总第114期 Highways&AutomotiveApplications
与 公 路 汽 运
121
利用压碎值试验方法评价粗集料骨架结构性能
李晓燕
(汕汾高速公路有限公司,广东汕头 515041)
摘 要:结合虚拟力学试验反映出的矿料级配骨架结构与荷载传递路径的关系,引入粗集料压碎值试验对粗集料骨架结构性能进行评价,利用均匀设计方法得出了试验方案,进行了40组级配粗集料压碎值试验,将压碎值试验结果与VCADRC试验结果进行了比较,并对试验结果进行了线性回归分析与二次非线性回归分析。
关键词:公路;粗集料;骨架结构;压碎值;回归分析
中图分类号:U414.1 文献标识码:A 文章编号:1671-2668(2006)03-0121-03
在保证细集料与沥青胶浆有效填充的基础上,粗集料的骨架结构性能对混合料的力学稳定性有着重要影响。然而,目前流行的混合料设计方法基本影响,为考虑因素。,使混合料设计,也使级配比选有据可依。
图1示出的是在侧向有约束的情况下,当试件,。,荷载传递路径的SMA级配生成的试件,由于粗集料含量更多、分布更加均匀,荷载传递路径的分布也更加均匀。
在虚拟力学试验中,颗粒统一假定为球形或圆形,与实际情况存在较大误差。对矿料颗料物理特性(如几何特征、粗糙程度及表面纹理等)的虚拟,现今的DEM程序无法实现。因此,本研究拟直接采用压碎值的试验方法评价级配粗集料骨架结构性能,通过压碎后筛分得到其压碎值,作为评定骨架结构性能的依据。
1 利用压碎值试验评价的原理
一定级配的粗集料在侧壁约束的容器中受到垂直压力,荷载在颗粒间传递形成一定的路径。当级配优良时,荷载传递路径分布均匀,粗集料骨架结构稳定;当级配不当时,荷载传递路径集中,粗集料骨架结构易发生破坏。王端宜等利用离散单元法(DEM)对AC-13、SMA-13与Superpave-13级配进行了虚拟力学试验,得到的3种级配的荷载传递路径如图1所示
。
2 压碎值评价试验设计
利用压碎值评价粗集料骨架结构性能与集料的压碎值试验基本相同。采用均匀设计法得到40组级配。试样总重3000g,采用花岗岩,每组级配平行试验2次,试验方案如表1所示。
试验步骤如下:①将试筒安放在底板上;②将试样一次倒入试筒中,并用金属棒插捣25次,表面应整平;③压柱放入试筒内石料面上,注意使压柱摆平,勿楔挤筒壁;④将装有试样的试筒连同压柱放到压力机上,均匀地施加荷载,在10min时达到总荷载400kN;⑤达到总荷载400kN后,立即卸荷,将试筒从压力机取下;⑥将筒内试样取出,注意勿进一步压碎试样;⑦用2.36mm筛筛分经压碎的全部试样,可分几次筛分,均需筛到在1min内无明显筛出物为止;⑧称取通过2.36mm筛孔的全
图1 3种级配的荷载传递路径
122
第3期 Highways&AutomotiveApplications 2006年6月
表1 压碎值试验方案及结果
与 公 路 汽 运
序号
1
[***********][1**********]0
以下粒径(mm)颗粒的质量/g4.75~9.5~13.2~16~[***********][***********][***********][1**********]
[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********]26801639平均压碎
序号
值/%
23.727.728.728.928.828.726.816.319.918.817.818.217.516.517.715.319.18.3
[***********][**************]0
以下粒径(mm)颗粒的质量/g4.75~9.5~13.2~16~[***********][***********][***********][1**********]81
[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********]41091
平均压碎
值/%
16.216.617.416.218.817.918.416.916.317.215.515.318.816.920.022.520.323.623.724.0
部细料质量。
