水洗法和干筛法相关关系公式的不再适用，同时在实施过程中应不定期对干筛试验结果进行验证和校核，确保料源的稳定以及公式的有效性.

4 结论

本研究通过多集料筛分方法实验对比分析、数据分析，确定了一种简单、快速的集料检测方法，显著提高了集料中0.075 mm粒径含量检测效率，在满足项目检测要求的同时保证检测精度和施工进度.通过本项目的研究，主要得到以下研究结论：

1)干筛法由于筛分不彻底，不能将0.075 mm以下的颗粒与集料彻底分离，与水洗法检测结果存在差异，导致检测结果不准确.

2)通过大量试验数据分析，干筛法和水洗法试验结果存在一定规律关系，本研究通过两者间的相关关系，通过干筛法实现集料0.075 mm粒径含量快速检测.

3)本试验所采用的碎石质量较好，级配差异较小.因此，在实施此方法时应注意保证料源和破碎工艺的稳定，同时不定期对干筛试验结果进行验证和校核，确保料源的稳定以及公式的有效性.