王甲春 周先齊

[摘 要]普通混凝土與瀝青混凝土是土木工程材料課程中的兩個(gè)重要的教學(xué)內(nèi)容，這兩個(gè)內(nèi)容都有集料級(jí)配的技術(shù)要求。通過(guò)分析普通混凝土集料的級(jí)配和瀝青混凝土集料的規(guī)范要求和級(jí)配技術(shù)指標(biāo)的不同點(diǎn)，對(duì)相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析，使學(xué)生理解相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)要求及其內(nèi)涵，有利于學(xué)生對(duì)普通混凝土和瀝青混凝土的配比設(shè)計(jì)中對(duì)集料級(jí)配技術(shù)要求的理解，提高學(xué)生理論知識(shí)的應(yīng)用能力。

[關(guān)鍵詞]集料；普通混凝土；瀝青混凝土；級(jí)配；土木工程材料

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）11-0082-03

普通混凝土和瀝青混凝土是土木工程材料課程中的重要知識(shí)點(diǎn)，兩者都涉及配合比設(shè)計(jì)內(nèi)容，讓學(xué)生理解和掌握設(shè)計(jì)方法確實(shí)有一定的難度，需要把兩者中容易發(fā)生混淆的內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)分析。普通混凝土與瀝青混凝土設(shè)計(jì)中都有集料的級(jí)配設(shè)計(jì)問(wèn)題，因此可以通過(guò)集中對(duì)比分析兩者集料的級(jí)配技術(shù)要求，讓學(xué)生更好地理解和應(yīng)用。普通混凝土集料的級(jí)配問(wèn)題很早就引起土木工程界的重視，現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)把普通混凝土的集料分為細(xì)集料和粗集料，兩者占混凝土體積的60%-70%。1922年，美國(guó)學(xué)者Duff A.Abrams提出砂的細(xì)度模數(shù)[1]，并在此基礎(chǔ)上提出了普通混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法，被認(rèn)為是現(xiàn)代混凝土技術(shù)制備的基礎(chǔ)[2]。目前混凝土細(xì)集料砂的級(jí)配描述主要用細(xì)度模數(shù)和級(jí)配曲線(xiàn)的分區(qū)兩部分來(lái)表征，而普通混凝土粗集料石子的級(jí)配問(wèn)題表征主要用級(jí)配曲線(xiàn)和最大粒徑來(lái)描述。瀝青混凝土中質(zhì)量比90%-95%是粗集料、細(xì)集料和礦物質(zhì)組成的填料，粗集料與細(xì)集料的級(jí)配與瀝青混凝土的配合比設(shè)計(jì)聯(lián)系更緊。我國(guó)目前采用馬歇爾法進(jìn)行瀝青混凝土的配合比設(shè)計(jì)。瀝青混凝土集料的級(jí)配設(shè)計(jì)是配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)重要內(nèi)容，而沒(méi)有單獨(dú)規(guī)定砂的細(xì)度模數(shù)的技術(shù)指標(biāo)，把礦物質(zhì)填料、砂和石子進(jìn)行統(tǒng)一的級(jí)配設(shè)計(jì)。筆者在土木工程材料教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生常常將普通混凝土中對(duì)于粗集料和細(xì)集料的要求相混淆，或者不清楚為何兩者有不同的技術(shù)指標(biāo)，這就需要通過(guò)集料級(jí)配的評(píng)價(jià)與技術(shù)要求的對(duì)比，讓學(xué)生不僅理解集料級(jí)配的差別，而且理解普通混凝土配合比設(shè)計(jì)與瀝青混凝土的不同理念。

一、普通混凝土集料的級(jí)配

（一）砂的級(jí)配細(xì)度

1.砂的細(xì)度模數(shù)

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《標(biāo)準(zhǔn)建筑用砂》（GB/T 14684—2011），細(xì)度模數(shù)的定義是

從（1）式很難直接看出砂細(xì)度模數(shù)計(jì)算式的實(shí)質(zhì)，因此需要進(jìn)一步分析。設(shè)有m克砂，篩分結(jié)果為4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm方孔篩的篩上砂的質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4、m5、m6，則有

應(yīng)用（2）式可以明確地表達(dá)出我國(guó)砂細(xì)度模數(shù)的計(jì)算實(shí)質(zhì)。我國(guó)目前砂的細(xì)度模數(shù)定義式本質(zhì)上是扣除4.75mm方孔篩以上的部分以后，重新計(jì)算剩下的方孔篩累積篩余后的各個(gè)篩上的累積篩余百分率之和。

Duff A.Abrams最初提出的砂的細(xì)度模數(shù)的計(jì)算公式[3]為

這時(shí)（1）式和（3）式是等價(jià)的。我國(guó)普通混凝土用砂的現(xiàn)行規(guī)范中允許有一定的粒徑超過(guò)4.75mm的顆粒存在，因此目前我國(guó)與美國(guó)等國(guó)家砂細(xì)度模數(shù)的計(jì)算結(jié)果會(huì)有一定的差異。

2.砂的級(jí)配曲線(xiàn)

顆粒的級(jí)配曲線(xiàn)在很多課程中都有涉及，但是不同的學(xué)科要求不同。普通混凝土用砂的級(jí)配情況可以通過(guò)砂的級(jí)配曲線(xiàn)來(lái)表征[4-5]，目前砂的級(jí)配曲線(xiàn)的縱坐標(biāo)是累積篩余，橫坐標(biāo)是篩孔尺寸。由于篩孔尺寸的分布較大，實(shí)際上不能按照數(shù)量關(guān)系來(lái)確定橫坐標(biāo)，而是按等距離分布橫坐標(biāo)，這個(gè)應(yīng)在教學(xué)過(guò)程中給予明確說(shuō)明，如圖1所示。同時(shí)根據(jù)0.6mm方孔篩的累積篩余百分率把砂的級(jí)配曲線(xiàn)分為3個(gè)區(qū)，并界定每個(gè)區(qū)各個(gè)篩子累積篩余百分率的范圍，有利于從整體上判斷砂的粗細(xì)情況，以及砂粒粒徑的整體分布情況。

