混合粗集料破碎试验确定分形维数的方法技术

本发明专利技术公开了混合粗集料破碎试验确定分形维数的方法，属于建筑材料测试领域；所要解决的技术问题是提供了一种不同强度混合集料的破碎试验，并进一步确定各种情况混合集料分形维数的方法；解决该技术问题采用的技术方案为：混合集料筛分制样，烘干，按比例进行均匀混合，混合后装入试筒进行破碎试验，试验后进行二次筛分和称重，绘制混合集料破碎后颗粒小于4.75mm颗粒累计质量和粒径的关系分布曲线，计算拟合直线斜率，根据斜率计算得出分形维数；本发明专利技术可广泛应用于建筑材料测试领域。

【技术实现步骤摘要】
混合粗集料破碎试验确定分形维数的方法
本专利技术混合粗集料破碎试验确定分形维数的方法，属于建筑材料测试

技术介绍
随着城市化加速发展以及大规模的旧城改造，建筑垃圾产生量将逐年增多，预计到2020年，我国新增排放建筑垃圾将超过50亿吨。对建筑垃圾如何再利用，是城市发展和岩土工程必须面对的课题。在目前的建筑垃圾利用研究中，废弃混凝土再生利用研究的较多，但对废弃的砖瓦再利用研究几乎空白。根据统计，建筑拆除垃圾中，废弃混凝土约占25％-35％，砖瓦碎片(主要为粘土砖)约占45％以上，废弃粘土砖的再生利用亟待重视。废弃粘土砖与废弃混凝土相比，强度相对较低，吸水率高，但把废弃粘土砖与废弃混凝土经过破碎形成的混合集料作为路基填筑骨料可以满足道路基层材料的要求，并已在上海世博园内部道路和西宝高速改扩建工程B-C02合同段进行使用。粗集料压碎值试验是衡量石料在逐级增加荷载条件下抵抗压碎的能力，是公路路基必做试验项目，见公路工程集料试验规程(JTGE42)中的粗集料压碎值试验(T0316-2005)，但此方法仅仅针对单一材料的13.2mm～9.5mm区间粒径试验，道路用建筑垃圾最大粒径为37.5mm，而且包括废弃粘土砖、废弃混凝土、瓷砖、玻璃等多种材料，不能满足建筑垃圾材料的要求。建筑垃圾作为路基填料，可选用废弃粘土砖与废弃混凝土两种材料的混合物，废弃粘土砖与废弃混凝土两种材料从力学性能上来说也具有较大的差异，废弃粘土砖集料的抗压强度明显弱于废弃混凝土集料，二者的混合集料颗粒之间的相互干扰作用必须考虑，而且颗粒粒径尺寸效应也需要考虑，本专利技术根据不同颗粒尺寸选用不同的尺寸的试筒和加载压力，考虑不同集料强度的差异和相互干扰以及集料的尺寸效应，并用分形几何中分形维数D值对试验结果进行了评价，填补试验规范中的空白。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为提供了一种混合粗集料破碎值试验，并进一步确定各种情况混合粗集料分形维数的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：混合粗集料破碎试验确定分形维数的方法，包括以下步骤：第一步：集料筛分制样；准备集料A和集料B，各自筛分，去除针状和片状颗粒，取任意两相邻标准方孔筛之间的集料A作为集料A样品，再取同一粒径范围的集料B作为集料B样品；第二步：集料样品烘干；将集料A样品和集料B样品烘干至恒重，再冷却到室温；第三步：按比例均匀混合集料；提取第二步冷却后的集料A样品和集料B样品，按不同质量比配置混合集料，拌和均匀，形成多种不同质量比的均匀混合集料；第四步：将混合集料装入试筒；任意取一种质量比的均匀混合集料，装满试筒，并统计放入试筒中的每个颗粒的最大、最小、中间三轴长度，精确至0.01mm，用公式计算每个颗粒的等效粒径，取所有等效粒径的最大数最为最大等效粒径dmax，单位为mm，并计量装入试筒中的混合集料的总质量M0，单位为g；第五步：破碎试验；将第四步中装好的试筒放到压力机上，同时将压头放入试筒内集料面上，注意使压头摆平，勿