淺談粗集料針片狀顆粒含量及對混合料性能的影響

樸志海，姚瑞珊，孫明剛，張廣偉

(1.龍建路橋股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150009；2.黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025)

1 前 言

一般來說，對于使用不同膠凝材料的混合料，其中的粗集料針片狀顆粒含量具有不同的含義。用于水泥混凝土中的粗集料，其中的針片狀顆粒含量是一個復(fù)合概念，該概念中的針狀顆粒含量和片狀顆粒含量是分別定義的。所謂針狀顆粒是指：經(jīng)篩分后的粗集料，大于某一粒級上下限算數(shù)平均值的2.4倍者，即為針狀顆粒；所謂片狀顆粒是指：小于等于某一粒級上下限算數(shù)平均值的0.4倍者，即為片狀顆粒；針狀顆粒與片狀顆粒質(zhì)量之和，除以大于4.75 mm且小于37.5 mm用于篩分的全部試樣質(zhì)量之和的百分率，即為該碎石的針片狀顆?？偤?。水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒含量用針片狀規(guī)準(zhǔn)儀檢測。用于瀝青混合料中的粗集料，其中的針片狀顆粒含量只有一個統(tǒng)一的定義：粗集料顆粒最長端與最薄端的比大于等于3∶1者，即為針片狀顆粒，針片狀顆粒質(zhì)量除以大于4.75 mm且小于37.5 mm用于篩分的全部試樣質(zhì)量之和的百分率，即為該碎石的針片狀顆粒含量。水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒含量采用針片狀規(guī)準(zhǔn)儀檢測；瀝青混合料用粗集料針片狀顆粒含量用游標(biāo)卡尺檢測。粗集料中的針片狀顆粒是集料中的有害成分，其含量大小主要與以下因素有關(guān)，其一，母巖的品質(zhì)，其二，加工方式。針片狀顆粒對水泥混凝土和瀝青混合料的攪拌效率、工作性能、力學(xué)性能及耐久性都將產(chǎn)生不利的影響。

2 兩種檢測方法對比

2.1 水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒含量的檢測

水泥混凝土用粗集料針片狀顆粒含量采用針片狀規(guī)準(zhǔn)儀檢測，其方法是。

(1)參照《公路工程集料試驗規(guī)程》JTG E42-2005TO311-2規(guī)定，(為減少試驗的偶然誤差，依據(jù)粗集料最大粒徑，用于檢測粗集料針片狀顆粒含量的試樣質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格按本規(guī)定執(zhí)行。)將風(fēng)干試樣篩分至如下六個粒級：4.75～9.5、9.5～16、16～19、19～26.5、26.5～31.5、31.5～37.5，用天平分別稱量各粒級粗集料質(zhì)量。

(2)目測挑出以上每個粒級中接近立方體形狀規(guī)則的粗集料顆粒，然后按以上粒級用針狀規(guī)準(zhǔn)儀逐粒對試樣進行鑒定，挑出顆粒長度大于針狀規(guī)準(zhǔn)儀上相應(yīng)間距而不能通過者，這些都為針狀顆粒。

(3)將上步挑剩的顆粒用片狀規(guī)準(zhǔn)儀逐粒進行鑒定，挑出厚度小于片狀規(guī)準(zhǔn)儀上相應(yīng)孔寬能通過者，即為片狀顆粒。

(4)用以上兩步挑出的針狀和片狀顆粒質(zhì)量之和，除以用于篩分試樣總和的百分率，即為該試樣針片狀總含量。

2.2 瀝青混合料用粗集料針片狀顆粒含量的檢測

瀝青混合料用粗集料針片狀顆粒含量采用游標(biāo)卡尺法檢測，其方法是：

(1)參照《公路工程集料試驗規(guī)程》JTG E42-2005TO312規(guī)定，用4.75 mm方孔篩將風(fēng)干試樣過篩，取篩上部分供試驗用，用天平稱取不少于800 g，并不少于100顆試樣。

(2)將試樣平攤于桌面上，用目測方法挑出接近立方體形狀規(guī)則的粗集料顆粒，剩余的顆?？赡軐儆卺槧罨蚱瑺畹念w粒。

(3)分別將欲測量的顆粒放到桌面上成一穩(wěn)定狀態(tài)，用游標(biāo)卡尺依次測量最長方向尺寸、最薄方向的最大尺寸，前后兩次測量尺寸的比大于等于3∶1者，即為針片狀顆粒。

(4)按以上方法將稱量過的全部粗集料顆粒都用卡尺測量一遍，挑選出所有針片狀顆粒，用天平稱量這些顆粒的質(zhì)量，用針片狀顆粒的質(zhì)量除以試樣質(zhì)量的百分比，即為該試樣針片狀顆粒含量。

2.3 規(guī)準(zhǔn)儀法與游標(biāo)卡尺法檢測針片狀顆粒含量結(jié)果比較

基于水泥混凝土和瀝青混合料具有不同的工作特性和力學(xué)性能，兩種混合料中粗集料針片狀顆粒含量檢測原理方法均不相同，為概略了解兩者的異同，研究團隊研究了兩者的檢測方法并進行了驗證，以下是驗證結(jié)果。見表1。

