关于公路工程粗集料压碎值的定义及取值标准的探讨

关于公路工程粗集料压碎值的定义及取值标准的探讨

摘要：在我国公路工程集料的指标体系中，压碎指标一是，与其他指标不同；二是，与国外的情况相反处于非常突出和重要的地位，其原因至今仍是一个谜，也是为什么我国工程界如此青睐该指标。由于该指标概念的模糊性，工程使用目的的宽泛性，确定指标的随意性和粗糙性，在实践中引起较广泛的关注和争议。文章探索从该指标的定义、工程使用目的、强度特征、以及如科学的、经济的研究和确定取值标准等几个面，以水泥混凝土和沥青混合料为例进行分析和讨论，使料在压碎指标回归到它的理性地位，能经济有效地控制工程质量、降低工程造价、加快工程进度、减少技术浪费。

关键词：粗集料；压碎值；强度；水泥混凝土；沥青混合料

引言

压碎值作为水泥混凝土，沥青混合料或半刚性，柔性基层，底基层中粗集料（以下简称料）的力学指标，目前唯有澳大利亚正在执行的规中采用压碎值指标，世界其他都未采用此指标，但在我国多《规》[1-3]中，以及实际执行层面，该指标受到特别的重视，导致近年来在各地施工中不断针对

《规》[1]中有关压碎值的技术要求及相关规定提出质疑。另外，有些省、市、自治区的主管部门，或某工程项目的建设单位随意擅自提高沥青混合料中料压碎值的指标，直接的结果是较大幅度地提高了料的品质，缩小了可用料的围，或者将间接地提高了公路工程建设的成本，本可以就地选用的料不能使用，需远距离外购。这些问题已引起多面的关注和讨论。所以，文章拟从压碎指标的定义、使用目的、以及强度特征等几个面进行分析和讨论，使料的压碎值回归到它真正理性的地位，能经济有效地控制工程质量的作用，从而真正提高工程质量，降低工程造价，加快工程进行，减少技术浪费。

1 压碎值使用目的分析

《规》[4]中对压碎值有两个定义，一是术语定义即“按规法测得的料抵抗压碎的能力，以压碎试验后小于规定粒径的料质量的百分比表示”。二是实验定义即“集料压碎值用于衡量料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎值的能力，是衡量料力学性质的指标，以评定其在公路工程中的适用性”。上述两种定义综合起来实际上是一个较完整的实验容和法的定义，而且也宽泛地说明了压碎值的使用目的，即力学指标，以评定其在公路工程的适用性。对路用粗集料，《规》[2]表4?8?2和表4?8?5中规定了十项技术要求，即压碎值、洛杉矶磨耗值、表观相对密度、吸水率、坚固性、磨光值、粘附

性、针片状含量、粉粘粒含量和软含量（国外多还采用冲击值），在这十个指标中最难认识和理解的是压碎值，从字面上分析是指料在不同工况下被压碎，如热拌、冷拌和温拌沥青混合料碾压成型时要达到规定的密度（或压实度），必须采用重型压路机进行碾压，施工时部分料有可能被压碎，从而影响沥青路面的使用品质，或沥青路面在使用期间在车辆荷载的长期作用下，也可能使部分料破损，可能造成路面病害，从此角度分析好像采用压碎值指标尚有一定的道理，但是目前为止未看到有该面的研究报导。但对水泥混凝土来讲，在浇筑成型时（除RCC混凝土），则采用振捣棒、平板振动器和振动梁进行成型，水泥混凝土各种构件，如板、梁、柱、桩、墩等，受压破坏可能不仅造成料的破坏，还有可能产生粘着和水泥破坏，所以，从字面上讲还不如沥青混合料有道理。国外大多数不采用压碎值指标，或不将该指标作为主要指标，一定有其道理，所以，加强压碎指标的国际交流，给出压碎值的科学定义和使用目的的说明非常重要。