粗集料的压碎值按下式计算,精确至0.1%。试验结果如表1所示。
Q′a=
×100m0
(1)
式中:Q′a为石料的压碎值(%);m0为试验前试样的质量(g);m1为试验后通过2.36mm筛孔的细料质量(g)。
3 数据分析
3.1 压碎值与VCADRC试验结果关系分析
对各组级配进行VCADRC试验,将结果与压碎值试验结果绘于图2。
由图2可知,压碎值试验结果曲线的走向与VCADRC试验结果走向有一定的相似性。为判定其相似性,对其进行相关性检验,结果如图3所示。对此结果进行线性回归分析,回归方程如下:
(2)y=-49.09862+1.86862x
式中:y为石料的压碎值(%);x为石料的VCADRC试验结果(%)。
该回归方程的复相关系数R=0.5226。总的来看,石料的压碎值与石料的VCADRC试验结果的相关性较弱。但从图2及表1中粗集料各档粒径的
图2 压碎值与VCADRC试验结果图
图3 压碎值与VCADRC试验结果相关性检验
总第114期 Highways&AutomotiveApplications 质量比与压碎值的关系可以看到,4.75~9.5mm粒径颗粒的含量对压碎值影响较大,当其含量占粗集料总量的比例小于45%时,压碎值基本保持在15%~20%,与VCADRC存在良好的相关性;当其比
与 公 路 汽 运
如下:
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Q′a=20.0684416-402.1553X1+
4.024053X1X1+4.0189249X1X2+4.0212004X1X3+4.0186X1X4
(4)
例大于45%时,压碎值急剧增大至27%~29%,并保持相对稳定,与VCADRC的相关性则较差。说明针对同一石质和规格的矿料,4.75~9.5mm粒径颗粒的含量对粗集料的压碎值和骨架结构性能均有较大影响,在进行矿料级配设计时应合理确定4.75~9.5mm粒径颗粒的含量,提高混合料的抗压碎效果和稳定的骨架结构性能。
3.2 压碎值与粗集料级配的相关性分析
1)对石料的压碎值试验结果进行线性回归分
式中:x4为16.0~19.2mm粒径颗粒的含量(%)。
式(4)的复相关系数平方R2=0.5404。回归方程的统计分析结果如表3所示。
表3 二次非线性回归方程统计分析结果项次常数项
X1X1X1X1X2X1X3X1X4
因素分析结果
系数F
20.06844-402.15534.0240534.0189254.02124.0186
321.31502.08702.08902.08402.0860.0
p
0.0000.1580.1570.1580.1580.158F
析,结果如下:
Q′a=15.2936+0.13157X1+
0.0150435X2+0.0387934X3(3)
式中:Q′a为粗集料的骨架间隙率(%);X1为4.~9.5mm粒径颗粒的含量();52mm()0mm
RSE
.8570322.171
75.77149.4756
7.9965
粒径颗粒的含量(%)式(3)的复相关系数平方R2=0.2997。回归方程的统计分析结果如表2所示。从式(3)和表2可知,常数项的显著性最大,说明对粗集料骨架间隙率产生显著影响的因素为混合料自身的性质,如集料颗粒形状、粗糙程度、表面纹理及坚固程度等;其次的影响因素是4.75~9.5mm粒径颗粒的含量,说明较细粒径颗粒对粗集料骨架结构性能的影响比其他粒径要大,这也符合一般工程经验。为改善沥青混合料骨架结构性能,需要重点调整4.75~9.5mm粒径颗粒的含量,适当增加粗集料用量,减小细
从式(4)和表3可知,粗集料的骨架间隙率变化
与各因素比例之间的非线性相关关系的复相关系数平方R2比其他线性相关关系的大,说明粗集料的骨架间隙率与各因素比例之间存在一定的二次非线性关系;回归结果同样显示出不仅粗集料自身的物理性质(如集料颗粒形状、粗糙程度、表面纹理及坚固程度等)直接影响VCADRC,而且4.75~9.5mm粒径颗粒的含量也与其密切相关。
4 结 论
1)级配压碎值的试验结果与级配VCADRC试验
集料用量。
表2 线性回归方程统计分析结果
项次
常数项
X1X2X3
因素分析结果系数F15.293645.60900.1315713.2450
