關(guān)于公路工程粗集料壓碎值的定義及取值標(biāo)準(zhǔn)的探討

1、關(guān)于公路工程粗集料壓碎值的定義及取值標(biāo)準(zhǔn)的探討摘 要：在我國公路工程集料的指標(biāo)體系中，壓碎指標(biāo)一是，與其他指標(biāo)不同；二是，與國外的情況相反處于非常突出和重要的地位，其原因至今仍是一個謎，也是為什么我國工程界如此青睞該指標(biāo)。由于該指標(biāo)概念的模糊性，工程使用目的的寬泛性，確定指標(biāo)的隨意性和粗糙性，在實踐中引起較廣泛的關(guān)注和爭議。文章探索從該指標(biāo)的定義、工程使用目的、強(qiáng)度特征、以及如何科學(xué)的、經(jīng)濟(jì)的研究和確定取值標(biāo)準(zhǔn)等幾個方面，以水泥混凝土和瀝青混合料為例進(jìn)行分析和討論，使石料在壓碎指標(biāo)回歸到它的理性地位，能經(jīng)濟(jì)有效地控制工程質(zhì)量、降低工程造價、加快工程進(jìn)度、減少技術(shù)浪費(fèi)。關(guān)鍵詞：粗集料；壓碎值；強(qiáng)

2、度；水泥混凝土；瀝青混合料引言壓碎值作為水泥混凝土，瀝青混合料或半剛性，柔性基層，底基層中粗集料（以下簡稱石料）的力學(xué)指標(biāo)，目前唯有澳大利亞正在執(zhí)行的規(guī)范中采用壓碎值指標(biāo)，世界其他國家都未采用此指標(biāo)，但在我國許多規(guī)范 1-3 中，以及實 際執(zhí)行層面，該指標(biāo)受到特別的重視，導(dǎo)致近年來在各地施工中不斷針對規(guī)范 1 中有關(guān)壓碎值的技術(shù)要求及相關(guān)規(guī)定提出質(zhì)疑。另外，有些省、市、自治區(qū)的主管部門，或某工程項目的建設(shè)單位隨意擅自提高瀝青混合料中石料壓碎值的指標(biāo)，直接的結(jié)果是較大幅度地提高了石料的品質(zhì)，縮小了可用石料的范圍，或者將間接地提高了公路工程建設(shè)的成本，本可以就地選用的石料不能使用，需遠(yuǎn)距離外購。這

3、些問題已引起許多方面的關(guān)注和討論。所以，文章擬從壓碎指標(biāo)的定義、使用目的、以及強(qiáng)度特征等幾個方面進(jìn)行分析和討論，使石料的壓碎值回歸到它真正理性的地位，能經(jīng)濟(jì)有效地控制工程質(zhì)量的作用，從而真正提高工程質(zhì)量，降低工程造價，加快工程進(jìn)行，減少技術(shù)浪費(fèi)。1 壓碎值使用目的分析規(guī)范 4 中對壓碎值有兩個定義， 一是術(shù)語定義即 “按規(guī)范方法測得的石料抵抗壓碎的能力，以壓碎試驗后小于規(guī)定粒徑的石料質(zhì)量的百分比表示” 。二是實驗定義即“集料壓碎值用于衡量石料在逐漸增加的荷載下抵抗壓碎值的能力，是衡量石料力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)，以評定其在公路工程中的適用性” 。上述兩種定義綜合起來實際上是一個較完整的實驗內(nèi)容和方法的定

4、義，而且也寬泛地說明了壓碎值的使用目的，即力學(xué)指標(biāo)，以評定其在公路工程的適用性。對路用粗集料， 規(guī)范 2表 4?8?2和表 4?8?5 中規(guī)定了十項技術(shù)要求，即壓碎值、洛杉磯磨耗值、表觀相對密度、吸水率、堅固性、磨光值、粘附性、針片狀含量、粉粘粒含量和軟石含量（國外許多國家還采用沖擊值） ，在這十個指標(biāo)中最難認(rèn)識和理解的是壓碎值，從字面上分析是指石料在不同工況下被壓碎，如熱拌、冷拌和溫拌瀝青混合料碾壓成型時要達(dá)到規(guī)定的密度（或壓實度） ，必須采用重型壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，施工時部分石料有可能被壓碎，從而影響瀝青路面的使用品質(zhì)，或瀝青路面在使用期間在車輛荷載的長期作用下，也可能使部分石料破損，可能造成