2 压碎值的强度分析

一般的强度定义是指材料或构件受力时抵抗破坏的能力，将此强度定义与前述压碎值的定义相对比，可知压碎值实质上是表征料的强度概念，作为工程材料常用的强度指标有，抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等，而对岩一般采用饱和单轴极限抗压强度指标，特别是在水泥混凝土试验指标中

不但没有取消岩的饱和单轴抗压强度，而且又增加了压碎值指标，但这两个强度概念是有较大区别的。岩的饱和单轴抗压极限强度，是在规定尺寸下，逐渐加载至断裂（破坏）所达到的最大应力，量纲为MPa，而压碎值是在规定力（400KN）等条件下，小于规定粒径的料质量的百分比，量纲为%。依据上述分析压碎值指标只能是一个间接反映料强度值得指标，就像岩的点荷载试验，是一个简便的，快速的，测定岩抗压强度的间接指标，所以点荷载试验指标必须通过经验公式换算到标准的岩饱和单轴抗压强度上去，否则，点荷载试验是无意义的。同理，也应找出岩的饱和单轴抗压强度与压碎值之间的相关经验公式，就可以采用压碎值来直接表征料的强度概念，不仅概念清楚，而且目的明确，一是不必绕很大的弯，二是减少试验指标，节约建设成本。如果不这样认识，或者去做，会带来或造成如下问题：

（1）目前不同规规定的沥青路面，水泥混凝土和半刚性基层，底基层的压碎值指标，一是无理论依据和试验数据支撑，从而导致任部门单位都敢擅自提高压碎值，二是压碎值比饱和单轴抗压强度高很多。详见表1，如果按《规》[1]第6?4?1表中的规定，并参照表1中压碎值与抗压强度的相关关系，Ⅰ类水泥混凝土（>C60），压碎值<18（%），则对应岩的抗压强度约为90MPa以上，Ⅱ类水泥混凝土

（C30-C60），压碎值<20（%），则对应岩的抗压强度约为

80MPa，Ⅲ类水泥混凝土（

等级之比应不小于1.5，或者说岩的抗压强度应大于水泥混凝土强度的1.5倍。根据此规定，又会存在下述问题。

（2）结构的强度与材料的强度从理论层面讲不是相同的概念，一般讲结构是材料的结构，反之材料一定是结构的材料，两者互为因果关系，结构的参数和指标与材料的参数和指标是两个截然不同的概念，一般结构的参数和指标控制和限制着材料的参数和指标，也就是说材料的指标不能低于结构所需的指标，也不能过高地超过结构规定的指标，保证一定的安全系数即可。另外，结构性质或性能不同的材料（或构件）组合，相互间的指标差异也不能太大，一是不协调，二是不经济。例如，水泥混凝土对于料、砂、水泥、水、粉煤灰、硅粉、外参剂等，它就是结构，但在桥梁、墩台、柱、桩、水泥混凝土板、楼房、厂房等构造物中，水泥混凝土则成为材料。在水泥混凝土中它的强度破坏，一般决定三个面，即骨料（料）与水泥胶结面的破裂（坏）称粘着破裂；另一个是水泥的破裂，其次是料的破裂，其中任一个或两个发生破裂都会导致水泥混凝土的破坏，即材料的破坏导致结构的

