CN104849152A - 一种植石水泥混凝土桥面铺装结构施工质量评价方法 - Google Patents
一种植石水泥混凝土桥面铺装结构施工质量评价方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种植石水泥混凝土桥面铺装结构施工质量评价方法,通过对选取的试件分别应用肯塔堡飞散试验计算试件的质量损失Δs,和应用桥面铺装结构层间剪切试验计算层间抗剪强度τ和层间剪切模量E,并对测得值进行无量纲化计算,分别绘制折线图,评价待评价施工质量参数选取范围和最佳值。本发明的方法理论基础可靠,过程清晰,所得结果可信,可应用于植石水泥混凝土桥面铺装结构的设计和施工中。
Description
技术领域
本发明属于水泥混凝土桥面施工的评价技术领域,具体涉及到一种植石水泥混凝土桥面铺装结构施工质量评价方法。
背景技术
植石水泥混凝土路面,即指在已经铺筑、整平的新浇水泥混凝土路面上,待养生至规定时间后均匀撒布一层满足一定级配要求的石料,并压入至一定深度,由此所形成的水泥混凝土路面。
将植石技术应用于水泥混凝土桥面铺装体系,相比较于传统的凿毛、拉毛及铣刨等水泥混凝土桥面粗糙处理技术,植石技术可以在水泥混凝土桥面板表面形成丰富的纹理构造,有效地改善水泥混凝土桥面铺装体系的层间粘结性能。
由于桥面铺装结构中水泥混凝土桥面板、防水粘结层与沥青铺装层已经得到较为深入的研究,再加上科技发展为施工机械的发展带来了极大的机遇,因此水泥混凝土桥面板、防水粘结层与沥青铺装层的施工质量能够得到有效的保证。
但作为一种新型的桥面板粗糙技术——植石技术,其石料层的施工质量,包括石料撒布面积、石料粒径与石料压入深度,将显著地影响植石水泥混凝土桥面铺装结构的施工质量。目前有关植石水泥混凝土石料撒布设备的研究尚未起步,关于植石水泥混凝土石料层施工质量的评价指标也未提出。
发明内容
为了克服现有技术所存在的不足,本发明提供了一种方法简单、能够真实反映桥面铺装结构层间剪切值与桥面铺装质量关系,为植石水泥混凝土桥面施工提供参考依据的植石水泥混凝土桥面铺装结构施工质量评价方法。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是由以下几个步骤组成:
1)取4份待评价的施工质量参数值不同、成型尺寸为300mm×300mm×50mm的长方体植石水泥混凝土桥面板,采用钻芯机分别钻取尺寸为Ф100mm×50mm的飞散试验圆柱体植石水泥混凝土桥面板试件;
2)进行植石水泥混凝土桥面板飞散试验,由下式计算4份不同待评价的施工质量参数试件的质量损失Δs:
Δs=(m0-m1)/m0×100 式(1)
式(1)中,Δs为飞散试验质量损失,m0为试验前试件的质量,m1为试验后试件的残留质量;
3)取4份待评价的施工质量参数值不同、成型尺寸为300mm×300mm×100mm的长方体植石水泥混凝土桥面铺装,采用钻芯机分别钻取尺寸为Ф100mm×100mm的桥面铺装剪切试验圆柱体植石水泥混凝土桥面铺装试件;
4)按下式计算4份不同待评价的施工质量参数试件的层间抗剪强度τ:
τ=F/S 式(2)
式(2)中,τ为层间抗剪强度,F为极限拉力,S为层间剪切面积;
5)按下式计算4份不同待评价的施工质量参数试件的层间剪切模量E:
Eτ=τ/l 式(3)
式(3)中,Eτ为层间剪切模量,τ为层间抗剪强度,l为极限剪切位移;
6)对以上步骤3)~5)测得的试验指标质量损失Δs、层间抗剪强度τ、层间剪切模量E进行计算,计算公式为:
式(4)中,x为去量纲后的试验指标,xi为去量纲前的试验指标,n为试验次数;
7)采用质量损失Δs与层间抗剪强度τ双指标为双纵坐标、以待评价的施工质量参数为横坐标制图,取层间抗剪强度τ曲线高于质量损失Δs曲线的横坐标区间为可接受值范围区间;
