CN105745304A - 地基改良材料、沥青混凝土用骨料及其制作方法 - Google Patents

地基改良材料、沥青混凝土用骨料及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开地基改良材料、沥青混凝土用骨料及其制作方法。根据本发明的一实施方式，提供地基改良材料，上述地基改良材料包括沙土，在通过沙土的粒径分析来制成的粒径累积曲线上，当假设最大粒子的粒径为Dmax，最小粒子的粒径为Dmin时，上述沙土满足从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率(Pus)以及从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率(Pos)的乘积小于0.4。

Description

地基改良材料、沥青混凝土用骨料及其制作方法
技术领域
本发明涉及地基改良材料、沥青混凝土用骨料及其制作方法。更详细地，提供能够通过使沙土的粒径分布变得不同，来增强通过取代施工法或填土来形成的填土体的强度的地基改良材料及其制作方法。
并且，提供能够通过使骨料的粒径分布变得不同，来增强沥青混凝土的强度的沥青混凝土用骨料及其制作方法。
背景技术
在地基上筑造道路、桥梁、建筑等结构物的情况下，作为结构物的基础地基，需要具有充分的支撑力。在不具有充分的支撑力的软弱地基的情况下，需要对此进行改良，而作为改良施工法，具有利用优质的沙土来取代软弱地基的施工法。
而且，为了与堤坝、道路建设或建筑物等的地面高程相匹配，即使在执行填土工程的情况下，也填充优质的沙土来形成填土体。
像这样，在进行取代软弱地基的施工法或填土工程的情况下，填充优质的沙土，而根据构成使用于填土的沙土的粒子的粒径分布，填土体的强度会变得不同。
因此，为了增强通过取代施工法或填土来形成的填土体的强度，有必要调节沙土的粒径分布。
另一方面，为了增强强度，在混凝土或沥青混凝土中也混合骨料，而为了形成更强的混凝土，这种骨料也需要调节粒径分布。
发明内容
本发明要解决的技术问题
本发明提供能够通过使沙土的粒径分布变得不同，来增强通过取代施工法或填土来形成的填土体的强度的地基改良材料及其制作方法。
并且，提供能够通过使骨料的粒径分布变得不同，来增强混凝土或沥青混凝土的强度的沥青混凝土用骨料及其制作方法。
技术方案
根据本发明的第一实施方式，提供地基改良材料，上述地基改良材料包括沙土，在通过沙土的粒径分析来制成的粒径累积曲线上，当假设最大粒子的粒径为Dmax，最小粒子的粒径为Dmin时，上述沙土满足从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率Pus以及从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率Pos的乘积小于0.4。
上述沙土能够以防止上述粒径累积曲线在连接与上述Dmax值相对应的累计通过率以及与上述Dmin值相对应的累计通过率的直线的中心上侧相交叉的方式具有粒径分布。
根据本发明的第二实施方式，提供地基改良材料的制作方法，上述地基改良材料的制作方法包括：通过第一沙土的粒径分析来计算出上述第一沙土的平均粒径的步骤；通过第二沙土的粒径分析来计算出上述第二沙土的平均粒径的步骤；在上述第一沙土的平均粒径和上述第二沙土的平均粒径之差为10％以上的情况下，对上述第一沙土和上述第二沙土进行混合来形成第三沙土的步骤；以及通过上述第三沙土的粒径分析来计算出上述第三沙土的粒径累积曲线，并且在上述粒径累积曲线上，当假设最大粒子的粒径为Dmax，最小粒子的粒径为Dmin时，计算出从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率Pus以及从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率Pos的乘积，并在其值小于0.4的情况下，选定为地基改良材料的步骤。
上述第三沙土能够以防止上述粒径累积曲线在连接与上述Dmax值相对应的累计通过率以及与上述Dmin值相对应的累计通过率的直线的中心上侧相交叉的方式具有粒径分布。
