普通混凝土與瀝青混凝土集料級配的對比

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內容，這兩個內容都有集料級配的技術要求。通過分析普通混凝土集料的級配和瀝青混凝土集料的規范要求和級配技術指標的不同點，對相應的技術指標進行分析，使學生理解相應的知識點要求及其內涵，有利于學生對普通混凝土和瀝青混凝土的配比設計中對集料級配技術要求的理解，提高學生理論知識的應用能力。

[關鍵詞]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 [文獻標識碼] 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，兩者都涉及配合比設計內容，讓學生理解和掌握設計方法確實有一定的難度，需要把兩者中容易發生混淆的內容進行重點分析。普通混凝土與瀝青混凝土設計中都有集料的級配設計問題，因此可以通過集中對比分析兩者集料的級配技術要求，讓學生更好地理解和應用。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，現行國家標準把普通混凝土的集料分為細集料和粗集料，兩者占混凝土體積的60%-70%。1922年，美國學者Duff A.Abrams提出砂的細度模數[1]，并在此基礎上提出了普通混凝土的配合比設計方法，被認為是現代混凝土技術制備的基礎[2]。目前混凝土細集料砂的級配描述主要用細度模數和級配曲線的分區兩部分來表征，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。瀝青混凝土中質量比90%-95%是粗集料、細集料和礦物質組成的填料，粗集料與細集料的級配與瀝青混凝土的配合比設計聯系更緊。我國目前采用馬歇爾法進行瀝青混凝土的配合比設計。瀝青混凝土集料的級配設計是配合比設計過程中的一個重要內容，而沒有單獨規定砂的細度模數的技術指標，把礦物質填料、砂和石子進行統一的級配設計。筆者在土木工程材料教學中發現學生常常將普通混凝土中對于粗集料和細集料的要求相混淆，或者不清楚為何兩者有不同的技術指標，這就需要通過集料級配的評價與技術要求的對比，讓學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計與瀝青混凝土的不同理念。

一、普通混凝土集料的級配

（一）砂的級配細度

1.砂的細度模數

根據國家標準《標準建筑用砂》（GB/T 14684—2011），細度模數的定義是

從（1）式很難直接看出砂細度模數計算式的實質，因此需要進一步分析。設有m克砂，篩分結果為4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm方孔篩的篩上砂的質量分別為m1、m2、m3、m4、m5、m6，則有

應用（2）式可以明確地表達出我國砂細度模數的計算實質。我國目前砂的細度模數定義式本質上是扣除4.75mm方孔篩以上的部分以后，重新計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最初提出的砂的細度模數的計算公式[3]為

這時（1）式和（3）式是等價的。我國普通混凝土用砂的現行規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度模數的計算結果會有一定的差異。

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是累積篩余，橫坐標是篩孔尺寸。由于篩孔尺寸的分布較大，實際上不能按照數量關系來確定橫坐標，而是按等距離分布橫坐標，這個應在教學過程中給予明確說明，如圖1所示。同時根據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，并界定每個區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情況，以及砂粒粒徑的整體分布情況。

3.工程應用

現有2種砂，經篩分試驗后各篩上的篩余量如表1所示。

A砂和B砂的細度模數是一樣的，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，B砂屬于I區，且從A砂的級配曲線可以看出是間斷級配，與國家規范的要求相差很大，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。粗集料的級配技術指標用目前規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，大量的實驗研究和工程應用證明連續粒級和單粒級的粗集料的級配范圍可以直接應用。因此，對于普通混凝土粗集料就不計算細度模數，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、細集料和填料組成。根據瀝青混凝土的結構組成設計，礦料的級配設計直接確定粗集料、細集料和礦粉之間的質量比例關系，此時粗集料、細集料的級配作為原料的性能指標，組合后要滿足礦料的級配要求。根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40 —2004），細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計過程中不需要計算砂的細度模數，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，因此砂的細度模數可以作為原料性能評價來考慮，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要求，只要求與細集料、礦粉組合時滿足相應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

通過對普通混凝土和瀝青混凝土的集料的級配技術指標進行分析，讓學生理解兩者的不同點，有助于學生加強對土木工程材料課程以下重要知識點的掌握。

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。曲線的橫坐標按固定距離繪制，不是按篩孔尺寸的數學大小來繪制。

2.普通混凝土中砂的細度模數是砂的重要技術指標，需要與砂的級配曲線配合進行砂的級配情況判斷。即使是相同的細度模數，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的級配規范要求。從普通混凝土配合比計算來看，砂的級配與石子的級配不需要聯合計算。

3.瀝青混凝土中集料的級配要求是整體上的，包括粗集料、細集料和填料，從整體上進行級配組合設計，粗集料和細集證明料的級配組成是重要的技術參數。

[ 參 考 文 獻 ]

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

[2] 庫馬·梅塔，保羅·JM.蒙特羅.混凝土：微觀結構、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：化學工業出版社，2005：115.

[4] A.M.內維爾.混凝土的性能[M].原著4版.劉數華，冷發光，李新宇，等譯，北京：中國建筑工業出版社，2011：112-113.

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

[6] 湖南大學，天津大學，同濟大學，等.土木工程材料[M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2011：202-203.

[責任編輯：龐丹丹]