表1 兩種不同方法檢測的粗集料中針片狀顆粒含量

由以上對兩種混合料用粗集料針片狀含量不同檢測方法的描述及驗證可知，這兩種檢測方法具有明顯的不同，但兩者之間仍然有一定的關(guān)聯(lián)性，集料粒徑越大，這種關(guān)聯(lián)性相對越好。眾所周知，水泥屬于無機物，瀝青屬于有機物，二者在混合料中的流動性及動力特性明顯不同，力學(xué)性能更是不可同日而語，這就導(dǎo)致了兩種混合料對針片狀顆粒含量敏感性的差異。一般而言，水泥混凝土對粗集料的品質(zhì)要求沒有瀝青混合料嚴(yán)格，特別是粗集料的級配和針片狀顆粒含量這兩個指標(biāo)，水泥混凝土中的粗集料針片狀只在拌和成型過程中有影響，混凝土凝結(jié)硬化以后影響相對較??；相反，瀝青混合料在施工及路面使用過程中都有重要影響。由此可知，針片狀顆粒含量這一指標(biāo)對瀝青混合料比對水泥混凝土重要得多。從這點可以看出，瀝青混合料對粗集料的針片狀顆粒含量要求比水泥混凝土對針片狀顆粒含量嚴(yán)格得多。

3 粗集料針片狀顆粒含量對水泥混凝土力學(xué)性能的影響

3.1 粗集料針片狀顆粒含量對水泥混凝土抗壓強度的影響

為研究粗集料針片狀顆粒含量對水泥混凝土抗壓強度的影響，選取了以下材料：碎石：石灰?guī)r碎石10～20 mm(占68%)，16～31.5 mm(占32%)，砂：河砂，細(xì)度模數(shù)2.56拌和用水：飲用水，水泥：P.O42.5外加劑：聚羧酸高性能減水劑占1.3%，混凝土強度等級：C40。

碎石針片狀顆粒含量依次按0%，5%，10%，15%，20%進行試驗，本次試驗采用的配合比：415∶716∶1 120∶149∶5.4試驗結(jié)果見表2。

表2 不同針片狀粗集料混凝土各齡期抗壓強度對比

3.2 粗集料針片狀顆粒含量對水泥混凝土抗折強度的影響

選取以下材料研究集料針片狀顆粒含量對水泥混凝土抗折強度的影響：碎石：石灰?guī)r碎石10～20 mm(占38%)，16～31.5 mm(占62%)，砂：河砂，細(xì)度模數(shù)2.56拌和用水：飲用水，水泥：P.O42.5外加劑：聚羧酸高性能減水劑占1.3%，混凝土28 d抗折強度標(biāo)準(zhǔn)值：5.5 m Pa。

碎石針片狀顆粒含量依次按0%，5%，10%，15%，20%進行試驗，本次試驗采用的配合比：375∶663∶1 231∶131∶4.9試驗結(jié)果見表3。

表3 不同針片狀粗集料混凝土各齡期抗折強度對比

3.3 粗集料針片狀顆粒含量對水泥混凝土力學(xué)性能的影響

表2和表3括號內(nèi)數(shù)據(jù)表示本數(shù)據(jù)與上一個數(shù)據(jù)相比，提高或下降的百分率?？傮w來看，隨著針片狀顆粒含量的增加，水泥混凝土力學(xué)性能大致呈下降趨勢，在粗集料針片狀顆粒含量不超過20%條件下，這種下降趨勢并不十分明顯，在現(xiàn)有研究條件下(最多研究到60 d齡期)，粗集料針片狀顆粒含量每增加5%，抗壓強度下降約5.9%；抗折強度下降約6.8%。這種現(xiàn)象與水泥、外加劑與集料的品質(zhì)有一定關(guān)系。

4 粗集料針片狀顆粒含量對瀝青混合料路用性能的影響

4.1 粗集料針片狀顆粒含量對瀝青混合料動穩(wěn)定度的影響

研究選用的材料：90號A級瀝青，碎石：10～15 mm(24%)、5～10 mm(24%)、3～5 mm(15%)、0～3 mm(34%)，礦粉(3%)?；旌狭喜捎霉羌芙Y(jié)構(gòu)級配SAC-13，碎石針片狀顆粒含量依次按0%，5%，10%，15%，20%進行試驗。試驗結(jié)果見表4。

表4 不同針片狀粗集料瀝青混合料動穩(wěn)定度對比

表4括號內(nèi)數(shù)據(jù)表示本數(shù)據(jù)與上一個數(shù)據(jù)相比，提高或下降的百分率?？傮w來看，隨著針片狀顆粒含量的增加，瀝青動穩(wěn)定度明顯呈下降趨勢，這與針片狀不容易壓實，而且容易折斷有關(guān)。

4.2 粗集料針片狀顆粒含量對瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響

研究選用的材料：70號A級瀝青(4.6%)，碎石：10～20 mm(12%)、10～15 mm(25%)、5～10 mm(24%)、0～4.75 mm(35%)，礦粉(4%)。混合料采用連續(xù)級配AC-16，碎石針片狀顆粒含量依次按0%，5%，10%，15%，20%進行凍融劈裂試驗。試驗結(jié)果見表5。

表5 不同針片狀粗集料瀝青混合料水穩(wěn)定性對比

從試驗結(jié)果可以看到，因粗集料針片狀顆粒較非針片狀顆?？拐蹚姸绕?，明顯容易斷裂，所以隨著針片狀顆粒含量增多，混合料的劈裂抗拉強度和劈裂抗拉強度比均呈明顯下降趨勢。

5 結(jié) 語

(1)水泥混凝土用粗集料與瀝青混合料用粗集料對針片狀顆粒含量的定義不同，前者側(cè)重于每個粒級上下限的算數(shù)平均值；后者側(cè)重于單個粗集料顆粒極端長度與最薄厚度的比值。盡管如此，二者之間還是存在一定的相關(guān)性。

(2)相對來講，粗集料顆粒針片狀含量對水泥混凝土性能影響較小，對瀝青混合料性能影響較大。