根据本发明的第三实施方式，提供混凝土用骨料，上述混凝土用骨料包括骨料，在通过沙土的粒径分析来制成的粒径累积曲线上，当假设最大粒子的粒径为Dmax，最小粒子的粒径为Dmin时，上述骨料满足从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率Pus以及从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率Pos的乘积小于0.04。
上述骨料能够以防止上述粒径累积曲线在连接与上述Dmax值相对应的累计通过率以及与上述Dmin值相对应的累计通过率的直线的中心上侧相交叉的方式具有粒径分布。
根据本发明的第四实施方式，提供混凝土用骨料的制作方法，上述混凝土用骨料的制作方法包括：通过第一骨料的粒径分析来计算出第一骨料的平均粒径的步骤；通过第二骨料的粒径分析来计算出第二骨料的平均粒径的步骤；在上述第一沙土的平均粒径和上述第二沙土的平均粒径之差为10％以上的情况下，对上述第一骨料和上述第二骨料进行混合来形成第三骨料的步骤；以及通过上述第三骨料的粒径分析来制成上述第三骨料的粒径累积曲线，并且在上述粒径累积曲线上，当假设最大粒子的粒径为Dmax，最小粒子的粒径为Dmin时，计算出从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率Pus以及从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率Pos的乘积，并在其值小于0.04的情况下，选定为沥青混凝土用骨料的步骤。
上述第三骨料能够以防止上述粒径累积曲线在连接与上述Dmax值相对应的累计通过率以及与上述Dmin值相对应的累计通过率的直线的中心上侧相交叉的方式具有粒径分布。
根据本发明的第五实施方式，提供沥青混凝土用骨料，上述沥青混凝土用骨料包括骨料，在通过沙土的粒径分析来制成的粒径累积曲线上，当假设最大粒子的粒径为Dmax，最小粒子的粒径为Dmin时，上述骨料满足从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率Pus以及从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率Pos的乘积小于0.4。
上述骨料能够以防止上述粒径累积曲线在连接与上述Dmax值相对应的累计通过率以及与上述Dmin值相对应的累计通过率的直线的中心上侧相交叉的方式具有粒径分布。
根据本发明的第六实施方式，提供沥青混凝土用骨料的制作方法，上述沥青混凝土用骨料的制作方法包括：通过第一骨料的粒径分析来计算出第一骨料的平均粒径的步骤；通过第二骨料的粒径分析来计算出第二骨料的平均粒径的步骤；在上述第一沙土的平均粒径和上述第二沙土的平均粒径之差为10％以上的情况下，对上述第一骨料和上述第二骨料进行混合来形成第三骨料的步骤；以及通过上述第三骨料的粒径分析来制成上述第三骨料的粒径累积曲线，并且在上述粒径累积曲线上，当假设最大粒子的粒径为Dmax，最小粒子的粒径为Dmin时，计算出从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率Pus以及从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率Pos的乘积，并在其值小于0.4的情况下，选定为沥青混凝土用骨料的步骤。
上述第三骨料能够以防止上述粒径累积曲线在连接与上述Dmax值相对应的累计通过率以及与上述Dmin值相对应的累计通过率的直线的中心上侧相交叉的方式具有粒径分布。
有益效果
根据本发明的实施例，能够通过使沙土的粒径分布变得不同，来增强通过取代施工法或填土来形成的填土体的强度。
并且，能够通过使骨料的粒径分布变得不同，来增强混凝土或沥青混凝土的强度。
附图说明
图1为用于说明本发明的一实施例的地基改良材料的粒子排列的立体图。
图2为用于说明本发明的一实施例的地基改良材料的粒子排列的图。
图3为用于说明本发明的一实施例的地基改良材料的构成原理的图。
图4及图5为用于说明本发明的一实施例的地基改良材料的粒子排列的概率计算方法的图。
图6为示出本发明的一实施例的地基改良材料的粒径累积曲线的图。
图7为示出使用于地基改良材料的沙土的多种粒径累积曲线的图。
图8为本发明的另一实施例的地基改良材料的制作方法的顺序图。
图9为示出混凝土内的骨料分布的图。
图10为示出沥青混凝土内的骨料分布的图。