楔挤试筒侧壁，然后开动压力机，均匀地施加荷载，在5min—12min的时间内达到总荷载，所述总载荷不小于集料A和集料B的极限抗压强度，稳压5s，然后卸荷，将试筒从压力机上取下，取出样品；第六步：二次筛分及称重；用4.75mm及以上标准方孔筛对压碎后的混合集料进行筛分，均需筛到在1min内无明显的筛出物为止，各级筛下混合集料质量记为mi，单位为g，di为各级筛筛孔孔径的数值，精度准确至1mm；所述mi具体指的是每级筛与比其小一级的方孔筛之间的混合集料的质量；第七步：混合集料分形维数确定；分形维数计算公式为D＝3-k，D∈(2，3)，其中k的计算方法如下：绘制混合集料破碎颗粒累计质量与粒径的关系分布曲线，分别以log[(mi(di))/M0]的绝对值，log(di/dmax)的绝对值为纵、横坐标，其中m(di)为孔径为di，单位为mm的方孔筛下所有混合集料破碎颗粒的累计质量，单位为g，di为第一步中取样的相邻标准方孔筛中较大方孔筛至4.75mm方孔筛之间的所有标准筛筛孔孔径，单位为mm，di为各级筛筛孔孔径的数值，关系分布曲线近似为直线；用最小二乘法拟合混合集料破碎颗粒累计质量与粒径的关系分布曲线，计算拟合后直线斜率，记为k，根据k得出所述第一步中所取样品按第四步中质量比均匀混合后相应的分形维数D。还包括第八步：多次重复第四步到第七步，可确定出第三步中所有不同质量比的混合集料对应的分形维数。还包括第九步：多次重复第一步到第八步，可确定出任意相同粒径范围的集料A和集料B，按任意质量比混合后的混合集料对应的分形维数；所述粒径范围由相邻标准方孔筛筛分确定。所述集料A为废弃混凝土，所述集料B为废弃粘土砖。所述第二步中集料样品烘干的具体方法为：将集料A样品和集料B样品分别置于不同的浅盘中，放入烘箱中烘干，烘箱温度不超过100℃，在烘箱中烘烤的时间不得少于4h，取出浅盘，放在带盖的容器中冷却至室温。所述第三步中，按集料A和集料B质量比为2∶8、4∶6、5∶5、6∶4、8∶2配置五种混合集料。所述第四步中试筒内径为最大等效粒径dmax的5-10倍，高度为最大等效粒径dmax的4-8倍，壁厚12mm-15mm；填料前，在试筒内壁均匀涂抹凡士林或其它润滑剂，分三次填料，每次数量大体相同，均匀装入试筒中，每次填料后均在振动台上振动，振动过程中加盖板，盖板重不少于3kg，大小与试筒内径一致，振动密实，每次振动不少于2min。所述方孔筛可以替换为圆孔筛。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。本专利技术根据不同颗粒尺寸选用不同的尺寸的试筒和加载压力，考虑不同集料强度的差异和相互干扰以及集料的尺寸效应，并计算出分形几何中分形维数D值对试验结果进行了评价，填补试验规范中的空白。附图说明图1为粒径在26.5mm～19mm范围内，质量比为6∶4的废弃混凝土和废弃粘土砖混合集料破碎颗粒累计质量与粒径的关系分布曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实例对本专利技术做进一步详细的说明。本专利技术混合粗集料破碎试验确定分形维数的方法：下面以粒径在26.5mm～19mm范围内的废弃混凝土和废弃粘土砖，质量比为6∶4混合为例，说明确定分形维数D值的方法，具体步骤为：第一步：集料筛分制样；准备废弃混凝土和废弃粘土砖，各自筛分，去除针状和片状颗粒，取26.5mm～19mm标准方孔筛之间的废弃混凝土作为废弃混凝土样品，再取同一粒径范围的废弃粘土砖作为废弃粘土砖样品。第二步：集料样品烘干；将废弃混凝土样品和废弃粘土砖样品分别置于不同的浅盘中，放入烘箱中烘干，烘箱温度不超过100℃，在烘箱中烘烤的时间不得少于4h，取出浅盘，放在带盖的容器中冷却至室温。