[发明专利]一种骨料密度大差异的水稳碎石级配方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

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，本发明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。

本发明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。

根据本发明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：

(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：