级配

规格不同的集料按一定比例配合起来，一般是指把几个规格不同的（有大有小）的集料组合起来形成混合料，混合料各筛孔通过率即为级配。简单地说级配就是集料筛分之后一系列筛孔的通过率。

集料基本概念

一、粗集料

1、基本概念

集料定义：是指在混合料中起骨架和填充作用的粒料，包括碎石、砾石、石屑、砂等。

标准筛的概念：对颗粒性材料进行筛分试验用的符合标准形状和尺寸规格要求的系列样品筛。标准筛筛孔为正方形，筛孔尺寸依次为75mm、63mm、37.5mm、3.1.5、26.5mm、19mm、16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm。

集料的划分：根据集料形成的过程可分为经自然风化、地质作用形成的卵石、砂砾和人工机械加工而成的碎石；根据粒径大小可分为粗集料和细集料（又称砂）；根据化学成分分为酸性集料和碱性集料。

集料粒径：在沥青混合料中，粗集料是指粒径大于2.36㎜的碎石,破碎砾石,筛选砾石和矿渣等;在水泥砼中,粗集料是指粒径大于4.75㎜的碎石,砾石和破碎砾石.

集料最大粒径:指集料的100%都要求通过的最小的标准筛筛孔尺寸.

集料的最大公称粒径:指集料可能全部通过或允许有少量不通过(一般容许筛余不超过10%)的最小标准筛筛孔尺寸.通常比集料最大粒径小一个粒级.

二、细集料

1、砂的技术性质

在沥青混合料中，细集料是指粒径小于2.36mm的天然砂、人工砂（包括机制砂）及石屑；在水泥砼中，细集料是指粒径小于4.75mm的天然砂和人工砂。

砂的技术性质涉及范围：物理常数、级配、粗度、有害物质。

筛分和级配的概念：级配是集料中各级粒径的分配情况，通过筛分试验确定粗细集料颗粒粒级的分布状况。砂的筛分试验是称取一定数量的砂样，在规定的标准套筛上进行筛分，分别称出砂样在各个筛上的存留质量，然后再根据公式计算出与级配有关的参数。

分计筛余百分率：是指某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率；累计筛余百分率：是指某号筛的分计筛余百分率和大于该筛号的各筛分计筛余百分率之和；通过百分率：是指通过某号筛的试样质量占试样总质量的百分率，在数值上等于100减去某号筛的累计筛余百分率。

粗度：是评价砂粗细程度的一种指标，通常用细度模数表示，该细度模数由规定的数个筛上的累计筛余百分率通过计算得到。细度模数越大，表示砂的颗粒越粗。

砂中有害成分的类型：包括泥和泥块、有机质、云母、轻物质以及三氧化硫等。

影响筛分试验准确性的各种因素：筛分过程中集料的损失及各套筛上筛分不完全，留有下一套筛上的颗粒质量。水洗法筛分时应注意：用洁净水浸泡并充分搅拌，清冼过程中不得有集料损失。

砂按细度模数分四级：粗砂（3.1-3.7）、中粗（3.0-2.3）、细砂（2.2-1.6）、特细砂：（1.5-0.7）2、砂的技术性质要求

三、矿料级配合成

1、矿料的级配类型

①连续级配：是某一矿料在标准套筛中进行筛分后，矿料的颗粒由大到小连续分布，每一级都占有适当的比例。

②间断级配：在矿料颗粒分布的整个区间里，从中间剔除一个或连续几个粒级，形成一种不连续的级配。

③连续开级配：整个矿料颗粒分布范围较窄，从最大粒径到最小粒径仅在数个粒级上以连续级配的形式出现，形成所谓的连续开级配。

2、级配曲线的绘制方法、级配范围的含义

级配曲线的绘制方法：以通过量的百分率为纵坐标，筛孔尺寸（同时也表示矿料的粒径）为横坐标，将各筛上的通过量绘制在坐标图中，然后用曲线将各点连接起来，成为所谓的级配曲线。在绘制级配曲线的横坐标里采用对数坐标（相应纵坐标上的通过量仍采用常数坐标）。级配范围的含义：由于矿料在轧制过程中的不均匀性，以及混合料在配制时的波动误差等原因，使所配制的混合料难以与理论级配完全吻合一致，因此，必须允许配料时的合成级配可以在一定的范围内波动，从而提出级配范围的概念。即分别根据两个不同的指数n1和n2所确定的级配结果，以及由各级配所绘制的级配曲线，构成级配范围。