第三步：按质量比6∶4均匀混合集料；提取第二步冷却后的废弃混凝土样品和废弃粘土砖样品，按质量比6∶4配置混合集料，拌和均匀，形成均匀混合集料。第四步：将混合集料装入试筒；用第三步中的均匀混合集料装满试筒，并统计放入试筒中的每个颗粒的最大、最小、中间三轴长度，精确至0.01mm，如表1所示，用公式计算每个颗粒的等效粒径，最大等效粒径dmax＝26.78mm；选择内径150mm，高度100mm，壁厚12mm的试筒，在试筒内壁均匀涂抹凡士林或其他润滑剂，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.混合粗集料破碎确定分形维数的方法，其特征在于包括以下步骤：第一步：集料筛分制样；准备集料A和集料B，各自筛分，去除针状和片状颗粒，取任意两相邻标准方孔筛之间的集料A作为集料A样品，再取同一粒径范围的集料B作为集料B样品；第二步：集料样品烘干；将集料A样品和集料B样品烘干至恒重，再冷却到室温；第三步：按比例均匀混合集料；提取第二步冷却后的集料A样品和集料B样品，按不同质量比配置混合集料，拌和均匀，形成多种不同质量比的均匀混合集料；第四步：将混合集料装入试筒；任意取一种质量比的均匀混合集料，装满试筒，并统计放入试筒中的每个颗粒的最大、最小、中间三轴长度，精确至0.01mm，用公式

【技术特征摘要】
1.混合粗集料破碎确定分形维数的方法，其特征在于包括以下步骤：第一步：集料筛分制样；准备集料A和集料B，各自筛分，去除针状和片状颗粒，取任意两相邻标准方孔筛之间的集料A作为集料A样品，再取同一粒径范围的集料B作为集料B样品；第二步：集料样品烘干；将集料A样品和集料B样品烘干至恒重，再冷却到室温；第三步：按比例均匀混合集料；提取第二步冷却后的集料A样品和集料B样品，按不同质量比配置混合集料，拌和均匀，形成多种不同质量比的均匀混合集料；第四步：将混合集料装入试筒；任意取一种质量比的均匀混合集料，装满试筒，并统计放入试筒中的每个颗粒的最大、最小、中间三轴长度，精确至0.01mm，用公式计算每个颗粒的等效粒径，取所有等效粒径的最大数最为最大等效粒径dmax，单位为mm，并计量装入试筒中的混合集料的总质量M0，单位为g；第五步：破碎试验；将第四步中装好的试筒放到压力机上，同时将压头放入试筒内集料面上，注意使压头摆平，勿楔挤试筒侧壁，然后开动压力机，均匀地施加荷载，在5min—12min的时间内达到总荷载，所述总载荷不小于集料A和集料B的极限抗压强度，稳压5s，然后卸荷，将试筒从压力机上取下，取出样品；第六步：二次筛分及称重；用4.75上标准方孔筛对压碎后的混合集料进行筛分，均需筛到在1min内无明显的筛出物为止，各级筛下混合集料质量记为mi，单位为g，di为各级筛筛孔孔径的数值，精度准确至1mm；所述mi具体指的是每级筛与比其小一级的方孔筛之间的混合集料的质量；第七步：混合集料分形维数确定；分形维数计算公式为D＝3-k，D∈(2，3)，其中k的计算方法如下：绘制混合集料破碎颗粒累计质量与粒径的关系分布曲线，分别以log[(mi(di))/M0]的绝对值，log(di/dmax)的绝对值为纵、横坐标，其中m(di)为孔径为di，单位为mm的方孔筛下所有混合集料破碎颗粒的累计质量，单位为g，di为第一步中取样的相邻标准方孔筛中较大方孔筛至4.75筛之间的所有标准筛筛孔孔径，单位为mm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建军，宋述捷，吴昱璇，杜兆龙，裴永，常慧，徐鹏程，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14