破坏。水泥混凝土作为结构就像一个木桶，料、水泥就像组成木桶的一块块板，木桶装水的多少不决定于最长的那块板，而是决定于最短的板，一面希望各块板相对均衡，长度（或指强度）差异不能太大，这符合协调原则和经济原则，另一面应重点控制短板，也就是说最不利的材料强度不应低于结构的设计强度。大量水泥混凝土破坏情况显示粘着破坏是导致水泥混凝土破坏的短板。《规》[1]让岩的抗压强度与水泥混凝土的强度相比，不如让岩的抗压强度与水泥的抗压强度进行对比，这样两者的强度相差不大，而又高于水泥混凝土的强度，这种思路，一是概念清楚、正确，二是经济合理，符合木桶原理。当然，岩的抗压强度或料的压碎值对不同标号的水泥混凝土的设计强度应高多少，或取多大的下限值，应通过实验，首先确定岩的强度与压碎值之间的相关关系，再确定压碎值与水泥混凝土设计强度之间的相关关系，就能够科学的、经济的和合理的确定压碎值的取值下限，仅做压碎值指标，而不必再做岩的抗压强度指标。（3）沥青混合料压碎值的取值问题比水泥混凝土要复杂，例如，对密级配沥青混凝土混合料的结构强度，对高速公路，一级公路由马歇尔试验测定的稳定度不确定，小于8KN，其他等级的公路不小于5KN。以此推论好像密级配沥青混凝土混合料对料的强度要求并不高，但实际上料的强度或压碎值还由料的磨耗值、磨光值和坚固性指标来控制，如料的强度低，

则料的磨耗值、磨光值、坚固性或冲击值就低，就达不到规规定的要求，特别是磨光值（对沥青路面上面层）起着控制性作用，而对沥青路面中、下面层来讲，磨耗值，磨光值理论上已无意义，而其他料指标应分层递减，到底如递减，应由试验来确定，实际规已考虑到这样的问题。对沥青混合料来讲，目前规确定的料压碎值指标是基本合理的，主要问题，一是，取值的依据不清楚，二是，各省、市、自治区的主管部门，或者一些工程项目的建设单位，擅自提高压碎值，所以必须格执行规的规定，不得擅自提高，更不能降低。

（4）在公路沥青路面施工技术规中对于料（粗集料）的技术要求中未要求岩的抗压强度指标，仅规定了料的压碎值指标这是正确的，合理的。但是在公路桥涵施工技术规中还不仅规定了岩抗压强度与水泥混凝土强度等级之比外，还规定了岩的抗压强度，火成岩>80MPa，变质岩>60MPa，水成岩>30MPa，该规定主要存在以下几面的问题：首先，水成岩的概念是十九世纪的概念，而水成岩仅是沉积岩中的一类，所以，建议规修订时将水成岩改为沉积岩。

其次，对工程材料来讲无论是岩浆岩（或称火成岩）、沉积岩还是变质岩，虽然从地学的角度是三类不同成因的岩，其结构、构造和矿物成分等面有很大的区别和差异，而且对工程材料的强度和变形也各不相同，有的差异非常之大。如岩浆岩为熔结或结晶胶结，各向异性不发育，强度一

般很高，变形很小。而沉积岩与部分负变质岩，物质组成复杂，为胶结物胶结，层理发育，即具明显的各向异性，一是岩强度变化大，二是相对强度比岩浆岩低，而正变质岩虽类同于岩浆岩，但因含较软弱的变质矿物，而且层理、层麻理发育，即各向异性比岩浆岩发育，所以岩也一般不如原岩浆高，但这绝对不能作为划分工程材料的依据，对于工程材料来讲只关注岩的强度指标，不管岩的成因类型，这一点极为重要，否则岩就变成了地学岩，而不是工程岩。当然，在具体做试验时一定要考虑岩的成因。例如对沉积和变质岩由于它们各向异性发育，试验应按最不利向测定其强度，这样就可避免各向异性对岩强度造成的影响，只要岩的强度技术指标满足相关规的要求就可以，与岩的成因无关，这是基本概念不能错。

3 结束语

（1）通过对现有《规》[4]中压碎值的定义及使用目的分析和讨论，该定义仅是一个实验定义，使用目的的表述比较宽泛，较难理解其真实的使用目的，以及在评价料适用性中的作用和地位，所以，还需在国际交流的基础上，加强研究，使压碎值的定义更精确，在工程中的使用目的更明确。

（2）根据材料或构件的强度定义，压碎指标是一个能间接反映料抗压强度的指标，可以与岩的抗压强度之间建立等效相关关系，以表征在料条件下，而不是在岩条件下的抗