8)采用质量损失Δs与层间剪切模量E双指标为双纵坐标、以待评价的施工质量参数为横坐标制图,取层间剪切模量E曲线高于质量损失Δs曲线的横坐标区间为可接受值范围区间;
9)结合以上步骤7)和8)的可接受值范围区间,该交集区间可作为植石水泥混凝土桥面铺装施工质量参数的评价标准,层间抗剪强度τ和层间剪切模量E与质量损失Δs的差值最大值即为植石水泥混凝土桥面铺装施工质量参数的最佳值。
本发明方法步骤中植石水泥混凝土桥面板试件和植石水泥混凝土桥面铺装试件的待评价施工质量参数为石料粒径、石料撒布面积或石料压入深度。
本发明的植石水泥混凝土桥面铺装结构施工质量评价方法,通过对选取的试件分别应用肯塔堡飞散试验计算试件的质量损失Δs,和应用桥面铺装结构层间剪切试验计算层间抗剪强度τ和层间剪切模量E,并对测得值进行无量纲化计算,分别绘制折线图,评价待评价施工质量参数选取范围和最佳值。本发明的方法理论基础可靠,过程清晰,所得结果可信,可应用于植石水泥混凝土桥面铺装结构的设计和施工中。
附图说明
图1是飞散试验圆柱体植石水泥混凝土桥面板试件结构示意图。
图2是飞散试验圆柱体植石水泥混凝土桥面铺装试件结构示意图。
图3是实施例1中质量损失Δs与层间抗剪强度τ为双纵坐标、石料粒径为横坐标的数据折线图。
图4是实施例1中质量损失Δs与层间剪切模量E为双纵坐标、石料粒径为横坐标的数据折线图。
图5是实施例2中质量损失Δs与层间抗剪强度τ为双纵坐标、石料撒布面积为横坐标的数据折线图。
图6是实施例2中质量损失Δs与层间剪切模量E为双纵坐标、石料撒布面积为横坐标的数据折线图。
图7是实施例3中质量损失Δs与层间抗剪强度τ为双纵坐标、石料压入深度为横坐标的数据折线图。
图8是实施例3中质量损失Δs与层间剪切模量E为双纵坐标、石料压入深度为横坐标的数据折线图。
具体实施方式
现结合试验数据和实施例对本发明的技术方案进行详细说明,但是本发明不仅限于下述的实施情形。
实施例1
植石水泥混凝土桥面铺装的施工过程中,石料粒径的选取、石料撒布面积和石料压入深度等参数指标都是影响施工质量的重要因素,本实施例以石料粒径选取为例,评价该参数选取范围和最佳值。
使用本发明的评价方法评价石料粒径的步骤:
1)制作4份石料撒布面积为80%、成型尺寸为300mm×300mm×50mm的长方体植石水泥混凝土桥面板,石料粒径分别取4.75mm、9.5mm、13.2mm、16mm四种情形,石料压入深度与石料粒径有关,与石料粒径对应的石料压入深度取1.0mm、2.0mm、2.5mm、3.5mm;在4份不同石料粒径的长方体植石水泥混凝土桥面板上采用钻芯机分别钻取尺寸为Ф100mm×50mm的飞散试验圆柱体植石水泥混凝土桥面板试件,如图1所示,植石水泥混凝土桥面板试件包括水泥混凝土层1和石料层2;
2)根据我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中对沥青混合料肯塔堡飞散试验的规定进行植石水泥混凝土桥面板飞散试验,由下式计算4份不同石料粒径试件的质量损失Δs:
Δs=(m0-m1)/m0×100 式(1)
式(1)中:Δs为飞散试验质量损失,m0为试验前试件的质量,m1为试验后试件的残留质量;
计算结果如下表1:
表1
石料粒径(mm) | 4.75 | 9.5 | 13.2 | 16 |
质量损失(%) | 18.8 | 15.7 | 18.8 | 21.8 |
3)制作4份石料撒布面积为80%、成型尺寸为300mm×300mm×100mm的长方体植石水泥混凝土桥面铺装,石料粒径分别取4.75mm、9.5mm、13.2mm、16mm四种情形,石料压入深度与石料粒径有关,与石料粒径对应的石料压入深度取1.0mm、2.0mm、2.5mm、3.5mm;在4份不同石料粒径的长方体植石水泥混凝土桥面铺装上采用钻芯机分别钻取尺寸为Ф100mm×100mm的桥面铺装剪切试验圆柱体植石水泥混凝土桥面铺装试件,如图2所示,植石水泥混凝土桥面铺装试件包括水泥混凝土层1、石料层2、防水粘结层3和沥青铺装层4;