5、路面病害，從此角度分析好像采用壓碎值指標(biāo)尚有一定的道理，但是目前為止未看到有該方面的研究報導(dǎo)。但對水泥混凝土來講，在澆筑成型時（除RCC混凝土），則采用振搗棒、平板振動器和振動梁進(jìn)行成型,水泥混凝土各種構(gòu)件，如板、梁、柱、樁、墩等，受壓破壞可能不僅造成石料的破壞，還有可能產(chǎn)生粘著和水泥石破壞，所以，從字面上講還不如瀝青混合料有道理。國外大多數(shù)國家不采用壓碎值指標(biāo)，或不將該指標(biāo)作為主要指標(biāo)，一定有其道理，所以，加強(qiáng)壓碎指標(biāo)的國際交流，給出壓碎值的科學(xué)定義和使用目的的說明非常重要。2 壓碎值的強(qiáng)度分析一般的強(qiáng)度定義是指材料或構(gòu)件受力時抵抗破壞的能力，將此強(qiáng)度定義與前述壓碎值的定義相對比，可知壓碎值

6、實質(zhì)上是表征石料的強(qiáng)度概念，作為工程材料常用的強(qiáng)度指標(biāo)有，抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度等，而對巖石一般采用飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)，特別是在水泥混凝土試驗指標(biāo)中不但沒有取消巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度，而且又增加了壓碎值指標(biāo)，但這兩個強(qiáng)度概念是有較大區(qū)別的。巖石的飽和單軸抗壓極限強(qiáng)度， 是在規(guī)定尺寸下， 逐漸加載至斷裂 （破壞）所達(dá)到的最大應(yīng)力，量綱為 MPa,而壓碎值是在規(guī)定力（400KN）等條件下，小于規(guī)定粒徑的石料質(zhì)量的百分比，量綱為 %。依據(jù)上述分析壓碎值指標(biāo)只能是一個間接反映石料強(qiáng)度值得指標(biāo)，就像巖石的點(diǎn)荷載試驗，是一個簡便的，快速的，測定巖石抗壓強(qiáng)度的間接指標(biāo)，所以點(diǎn)荷載試驗指標(biāo)必須通過

7、經(jīng)驗公式換算到標(biāo)準(zhǔn)的巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度上去，否則，點(diǎn)荷載試驗是無意義的。同理，也應(yīng)找出巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度與壓碎值之間的相關(guān)經(jīng)驗公式，就可以采用壓碎值來直接表征石料的強(qiáng)度概念，不僅概念清楚，而且目的明確，一是不必繞很大的彎，二是減少試驗指標(biāo)，節(jié)約建設(shè)成本。如果不這樣認(rèn)識，或者去做，會帶來或造成如下問題：（ 1）目前不同規(guī)范規(guī)定的瀝青路面，水泥混凝土和半剛性基層，底基層的壓碎值指標(biāo)，一是無理論依據(jù)和試驗數(shù)據(jù)支撐，從而導(dǎo)致任何部門單位都敢擅自提高壓碎值，二是壓碎值比飽和單軸抗壓強(qiáng)度高很多。詳見表1 ，如果按規(guī)范 1 第 6?4?1 表中的規(guī)定，并參照表1 中壓碎值與抗壓強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系，I類水泥

8、混凝土（>C60）,壓碎值<18 （%）,則對應(yīng)巖石的抗壓強(qiáng)度約為90MPa以上，n類水泥混凝土（ C30-C60） ，壓碎值<20（ %） ，則對應(yīng)巖石的抗壓強(qiáng)度約為80MPa,田類水泥混凝土（ <C30）,壓碎值<30 （%）,則巖石的抗壓強(qiáng)度約為 55MPa。 也就是巖石的抗壓強(qiáng)度大于水泥混凝土強(qiáng)度的 1.5倍，這也是規(guī)范中的要求，當(dāng)然我們至今不知道各類水泥混凝土的壓碎值是如何確定的，更不知道為什么確定了壓碎值還需要再規(guī)定巖石的抗壓強(qiáng)度與水泥混凝土強(qiáng)度等級之比應(yīng)不小于 1.5 ，或者說巖石的抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于水泥混凝土強(qiáng)度的 1.5 倍。根據(jù)此規(guī)定，又會存在下述