具体实施方式
本发明能够实施多种变换，并能够具有多种实施例，因此，将特定的多个实施例例示于附图中，并在详细的说明中进行详细说明。但这并不用于将本发明限制于特定的实施方式，而使应被理解为包括本发明的思想及技术范围所包含的所有变换技术方案、等同技术方案至代替技术方案。在对本发明进行说明的过程中，当判读对相关的公知技术的具体说明会使本发明的要旨变得模糊的情况下，将省略对此的详细说明。
以下，参照附图对本发明的地基改良材料、沥青混凝土用骨料及其制作方法的实施例进行详细说明，在参照附图来进行说明的过程中，对相同或相对应的结构要素赋予相同的附图标记，并省略对此的重复说明。
图1为用于说明本发明的一实施例的地基改良材料的粒子排列的立体图，图2为用于说明本发明的一实施例的地基改良材料的粒子排列的图。而且，图3为用于说明本发明的一实施例的地基改良材料的构成原理的图，图4及图5为用于说明本发明的一实施例的地基改良材料的粒子排列的概率计算方法的图。而且，图6为示出本发明的一实施例的地基改良材料的粒径累积曲线的图。而且，图7为示出使用于地基改良材料的沙土的多种粒径累积曲线的图。
在图1至图7中，示出了正四面体12、大粒子14、粒子15、小粒子16。
本实施例的地基改良材料包括沙土，在通过沙土的粒径分析来制成的粒径累积曲线上，当假设最大粒子的粒径为Dmax，最小粒子的粒径为Dmin时，上述沙土满足从Dmin乘以4.45的值至Dmax值为止的累计通过比率Pos以及从Dmin至Dmax除以4.45的值为止的累计通过比率Pus的乘积小于0.4。这种地基改良材料能够使沙土的粒径分布变得不同，来增强通过取代施工法或填土来形成的填土体的强度。
在取代软弱地基的施工法或填土工程中能够使用由沙土形成的地基改良材料。在此，地基改良材料的含义为包括强度得到增强的沙土的概念，并意味着为了增强软弱地基的取代材料、填土工程的填土材料、回填材料等地基的强度而使用的沙土。
填充沙土来形成的填土体的强度取决于是否打实沙土，打得越好，强度也增加，单位重量也提高。
打实沙土来形成的填土体的强度的主要因素能够由构成沙土的粒子15之间的摩擦(滑动)阻力和基于粒子15之间的咬合的联锁阻力构成。
当构成沙土的多个粒子15呈相同大小的球形态时，理想地，在沙土的多个粒子15形成正多面体的排列的情况下，能够视为沙土维持稳定的状态。
如图所示，正多面体的排列中最为稳定的粒子15的排列为，大粒子14之间以外周相接触的方式形成三角形，并形成三角形的数量最少的正四面体12的排列的形态。
然而，沙土为具有多种粒径的多个粒子15的集合体，并能够视为为了使具有互不相同的粒径的粒子15形成规定的排列来使粒子15之间的摩擦(滑动)阻力和基于粒子15之间的咬合的联锁阻力极大化，在形成正多面体的排列的多个大粒子14之间配置额外的小粒子16，小粒子16与形成正多面体的排列的多个大粒子14的外周相接触来进行配置的状态。
即，在正多面体的排列中，作为最稳定的粒子的排列的正四面体12排列的情况下，如图1及图2所示，大粒子14之间以外周相接触的方式形成三角形，并形成三角形的数量最少的正四面体12的排列，在形成正四面体12排列的四个大粒子14之间排列有重新接触外周的小粒子16(以下称之为“正斜面排列体”)。即，大粒子14的中心以外周相接触的方式位于正四面体12的四个顶点，在位于四个顶点的大粒子14之间配置有与大粒子14的外周相接触的小粒子16。像这样，在沙土的粒子形成排列的情况下，形成正四面体12的大粒子14和配置于上述大粒子14之间的多个小粒子16使接触力极大化，并使摩擦(滑动)阻力和基于粒子15之间的咬合的联锁阻力极大化，从而增强沙土的强度。
能够以如下方式计算出形成正四面体12排列的大粒子14和配置于上述大粒子14之间的小粒子16的粒径比。
参照图3及图4，当假设正四面体12的一个边的长度为a，大粒子14的半径为R，小粒子16的半径为r时，
大粒子14的半径R为，
R = a 2
正四面体12的高度h为，
h = 6 3 a
从正四面体12的顶点A至重心O为止的距离AO为，
A O ‾ = 3 4 k = 3 4 · 6 3 a = 6 4 a
小粒子16的半径r为，
r = A O ‾ - a 2 = 6 4 a - a 2 = 6 - 2 4 a
因此，能够通过如下的公式1来计算出大粒子14和小粒子16的粒径比R/r。
公式1：
