实验三：集料的筛析和级配试验

实验三：集料的筛析和级配试验一、实验目的测定粗集料(碎石、砾石、矿渣等)、细集料(天然砂、人工砂、石屑)、矿粉的颗粒组成，对沥青混合料及基层用粗、细集料必须采用水洗法试验。二、试验原理集料中各组成颗粒的分级和搭配称为级配，级配通过筛分试验确定。筛分试验就是将集料通过一系列规定筛孔尺寸的标准筛，测定出存留在各个筛上的集料质量，根据集料试样的质量与存留在各筛孔尺寸的集料质量，就可求得一系列与集料级配有关的参数分计筛余百分率、累计筛余百分率、通过百分率。三、预习要求1、理解级配的概念，了解试验原理。2、了解试验仪器的用法，掌握集料的筛分试验。四、实验仪器1、试验筛：根据需要选用规定的标准筛。2、摇筛机。3、天平或台秤：粗集料要求感量不大于试样质量的0.1％；细集料要求称量1000g，感量不大于0.5g；矿粉要求感量不大于0.1g。4、其它：盘子、铲子、毛刷、搪瓷盘、橡皮头研杵等。5、烘箱：能控温在105℃±5℃。五、实验内容（1）粗集料筛分试验试验准备：按规定将来料用分料器或四分法缩分至表3-1要求的试样所需量，风干后备用。根据需要可按要求的集料最大粒径的筛孔尺寸过筛，除去超粒径部分颗粒后，再进行筛分。表3-1筛分用的试样质量公称最大粒径(mm)756337.531.526.519169.54.75试样质量不小于(kg)108542.52110.51、沥青混合料及基层用粗集料水洗法试验步骤1.1取一份试样，将试样置105℃±5℃烘箱中烘干至恒重，称取干燥集料试样的总质量(m)，准确至0.1％。3注：恒重系指相邻两次称取间隔时间大于3h（通常不少于6h)的情况下，前后两次称量之差小于该项试验所要求的称量精密度。下同。1.2将试样置一洁净容器中，加入足够数量的洁净水，将集料全部淹没，但不得使用任何洗涤剂、分散剂或表面活性剂。1.3用搅棒充分搅动集料，使集料表面洗涤干净他细粉悬浮在水中，但不得破碎集料或有集料从水中溅出。1.4根据集料粒径大小选择组成一组套筛，其底部为0.075㎜标准筛，上部为2.36㎜或4.75㎜筛。仔细将容器中混有细粉的悬浮液倒出，经过套筛流入另一容器中，尽量不将粗集料倒出，以免损坏标准筛筛面。注：无需将容器中的全部集料都倒出，只倒出悬浮液。且木可直接倒至0.075㎜筛上，以免集料掉出损坏筛面。1.5重复1.2～1.4步骤，直至倒出的水洁净为止，必要时可采用水流缓慢冲洗。1.6将套筛每个筛子上的集料及容器中的集料全部回收在一个搪瓷盘中，容器上不得有沾附的集料颗粒。注：沾在0.075㎜筛面上的细粉很难回收扣入搪瓷盘中，此时需将筛子倒扣在搪瓷盘上用少量的水并助以毛刷将细粉刷落入搪瓷盘中，并注意不要散失。1.7在确保细粉不散失的前提下，小心泌去搪瓷盘中的积水，将搪瓷盘连同集料一起置105℃±5℃烘箱中烘干至恒重，称取干燥集料试样的总质量(m)，准确至0.1％。以m与m434之差作为0.075㎜的筛下部分。1.8将回收的干燥集料按干筛方法筛分出0.075㎜筛以上各筛的筛余量，此时0.075㎜筛下部分应为0，如果尚能筛出，则应将其并入水洗得到的0.075㎜的筛下部分，且表示水洗得不干净。2、计算2.1水筛法筛分结果的计算2.1.1按式(3-1)、(3-2)计算粗集料中0.075㎜筛下部分质量m和含量P，记入表0.0750.0753-2中，精确至0.1％。当两次试验结果P的差值超过1％时，试验应重新进行。0.075m=m一m(3-1)0.07534mmmP=0.075=34100(3-2)0.075mm33式中：P——粗集料中小于0.075㎜的含量(通过率)(％)；0.075m——粗集料中水洗得到的小于0.075㎜部分的质量(g)；0.075m——用于水洗的干燥粗集料总质量(g)；3m——水洗后的干燥粗集料总质量(g)。42.1.2计算各筛分计筛余量及筛底存量的总和与筛分前试样的干燥总质量m之差，作为4筛分时的损耗，并计算损耗率记入表3-2之第(1)栏，若损耗率大于0.3％，应重新进行试验。m=m一(∑m+m)(3-3)53i0.075式中：m——由于筛分造成的损耗(g)；5m——用于水筛筛分的干燥集料总质量(g)；3m——各号筛上的分计筛余(g)；ii——依次为0.075㎜、0.15㎜……至集料最大粒径的排序；m——水洗后得到的0.075㎜以下部分质量(g)，即(m一m)。