9、問題。（ 2）結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與材料的強(qiáng)度從理論層面講不是相同的概念，一般講結(jié)構(gòu)是材料的結(jié)構(gòu)，反之材料一定是結(jié)構(gòu)的材料，兩者互為因果關(guān)系，結(jié)構(gòu)的參數(shù)和指標(biāo)與材料的參數(shù)和指標(biāo)是兩個截然不同的概念，一般結(jié)構(gòu)的參數(shù)和指標(biāo)控制和限制著材料的參數(shù)和指標(biāo)，也就是說材料的指標(biāo)不能低于結(jié)構(gòu)所需的指標(biāo)，也不能過高地超過結(jié)構(gòu)規(guī)定的指標(biāo)，保證一定的安全系數(shù)即可。 另外， 結(jié)構(gòu)性質(zhì)或性能不同的材料 （或構(gòu)件）組合，相互間的指標(biāo)差異也不能太大，一是不協(xié)調(diào)，二是不經(jīng)濟(jì)。例如，水泥混凝土對于石料、砂、水泥、水、粉煤灰、硅粉、外參劑等，它就是結(jié)構(gòu)，但在橋梁、墩臺、柱、樁、水泥混凝土板、樓房、廠房等構(gòu)造物中，水泥混凝土則成為材料。在

10、水泥混凝土中它的強(qiáng)度破壞，一般決定三個方面，即骨料（石料）與水泥石膠結(jié)面的破裂（壞）稱粘著破裂；另一個是水泥石的破裂，其次是石料的破裂，其中任一個或兩個發(fā)生破裂都會導(dǎo)致水泥混凝土的破壞，即材料的破壞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。水泥混凝土作為結(jié)構(gòu)就像一個木桶，石料、水泥石就像組成木桶的一塊塊板，木桶裝水的多少不決定于最長的那塊板，而是決定于最短的板，一方面希望各塊板相對均衡，長度（或指強(qiáng)度）差異不能太大，這符合協(xié)調(diào)原則和經(jīng)濟(jì)原則，另一方面應(yīng)重點(diǎn)控制短板，也就是說最不利的材料強(qiáng)度不應(yīng)低于結(jié)構(gòu)的設(shè)計強(qiáng)度。大量水泥混凝土破壞情況顯示粘著破壞是導(dǎo)致水泥混凝土破壞的短板。 規(guī)范 1 讓巖石的抗壓強(qiáng)度與水泥混凝土的強(qiáng)度

11、相比，不如讓巖石的抗壓強(qiáng)度與水泥石的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對比，這樣兩者的強(qiáng)度相差不大，而又高于水泥混凝土的強(qiáng)度，這種思路，一是概念清楚、正確，二是經(jīng)濟(jì)合理，符合木桶原理。當(dāng)然，巖石的抗壓強(qiáng)度或石料的壓碎值對不同標(biāo)號的水泥混凝土的設(shè)計強(qiáng)度應(yīng)高多少，或取多大的下限值，應(yīng)通過實驗，首先確定巖石的強(qiáng)度與壓碎值之間的相關(guān)關(guān)系，再確定壓碎值與水泥混凝土設(shè)計強(qiáng)度之間的相關(guān)關(guān)系，就能夠科學(xué)的、經(jīng)濟(jì)的和合理的確定壓碎值的取值下限，僅做壓碎值指標(biāo)，而不必再做巖石的抗壓強(qiáng)度指標(biāo)。 （ 3）瀝青混合料壓碎值的取值問題比水泥混凝土要復(fù)雜，例如，對密級配瀝青混凝土混合料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對高速公路，一級公路由馬歇爾試驗測定的穩(wěn)定度不確

12、定，小于8KN,其他等級的公路不小于5KN。以此推論好像密級配瀝青混凝土混合料對石料的強(qiáng)度要求并不高，但實際上石料的強(qiáng)度或壓碎值還由石料的磨耗值、磨光值和堅固性指標(biāo)來控制，如石料的強(qiáng)度低，則石料的磨耗值、磨光值、堅固性或沖擊值就低，就達(dá)不到規(guī)范規(guī)定的要求，特別是磨光值（對瀝青路面上面層）起著控制性作用，而對瀝青路面中、下面層來講，磨耗值，磨光值理論上已無意義， 而其他石料指標(biāo)應(yīng)分層遞減， 到底如何遞減，應(yīng)由試驗來確定，實際規(guī)范已考慮到這樣的問題。對瀝青混合料來講，目前規(guī)范確定的石料壓碎值指標(biāo)是基本合理的，主要問題，一是，取值的依據(jù)不清楚，二是，各省、市、自治區(qū)的主管部門，或者一些工程項目的建設(shè)