理想地，为了获得阻力得到增强的沙土，以具有上述粒径比的方式构成沙土为佳。然而，沙土的粒子15可以不是完整的球，而且由于沙土为具有多种粒径的多个粒子15的集合体，因而无法构成如上所述的理想的沙土。只不过，如上所述，有必要调节沙土的粒径，以便能够提高大粒子14形成正四面体12排列，且小粒子16配置于上述大粒子14之间的概率。
图4为用于说明以大粒子14为基准来调节粒径分布的情况的图，图5为用于说明以小粒子16为基准来调节粒径分布的情况的图。
图4及图5以附图方式示出在假设按大小顺序依次配置用于构成沙土的粒子15时，以粒径大小从水平线的右侧向左侧方向增加的方式配置粒子15。
参照图4，以具有最大粒径Dmax的粒子15为基准，通过粒径比R/r4.45来具有Dmax/4.45至Dmin的粒径的多个粒子15作为无法与构成正四面体12的四个大粒子14的外周相接触的小粒子(以下，称之为小尺寸(Undersize)”)，大于粒径比4.45，从而意味着有可能无法维持正斜面排列体的稳定的排列的粒径。
并且，参照图5，以具有最小粒径Dmin的粒子15为基准，通过粒径比R/r4.45来具有4.45Dmin至Dmax的粒径的粒子15作为无法与小粒子的外周相接触的大粒子(以下，称之为“大尺寸(Oversize)”)，大于粒径比4.45，从而意味着有可能无法维持正斜面排列体的稳定的排列的粒径。
当假设成为小尺寸的概率为Pus时，以大粒子14为基准，相对于总粒径成为小尺寸的平均概率为Pus/2，当假设成为大尺寸的概率为Pos时，以小粒子16为基准，相对于总粒径成为大尺寸的平均概率为Pos/2。
因此，大于用来形成正斜面排列体的粒径比4.45的概率Po如以下公式2。
公式2：
P o = P u s 2 · P o s 2 = P u s · P o s 4
通常情况下，若使用作为适当的可靠水准的90％来代入与此相对应的类似水准10％，则为
P u s · P o s 4 = 0.1 ,
Pus·Pos＝0.4。
因此，沙土的粒子15为了以高的概率维持正斜面排列体的稳定的排列，使最大粒子的粒径Dmax和最小粒子的粒径Dmin成为满足公式3的粒径。
公式3：
Pus·Pos≤0.4。
另一方面，对沙土所包含的粒子15的粒径分布进行分析，并在横轴中以对数刻度的方式采取粒子15的粒径，在纵轴中以普通刻度的方式采取通过粒子15的粒径的重量百分比，从而画出沙土的粒径分布，并将此命名为粒径累积曲线(grainsizeaccumulationcurve)。
在粒径累积曲线中，能够通过从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率％表示成为小尺寸的概率Pus，能够通过从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率％表示成为大尺寸的概率Pos。
即，根据公式3，满足从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率Pos以及从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率Pus的乘积小于0.4的沙土能够因构成上述沙土的多个粒子15以高的概率维持正斜面排列体的稳定的排列的概率高而被判断为具有高的强度。
在此，累计通过比率意味着分别计算出与Dmin、Dmax、Dmax/4.45、4.45Dmin值相对应的累计通过率，并从大值中减去小值的值。作为参考，与Dmax值相对应的累计通过率为100％，与Dmin值相对应的累计通过率为0％。
图6表示针对基于以下表的两个试样的粒径累积曲线，试样1表示具有0.85mm至4.75mm的粒径分布的沙土的粒径累积曲线，试样2表示具有0.45mm至4.75mm的粒径分布的沙土的粒径累积曲线。
首先，观察试样1是否满足上述公式3如下，
Dmax＝4.75，
Dmin＝0.85，
在图6的试样1的粒径累积曲线中，与4.45Dmin＝3.78相对应的累计通过率为20％，与Dmax＝4.75相对应的累计通过率为100％，因此，从4.45Dmin＝3.78至Dmax＝4.75为止的累计通过比率Pos为80％。而且，与Dmin＝0.85相对应的累计通过率为0％，与Dmax/4.45＝1.07相对应的累计通过率为20％，因此，从Dmin＝0.85至Dmax/4.45＝1.07为止的累计通过比率Pus为20％。