0.0150440.038793
0.17201.0790
p
0.0000.0010.6810.306F
结果曲线走向有一定相似性;且当4.75~9.5mm
粒径颗粒占粗集料总量的比例大于45%时,压碎值与VCADRC存在良好的相关性,说明针对同一石质和规格的矿料,4.75~9.5mm粒径颗粒的含量对粗集料的压碎值和骨架结构性能均有较大影响。
2)从线性回归与二次非线性回归结果均可发现,压碎值试验结果与粗集料自身的物理性质密切相关,如集料颗粒形状、粗糙程度、表面纹理及坚固程度等。
3)完成压碎值试验后,粗集料需通过2.36mm筛孔筛分,称量筛余重量计算压碎值。由于9.5~13.2mm、13.2~16.0mm、16.0~19.0mm颗粒粒径相对较大,即使破碎后也较难通过2.36mm筛
方差来源回归平方和SR残差平方和SE
方差分析结果平方和均方
210.1015490.9265
70.033813.6368
5.1356
2)对试验结果进行二次非线性回归分析,结果
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第3期 Highways&AutomotiveApplications 2006年6月
与 公 路 汽 运
聚合物浓度对高密度聚乙烯改性沥青性能的影响
丁 巍1,杜永柏2
(1.长沙理工大学,湖南长沙 410076;2.湖北楚维工程咨询监理有限责任公司,湖北荆门 448000)
摘 要:探讨了不同改性剂浓度对高密度聚乙烯改性沥青微观结构和流变力学性质的影响。试验结果表明,高密度聚乙烯(HDPE)的加入可以弥补沥青材料的力学性能缺陷,特别是在较高温度下,加入浓度为3%的高密度聚乙烯,可以使胶状聚合物分散于沥青结构间质中,从而使沥青具有更好的弹性。如果将这一方法运用于路面材料,可以有效改善路面在高温下的变形、毁坏状况。
关键词:公路;改性沥青;高密度聚乙烯;沥青微观结构;流变性质
中图分类号:U414.7 文献标识码:A 文章编号:1671-2668(2006)03-0124-03
城市道路、高速公路的迅猛发展极大地促进了
沥青改性工艺的研发与应用。各种形式改性沥青的广泛应用大幅度提高了沥青砼路面的性能。在石油资源日益匮乏的今天,改性沥青的使用,是一项收益显著的工作高城市道路、通发展的趋势。
中国南部地区气候炎热,夏季温度高,用普通沥青修筑的路面在高温下出现熔化、变形、塌陷等病害,给公路设计、施工提出了新课题。高温针入度测试和车辙试验表明,掺加聚乙烯是解决这一问题的有效途径。国外研究表明,高密度聚乙烯(HDFE)对改善沥青材料的力学性能有明显的效果。
为使掺加的聚合物改性剂更加均匀地分散于沥青结构中,掺加过程应是一个高能量过程。对于相对苯乙烯-1、三丁二烯嵌段共聚物(SBS)和低密度聚乙烯(LDPE)更加难分散的高密度聚乙烯来说,这一点尤为重要。
1 试验方案
1.1,67.3,沥青。高密度聚乙烯来自韦斯化学品公司,密度为0.957g/cm3,平均分子量为17万。高密度聚乙烯在改性沥青中的质量分数为0~5%。1.2 试验方法
沥青与高密度聚乙烯在转速为8200r/min的旋转沥青混合器中进行混合,温度为180℃。充分混合后,立即将混合物置于薄铝板上并冷藏(-18),以防沥青与聚合物相分离。℃
采用流变仪对混合物的流变性质进行研究。对摆动剪切流和静态恒定流的频率和体系温度进行扫描,以获得不同条件下的试验数据。频率扫描在恒温下进行,扫描范围在0.01~100rad/s。温度扫描在频率为0.628rad/s下进行,升温速率为1℃/min。频率扫描和温度扫描都在沥青材料的粘度线性范围内进行。每300s施加一次切应力,获得
孔,使试验结果存有一定误差。建议将压碎后的集料通过4.75mm、9.5mm、13.2mm、16.0mm筛孔筛分,并做出筛分曲线,与原矿料规格进行比较,通过评价其差异性来判定粗集料骨架结构性能。参考文献:
[1] 沈金安,李福普,陈 景.高速公路沥青路面早期损坏
北京:人民交通出版社,2001.
[3] 王端宜,张肖宁,王绍怀.用虚拟试验方法评价沥青混
合料的级配类型[J].华南理工大学学报(自然科学
版),2003(2).
