一种骨料密度大差异的水稳碎石级配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种骨料密度大差异的水稳碎石级配方法，当基层混合料中含有两种或两种以上主骨架材料的密度差异大于15％时，可以认为主骨料的密度差异较大。为了优化级配范围设计，本发明专利技术设计了等体积替换方法，将两种大差异密度骨料归一化为同一种骨料材料的质量，推导出了换算为同一种骨料粒径尺寸质量筛余换算公式。采用本发明专利技术设计的等体积替换法算出的级配推荐范围，制作了优化级配后的水泥粉煤灰稳定砖—砼再生碎石试件，与现行规范推荐的级配范围制作的水泥粉煤灰稳定砖—砼再生碎石混合料试块进行了无侧限抗压强度及劈裂强度性能对比，物理性能优化明显。物理性能优化明显。

【技术实现步骤摘要】
一种骨料密度大差异的水稳碎石级配方法


[0001]本专利技术总体涉及道路建筑材料，具体涉及一种骨料密度大差异的水稳碎石级配方法。

技术介绍

[0002]传统的水稳碎石设计方法，采用不同粗细的矿料级配，按照现行规范《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20—2015)设计，未考虑到当混合料有两种及两种以上的主骨架，且各种主骨架密度差异较大的情况。目前常用的级配设计理论是粒子干涉理论和最大密度曲线理论。两种理论都是认为同一混合料里骨料密度相同。也就是说，不管是哪个理论，集料的级配设计理论都是体积设计理论，但实际上各档集料之间的配比仍按质量计算，一般对于密度相差不大的集料而言，很小的差异不会影响级配设计。级配控制通常采用质量控制，不同的集料其密度不同，如在同一基层混合料中包含两种或者多种的集料，实际工程常常忽略集料之间的密度差异，参考规范《公路路面基层施工技术细则》要求推荐的级配范围制作出的试块可能也会影响基层材料的强度，且不宜单纯的提高水泥剂量来提高材料强度。
[0003]由于原材料碎石的开采都是通过开山凿石而来，并且用量巨大，无论路基、垫层还是路面都需要碎石作为修筑材料，碎石的过度开采破坏了生态系统。当今，随着国家经济的蓬勃发展，城镇化进程逐渐加快，城镇化建设带来了基础设施建设水平的提高，已建成的道路、桥梁主体及其附属设施在拆除或改建时，往往会产生大量的固体废弃材料。据统计，我国每年因拆除建(构)筑物产生的固体废弃物在5亿吨以上，其中绝大多数是体积较大、难以降解的废弃混凝土，且大都采取露天堆放、埋填于地势低洼处等方式，未经任何处理，造成了严重的环境污染和资源浪费，不满足生态持续发展需要。与此同时，大宗固废排放量一直在不断增加，全面提高资源利用率的任务更是迫在眉睫，而许多工业固废适用于道路基层材料，比如：煤矸石、钢渣、砼再生碎石、粉煤灰、再生砖、炉渣等等，且它们的密度差异很大。
[0004]因此，有必要设计一种专门针对骨料密度大差异的水稳碎石级配设计方法。