因此，
Pus·Pos＝0.8×0.2＝0.16≤0.4，
满足上述公式3。
并且，观察试样2是否满足上述公式3如下，
Dmax＝4.75，
Dmin＝0.45，
在图6的试样2的粒径累积曲线中，与4.45Dmin＝2.00相对应的累计通过率为80％，与Dmax＝4.75相对应的累计通过率为100％，因此，从4.45Dmin＝2.0至Dmax＝4.75为止的累计通过比率Pos为20％。而且，与Dmin＝0.45相对应的累计通过率为0％，与Dmax/4.45＝1.07相对应的累计通过率为80％，因此，从Dmin＝0.45至Dmax/4.45＝1.07为止的累计通过比率Pus为80％。
因此，
Pus·Pos＝0.2×0.8＝0.16≤0.4，
满足上述公式3。
表1
表1表示通过试样1及试样2的剪切阻力试验来求得的剪切阻力角。对各试样执行两次剪切阻力试验，两次剪切阻力试验结果表示，试样1的平均剪切阻力角为58.0°(deg)，试样2的平均剪切阻力角为45.6°(deg)。
通过以往的诸多研究来执行具有普通粒径分布的沙土的剪切阻力角。根据1956年由Holz和Gibbs执行的中间沙子的剪切阻力角测定试验，在试样1及试样2中，可知能够获得高于“在有棱角粒子的具有良好的粒径分布的中间中打实的中间沙子”的剪切阻力角36～40°(deg)的剪切阻力角。
一般情况下，剪切阻力角φ与沙土的支撑力有关，剪切阻力角越大，所示出的支撑力越大。
因此，为了使沙土的粒子15以高的概率维持正斜面排列体的稳定的排列，若调节构成沙土的粒子15的粒径，则能够制作高强度的地基改良材料。
另一方面，图7示出多种形态的粒径累积曲线，为了使沙土的粒子15以更高的概率维持正斜面排列体的稳定的排列，优选地，以使沙土的粒径累积曲线在连接与最大粒径Dmax值相对应的累计通过率以及与最小粒径Dmin值相对应的累计通过率的直线M的中心上侧互不交叉的方式具有粒径分布。
在此，直线的中心意味着累计通过率50％，以使沙土的粒径累积曲线在连接与最大粒径Dmax值相对应的累计通过率以及与最小粒径Dmin值相对应的累计通过率的直线M的累计通过率为50％以上的部分中互不交叉的方式具有粒径分布。
参照图7，曲线A、曲线B因与直线M互不交叉而提高沙土的粒子维持正斜面排列体的稳定的排列的概率。相反，曲线C因在直线M的中心上侧相交叉而降低沙土的粒子维持正斜面排列体的稳定的排列的概率。
基于上述内容，对混合沙土来制作地基改良材料的方法进行观察如下，首先，通过第一沙土的粒径分析来计算出上述第一沙土的平均粒径(步骤S100)。本实施例的地基改良材料由粒径互不相同的两种沙土混合而成，首先，通过对第一沙土的粒径分析来计算出第一沙土的平均粒径。计算出平均粒径的方法对第一沙土执行粒径分析来制成粒径累积曲线，并将与累计通过率为50％相对应的粒径计算为平均粒径。
然后，通过第二沙土的粒径分析来计算出上述第二沙土的平均粒径(步骤S200)。与上述的步骤相同，通过对第二沙土的粒径分析来计算出第二沙土的平均粒径，对第二沙土执行粒径分析来制成粒径累积曲线，并将与累计通过率为50％相对应的粒径计算为平均粒径。
然后，在第一沙土的平均粒径和第二沙土的平均粒径之差为10％以上的情况下，对第一沙土和第二沙土进行混合来形成第三沙土。如图7所示，为了使沙土的粒子以高的概率维持正斜面排列体的稳定的排列，优选地，以使混合后的第三沙土的粒径累积曲线在连接与最大粒径Dmax值相对应的累计通过率以及与最小粒径Dmin值相对应的累计通过率的直线M的中心上侧互不交叉，而这在混合第一沙土的平均粒径和第二沙土的平均粒径之差为10％以上的沙土的情况下，在直线M的中心上侧互不交叉的概率高。
然后，通过第三沙土的粒径分析来制成第三沙土的粒径累积曲线，在粒径累积曲线上，当假设最大粒子14的粒径为Dmax，最小粒子16的粒径为Dmin时，计算出从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率Pus以及从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率Pos的乘积，并在其值小于0.4的情况下，选定为地基改良材料。