0.075342.1.3分计筛余百分率干筛后各号筛上的分计筛余百分率按式(3-4)计算，记入表3-2之第(2)栏，精确至0.1％。mp'i100(3-4)imm35式中：p'——各号筛上的分计筛余百分率(％)；i2.1.4干筛累计筛余百分率各号筛的累计筛余百分率为该号筛以上各号筛的分计筛余百分率之和，记入表3-2之第(3)栏，精确至0.1％。2.1.5干筛各号筛的质量通过百分率各号筛的质量通过百分率P等于100减去该号筛累计筛余百分率，记入表3-2之第(4)i栏，精确至0.1％。2.1.6由筛底存量除以扣除损耗后的干燥集料总质量计算0.075㎜筛的通过率。2.1.7试验结果以两次试验的平均值表示，记入表3-2之第(5)栏，精确至0.1％。当两次试验结果P的差值超过1％时，试验应重新进行。0.075表3-2粗集料水筛法筛分（示例）干燥试样总量第1组第2组m(g)330003000水洗后筛上总28792868量m(g)4平均水洗后0.075㎜121132筛下量m(g)0.0750.075㎜通过率44.4P(％)0.075筛上重分计筛累计筛通过百分筛上重分计筛累计筛通过百分通过百分筛孔尺寸(㎜)m(g)余(%)余(%)率（%）m(g)余(%)余(%)率（%）率（%）ii(1)(2)(3)(4)(1)(2)(3)(4)(5)1950.20.299.800010099.916696.323.223.476.6680.322.722.777.376.913.2882.329.452.847.2839.22850.749.348.2水9.5713.223.876.623.4778.52676.723.323.4洗4.75343.411.588.111.9348.711.688.311.711.8后2.3670.12.390.49.668.32.390.69.49.5干1.1887.52.993.36.779.12.693.26.86.7筛0.667.82.395.64.459.3295.24.84.6法0.34.60.295.74.34.30.195.34.74.5筛0.155.60.295.94.13.80.195.54.54.3分0.0752.30.196440.195.64.44.2筛底m[注]00底干筛后总量2878.1962865.595.6∑m(g)i损耗m5(g)0.92.5损耗率(％)0.030.09扣除损耗后总2999.12997.5量(g)注：如筛底m的值不是0，应将其并入m中重新计算P。底0.0750.0753、报告3.1筛分结果以各筛孔的质量通过百分率表示，宜记录为表3-2。3.2对用于沥青混合料、基层材料配合比用的集料，宜绘制集料筛分曲线，其横坐标为筛孔尺寸的0.45次方(见表3-3)，纵坐标为普通坐标，如图3-1所示。表3-3级配曲线的横坐标(按X=d0.45计算)i筛孔d(㎜)0.0750.150.30.61.182.364.75i横坐标x0.3120.4260.5820.7951.0771.4722.016筛孔d(㎜)9.513.2161926.531.537.5i横坐标x2.7453.1933.4823.7624.3704.7235.109图3-1集料筛分曲线与矿料级配设计曲线3.3同一种集料至少取两个试样平行试验两次，取平均值作为每号筛上筛余量的试验结果，报告集料级配组成通过百分率及级配曲线。（2）细集料筛分试验1、试验准备根据样品中最大粒径的大小，选用适宜的标准筛.通常为9.5㎜筛(水泥混凝土用天然砂)或4.75㎜筛(沥青路面及基层用天然砂、石屑、机制砂等)筛除其中的超粒径材料然后将样品在潮湿状态下充分拌匀，用分料器法或四分法缩分至每份小少于550g的试样两份，在105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重，冷却至室温后备用。2、试验步骤2.1水洗法试验步骤2.1.1准确称取烘干试样约500g(m)，准确至0.5g。12.1.2将试样置一洁净容器中，加入足够数量的洁净水，将集料全部淹没。2.1.3用搅棒充分搅动集料，将集料表面洗涤干净，使细粉悬浮在水中，但不得有集料从水中溅出。2.1.4用1.18㎜筛及0.075㎜筛组成套筛，仔细将容器中混有细粉的悬浮液徐徐倒出，经过套筛流入另一容器中，但不得将集料倒出。