[4] 方开泰,马长兴.正交与均匀试验设计[M].北京:科
学出版社,2001.
[5] 庄楚强,吴亚森.应用数理统计基础[M].广州:华南
理工大学出版社,2000.收稿日期:2006-03-13
分析与防治对策[M].北京:人民交通出版社,2004.
[2] 沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].
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利用压碎值试验方法评价粗集料骨架结构性能
李晓燕
(汕汾高速公路有限公司,广东汕头 515041)
摘 要:结合虚拟力学试验反映出的矿料级配骨架结构与荷载传递路径的关系,引入粗集料压碎值试验对粗集料骨架结构性能进行评价,利用均匀设计方法得出了试验方案,进行了40组级配粗集料压碎值试验,将压碎值试验结果与VCADRC试验结果进行了比较,并对试验结果进行了线性回归分析与二次非线性回归分析。
关键词:公路;粗集料;骨架结构;压碎值;回归分析
中图分类号:U414.1 文献标识码:A 文章编号:1671-2668(2006)03-0121-03
在保证细集料与沥青胶浆有效填充的基础上,粗集料的骨架结构性能对混合料的力学稳定性有着重要影响。然而,目前流行的混合料设计方法基本影响,为考虑因素。,使混合料设计,也使级配比选有据可依。
图1示出的是在侧向有约束的情况下,当试件,。,荷载传递路径的SMA级配生成的试件,由于粗集料含量更多、分布更加均匀,荷载传递路径的分布也更加均匀。
在虚拟力学试验中,颗粒统一假定为球形或圆形,与实际情况存在较大误差。对矿料颗料物理特性(如几何特征、粗糙程度及表面纹理等)的虚拟,现今的DEM程序无法实现。因此,本研究拟直接采用压碎值的试验方法评价级配粗集料骨架结构性能,通过压碎后筛分得到其压碎值,作为评定骨架结构性能的依据。
1 利用压碎值试验评价的原理
一定级配的粗集料在侧壁约束的容器中受到垂直压力,荷载在颗粒间传递形成一定的路径。当级配优良时,荷载传递路径分布均匀,粗集料骨架结构稳定;当级配不当时,荷载传递路径集中,粗集料骨架结构易发生破坏。王端宜等利用离散单元法(DEM)对AC-13、SMA-13与Superpave-13级配进行了虚拟力学试验,得到的3种级配的荷载传递路径如图1所示
。
2 压碎值评价试验设计
利用压碎值评价粗集料骨架结构性能与集料的压碎值试验基本相同。采用均匀设计法得到40组级配。试样总重3000g,采用花岗岩,每组级配平行试验2次,试验方案如表1所示。
试验步骤如下:①将试筒安放在底板上;②将试样一次倒入试筒中,并用金属棒插捣25次,表面应整平;③压柱放入试筒内石料面上,注意使压柱摆平,勿楔挤筒壁;④将装有试样的试筒连同压柱放到压力机上,均匀地施加荷载,在10min时达到总荷载400kN;⑤达到总荷载400kN后,立即卸荷,将试筒从压力机取下;⑥将筒内试样取出,注意勿进一步压碎试样;⑦用2.36mm筛筛分经压碎的全部试样,可分几次筛分,均需筛到在1min内无明显筛出物为止;⑧称取通过2.36mm筛孔的全
图1 3种级配的荷载传递路径
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第3期 Highways&AutomotiveApplications 2006年6月
表1 压碎值试验方案及结果
与 公 路 汽 运
序号
1
[***********][1**********]0
以下粒径(mm)颗粒的质量/g4.75~9.5~13.2~16~[***********][***********][***********][1**********]
[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********]26801639平均压碎
序号
值/%
23.727.728.728.928.828.726.816.319.918.817.818.217.516.517.715.319.18.3
[***********][**************]0
以下粒径(mm)颗粒的质量/g4.75~9.5~13.2~16~[***********][***********][***********][1**********]81