即使混合第一沙土的平均粒径和第二沙土的平均粒径之差为10％以上的沙土，第三沙土的粒子15可以不具有用于维持正斜面排列体的稳定的排列的粒径分布。因此，根据上述的方法来计算出从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率Pus以及从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率Pos的乘积，来观察是否满足上述的公式3。若满足上述公式3，则选定为地基改良材料，若不满足上述公式3，则与其他沙土重新混合，并执行上述的过程。
图9为示出混凝土内的骨料的分布的图。在图9中，示出了大粒子14、小粒子16、混凝土19、水泥砂浆20、大接触力22、小接触力24、骨料25。
本实施例的混凝土用骨料25作为混合于混凝土19的骨料25，包括骨料25，在通过骨料25的粒径分析来制成的粒径累积曲线上，当假设最大粒子14的粒径为Dmax，最小粒子16的粒径为Dmin时，上述骨料25满足从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率Pus以及从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率Pos的乘积小于0.04。这种混凝土用骨料25能够通过使骨料25的粒径分布变得不同，来增强混凝土19的强度。
在水泥中以适当的比率配合细小骨料、粗骨料25、水等来形成混凝土19，其中，粗骨料25被定义为4.75mm以上的大粒子14。其中，沙子等细小骨料与水泥、水相混合来形成水泥砂浆20，本实施例的混凝土用骨料25能够适用于通常的粗骨料25。
一般情况下，混合水泥的1～6倍的骨料25，虽然骨料25的形状和填充性对强度产生非常大的影响，但在过去，在混凝土19的强度调节中，判断水泥和骨料25之间的附着性支配强度，因而通过增加水泥量或使用高强度的水泥来提高混凝土19的强度。
本发明不同于现有的方法，通过调节骨料25的粒径分布来提高混凝土19的强度。
由于大部分由骨料25承担混凝土19的刚性(stiffness)，因而在从外部施加力量的情况下，力量(应力)集中于骨料25。考虑到这种力量(应力)的流动，只要在刚性大的骨料25中更加有效地集中力量，就可以通过相同的水泥量来获得更大强度的混凝土19。
随着在刚性大的骨料25中集中力量，混凝土19中的接触力22、24向刚性弱的一侧发生移动，从而向相邻的骨料25传递或向水泥砂浆20传递，而如图9所示，只要提高与刚性大的粒子14之间的大接触力22相接触的频率或提高与小粒子16和大粒子14的小接触力24相接触的频率，就可以获得非常强的混凝土19。
以与上述一实施例的地基改良材料相同的原理，当假设构成骨料25的多个粒子呈相同大小的球形态时，理想地，在骨料25的多个粒子形成正多面体的排列的情况下，能够获得混凝土19。
在正多面体的排列中，最为稳定的粒子的排列为粒子之间以外周相接触的方式形成三角形，并形成三角形的数量最少的四面体的排列的形态(参照图1)。
然而，骨料25由具有互不相同的粒径的多个粒子构成，为了使具有互不相同的粒径的粒子形成规定的排列，从而使粒子之间的摩擦(滑动)阻力和基于粒子之间的咬合的联锁阻力极大化，在形成正多面体的排列的多个粒子之间配置有另一粒子，并处于上述粒子与形成正多面体的排列的多个粒子的外周相接触来配置的状态。
例如，在作为最稳定的粒子的排列的正四面体排列的情况下，以使大粒子14的外周相接触的方式形成三角形，并形成三角形的数量最少的正四面体的排列，并在形成正四面体排列的四个大粒子14之间排列有重新使外周相接触的小粒子16的形态(以下，称之为“正斜面排列体”)。即，以外周相接触的方式在正四面体的四个顶点设置大粒子14的中心，在位于四个顶点的大粒子14之间配置有与大粒子14的外周相接触的小粒子16。像这样，在骨料25的粒子形成排列的情况下，形成正四面体的大粒子14和配置于上述大粒子14之间的小粒子16之间的接触力实现极大化，使得摩擦(滑动)阻力和基于粒子之间的咬合的联锁阻力极大化，从而能够在水泥砂浆20中引发大的接触力，并能够大大提高混凝土19的强度。
当假设构成骨料25的大粒子14的半径为R，小粒子16的半径为r时，与上述内容相同，形成正四面体排列的大粒子14和配置于上述大粒子14之间的小粒子16的粒径比R/r如以下公式4所示。
公式4：
R r = 4.45