3、合成满足矿料级配要求的操作方法——图解法

图解法操作步骤：

（1）准备工作

对所使用的各集料进行筛分, 并计算出各自的通过量百分率。明确设计级配要求的级配范围, 并计算出该要求级配范围的中值。

(2) 绘制框图

按比例( 通常纵、横边各为100mm和150mm) 绘制一矩形框图, 从左下向右上引对角线OO ', 作为合成级配的中值, 见图5-3。纵坐标表示通过量, 按常数标尺在纵坐标上标出

通过量百分率刻度; 横坐标则表示筛孔尺寸, 而各个筛孔具体位置则根据合成级配要求

的某筛孔通过量百分率中值, 在纵坐标上找出该中值的位置, 然后从纵坐标引水平线与

对角线相交, 再从交点处向下做垂线, 垂线与横坐标的交点即为该筛孔相应位置。依此

类推, 找出全部筛孔在横坐标上的具体位置。

确定各集料用量

将参与级配合成的各集料的通过量绘制在框图中, 用折线的形式连成级配曲线。假设以四

种集料进行级配合成, 见图5-3。根据框图中相邻两条级配曲线的关系, 确定各集料在

混合料中的掺配比例。

①重叠关系: 相邻两条曲线相互重叠, 图5-3 中集料A 的级配曲线下部与集料B 的级

配曲线上部搭接。针对这种相邻关系, 在两条级配曲线之间引一条垂线AA’, 要求该垂线与集料A 的级配曲线和集料 B 的级配曲线所截取的截距相等, 即α = α'。此时垂线与AA' 对角线00' 相交于点M, 再通过点M 引水平线与纵坐标交于点P,OP 线段的几何

长度( 以mm 计)就是集料A的用量比例(%) 。

②相接关系: 相邻两条曲线首尾相接, 图5-3中集料 B 的末端与集料C 的首端正好相接。针对这种相邻关系, 此时只需从C 集料的首端向B 集料的末端引垂线BB’, 该垂线与对

角线OO ' 相交于点N, 过点N 引水平线与纵坐标交于点Q , 则PQ 线段的几何长度就

是B 集料的用量比例(%)。

③分离关系: 相邻两条曲线分离, 图5-3 中集料C 的级配曲线与集料D的级配曲线在

水平方向彼此分离。此时做一条垂线CC' 平分这段水平距离, 要求b =b'。垂线CC’ 与对角线OO’ 交于点R , 通过该点引水平线与纵坐标交于点S, 则QS 线段的几何长度就代表集料C 的用量比例(%) 。剩余的ST 即为集料D 的用量比例。

可以说, 框图中相邻集料级配曲线的关系只可能是这三种情况, 但实际操作过程中以第

一种关系即重叠关系最为常见。

(4) 合成级配的计算与校核

与试算法相同, 根据图解过程求得的各集料用量比例, 计算出合成级配的结果。当合成级配超出级配范围时, 说明图解法得到的比例不是很合适, 需要进行各集料的用量调整,