注：不可直接倒至0.075㎜筛上，以免集料掉出损环筛面。2.1.5重复4.2.2—4.2.4步骤，直至倒出的水洁净切小于0.075㎜的颗粒全部倒出。2.1.6将容器中的集料倒入搪瓷盘中，用少量水冲洗，使容器上沾附的集料颗粒全部进入搪瓷盘中，将筛子反扣过来，用少量的水将筛上集料冲入搪瓷盘中。操作过程中不得有集料散失。2.1.7将搪瓷盘连同集料一起置105℃±5℃烘箱中烘干至恒重，称取干燥集料试样的总质量(m)。准确至0.1％。m与m之差即为通过0.075㎜筛部分。2122.1.8将全部要求筛孔组成套筛(但不需0.075㎜筛)，将已经洗去小于0.075㎜部分的干燥集料置于套筛上(通常为4.75㎜筛)，将套筛装入摇筛机，摇筛约10min，然后取出套筛，再按筛孔大小顺序，从最大的筛号开始，在清洁的浅盘上逐个进行手筛，直至每分钟的筛出量不超过筛上剩余量的0.1％时为止，将筛出通过的颗粒并入下一号筛，和下一号筛中的试样一起过筛，这样顺序进行，直至各号筛全部筛完为止。注：如为含有粗集料的集料混合料，套筛筛孔根据需要选择。2.1.9称量各筛筛余试样的质量，精确至O.5g。所有各筛的分计筛余量和底盘中剩余量的总质量与筛分前后试样总量m的差值不得超过后者的1％。23、计算3.1计算分计筛余百分率各号筛的分计筛余百分率为各号筛上的筛余量除以试样总量(m)的百分率，精确至10.1％。对沥青路面细集料而言，O.15㎜筛下部分即为0.075㎜的分计筛余，由4.2.7测得的m与m之差即为小于0.075㎜的筛底部分。123.2计算累计筛余百分率各号筛的累计筛余百分率为该号筛及大于该号筛的各号筛的分计筛余百分率之和，准确至0.1％。3.3计算质量通过百分率各号筛的质量通过百分率等于100减去该号筛的累计筛余百分率，准确至0.1％。3.4根据各筛的累计筛余百分率或通过百分率，绘制级配曲线。3.5天然砂的细度模数按式(T0327-1)计算，精确至O.01。(AAAAA)5AM=0.150.30.61.182.364.75（T0327-1）X100A4.75式中：M——砂的细度模数；XA、A、……A——分别为0.15㎜、0.3㎜、……、4.75㎜各筛上的累计筛余百分率(％)。0.150.034.753.6直进行两次平行试验，以试验结果的算术平均值作为测定值。如两次试验所得的细度模数之差大于0.2，应重新进行试验。（3）矿粉的筛分试验1、试验步骤1.1将矿粉试样放人105℃±5℃烘箱中烘干至恒重，冷却，称取100g，准确至0.1g。如有矿粉团粒存在，可用橡皮头研杵轻轻研磨粉碎。1.2将0.075㎜筛装在筛底上，仔细倒入矿粉，盖上筛盖。手工轻轻筛分，至大体上筛不下去为止。存留在筛底上的小于0.075㎜部分可弃去。1.3除去筛盖和筛底，按筛孔大小顺序套成套筛。将存留在0.075㎜筛上的矿粉倒回0.6㎜筛上，在自来水龙头下方接一胶管，打开自来水，用胶管的水轻轻冲洗矿粉过筛，0.075㎜筛下部分任其流失，直至流出的水色清澈为止。水洗过程中，可以适当用手扰动试样，加速矿粉过筛，待上层筛冲干净后，取去O.6㎜筛，接着从O.3㎜筛或0.15㎜筛上冲洗，但不得直接冲洗O.075㎜筛。注：①自来水的水量不可太大太急，防止损坏筛面或将矿粉冲出，水不得从两层筛之间流出，自来水龙头宜装有防溅水龙头。当现场缺乏自来水时，也可由人工浇水冲洗。②如直接在0.075㎜筛上冲洗，将可能使筛面变形，筛孔堵塞，或者造成矿粉与筛面发生共振，不能通过筛孔。1.4分别将各筛上的筛余反过来用小水流仔细冲洗入各个搪瓷盘中，待筛余沉淀后，稍稍倾斜搪瓷盘。仔细除去清水，放入105℃烘箱中烘干至恒重。称取各号筛上的筛余量，准确至O.1g。2、计算各号筛上的筛余量除以试样总量的百分率，即为各号筛的分计筛余百分率，精确至0.1％。用100减去0.6㎜、O.3㎜、0.15㎜、0.075㎜各筛的分计筛余百分率，即为通过0.075㎜筛的通过百分率，加上0.075㎜筛的分计筛余百分率即为0.15㎜筛的通过百分率，依次类推，计算出各号筛的通过百分率，精确至0.1％。3、精密度或允许差以两次平行试验结果的平均值作为试验结果。各号筛的通过率相差不得大于2％。六、注意事项详见实验内容。七、思考1、粗细集料在计算通过率时有何差别？2、集料的级配对沥青混合料的结构组成和其性能可能会产生什么影响？