浅谈粗集料针片状颗粒含量及对混合料性能的影响

朴志海，姚瑞珊，孙明刚，张广伟

(1.龙建路桥股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150009；2.黑龙江建筑职业技术学院，黑龙江 哈尔滨 150025)

1 前 言

一般来说，对于使用不同胶凝材料的混合料，其中的粗集料针片状颗粒含量具有不同的含义。用于水泥混凝土中的粗集料，其中的针片状颗粒含量是一个复合概念，该概念中的针状颗粒含量和片状颗粒含量是分别定义的。所谓针状颗粒是指：经筛分后的粗集料，大于某一粒级上下限算数平均值的2.4倍者，即为针状颗粒；所谓片状颗粒是指：小于等于某一粒级上下限算数平均值的0.4倍者，即为片状颗粒；针状颗粒与片状颗粒质量之和，除以大于4.75 mm且小于37.5 mm用于筛分的全部试样质量之和的百分率，即为该碎石的针片状颗粒总含量。水泥混凝土用粗集料针片状颗粒含量用针片状规准仪检测。用于沥青混合料中的粗集料，其中的针片状颗粒含量只有一个统一的定义：粗集料颗粒最长端与最薄端的比大于等于3∶1者，即为针片状颗粒，针片状颗粒质量除以大于4.75 mm且小于37.5 mm用于筛分的全部试样质量之和的百分率，即为该碎石的针片状颗粒含量。水泥混凝土用粗集料针片状颗粒含量采用针片状规准仪检测；沥青混合料用粗集料针片状颗粒含量用游标卡尺检测。粗集料中的针片状颗粒是集料中的有害成分，其含量大小主要与以下因素有关，其一，母岩的品质，其二，加工方式。针片状颗粒对水泥混凝土和沥青混合料的搅拌效率、工作性能、力学性能及耐久性都将产生不利的影响。

2 两种检测方法对比

2.1 水泥混凝土用粗集料针片状颗粒含量的检测

水泥混凝土用粗集料针片状颗粒含量采用针片状规准仪检测，其方法是。

(1)参照《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005TO311-2规定，(为减少试验的偶然误差，依据粗集料最大粒径，用于检测粗集料针片状颗粒含量的试样质量应严格按本规定执行。)将风干试样筛分至如下六个粒级：4.75～9.5、9.5～16、16～19、19～26.5、26.5～31.5、31.5～37.5，用天平分别称量各粒级粗集料质量。

(2)目测挑出以上每个粒级中接近立方体形状规则的粗集料颗粒，然后按以上粒级用针状规准仪逐粒对试样进行鉴定，挑出颗粒长度大于针状规准仪上相应间距而不能通过者，这些都为针状颗粒。

(3)将上步挑剩的颗粒用片状规准仪逐粒进行鉴定，挑出厚度小于片状规准仪上相应孔宽能通过者，即为片状颗粒。

(4)用以上两步挑出的针状和片状颗粒质量之和，除以用于筛分试样总和的百分率，即为该试样针片状总含量。

2.2 沥青混合料用粗集料针片状颗粒含量的检测

沥青混合料用粗集料针片状颗粒含量采用游标卡尺法检测，其方法是：

(1)参照《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005TO312规定，用4.75 mm方孔筛将风干试样过筛，取筛上部分供试验用，用天平称取不少于800 g，并不少于100颗试样。

(2)将试样平摊于桌面上，用目测方法挑出接近立方体形状规则的粗集料颗粒，剩余的颗粒可能属于针状或片状的颗粒。

(3)分别将欲测量的颗粒放到桌面上成一稳定状态，用游标卡尺依次测量最长方向尺寸、最薄方向的最大尺寸，前后两次测量尺寸的比大于等于3∶1者，即为针片状颗粒。

(4)按以上方法将称量过的全部粗集料颗粒都用卡尺测量一遍，挑选出所有针片状颗粒，用天平称量这些颗粒的质量，用针片状颗粒的质量除以试样质量的百分比，即为该试样针片状颗粒含量。

2.3 规准仪法与游标卡尺法检测针片状颗粒含量结果比较

基于水泥混凝土和沥青混合料具有不同的工作特性和力学性能，两种混合料中粗集料针片状颗粒含量检测原理方法均不相同，为概略了解两者的异同，研究团队研究了两者的检测方法并进行了验证，以下是验证结果。见表1。

