单一粗集料确定分形维数的方法及确定集料级配的方法技术

本发明专利技术单一粗集料确定分形维数的方法及确定集料级配的方法，属于建筑材料领域；所要解决的技术问题是提供了一种用破碎试验确定单一粗集料分形维数的方法及用分形维数确定集料级配的方法；解决该技术问题采用的技术方案为：粗集料筛分、烘干、统计粒径后进行破碎试验，破碎试验后进行二次筛分和称重，然后通过绘制集料破碎后小于4.75mm颗粒累计质量与粒径的关系分布曲线，计算拟合后的直线斜率，通过斜率得出分形维数，通过得出的分形维数计算集料级配；本发明专利技术可广泛应用于建筑材料领域。

【技术实现步骤摘要】
单一粗集料确定分形维数的方法及确定集料级配的方法
本专利技术单一粗集料确定分形维数的方法及确定集料级配的方法，属于建筑材料

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。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13.2mm～9.5mm区间粒径试验，道路用废弃粘土砖最大粒径为37.5mm，如何通过压碎试验评价其强度和根据压碎粒径分布计算其分形维数是需要解决的问题。另外，城市拆迁的建筑垃圾用作道路基层和地基处理方面实践证明是可行的，但建筑垃圾作为路基填料，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，如何确定废弃粘土砖集料级配目前规范存在空白，且目前集料级配的确定一般都是根据规范给出的推荐范围去选取，没有一种能够根据具体材质来针对性的确定级配的方法。
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一种用破碎试验确定单一粗集料分形维数的方法及用分形维数确定集料级配的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：单一粗集料确定分形维数的方法，包括以下步骤：第一步，粗集料筛分制样；准备单一成分的粗集料，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粗集料作为粗集料样品；第二步，粗集料样品烘干；将所述粗集料样品烘干至恒重，再冷却到室温；第三步，统计粒径并装入试筒；提取第二步冷却后的粗集料样品，统计待放入试筒中每个颗粒最大、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作为最大等效粒径dmax，单位为mm；将粗集料样品装满试筒，并计量装入试筒中粗集料样品的总质量M0，单位为g；第四步，破碎试验；将第三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～10min的时间内达到总荷载，所述总载荷不小于粗集料样品的极限抗压强度，稳压5s，然后卸荷，将试筒从压力机上取下，取出样品；第五步，二次筛分及称重；用4.75mm及以上标准方孔筛对压碎后的集料进行筛分，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集料的质量；第六步，单一集料分形维数确定；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：绘制集料破碎颗粒累计质量与粒径的关系分布曲线，分别以log[(m(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相应的分形维数D。第七步，重复上述第一步到第六步的方法，可确定出任意粒径范围单一粗集料的分形维数，所述粒径范围由相邻标准方孔筛筛分确定。所述第一步中单一成分的粗集料为废弃粘土砖，或为废弃混凝土，或为石子，或为其他脆性破碎固体材料。所述第二步中粗集料样品烘干的具体方法为：将所述粗集料样品置于浅盘中，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。确定的分形维数确定集料级配的方法：计算粒径不超过j，单位为mm的单一集料级配的方法包括以下步骤：a、所述第一步中，采用j，单位为mm的方孔筛和比其小的下一级标准方孔筛筛分出样品；b、进行所述第二步到第六步，确定出所筛分出样品的分形维数Dj，再根据以下公式计算粒径不超过j，单位为mm的单一集料的级配；其中：di为j，单位为mm的方孔筛至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；dmin为集料最小粒径，单位为mm；dmax为压碎前样品的最大等效粒径，单位为mm。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。本专利技术提出了一种全新的确定单一粗集料分形维数及单一集料级配的方法，且是可以完全根据具体材料来确定的，针对性很强，最终确定的级配良好，为工程应用提供了很好的依据。附图说明图1为集料破碎颗粒累计质量与粒径的关系分布曲线。图2为粒径不超过26.5mm的废弃粘土砖集料的级配曲线图。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。下面以粒径在26.5mm～19mm范围内的废弃粘土砖为例，说明确定其分形维数D值的方法，及确定粒径不超过26.5mm的集料级配的方法。一、确定粒径在26.5mm～19mm范围内的废弃粘土砖的分形维数D值的方法，步骤为：第一步，废弃粘土砖筛分制样；筛分废弃粘土砖，取26.5mm方孔筛与19mm方孔筛之间的废弃粘土砖作为样品。第二步，废弃粘土砖样品烘干；将废弃粘土砖样品置于浅盘中，放入烘箱中烘干至恒重，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，统计粒径并装入试筒；提取第二步冷却后的废弃粘土砖样品，统计待放入试筒中每个颗粒最大、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＝27.54mm；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，将废弃粘土砖样品分三次填料(每次数量大体相同)，均匀装入试筒中，并计量装入试筒中粗集料样品的总质量M0＝1600g。表1：26.5mm-19mm部分废弃粘土砖集料三轴粒径试样编号12345678910d1(mm)23.0640.4137.1531.7022.8225.0233.2760.7645.2219.28d2(mm)21.2827.8826.5521.9617.4147.8741.0820.2322.0828.90本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.单一粗集料确定分形维数的方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，粗集料筛分制样；准备单一成分的粗集料，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粗集料作为粗集料样品；第二步，粗集料样品烘干；将所述粗集料样品烘干至恒重，再冷却到室温；第三步，统计粒径并装入试筒；提取第二步冷却后的粗集料样品，统计待放入试筒中每个颗粒最大、最小、中间三轴长度，精确至0.01mm，用公式

【技术特征摘要】
1.单一粗集料确定分形维数的方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，粗集料筛分制样；准备单一成分的粗集料，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粗集料作为粗集料样品；第二步，粗集料样品烘干；将所述粗集料样品烘干至恒重，再冷却到室温；第三步，统计粒径并装入试筒；提取第二步冷却后的粗集料样品，统计待放入试筒中每个颗粒最大、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作为最大等效粒径dmax，单位为mm；将粗集料样品装满试筒，并计量装入试筒中粗集料样品的总质量M0，单位为g；第四步，破碎试验；将第三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～10min的时间内达到总荷载，所述总载荷不小于粗集料样品的极限抗压强度，稳压5s，然后卸荷，将试筒从压力机上取下，取出样品；第五步，二次筛分及称重；用4.75mm及以上标准方孔筛对压碎后的集料进行筛分，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集料的质量；第六步，单一集料分形维数确定；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：绘制集料破碎颗粒累计质量与粒径的关系分布曲线，分别以log[(m(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...

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