[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********]41091
平均压碎
值/%
16.216.617.416.218.817.918.416.916.317.215.515.318.816.920.022.520.323.623.724.0
部细料质量。
粗集料的压碎值按下式计算,精确至0.1%。试验结果如表1所示。
Q′a=
×100m0
(1)
式中:Q′a为石料的压碎值(%);m0为试验前试样的质量(g);m1为试验后通过2.36mm筛孔的细料质量(g)。
3 数据分析
3.1 压碎值与VCADRC试验结果关系分析
对各组级配进行VCADRC试验,将结果与压碎值试验结果绘于图2。
由图2可知,压碎值试验结果曲线的走向与VCADRC试验结果走向有一定的相似性。为判定其相似性,对其进行相关性检验,结果如图3所示。对此结果进行线性回归分析,回归方程如下:
(2)y=-49.09862+1.86862x
式中:y为石料的压碎值(%);x为石料的VCADRC试验结果(%)。
该回归方程的复相关系数R=0.5226。总的来看,石料的压碎值与石料的VCADRC试验结果的相关性较弱。但从图2及表1中粗集料各档粒径的
图2 压碎值与VCADRC试验结果图
图3 压碎值与VCADRC试验结果相关性检验
总第114期 Highways&AutomotiveApplications 质量比与压碎值的关系可以看到,4.75~9.5mm粒径颗粒的含量对压碎值影响较大,当其含量占粗集料总量的比例小于45%时,压碎值基本保持在15%~20%,与VCADRC存在良好的相关性;当其比
与 公 路 汽 运
如下:
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Q′a=20.0684416-402.1553X1+
4.024053X1X1+4.0189249X1X2+4.0212004X1X3+4.0186X1X4
(4)
例大于45%时,压碎值急剧增大至27%~29%,并保持相对稳定,与VCADRC的相关性则较差。说明针对同一石质和规格的矿料,4.75~9.5mm粒径颗粒的含量对粗集料的压碎值和骨架结构性能均有较大影响,在进行矿料级配设计时应合理确定4.75~9.5mm粒径颗粒的含量,提高混合料的抗压碎效果和稳定的骨架结构性能。
3.2 压碎值与粗集料级配的相关性分析
1)对石料的压碎值试验结果进行线性回归分
式中:x4为16.0~19.2mm粒径颗粒的含量(%)。
式(4)的复相关系数平方R2=0.5404。回归方程的统计分析结果如表3所示。
表3 二次非线性回归方程统计分析结果项次常数项
X1X1X1X1X2X1X3X1X4
因素分析结果
系数F
20.06844-402.15534.0240534.0189254.02124.0186
321.31502.08702.08902.08402.0860.0
p
0.0000.1580.1570.1580.1580.158F
析,结果如下:
Q′a=15.2936+0.13157X1+
0.0150435X2+0.0387934X3(3)
式中:Q′a为粗集料的骨架间隙率(%);X1为4.~9.5mm粒径颗粒的含量();52mm()0mm
RSE
.8570322.171
75.77149.4756
7.9965
粒径颗粒的含量(%)式(3)的复相关系数平方R2=0.2997。回归方程的统计分析结果如表2所示。从式(3)和表2可知,常数项的显著性最大,说明对粗集料骨架间隙率产生显著影响的因素为混合料自身的性质,如集料颗粒形状、粗糙程度、表面纹理及坚固程度等;其次的影响因素是4.75~9.5mm粒径颗粒的含量,说明较细粒径颗粒对粗集料骨架结构性能的影响比其他粒径要大,这也符合一般工程经验。为改善沥青混合料骨架结构性能,需要重点调整4.75~9.5mm粒径颗粒的含量,适当增加粗集料用量,减小细
从式(4)和表3可知,粗集料的骨架间隙率变化
与各因素比例之间的非线性相关关系的复相关系数平方R2比其他线性相关关系的大,说明粗集料的骨架间隙率与各因素比例之间存在一定的二次非线性关系;回归结果同样显示出不仅粗集料自身的物理性质(如集料颗粒形状、粗糙程度、表面纹理及坚固程度等)直接影响VCADRC,而且4.75~9.5mm粒径颗粒的含量也与其密切相关。