4)根据下式计算4份不同石料粒径试件的层间抗剪强度τ:
τ=F/S 式(2)
式(2)中:τ为层间抗剪强度,F为极限拉力,S为层间剪切面积;
计算结果如下表2:
表2
石料粒径(mm) | 4.75 | 9.5 | 13.2 | 16 |
层间抗剪强度(MPa) | 0.798 | 0.894 | 0.854 | 0.844 |
5)根据下式计算4份不同石料粒径试件的层间剪切模量E:
Eτ=τ/l 式(3)
式(3)中:Eτ为层间剪切模量,τ为层间抗剪强度,l为极限剪切位移;
计算结果如下表3:
表3
石料粒径(mm) | 4.75 | 9.5 | 13.2 | 16 |
层间剪切模量 | 0.043 | 0.046 | 0.047 | 0.046 |
6)对以上步骤3)~5)测得的试验指标质量损失Δs、层间抗剪强度τ、层间剪切模量E进行无量纲化计算,计算公式为:
式(4)中:x为无量纲后的试验指标,xi为无量纲前的试验指标,n为试验次数;
计算结果如下表4:
表4
石料粒径(mm) | 4.75 | 9.5 | 13.2 | 16 |
质量损失 | 1.00 | 0.84 | 1.00 | 1.16 |
层间抗剪强度 | 0.94 | 1.05 | 1.01 | 1.00 |
层间剪切模量 | 0.95 | 1.02 | 1.04 | 0.99 |
7)在图3中,采用质量损失Δs与层间抗剪强度τ双指标为双纵坐标、以石料粒径为横坐标制图,质量损失Δs数值越大表明石料越容易脱落,层间抗剪强度τ数值越大表明石料对桥面铺装结构层间强度越高,取层间抗剪强度τ曲线高于质量损失Δs曲线的石料粒径横坐标区间[4.75mm,13.2mm]为可接受值范围区间;取层间抗剪强度τ曲线与质量损失Δs曲线差值最大值处的石料粒径横坐标9.5mm为石料粒径的最佳可选取值;
8)在图4中,采用质量损失Δs与层间剪切模量E双指标为双纵坐标、以石料粒径为横坐标制图,质量损失Δs数值越大表明石料越容易脱落,层间剪切模量E数值越大表明石料对桥面铺装结构层间抗变形能力越高,取层间剪切模量E曲线高于质量损失Δs曲线的石料粒径横坐标区间[4.75mm,13.2mm]为另一可接受值范围区间;取层间剪切模量E与质量损失Δs曲线差值最大值处的石料粒径横坐标9.5mm为石料粒径的最佳可选取值;
9)结合以上步骤7)和8)的可接受值范围区间,二者交集区间表明石料对桥面铺装结构层间强度和抗变形能力均较高,本实施例中步骤7)和8)的两区间重合,均为[4.75mm,13.2mm],该区间即为植石水泥混凝土桥面铺装石料粒径的选取标准。石料粒径横坐标范围内的层间抗剪强度τ曲线与质量损失Δs曲线差值最大值和层间剪切模量E与质量损失Δs曲线差值最大值即为植石水泥混凝土桥面铺装石料粒径选取的最佳值,本实施例中层间剪切模量E与质量损失Δs曲线差值最大值处的石料粒径与层间剪切模量E与质量损失Δs曲线差值最大值处的石料粒径均为9.5mm,即选取石料粒径9.5mm为植石水泥混凝土桥面铺装石料粒径选取的最佳值。
实施例2
本实施例以石料撒布面积的选取为例,评价该参数选取范围和最佳值。
使用本发明的评价方法评价石料撒布面积的步骤:
1)制作4份石料粒径为13.2mm、石料压入深度为2.6mm、成型尺寸为300mm×300mm×50mm的长方体植石水泥混凝土桥面板,石料撒布面积分别取50%、60%、70%、80%四种情形;在4份不同石料粒径的长方体植石水泥混凝土桥面板上采用钻芯机分别钻取尺寸为Ф100mm×50mm的飞散试验圆柱体植石水泥混凝土桥面板试件;