直到满足设计级配要求为止。如经数次调整仍不能达到要求, 可掺加单粒级集料或调换其他集料, 改变原材料颗粒组成后再继续进行级配设计。

配合比设计对集料的级配的选用

1 配合比集料的级配选用的依据凡施工中要使用集料的工程，其施工技术规范都对集料的级配范围有明确规定。但是在有些工程，因为工程质量对集料的级配较为敏感，在施工规范中除对集料的级配范围规定外，还对一些关键筛孔的筛分通过的质量百分率（或累计筛余质量百分率），提出特别要求，如JTJ032-94《公路沥青路面施工技术规范》7.3.6.3条规定‘标准配合比的矿料级配至少应包括0.075mm、2.36mm、4.75mm三档的筛孔通过率接近要求级配的中值；JTJ041-2000《公路桥涵施工技术规范》在细集料的级配范围表中的注：②中规定‘……除5.00、0.63、0.16号筛孔外，其余各筛孔累计筛余允许超出分界线，但其总量不得大于5%。’④中规定‘对于高强泵送混凝土用砂……2.5mm筛孔的累计筛余量不得大于15%，0.315mm筛孔的累计筛余量宜在85%~92%范围内。’等，但对其他筛孔的级配范围中值的筛分通过质量百分率（或累计筛余质量百分率）的波动允许百分率没有严格的规定，只能以级配范围作为配合比的集料选用的依据，和施工工地在集料进行抽检试验时，对集料的级配判定是否合格的控制依据。而较为合理的、适用的、理想的集料的级配，应该首选级配范围的中值。但要设计好一个经济合理的、适用的、理想的配合比，还要考虑集料的级配以外的其他一些有关的因素。

2 配合比设计集料的级配选用的两种方法：施工所用集料的采购备料，都是先控制一个最大、最小粒径范围，然后在此范围分几个档次，采购进场2~5种不同规格的集料，由配合比设计人员根据规定集料的级配要求，计算出各种规格的集料用量比例，作为施工配料和备料进场的依据。目前集料的级配计算、选用常用的方法有如下两种：

2.1粗放型选择法：根据实际进场各种集料筛分试验的级配结果，依据规范规定的级配要求，用试算法、图解法或专用的电脑软件，计算出各种集料组合时所占的比例，并按此比例计算集料的合成级配，绘制级配结果曲线图。一般情况下只要集料中各级颗粒含量不超出规定的级配组成范围曲线（即处于上限和下限曲线之内），且关键筛孔的通过量符合规定，则应认为是合格的，可以用于配合比的试配试验，试配试验也可能获得成功。按规范规定的条文评判此配合比所用集料的级配，好似无懈可击，但若由于某些因素影响使得进场的集料本身颗粒级配不够理想，或由于进场的品种较少，致使合成级配曲线形成上下较大的波折，

更甚者还会出现个别点处于级配曲线的极边沿，不是一条圆滑的、接近级配的中值的理想曲线，就应对施工质量的控制持怀疑态度。在施工实施中若遇进场集料因加工等问题，造成级配的波动是趋向级配的中值有利方面波动，则可原谅，否则，则更加远离了级配的中值，对质量控制的影响就难于估计。因此在审核该配合比设计集料的级配时，不能单纯以不超出级配范围为满足，而应对集料的级配作认真的调整，从原材料上检查原因，按照级配曲线的缺陷，改换进场集料的品种，或增加新的品种，以满足集料的级配要求。但如此处理有些施工单位因经济利益关系，较难接受，按现行规范规定要求，应如何说服施工单位，应如何处置，尚无良策。

2.2 中值型选择法：首先对进场集料认真检验，根据各种不同规格的集料试验筛分结果，用试算法、图解法或专用的电脑软件，计算出各种集料组合时所占的比例，并按此比例计算集料的合成级配，评判合成级配曲线，是否接近规范规定的集料的级配范围的中值，根据施工经验一般不要超出要求的级配中值的上下2~3%为宜（规范有规定的允许波动范围的筛孔，则按规范执行），据此评判进场的各种集料是否适用该工程。否则，则应对进场集料的规格、品种予以调整、更换。然后将经过试验确认合格的进场集料，根据配合比试配试验所需数量，按规范规定级配要求的粒径（或筛孔）级别，筛分为单粒级的集料分别存放备用，配合比试配试验时再按照规范规定级配的中值对各级粒径（或筛孔）的要求比例，掺配组合成符合级配的中值的混合集料，即可用此集料与其他材料掺配进行试配的各项规定试验。用该集料掺加完成的配合比设计用于施工，质量保证就较为可靠，可减少在进场集料，因某种因素造成集料的级配在允许范围波动时，对质量造成的较大影响。特别是对消除施工中出现的集料离析现象较为明显；在路面施工中效果尤为明显，对路面工程的平整度质量控制较为有利，且外观良好，不易出现松散现象等。