表1 两种不同方法检测的粗集料中针片状颗粒含量

由以上对两种混合料用粗集料针片状含量不同检测方法的描述及验证可知，这两种检测方法具有明显的不同，但两者之间仍然有一定的关联性，集料粒径越大，这种关联性相对越好。众所周知，水泥属于无机物，沥青属于有机物，二者在混合料中的流动性及动力特性明显不同，力学性能更是不可同日而语，这就导致了两种混合料对针片状颗粒含量敏感性的差异。一般而言，水泥混凝土对粗集料的品质要求没有沥青混合料严格，特别是粗集料的级配和针片状颗粒含量这两个指标，水泥混凝土中的粗集料针片状只在拌和成型过程中有影响，混凝土凝结硬化以后影响相对较小；相反，沥青混合料在施工及路面使用过程中都有重要影响。由此可知，针片状颗粒含量这一指标对沥青混合料比对水泥混凝土重要得多。从这点可以看出，沥青混合料对粗集料的针片状颗粒含量要求比水泥混凝土对针片状颗粒含量严格得多。

3 粗集料针片状颗粒含量对水泥混凝土力学性能的影响

3.1 粗集料针片状颗粒含量对水泥混凝土抗压强度的影响

为研究粗集料针片状颗粒含量对水泥混凝土抗压强度的影响，选取了以下材料：碎石：石灰岩碎石10～20 mm(占68%)，16～31.5 mm(占32%)，砂：河砂，细度模数2.56拌和用水：饮用水，水泥：P.O42.5外加剂：聚羧酸高性能减水剂占1.3%，混凝土强度等级：C40。

碎石针片状颗粒含量依次按0%，5%，10%，15%，20%进行试验，本次试验采用的配合比：415∶716∶1 120∶149∶5.4试验结果见表2。

表2 不同针片状粗集料混凝土各龄期抗压强度对比

3.2 粗集料针片状颗粒含量对水泥混凝土抗折强度的影响

选取以下材料研究集料针片状颗粒含量对水泥混凝土抗折强度的影响：碎石：石灰岩碎石10～20 mm(占38%)，16～31.5 mm(占62%)，砂：河砂，细度模数2.56拌和用水：饮用水，水泥：P.O42.5外加剂：聚羧酸高性能减水剂占1.3%，混凝土28 d抗折强度标准值：5.5 m Pa。

碎石针片状颗粒含量依次按0%，5%，10%，15%，20%进行试验，本次试验采用的配合比：375∶663∶1 231∶131∶4.9试验结果见表3。

表3 不同针片状粗集料混凝土各龄期抗折强度对比

3.3 粗集料针片状颗粒含量对水泥混凝土力学性能的影响

表2和表3括号内数据表示本数据与上一个数据相比，提高或下降的百分率。总体来看，随着针片状颗粒含量的增加，水泥混凝土力学性能大致呈下降趋势，在粗集料针片状颗粒含量不超过20%条件下，这种下降趋势并不十分明显，在现有研究条件下(最多研究到60 d龄期)，粗集料针片状颗粒含量每增加5%，抗压强度下降约5.9%；抗折强度下降约6.8%。这种现象与水泥、外加剂与集料的品质有一定关系。

4 粗集料针片状颗粒含量对沥青混合料路用性能的影响

4.1 粗集料针片状颗粒含量对沥青混合料动稳定度的影响

研究选用的材料：90号A级沥青，碎石：10～15 mm(24%)、5～10 mm(24%)、3～5 mm(15%)、0～3 mm(34%)，矿粉(3%)。混合料采用骨架结构级配SAC-13，碎石针片状颗粒含量依次按0%，5%，10%，15%，20%进行试验。试验结果见表4。

表4 不同针片状粗集料沥青混合料动稳定度对比

表4括号内数据表示本数据与上一个数据相比，提高或下降的百分率。总体来看，随着针片状颗粒含量的增加，沥青动稳定度明显呈下降趋势，这与针片状不容易压实，而且容易折断有关。

4.2 粗集料针片状颗粒含量对沥青混合料水稳定性的影响

研究选用的材料：70号A级沥青(4.6%)，碎石：10～20 mm(12%)、10～15 mm(25%)、5～10 mm(24%)、0～4.75 mm(35%)，矿粉(4%)。混合料采用连续级配AC-16，碎石针片状颗粒含量依次按0%，5%，10%，15%，20%进行冻融劈裂试验。试验结果见表5。

表5 不同针片状粗集料沥青混合料水稳定性对比

从试验结果可以看到，因粗集料针片状颗粒较非针片状颗粒抗折强度偏低，明显容易断裂，所以随着针片状颗粒含量增多，混合料的劈裂抗拉强度和劈裂抗拉强度比均呈明显下降趋势。

5 结 语

(1)水泥混凝土用粗集料与沥青混合料用粗集料对针片状颗粒含量的定义不同，前者侧重于每个粒级上下限的算数平均值；后者侧重于单个粗集料颗粒极端长度与最薄厚度的比值。尽管如此，二者之间还是存在一定的相关性。

(2)相对来讲，粗集料颗粒针片状含量对水泥混凝土性能影响较小，对沥青混合料性能影响较大。