技术实现思路

[0005]基于上述现有技术，针对基层混合料中大差异密度主骨架对试件力学性能的影响，本专利技术通过在现行规范中水泥粉煤稳定碎石级配的基础之上提供了一种骨料密度大差异的水稳碎石级配方法。
[0006]本专利技术设计了等体积替换方法，将两种大差异密度骨料归一化为同一种骨料材料的质量，推导出了换算为同一种骨料粒径尺寸质量筛余换算公式，利用等体积替换法公式可以计算出矿物掺合料的不同掺入量对应某一粒径尺寸的级配上、下限范围，相应的可以算出连续级配的级配上、下限范围。
[0007]根据本专利技术的一种骨料密度大差异的水稳碎石级配方法，具体步骤如下：
[0008](1)以碎石A或碎石相当物作为第一骨料，矿物掺合料B作为第二骨料，其中，碎石A
的密度为ρ1，矿物掺合料B密度为ρ2，ρ1与ρ2的值差异大于15％；
[0009](2)按规范《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20—2015)提供的基层水泥粉煤灰稳定碎石推荐级配范围，以所需单一碎石总质量M
总
作为配料参照基准；设定矿物掺合料B的替代总质量为M；替换过程中各档碎石和矿物掺合料B之间采用逐级替换，就是将矿物掺合料B与碎石A级配设置同档；R
i
为规范推荐的各档碎石的质量筛余，各档矿物掺合料B的质量为M
i
，则：
[0010]M
i
＝M
×
R
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式1
[0011]从而就能得到每档矿物掺合料B的质量，然后通过等体积替换法将每档矿物掺合料B的质量换算成碎石A的质量m
i
，则：
[0012]m
i
＝M
i
×
ρ1/ρ2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式2
[0013]在配制混合骨料时扣除计算得到的m
i
，重新调整级配的质量筛余上下限范围，各档的混合骨料质量计算如公式3所示：
[0014]P
i
＝M
总
×
R
i
‑
m
i
+M
i
公式3。
[0015]具体情况下，碎石A为砼再生碎石，矿物掺和料B为再生砖。
[0016]根据上述公式推导出来的级配范围制作了道路基层混合料试块。采用砼再生碎石和再生砖作为主骨架，适宜剂量的水泥、粉煤灰作为填充料，填充于大粒径砼再生碎石和砖的空隙中，形成能够应用于工程实际的水泥粉煤灰稳定砖
‑
砼再生碎石道路基层材料。考虑了两种主骨料(砼再生碎石、再生砖)密度差异较大，采用本专利技术设计的等体积替换法算出的级配推荐范围，制作了优化级配后的水泥粉煤灰稳定砖
‑
砼再生碎石试件。与规范推荐的配比进行物理力学性能方面和表面均匀性及光滑度对比分析，以此验证本专利技术方法的合理性。
[0017]相比于规范推荐的级配范围制作出的试件，本专利技术能够有效的解决大差异密度基层混合料试块表面不均匀光滑等问题，发现采用优化后的级配范围制作的试块外表光滑度有所改善，且看起来骨料也比较分布均匀，说明采用本专利技术设计的等体积替换法优化配比设计，可以有效的使得集料间相互嵌挤更加突出，具有更为优的物理力学性能。标准养护7d后对两组试件进行了无侧限抗压强度和劈裂试验，通过相关试验数据结果表明采用等体积替换法对级配范围进行优化之后，无侧限抗压强度和劈裂强度均有所增加，无侧限抗压强度提高了19.3％，劈裂强度提高了15.4％，选用本专利技术设计的等体积替换法优化配比设计方法在骨架密实程度及综合物理力学性能方面将更为优越。
附图说明
[0018]图1为本专利技术设计方法制作的试件无侧限抗压强度试验。
[0019]图2为规范推荐级配的试件无侧限抗压强度试验。
[0020]图3为本专利技术设计方法制作的试件劈裂试验。
[0021]图4为规范推荐级配的试件劈裂试验后照片。
具体实施方式
[0022]下面通过具体实施例来详细描述本专利技术的一种骨料密度大差异的水稳碎石级配方法。
[0023]由规范《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20—2015)中表4.5.7提供的基层水泥粉煤灰稳定碎石推荐级配范围(CF
‑
B
‑
2S)，下文统一简称为“规范”，各档筛孔质量筛余的上、下限如表1所示(由各档累积筛余换算为各档筛孔质量筛余)。
[0024]表1水泥粉煤灰稳定级配碎石推荐的质量筛余
[0025][0026]选取砼再生碎石作为主骨料，再生砖作为副骨料，其中砖的密度为0.992g/cm3、砼再生碎石的密度为1.58g/cm3，密度相差33％，可认为是大密度差异骨架。当集料之间密度相差较大时，会导致混合料集料的空间结构发生变化，因此在级配设计过程中采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种骨料密度大差异的水稳碎石级配方法，其特征在于，包括步骤：(1)以碎石A或碎石相当物作为第一骨料，矿物掺合料B作为第二骨料，其中，碎石A的密度为ρ1，矿物掺合料B密度为ρ2，ρ1与ρ2的值差异大于15％；(2)按规范《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20—2015)提供的基层水泥粉煤灰稳定碎石推荐级配范围，以所需单一碎石总质量M
总
作为配料参照基准；设定矿物掺合料B的替代总质量为M；替换过程中各档碎石和矿物掺合料B之间采用逐级替换，就是将矿物掺合料B与碎石A级配设置同档；R
i
为规范推荐的各档碎石的质量筛余，各档矿物掺合料B的质量为M
i
，则：M
i
＝M
×
R
i
ꢀ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张轩硕，李宏波，丁永发，李盛，张虎彪，李瑞芝，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：