4 结 论
1)级配压碎值的试验结果与级配VCADRC试验
集料用量。
表2 线性回归方程统计分析结果
项次
常数项
X1X2X3
因素分析结果系数F15.293645.60900.1315713.2450
0.0150440.038793
0.17201.0790
p
0.0000.0010.6810.306F
结果曲线走向有一定相似性;且当4.75~9.5mm
粒径颗粒占粗集料总量的比例大于45%时,压碎值与VCADRC存在良好的相关性,说明针对同一石质和规格的矿料,4.75~9.5mm粒径颗粒的含量对粗集料的压碎值和骨架结构性能均有较大影响。
2)从线性回归与二次非线性回归结果均可发现,压碎值试验结果与粗集料自身的物理性质密切相关,如集料颗粒形状、粗糙程度、表面纹理及坚固程度等。
3)完成压碎值试验后,粗集料需通过2.36mm筛孔筛分,称量筛余重量计算压碎值。由于9.5~13.2mm、13.2~16.0mm、16.0~19.0mm颗粒粒径相对较大,即使破碎后也较难通过2.36mm筛
方差来源回归平方和SR残差平方和SE
方差分析结果平方和均方
210.1015490.9265
70.033813.6368
5.1356
2)对试验结果进行二次非线性回归分析,结果
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聚合物浓度对高密度聚乙烯改性沥青性能的影响
丁 巍1,杜永柏2
(1.长沙理工大学,湖南长沙 410076;2.湖北楚维工程咨询监理有限责任公司,湖北荆门 448000)
摘 要:探讨了不同改性剂浓度对高密度聚乙烯改性沥青微观结构和流变力学性质的影响。试验结果表明,高密度聚乙烯(HDPE)的加入可以弥补沥青材料的力学性能缺陷,特别是在较高温度下,加入浓度为3%的高密度聚乙烯,可以使胶状聚合物分散于沥青结构间质中,从而使沥青具有更好的弹性。如果将这一方法运用于路面材料,可以有效改善路面在高温下的变形、毁坏状况。
关键词:公路;改性沥青;高密度聚乙烯;沥青微观结构;流变性质
中图分类号:U414.7 文献标识码:A 文章编号:1671-2668(2006)03-0124-03
城市道路、高速公路的迅猛发展极大地促进了
沥青改性工艺的研发与应用。各种形式改性沥青的广泛应用大幅度提高了沥青砼路面的性能。在石油资源日益匮乏的今天,改性沥青的使用,是一项收益显著的工作高城市道路、通发展的趋势。
中国南部地区气候炎热,夏季温度高,用普通沥青修筑的路面在高温下出现熔化、变形、塌陷等病害,给公路设计、施工提出了新课题。高温针入度测试和车辙试验表明,掺加聚乙烯是解决这一问题的有效途径。国外研究表明,高密度聚乙烯(HDFE)对改善沥青材料的力学性能有明显的效果。
为使掺加的聚合物改性剂更加均匀地分散于沥青结构中,掺加过程应是一个高能量过程。对于相对苯乙烯-1、三丁二烯嵌段共聚物(SBS)和低密度聚乙烯(LDPE)更加难分散的高密度聚乙烯来说,这一点尤为重要。
1 试验方案
1.1,67.3,沥青。高密度聚乙烯来自韦斯化学品公司,密度为0.957g/cm3,平均分子量为17万。高密度聚乙烯在改性沥青中的质量分数为0~5%。1.2 试验方法
沥青与高密度聚乙烯在转速为8200r/min的旋转沥青混合器中进行混合,温度为180℃。充分混合后,立即将混合物置于薄铝板上并冷藏(-18),以防沥青与聚合物相分离。℃
采用流变仪对混合物的流变性质进行研究。对摆动剪切流和静态恒定流的频率和体系温度进行扫描,以获得不同条件下的试验数据。频率扫描在恒温下进行,扫描范围在0.01~100rad/s。温度扫描在频率为0.628rad/s下进行,升温速率为1℃/min。频率扫描和温度扫描都在沥青材料的粘度线性范围内进行。每300s施加一次切应力,获得
孔,使试验结果存有一定误差。建议将压碎后的集料通过4.75mm、9.5mm、13.2mm、16.0mm筛孔筛分,并做出筛分曲线,与原矿料规格进行比较,通过评价其差异性来判定粗集料骨架结构性能。参考文献:
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