3.工程應(yīng)用

現(xiàn)有2種砂，經(jīng)篩分試驗(yàn)后各篩上的篩余量如表1所示。

A砂和B砂的細(xì)度模數(shù)是一樣的，都屬于粗砂，但是其級(jí)配曲線(xiàn)則相差很大，如圖2所示。A砂屬于II區(qū)，B砂屬于I區(qū)，且從A砂的級(jí)配曲線(xiàn)可以看出是間斷級(jí)配，與國(guó)家規(guī)范的要求相差很大，所以不能直接用于配制普通混凝土。

（二）普通混凝土粗集料的級(jí)配

普通混凝土粗集料是由天然巖石或卵石經(jīng)破碎和篩分得到的粒徑大于4.75mm的巖石顆粒。粗集料的級(jí)配技術(shù)指標(biāo)用目前規(guī)范中最大粒徑和級(jí)配曲線(xiàn)來(lái)表征。粗集料的級(jí)配影響混凝土砂漿的用量，大量的實(shí)驗(yàn)研究和工程應(yīng)用證明連續(xù)粒級(jí)和單粒級(jí)的粗集料的級(jí)配范圍可以直接應(yīng)用。因此，對(duì)于普通混凝土粗集料就不計(jì)算細(xì)度模數(shù)，而是主要采用級(jí)配曲線(xiàn)的方法來(lái)確定級(jí)配。

二、瀝青混凝土的集料級(jí)配

瀝青混凝土是由礦料與瀝青拌和而成的混凝土，礦料由粗集料、細(xì)集料和填料組成。根據(jù)瀝青混凝土的結(jié)構(gòu)組成設(shè)計(jì)，礦料的級(jí)配設(shè)計(jì)直接確定粗集料、細(xì)集料和礦粉之間的質(zhì)量比例關(guān)系，此時(shí)粗集料、細(xì)集料的級(jí)配作為原料的性能指標(biāo)，組合后要滿(mǎn)足礦料的級(jí)配要求。根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40 —2004），細(xì)粒式瀝青混凝土的集料級(jí)配如表2要求所示[6]。

瀝青混凝土的配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中不需要計(jì)算砂的細(xì)度模數(shù)，但是從原材料選擇的角度來(lái)說(shuō)，瀝青混凝土需要的是中砂和粗砂，因此砂的細(xì)度模數(shù)可以作為原料性能評(píng)價(jià)來(lái)考慮，更重要的是砂的級(jí)配組成。瀝青混凝土對(duì)粗集料的級(jí)配沒(méi)有單獨(dú)要求，只要求與細(xì)集料、礦粉組合時(shí)滿(mǎn)足相應(yīng)的瀝青混凝土礦料的級(jí)配要求。如果一種粗集料不能滿(mǎn)足要求，可以將兩種以上不同級(jí)配的粗集料混合使用。

三、小結(jié)

通過(guò)對(duì)普通混凝土和瀝青混凝土的集料的級(jí)配技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析，讓學(xué)生理解兩者的不同點(diǎn)，有助于學(xué)生加強(qiáng)對(duì)土木工程材料課程以下重要知識(shí)點(diǎn)的掌握。

1.普通混凝土用砂的級(jí)配曲線(xiàn)能夠從整體上表征砂的顆粒組成和級(jí)配情況。曲線(xiàn)的橫坐標(biāo)按固定距離繪制，不是按篩孔尺寸的數(shù)學(xué)大小來(lái)繪制。

2.普通混凝土中砂的細(xì)度模數(shù)是砂的重要技術(shù)指標(biāo)，需要與砂的級(jí)配曲線(xiàn)配合進(jìn)行砂的級(jí)配情況判斷。即使是相同的細(xì)度模數(shù)，其砂的級(jí)配情況也有可能相差很大。普通混凝土的粗集料有相應(yīng)的級(jí)配規(guī)范要求。從普通混凝土配合比計(jì)算來(lái)看，砂的級(jí)配與石子的級(jí)配不需要聯(lián)合計(jì)算。

3.瀝青混凝土中集料的級(jí)配要求是整體上的，包括粗集料、細(xì)集料和填料，從整體上進(jìn)行級(jí)配組合設(shè)計(jì)，粗集料和細(xì)集證明料的級(jí)配組成是重要的技術(shù)參數(shù)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] Duff A.Abrams.混凝土拌合物的配合比設(shè)計(jì)[J].混凝土世界，2009（9）：38-41.

[2] 庫(kù)馬·梅塔，保羅·JM.蒙特羅.混凝土：微觀(guān)結(jié)構(gòu)、性能和材料[M].覃維祖，王棟民，丁建彤，譯，北京：中國(guó)電力出版社，2008：179.

[3] MINDESS S，YOUNG JF，DARWIN D.混凝土[M].2版.吳科如，張雄，姚武，等譯，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：115.

[4] A.M.內(nèi)維爾.混凝土的性能[M].原著4版.劉數(shù)華，冷發(fā)光，李新宇，等譯，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011：112-113.

[5] 陳昌禮.“以研促教”在土木工程材料課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].高等建筑教育，2015（2）：64-67.

[6] 湖南大學(xué)，天津大學(xué)，同濟(jì)大學(xué)，等.土木工程材料[M].2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011：202-203.

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