2)根据我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中对沥青混合料肯塔堡飞散试验的规定进行植石水泥混凝土桥面板飞散试验,由下式计算4份不同石料撒布面积的试件的质量损失Δs:
Δs=(m0-m1)/m0×100 式(1)
式(1)中:Δs为飞散试验质量损失,m0为试验前试件的质量,m1为试验后试件的残留质量;
计算结果如下表5:
表5
石料撒布面积(%) | 50 | 60 | 70 | 80 |
质量损失(%) | 13.1 | 14.8 | 15.0 | 18.0 |
3)制作4份石料粒径为13.2mm、石料压入深度为2.6mm、成型尺寸为300mm×300mm×100mm的长方体植石水泥混凝土桥面铺装,石料撒布面积分别取50%、60%、70%、80%四种情形;在4份不同石料撒布面积的长方体植石水泥混凝土桥面铺装上采用钻芯机分别钻取尺寸为Ф100mm×100mm的桥面铺装剪切试验圆柱体植石水泥混凝土桥面铺装试件;
4)根据下式计算层间抗剪强度τ:
τ=F/S 式(2)
式(2)中:τ为层间抗剪强度,F为极限拉力,S为层间剪切面积;
计算结果如下表6:
表6
石料撒布面积(%) | 50 | 60 | 70 | 80 |
层间抗剪强度(MPa) | 0.806 | 0.825 | 0.868 | 0.890 |
5)根据下式计算层间剪切模量E:
Eτ=τ/l 式(3)
式(3)中:Eτ为层间剪切模量,τ为层间抗剪强度,l为极限剪切位移;
计算结果如下表7:
表7
石料撒布面积(%) | 50 | 60 | 70 | 80 |
层间剪切模量 | 0.044 | 0.044 | 0.047 | 0.046 |
6)对以上步骤3)~5)测得的试验指标质量损失Δs、层间抗剪强度τ、层间剪切模量E进行无量纲化计算,计算公式为:
式(4)中:x为无量纲后的试验指标,xi为无量纲前的试验指标,n为试验次数;
计算结果如下表8:
表8
石料撒布面积(%) | 50 | 60 | 70 | 80 |
质量损失 | 0.86 | 0.97 | 0.99 | 1.18 |
层间抗剪强度 | 0.95 | 0.97 | 1.02 | 1.05 |
层间剪切模量 | 0.97 | 0.97 | 1.04 | 1.02 |
7)在图5中,采用质量损失Δs与层间抗剪强度τ双指标为双纵坐标、以石料撒布面积为横坐标制图,质量损失Δs数值越大表明石料越容易脱落,层间抗剪强度τ数值越大表明石料对桥面铺装结构层间强度越高,取层间抗剪强度τ曲线高于质量损失Δs曲线的石料撒布面积横坐标区间[50%,70%]为可接受值范围区间;取层间抗剪强度τ曲线与质量损失Δs曲线差值最大值处的石料撒布面积横坐标50%为石料撒布面积的最佳可选取值;
8)在图6中,采用质量损失Δs与层间剪切模量E双指标为双纵坐标、以石料撒布面积为横坐标制图,质量损失Δs数值越大表明石料越容易脱落,层间剪切模量E数值越大表明石料对桥面铺装结构层间抗变形能力越高,取层间剪切模量E曲线高于质量损失Δs曲线的石料撒布面积横坐标区间[50%,70%]为另一可接受值范围区间;取层间剪切模量E与质量损失Δs曲线差值最大值处的石料撒布面积横坐标50%为石料撒布面积的最佳可选取值;
9)结合以上步骤7)和8)的可接受值范围区间,二者交集区间表明石料对桥面铺装结构层间强度和抗变形能力均较高,本实施例中步骤7)和8)的两区间重合,均为[50%,70%],该区间即为植石水泥混凝土桥面铺装石料撒布面积的选取标准。石料撒布面积横坐标范围内的层间抗剪强度τ曲线与质量损失Δs曲线差值最大值和层间剪切模量E与质量损失Δs曲线差值最大值即为植石水泥混凝土桥面铺装石料撒布面积选取的最佳值,本实施例中层间剪切模量E与质量损失Δs曲线差值最大值处的石料撒布面积与层间剪切模量E与质量损失Δs曲线差值最大值处的石料撒布面积均为50%,即选取石料撒布面积50%为植石水泥混凝土桥面铺装石料撒布面积选取的最佳值。
