对于集料粗集料棱角性对骨架形成与强度影响试验

【摘 要】粗集料的表面纹理和颗粒形状对混合料的性能有较大的影响。本文通过选取不同的粗集料空隙率（破碎颗粒含量为100%、50%、0%），对粗集料进行了松装密度和振实密度试验，并且参照A确定骨架结构的标准来判定是否为骨架密实结构。研究了粗集料棱角性对混合料强度的影响。
【关键词】粗集料；棱角性；骨架；强度

1. 引言

粗集料颗粒的棱角性有利于粗集料相互嵌挤形成骨架，所产生的摩阻力能够防止颗粒间的相互移动，同时，棱角性好的粗集料能够形成较好的空隙率，保证骨架的形成。粗集料的棱角性使用破碎颗粒的数目作为评价标准，破碎颗粒定义为具有多于一个尖锐边缘的集料颗粒，当破碎面的面积小于颗粒最大截面积的25%时，则认为该集料不是破碎颗粒。本文通过选取破碎颗粒比例分别为0%、50%、100%的粗集料，进行了粗集料棱角性对骨架密实结构和混合料强度的影响研究。

2. 原材料及级配的选择

2.1 原材料性质分析。本文对试验所用原材料的物理、化学性质进行了试验分析，为下一步试验结果的理论分析提供依据。
2.1.1 水泥。试验所用水泥的技术指标试验按照JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》的方法测定，试验结果如表1所示。
试验结果表面，水泥的技术指标均符合规范原材料的技术要求。
2.1.2 集料。石料采用云南省的破碎河滩砾料，根据河滩料的特性，将粗集料中的破碎面的面积小于颗粒最大截面积的25%、形状浑圆、表面光滑的粗集料定义为浑圆状，而最大长度与最大厚度之比大于3的粗集料为针片状。集料的技术指标如表2所示。
试验结果表明，在破碎河滩砾料粗集料中，浑圆状颗粒所占的比例较大，在30%～20%之间。其他集料技术指标均符合规范要求。
2.2 混合料组成设计。试验集料采用云南的破碎河滩砾料，破碎河滩砾料混合料的级配结果如表3和图1所示。
为了便于研究，本文认为在破碎河滩砾料中破碎颗粒含量是影响集料棱角性的主要因素，本文通过选取掺配不同配比的破碎颗粒的粗集料（破碎颗粒含量为100%、50%、0%）来研究粗集料棱角性对骨架形成及强度影响。

3. 集料级配骨架性的体积指标判定

3.1 级配是集料各级粒径颗粒的分布情况，可以看作是由相互作用、相互依赖的若干组成部分结合的具有特定功能的有机整体。混合料压实后，粗集料形成的空隙体积的大小对骨架密实级配结构的级配变化有直接影响。空隙率大小决定着细集料、结合料以及水分的用量，其次混合料中粗骨料空隙多少、分布情况对材料整体的性能影响很大。一般认为，集料当中主骨料形成的空隙率应该不小于细集料所占的体积，这样的级配结构才能具有骨架性。
图1 矿质集料级配图3.2 破碎河滩砾料中的破碎颗粒对粗骨料空隙率有较大的影响，本文对级配3采用选取掺配不同配比的破碎颗粒的粗集料（破碎颗粒含量为100%、50%、0%），经行了振实密度、松装密度的试验，并且按照A的确定骨架结构的标准来进行判别是否为骨架密实结构。计算公式如下：
VCAmin=（1-ρmPCA/ρcb）×100
VCADRC=（1-ρcm/ρcb）×100
式中，VCADRC为粗集料的骨架间隙率（%）；VCAmin为加入细集料后粗集料的骨架间隙率（%）；ρm为集料的堆积密度（g·cm-3）；ρcb为集料的毛体积密度（g·cm-3）；PCA为粗集料的含量（%）；ρcm为粗集料的堆积密度（g·cm-3）。
3.3 破碎河滩砾料每一级粒径的毛体积密度根据规范《公路工程集料试验规程（JTG E42-2005）》，粗集料采用网篮法，细集料采用容量瓶法，测定破碎河滩砾料的毛体积密度。试验结果如表4所示。
3.4 根据试验测定，掺配比例为1

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00%、50%、0%的破碎颗粒粗集料的级配3体积指标见表5所示。
3.5 试验结果表明，随着破碎颗粒含量的不断减小，>4.75mm的粗集料和掺配细集料的粗集料，在松装状态下和振实状态下的粗集料间隙率都呈减小的趋势，说明破碎颗粒的含量对骨架间隙率有较明显的影响。
3.6 如果VCADRC-VCAmin的值越小，则认为该级配的骨架结构越好。根据试验结果，可以看出当破碎颗粒含量为100%时的骨架结构最好，随着破碎颗粒含量的减小，VCADRC-VCAmin的值呈减小的趋势，并且破碎颗粒含量在50%和0%时，二者的VCADRC-VCAmin的值相差不大，这说明，当破碎颗粒含量小于50%时，浑圆状颗粒是影响形成骨架结构的主要因素。

4. 粗集料棱角性对强度的影响

4.1 粗集料棱角性对压碎值的影响。

（1）选取破碎颗粒掺配比例分别为100%、50%、0%的粗集料，根据规范《公路工程集料试验规程（JTG E42-2005）》测定压碎值试验结果如表6所示；细集料均使用河滩料，测定其小于 0.6mm颗粒的液限和塑性指数分别为2

2.8和8.3，满足规范的要求。

（2）试验结果表明，随着粗集料中破碎颗粒比例的减小，压碎值随之增大。可能是由于破碎颗粒在破碎的过程中容易形成两个大小比例相近的颗粒；而粗集料中的浑圆状颗粒在破碎的过程中，容易形成大小比例相差较大的颗粒，即容易破碎成一个粒径相对较小的颗粒和一个粒径相对较大的颗粒。

4.2 粗集料棱角性对无侧限抗压强度的影响。

（1）破碎颗粒比例分别为100%、50%和0%的粗集料与细集料按级配3进行掺配成混合集料（合成级配见表3所示），分别按4.5%、

5.0% 和5% 3种水泥剂量试配，得出7d无侧限抗压强度结果见表7。

（2）试验结果表明，随着水泥含量的增加，7d无侧限抗压强度随之增加；而随着破碎颗粒掺配比例的减小，7d无侧限抗压强度随之增加，这是由于破碎颗粒掺配比例减小，粗集料之间的空隙率变小，当空隙率减小到一定程度时，细集料和水泥浆填满粗集料之间的空隙率后，还有一定的剩余。因此，7d无侧限抗压强度随着破碎颗粒掺配比例的减小而增大。

5. 结语

通过本文的研究，得到的主要结论如下：
（1）破碎颗粒的含量对骨架间隙率有较明显的影响。
（2）认为VCADRC-VCAmin的值越小，则该级配的骨架结构越好。当破碎颗粒含量为100%时的骨架结构最好，随着破碎颗粒含量的减小，VCADRC-VCAmin的值呈减小的趋势，并且破碎颗粒含量在50%和0%时，二者的VCADRC-VCAmin的值相差不大。
（3）随着粗集料中破碎颗粒比例的减小，压碎值随之增大。
（4）破碎颗粒的含量对无侧限抗压强度有一定的影响，随着破碎颗粒掺配比例的减小，混合料7d无侧限抗压强度随之增加。
参考文献
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