当前课程知识点：道路工程材料 > 第一章 岩石与集料 > 第5节 集料筛分、级配与级配理论 > Video
同学们大家好
这一讲我们学习集料的级配与级配设计
首先 从集料的筛分开启
集料即所说的矿料 是颗粒状材料集合体
集料大多数与不同的胶结材料
如水泥 沥青等
按一定比例组成混合料后使用
集料在混合料中起着骨架和填充作用
其作用效果一方面取决于
集料的物理 力学和化学等性质
同时还在很大程度上取决于集料的级配
因此级配概念
是关于集料性质的又一核心和重点
针对集料的级配首先从筛分试验说起
所谓筛分是采用标准筛
对粗细集料进行过筛操作
并对过筛结果
进行定量计算分析的试验方法
并以此描述集料的级配
通过过筛 将集料中不同粒径的颗粒分离开来
并通过分计筛余百分率
累计筛余百分率和通过百分率等参数的计算
定量表示集料级配状况
由于细集料即砂的筛分过程
能够更全面和清晰地反映筛分过程的实际含义
有关级配内容以砂为例进行讨论
假设 用于筛分试验的砂的总量为 M g
过筛后各个筛上的存留量为 mi g
因此有如下几个计算公式
首先是 分级筛余百分率
其表示集料中不同粒径颗粒各自所占数量
第二是 累计筛余百分率
即某粒径颗粒的分级筛余
与大于该粒径所有的分级筛余之和
表示集料中大于某一粒径颗粒所占数量
三是通过百分率
指集料小于某一粒径颗粒所占数量
可见 依据上述三个参数
能够从不同角度
定量描述集料粗细颗粒的分布状况
实际生活中
当我们看到一堆沙子时
靠目测能初步判断这堆沙子是偏粗还是偏细
而依靠筛分得到的级配参数
细度模数
则能够定量评价砂的粗细程度
细度模数基本公式依据
从2.36mm到0.15mm五个筛孔上的
累计筛余之和被100所除得到
当砂子中存在大于4.75mm的颗粒时
需对计算公式进行相应的修正
根据细度模数的高低
将砂划分成粗 中 细三个不同的粗细程度
需要强调的是
尽管在细度模数计算时
采用的是
描述级配的参数之一的累计筛余百分率
但细度模数却并不能用来说明砂的级配状况
比如 不能说不粗不细的中砂
其级配要好于偏粗或偏细的砂子
这里我们有一个砂子的
筛分结果的计算例子
根据各筛上的筛余量
我们首先可以计算出 分级筛余百分率
依据分级筛余百分率 我们又计算出
各筛上相应的累计筛余
并依据累计筛余计算出相应的通过率
根据筛分 计算出的这样一个系统模数
可将其划分为 不粗不细的中砂
筛分不仅为集料粗细颗粒的分布
和砂的粗细提供了定量描述的数据
同时也是建立有关级配理论的基础
接下来讨论级配设计概念
所谓级配 就是将集料中
粗细颗粒的分级搭配称为级配
道路桥梁工程用集料
大多要在一定的级配状况下使用
级配状况直接影响到
由集料组成的混合料的多种性能表现
只有当集料处于合适级配状态
才能更好发挥作用
例如 良好的级配能够保证
混合料施工时的工作性
即保证混合料能够在施工时
具有便于施工操作的性能特点
又如 在良好级配条件下
集料组成能够达到较高的密实程度
这样一方面能够降低胶结材料的使用量
实现控制成本的目标
另一方面又能使集料形成良好的嵌挤结构
使混合料有更好的综合性能
因此 现行规范针对集料级配
有着十分明确的要求
为更清晰地展示集料粗细颗粒分布特点和规律
常常以级配曲线图的方式
描述集料的级配状态
在直角坐标系中
纵坐标表示集料的通过百分率
采用常数刻度
横坐标表示筛孔尺寸即集料颗粒粒径
并以筛孔尺寸的0.45次方
来确认各筛孔在横坐标上的位置
但实践中常常采用更加简便的等间距
确定各筛孔位置
实际上 在横坐标上
用等间距表示筛孔位置有一定的依据
已知标准筛孔径设置存在明显规律
也就是相邻孔径大小存在二倍关系
当一个数列以等倍数的形式出现时
对其取对数
就由等倍数就变成了等间距的关系
所以采用等间距表示筛孔位置时
横坐标实际上表示的是筛孔尺寸的对数值
但在实际操作时
仍以筛孔尺寸来表示
在级配曲线图上能直观的得到
各筛上集料颗粒所占数量
以及粗细颗粒变化特点
同时 如一个级配曲线上
分布两条级配曲线
则能够清晰判断出
两个级配曲线所代表的集料
整体粗细程度
工程实际应用时
对级配要求采用级配范围的方式加以明确
根据集料级配特点的不同
级配可分为三种不同的类型
一 连续级配 粗细颗粒比例合适
且分布连续有序
绘出的级配曲线平顺光滑
是最常用的级配形式
二 间断级配 在粗细颗粒分布中
缺失一个或连续数个粒径的级配
绘出的级配曲线
中间出现一个平台
三 开级配 集料颗粒集中于偏粗粒径部分
级配曲线明显偏陡
接下来针对连续级配的设计理论进行讨论
集料级配组成设计的目的
是集料达到较高的密实程度
以及集料颗粒之间达到较高的嵌挤效果
在这种理想的级配状态下
有助于集料组成混合料
具有良好的力学性耐久性及施工和易性
反之 集料级配不尽合理
留下的空隙偏多
则组成混合料时消耗的胶结料就越多
不经济
所以从节约胶结材料的目的出发
集料应采用级配良好
空隙率较小
总比表面积也较小的矿料组成
常用的级配设计理论包括了
最大密实度曲线理论和粒子干涉理论
这里就前者
最大密实度曲线理论进行讨论
通过试验和研究发现
当集料颗粒级配形成的级配曲线
是抛物线形状时
则集料的组成可达到最大密实度
根据此概念 如果任意颗粒粒径用di表示
相对应的通过率pi
则可表示为公式一
其中的 k 是常数
当颗粒位于最大筛孔时
其对应的通过率为100%
此时K可以表示为公式2
将公式二带入到公式一中
我们就得到了 最大密实度曲线特例的
一种表达形式
其含义是当集料公称最大粒径一旦确定
就能计算出矿料达到最大密实度时
各粒径上应具有的数量
需要说明的是
对于不同混合料
最大密实度曲线公式中的指数
并非都是公式三中0.5
而是可在不同范围间变动
研究认为对水泥混凝土
当该指数n=0.2~0.45时
有较好的工作性
对于沥青混合料该指数n=0.45时
混合料的密实度最大
所以最大密度曲线公式
可改写成公式四的形式