其他方法步骤与实施例1相同。
实施例3
本实施例以石料压入深度选取为例,评价该参数选取范围和最佳值。
使用本发明的评价方法评价石料压入深度的步骤:
1)制作4份石料撒布面积为80%、石料粒径为13.2mm、成型尺寸为300mm×300mm×50mm的长方体植石水泥混凝土桥面板,石料压入深度分别取2.5mm、5.0mm、7.5mm、10.0mm四种情形;在4份不同石料压入深度的长方体植石水泥混凝土桥面板上采用钻芯机分别钻取尺寸为Ф100mm×50mm的飞散试验圆柱体植石水泥混凝土桥面板试件;
2)根据我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中对沥青混合料肯塔堡飞散试验的规定进行植石水泥混凝土桥面板飞散试验,由下式计算评价指标质量损失Δs:
Δs=(m0-m1)/m0×100 式(1)
式(1)中:Δs为飞散试验质量损失,m0为试验前试件的质量,m1为试验后试件的残留质量;
计算结果如下表9:
表9
石料压入深度(mm) | 2.5 | 5.0 | 7.5 | 10.0 |
质量损失(%) | 15.3 | 14.6 | 10.5 | 9.8 |
3)制作4份石料撒布面积为80%、石料粒径为13.2mm、成型尺寸为300mm×300mm×100mm的长方体植石水泥混凝土桥面铺装,石料压入深度分别取2.5mm、5.0mm、7.5mm、10.0mm四种情形;在4份不同石料压入深度的长方体植石水泥混凝土桥面铺装上采用钻芯机分别钻取尺寸为Ф100mm×100mm的桥面铺装剪切试验圆柱体植石水泥混凝土桥面铺装试件;
4)根据下式计算层间抗剪强度τ:
τ=F/S 式(2)
式(2)中:τ为层间抗剪强度,F为极限拉力,S为层间剪切面积;
计算结果如下表10:
表10
石料压入深度(mm) | 2.5 | 5.0 | 7.5 | 10.0 |
层间抗剪强度(MPa) | 0.903 | 0.898 | 0.875 | 0.713 |
5)根据下式计算层间剪切模量E:
Eτ=τ/l 式(3)
式(3)中:Eτ为层间剪切模量,τ为层间抗剪强度,l为极限剪切位移;
计算结果如下表11:
表11
石料压入深度(mm) | 2.5 | 5.0 | 7.5 | 10.0 |
层间剪切模量 | 0.044 | 0.048 | 0.047 | 0.040 |
6)对以上步骤3)~5)测得的试验指标质量损失Δs、层间抗剪强度τ、层间剪切模量E进行无量纲化计算,计算公式为:
式(4)中:x为无量纲后的试验指标,xi为无量纲前的试验指标,n为试验次数;
计算结果如下表12:
表12
石料压入深度(mm) | 2.5 | 5.0 | 7.5 | 10.0 |
质量损失 | 1.22 | 1.16 | 0.84 | 0.78 |
层间抗剪强度 | 1.07 | 1.06 | 1.03 | 0.84 |
层间剪切模量 | 0.98 | 1.07 | 1.05 | 0.89 |
7)在图7中,采用质量损失Δs与层间抗剪强度τ双指标为双纵坐标、以石料压入深度为横坐标制图,质量损失Δs数值越大表明石料越容易脱落,层间抗剪强度τ数值越大表明石料对桥面铺装结构层间强度越高,取层间抗剪强度τ曲线高于质量损失Δs曲线的石料压入深度横坐标区间[6mm,10mm]为可接受值范围区间;取层间抗剪强度τ曲线与质量损失Δs曲线差值最大值处的石料压入深度横坐标7.5mm为石料撒布面积的最佳可选取值;
8)在图8中,采用质量损失Δs与层间剪切模量E双指标为双纵坐标、以石料压入深度为横坐标制图,质量损失Δs数值越大表明石料越容易脱落,层间剪切模量E数值越大表明石料对桥面铺装结构层间抗变形能力越高,取层间剪切模量E曲线高于质量损失Δs曲线的石料压入深度横坐标区间[6mm,10mm]为另一可接受值范围区间;取层间剪切模量E与质量损失Δs曲线差值最大值处的石料压入深度横坐标7.5mm为石料撒布面积的最佳可选取值;
9)结合以上步骤7)和8)的可接受值范围区间,二者交集区间表明石料对桥面铺装结构层间强度和抗变形能力均较高,本实施例中步骤7)和8)的两区间重合,均为[6mm,10mm],该区间即为石料粒径为13.2mm的植石水泥混凝土桥面铺装石料压入深度的选取标准。石料压入深度横坐标范围内的层间抗剪强度τ曲线与质量损失Δs曲线差值最大值和层间剪切模量E与质量损失Δs曲线差值最大值即为植石水泥混凝土桥面铺装石料压入深度选取的最佳值,本实施例中层间剪切模量E与质量损失Δs曲线差值最大值处的石料压入深度与层间剪切模量E与质量损失Δs曲线差值最大值处的石料压入深度均为7.5mm,即选取石料压入深度7.5mm为石料粒径13.2mm的植石水泥混凝土桥面铺装石料压入深度选取的最佳值。
其他方法步骤与实施例1相同。
Claims (2)
1.一种植石水泥混凝土桥面铺装结构施工质量评价方法,其特征在于由以下步骤组成:
1)取4份待评价的施工质量参数值不同、成型尺寸为300mm×300mm×50mm的长方体植石水泥混凝土桥面板,采用钻芯机分别钻取尺寸为Ф100mm×50mm的飞散试验圆柱体植石水泥混凝土桥面板试件;
2)进行植石水泥混凝土桥面板飞散试验,由下式计算4份不同待评价的施工质量参数试件的质量损失Δs:
Δs=(m0-m1)/m0×100 式(1)
式(1)中,Δs为飞散试验质量损失,m0为试验前试件的质量,m1为试验后试件的残留质量;
3)取4份待评价的施工质量参数值不同、成型尺寸为300mm×300mm×100mm的长方体植石水泥混凝土桥面铺装,采用钻芯机分别钻取尺寸为Ф100mm×100mm的桥面铺装剪切试验圆柱体植石水泥混凝土桥面铺装试件;
4)按下式计算4份不同待评价的施工质量参数试件的层间抗剪强度τ:
τ=F/S 式(2)
式(2)中,τ为层间抗剪强度,F为极限拉力,S为层间剪切面积;
5)按下式计算4份不同待评价的施工质量参数试件的层间剪切模量E:
Eτ=τ/l 式(3)
式(3)中,Eτ为层间剪切模量,τ为层间抗剪强度,l为极限剪切位移;
6)对以上步骤3)~5)测得的试验指标质量损失Δs、层间抗剪强度τ、层间剪切模量E进行计算,计算公式为:
式(4)中,x为去量纲后的试验指标,xi为去量纲前的试验指标,n为试验次数;
7)采用质量损失Δs与层间抗剪强度τ双指标为双纵坐标、以待评价的施工质量参数为横坐标制图,取层间抗剪强度τ曲线高于质量损失Δs曲线的横坐标区间为可接受值范围区间;
8)采用质量损失Δs与层间剪切模量E双指标为双纵坐标、以待评价的施工质量参数为横坐标制图,取层间剪切模量E曲线高于质量损失Δs曲线的横坐标区间为可接受值范围区间;
9)结合以上步骤7)和8)的可接受值范围区间,该交集区间可作为植石水泥混凝土桥面铺装施工质量参数的评价标准,层间抗剪强度τ和层间剪切模量E与质量损失Δs的差值最大值即为植石水泥混凝土桥面铺装施工质量参数的最佳值。
2.根据权利要求1所述的植石水泥混凝土桥面铺装结构施工质量评价方法,其特征在于:在步骤中1)~9)中,所述的植石水泥混凝土桥面板试件和植石水泥混凝土桥面铺装试件的待评价施工质量参数为石料粒径、石料撒布面积或石料压入深度。
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