13、單位，擅自提高壓碎值，所以必須嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范的規(guī)定，不得擅自提高，更不能降低。（ 4）在公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中對于石料（粗集料）的技術(shù)要求中未要求巖石的抗壓強(qiáng)度指標(biāo)，僅規(guī)定了石料的壓碎值指標(biāo)這是正確的，合理的。但是在公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范中還不僅規(guī)定了巖石抗壓強(qiáng)度與水泥混凝土強(qiáng)度等級之比外， 還規(guī)定了巖石的抗壓強(qiáng)度， 火成巖 80MPa， 變質(zhì)巖60MPa,水成巖30MPa,該規(guī)定主要存在以下幾方面 的問題：首先，水成巖的概念是十九世紀(jì)的概念，而水成巖僅是沉積巖中的一類，所以，建議規(guī)范修訂時將水成巖改為沉積巖。其次，對工程材料來講無論是巖漿巖（或稱火成巖）沉積巖還是變質(zhì)巖，雖然從地學(xué)的角度是三

14、類不同成因的巖石，其結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和礦物成分等方面有很大的區(qū)別和差異，而且對工程材料的強(qiáng)度和變形也各不相同，有的差異非常之大。如巖漿巖為熔結(jié)或結(jié)晶膠結(jié)，各向異性不發(fā)育，強(qiáng)度一般很高，變形很小。而沉積巖與部分負(fù)變質(zhì)巖，物質(zhì)組成復(fù)雜，為膠結(jié)物膠結(jié)，層理發(fā)育，即具明顯的各向異性，一是巖石強(qiáng)度變化大，二是相對強(qiáng)度比巖漿巖低，而正變質(zhì)巖雖類同于巖漿巖，但因含較軟弱的變質(zhì)礦物，而且層理、層麻理發(fā)育，即各向異性比巖漿巖發(fā)育，所以巖石也一般不如原巖漿高，但這絕對不能作為劃分工程材料的依據(jù)，對于工程材料來講只關(guān)注巖石的強(qiáng)度指標(biāo)，不管巖石的成因類型，這一點(diǎn)極為重要，否則巖石就變成了地學(xué)巖石，而不是工程巖石。當(dāng)然，在具

15、體做試驗時一定要考慮巖石的成因。例如對沉積和變質(zhì)巖由于它們各向異性發(fā)育，試驗應(yīng)按最不利方向測定其強(qiáng)度，這樣就可避免各向異性對巖石強(qiáng)度造成的影響，只要巖石的強(qiáng)度技術(shù)指標(biāo)滿足相關(guān)規(guī)范的要求就可以，與巖石的成因無關(guān)，這是基本概念不能錯。3 結(jié)束語4 1）通過對現(xiàn)有規(guī)范 4 中壓碎值的定義及使用目的分析和討論，該定義僅是一個實驗定義，使用目的的表述比較寬泛，較難理解其真實的使用目的，以及在評價石料適用性中的作用和地位，所以，還需在國際交流的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)研究，使壓碎值的定義更精確，在工程中的使用目的更明確。5 2）根據(jù)材料或構(gòu)件的強(qiáng)度定義，壓碎指標(biāo)是一個能間接反映石料抗壓強(qiáng)度的指標(biāo)，可以與巖石的抗壓強(qiáng)度

16、之間建立等效相關(guān)關(guān)系，以表征在石料條件下，而不是在巖石條件下的抗壓強(qiáng)度。其次，在水泥混凝土中依據(jù)木桶原理，研究和尋找適合不同強(qiáng)度等級水泥混凝土的壓碎指標(biāo)，滿足石料在水泥混凝土中的協(xié)調(diào)性、 經(jīng)濟(jì)性， 使石料壓碎指標(biāo)的確定建立在科學(xué)、合理的基礎(chǔ)上。另外，在瀝青混合料中，針對瀝青混合料在瀝青路面中所處的層位， 以及力學(xué)行為、 功能行為和自然行為的差異性，并結(jié)合石料的其他技術(shù)指標(biāo)，綜合分析科學(xué)合理地確定對應(yīng)的壓碎指標(biāo)，而且明確規(guī)定任何部門和單位不等擅自提高規(guī)范規(guī)定的壓值指標(biāo)。最后對規(guī)范 4 表 6?4?1 中關(guān)于巖石抗壓強(qiáng)度與水泥混凝土強(qiáng)度等級之比的規(guī)定建議取消，因為此規(guī)定即無理論依據(jù)，也無試驗數(shù)據(jù)說明，其意義不明確，應(yīng)像瀝青混合料一樣，只采用壓碎指標(biāo)，而不再采用巖石的抗壓強(qiáng)度指標(biāo)。另外，將巖石的抗壓強(qiáng)度取值大小與巖石的成因相關(guān)聯(lián)，純屬概念問題，建議規(guī)范進(jìn)行修改。參考文獻(xiàn)1 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTG