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重要的教學(xué)內(nèi)容，這兩個內(nèi)容都有集料級配的技術(shù)要求。通過分析普通混凝土集料的級配和瀝青混凝土集料的規(guī)范要求和級配技術(shù)指標(biāo)的不同點(diǎn)，對相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析，使學(xué)生理解相應(yīng)的知識點(diǎn)要求及其內(nèi)涵，有利于學(xué)生對普通混凝土和瀝青混凝土的配比設(shè)計(jì)中對集料級配技術(shù)要求的理解，提高學(xué)生理論知識的應(yīng)用能力。

[關(guān)鍵詞]集料；普通混凝土；瀝青混凝土；級配；土木工程材料

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 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)中都有集料的級配設(shè)計(jì)問題，因此可以通過集中對比分析兩者集料的級配技術(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配問題很早就引起土木工程界的重視，現(xiàn)行國家標(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)集料砂的級配描述主要用細(xì)度模數(shù)和級配曲線的分區(qū)兩部分來表征，而普通混凝土粗集料石子的級配問題表征主要用級配曲線和最大粒徑來描述。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)集料的級配與瀝青混凝土的配合比設(shè)計(jì)聯(lián)系更緊。我國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配設(shè)計(jì)是配合比設(shè)計(jì)過程中的一個重要內(nèi)容，而沒有單獨(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)，這就需要通過集料級配的評價(jià)與技術(shù)要求的對比，讓學(xué)生不僅理解集料級配的差別，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配

（一）砂的級配細(xì)度

1.砂的細(xì)度模數(shù)

根據(jù)國家標(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)出我國砂細(xì)度模數(shù)的計(jì)算實(shí)質(zhì)。我國目前砂的細(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（1）式和（3）式是等價(jià)的。我國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4.75mm的顆粒存在，因此目前我國與美國等國家砂細(xì)度模數(shù)的計(jì)算結(jié)果會有一定的差異。

2.砂的級配曲線

顆粒的級配曲線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配情況可以通過砂的級配曲線來表征[4-5]，目前砂的級配曲線的縱坐標(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)系來確定橫坐標(biāo)，而是按等距離分布橫坐標(biāo)，這個應(yīng)在教學(xué)過程中給予明確說明，如圖1所示。同時根據(jù)0.6mm方孔篩的累積篩余百分率把砂的級配曲線分為3個區(qū)，并界定每個區(qū)各個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，但是其級配曲線則相差很大，如圖2所示。A砂屬于II區(qū)，B砂屬于I區(qū)，且從A砂的級配曲線可以看出是間斷級配，與國家規(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。粗集料的級配技術(shù)指標(biāo)用目前規(guī)范中最大粒徑和級配曲線來表征。粗集料的級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)粒級和單粒級的粗集料的級配范圍可以直接應(yīng)用。因此，對于普通混凝土粗集料就不計(jì)算細(xì)度模數(shù)，而是主要采用級配曲線的方法來確定級配。

二、瀝青混凝土的集料級配

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，此時粗集料、細(xì)集料的級配作為原料的性能指標(biāo)，組合后要滿足礦料的級配要求。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配如表2要求所示[6]。

瀝青混凝土的配合比設(shè)計(jì)過程中不需要計(jì)算砂的細(xì)度模數(shù)，但是從原材料選擇的角度來說，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價(jià)來考慮，更重要的是砂的級配組成。瀝青混凝土對粗集料的級配沒有單獨(dú)要求，只要求與細(xì)集料、礦粉組合時滿足相應(yīng)的瀝青混凝土礦料的級配要求。如果一種粗集料不能滿足要求，可以將兩種以上不同級配的粗集料混合使用。

三、小結(jié)

通過對普通混凝土和瀝青混凝土的集料的級配技術(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)對土木工程材料課程以下重要知識點(diǎn)的掌握。

1.普通混凝土用砂的級配曲線能夠從整體上表征砂的顆粒組成和級配情況。曲線的橫坐標(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)，需要與砂的級配曲線配合進(jìn)行砂的級配情況判斷。即使是相同的細(xì)度模數(shù)，其砂的級配情況也有可能相差很大。普通混凝土的粗集料有相應(yīng)的級配規(guī)范要求。從普通混凝土配合比計(jì)算來看，砂的級配與石子的級配不需要聯(lián)合計(jì)算。

3.瀝青混凝土中集料的級配要求是整體上的，包括粗集料、細(xì)集料和填料，從整體上進(jìn)行級配組合設(shè)計(jì)，粗集料和細(xì)集證明料的級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] 庫馬·梅塔，保羅·JM.蒙特羅.混凝土：微觀結(jié)構(gòu)、性能和材料[M].覃維祖，王棟民，丁建彤，譯，北京：中國電力出版社，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：中國建筑工業(yè)出版社，2011：202-203.

[責(zé)任編輯：龐丹丹]