即公式中的指数用字母n来表示
当集料颗粒分布组成达到最大密度时
就实现了两大目标
一是促使集料之间形成更好的嵌挤效果
二是减少集料之间留下的空隙
从而降低胶结材料使用量
有助于经济性的提升
好 对第五讲内容做一简单小结
一 级配是性质材料中一项重要的物理性质
合适的级配是确保集料应用效果的必要前提
二 级配通过筛分实验 得到的级配参数进行描述
三 常见的级配类型 有连续级配
间断级配 和开级配
其中连续级配在工程应用中最为常见
其他级配也各有特点
四 通常工程应用时 采用与规范指定级配范围
进行比较方式
判断是否满足级配要求
五 采用最大密实度曲线理论进行级配设计
使集料达到颗粒间相互嵌挤的密实结构
第一章第五讲就到这里
同学们我们下一讲再见
-绪论
--绪论
-第1节 岩石的组成、分类
--Video
-第1节 岩石的组成、分类--作业
-第2节 岩石性质与技术等级
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-第2节 岩石性质与技术等级--作业
-第3节 集料分类和物理性质
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-第3节 集料分类和物理性质--作业
-第4节 粗、细集料和矿粉特性
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-第4节 粗、细集料和矿粉特性--作业
-第5节 集料筛分、级配与级配理论
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-第5节 集料筛分、级配与级配理论--作业
-第6节 集料组成设计方法
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-第6节 集料组成设计方法--作业
-第1节 石灰
--第1节 石灰
-第1节 石灰--作业
-第2节 水泥的定义、组成、水化及硬化
-第2节 水泥的定义、组成、水化及硬化--作业
-第3节 硅酸盐水泥的技术性质
-第3节 硅酸盐水泥的技术性质--作业
-第4节 硅酸盐水泥的强度与技术标准
-第4节 硅酸盐水泥的强度与技术标准--作业
-第5节 硅酸盐水泥的腐蚀与防止
-第5节 硅酸盐水泥的腐蚀与防止--作业
-第6节 粉煤灰及其他工业废渣
-第6节 粉煤灰及其他工业废渣--作业
-第1节 分类、工艺组成及胶体结构
-第1节 分类、工艺组成及胶体结构--作业
-第2节 密度及绝对黏度
-第2节 密度及绝对黏度--作业
-第3节 相对黏度（针入度、软化点）
-第3节 相对黏度（针入度、软化点）--作业
-第4节 低温及感温性
--沥青延度演示视频
-第4节 低温及感温性--作业
-第5节 加热稳定性
-第5节 加热稳定性--作业
-第6节 改性沥青
--第6节 改性沥青
-第6节 改性沥青--作业
-第7节 沥青分级及技术要求
-第7节 沥青分级及技术要求--作业
-第8节 乳化沥青、泡沫沥青
-第8节 乳化沥青、泡沫沥青--作业
-第1节 水泥混凝土的组成及特点
-第1节 水泥混凝土的组成及特点--作业
-第2节 新拌水泥混凝土的工作性
-第2节 新拌水泥混凝土的工作性--作业
-第3节 水泥混凝土的强度特征
-第3节 水泥混凝土的强度特征--作业
-第4节 水泥混凝土的变形特性
-第4节 水泥混凝土的变形特性--作业
-第5节 水泥混凝土的耐久性
-第5节 水泥混凝土的耐久性--作业
-第6节 普通水泥混凝土组成设计
-第6节 普通水泥混凝土组成设计--作业
-第7节 水泥混凝土外加剂
--水泥混凝土外加剂
-第7节 水泥混凝土外加剂--作业
-第8节 新型水泥混凝土
--新型水泥混凝土
-第8节 新型水泥混凝土--作业
-第1节 组成结构与强度形成原理
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-第1节 组成结构与强度形成原理--作业
-第2节 基本路用性能
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-第2节 基本路用性能--作业
-第3节 体积参数与技术要求
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-第4节 原材料的技术要求和选用方法
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-第5节 Marshall组成设计方法
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-第6节 Superpave组成设计方法
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-第6节 Superpave组成设计方法--作业
-第7节 SMA沥青混合料组成设计方法
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-第7节 SMA沥青混合料组成设计方法--作业
-第8节 沥青混合料再生及组成设计方法
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-第8节 沥青混合料再生及组成设计方法--作业
-第1节 钢材的冶炼与分类
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-第1节 钢材的冶炼与分类--作业
-第2节 钢材的技术性质
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-第2节 钢材的技术性质--作业