理想地，为了在水泥砂浆20内获得具有强接触力的骨料25的排列，优选地，以具有上述粒径比的方式构成骨料25。然而，骨料25的粒子可以为并不完全的球形态，由于是具有多种粒径的多个粒子的集合体，因而很难形成如上所述的理想的骨料25。只不过，如上所述，以使大粒子14能够形成正四面体排列，并提高小粒子16能够位于上述大粒子14之间的概率，有必要调节骨料25的粒径。
并且，以具有最大粒径Dmax的粒子为基准，通过粒径比R/r4.45来具有Dmax/4.45至Dmin的粒径的粒子作为无法与构成正四面体的四个大粒子14的外周相接触的小粒子(以下，称之为“小尺寸(Undersize)”)，变得比粒径比4.45大，从而无法维持正斜面排列体的稳定的排列(参照图4)。
而且，以具有最小粒径Dmin的粒子为基准，通过粒径比R/r4.45来具有4.45Dmin至Dmax的粒径的粒子作为无法与小粒子16的外周相接触的大粒子(以下，称之为“大尺寸(Oversize)”)，变得比粒径比4.45大，从而无法维持正斜面排列体的稳定的排列(参照图5)。
当假设成为小尺寸的概率为Pus时，以大粒子14为基准，能够相对于总粒径成为小尺寸的平均概率为Pus/2，当假设成为大尺寸的概率为Pos时，以小粒子16为基准，能够针对总粒径成为大尺寸的平均概率为Pos/2。
因此，大于用来形成正斜面排列体的粒径比4.45的概率Po如以下公式5。
公式5：
P o = P u s 2 · P o s 2 = P u s · P o s 4
若考虑到水泥砂浆20中的松散状态的骨料25，适用非常严格的可靠水准99％例代入与此相对应的类似水准1％，则
Pus·Pos＝0.04。
因此，为了使水泥砂浆20内的骨料25的粒子以高的概率维持正斜面排列体的稳定的排列，应使最大粒子的粒径Dmax和最小粒子的粒径Dmin成为满足以下公式6的粒径。
公式6：
Pus·Pos≤0.04。
在通过骨料25的粒径分析来获得的粒径累积曲线中，能够由从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率％表示成为小尺寸的概率Pus，能够由从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率％表示成为大尺寸的概率Pos。
即，根据公式6，满足从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率Pos以及从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率Pus的乘积小于0.04的骨料25因构成上述骨料25的多个粒子以高的概率维持正斜面排列体的稳定的排列的概率高而能够被判断为可以获得高强度的混凝土19。
基于上述内容，混合具有互不相同的粒径的骨料25来制作混凝土用骨料25的方法与上述的制作地基改良材料的方法相似。即，通过第一骨料的粒径分析来计算出第一骨料的平均粒径，通过第二骨料的粒径分析来计算出第二骨料的平均粒径。计算出平均粒径的方法为，针对第一骨料执行粒径分析，来制成粒径累积曲线，并计算累计通过率为50％的粒径作为平均粒径。然后，在第一骨料的平均粒径和第二骨料的平均粒径之差为10％以上的情况下，对第一骨料和上述第二骨料进行混合来形成第三骨料。为了使骨料的粒子以高的概率维持正斜面排列体的稳定的排列，优选地，应使混合后的第三骨料的粒径累积曲线在连接与最大粒径Dmax值相对应的累计通过率以及与最小粒径Dmin值相对应的累计通过率的直线M的中心上侧互不交叉，而这在混合第一骨料的平均粒径和第二骨料的平均粒径之差为10％以上的骨料的情况下，提高在直线M的中心上侧互不交叉的概率。然后，通过第三骨料的粒径分析来制成第三骨料的粒径累积曲线，并且在粒径累积曲线上，当假设最大粒子14的粒径为Dmax，最小粒子16的粒径为Dmin时，计算出从Dmin乘以4.45的值至Dmax为止的累计通过比率Pos以及从Dmin至Dmax除以4.45的值为止的累计通过比率Pus的乘积，并在其值小于0.04的情况下，选定为混凝土用骨料25。若满足上述公式6，则选定为混凝土用骨料25，在不满足上述公式6的情况下，与平均粒径大的其他骨料25重新混合，并执行上述的过程。
图10为示出沥青混凝土内的骨料分布的图。在图10中，示出了骨料27、沥青28、沥青混凝土26。
本实施例的沥青混凝土用骨料27作为混合于沥青28的骨料27，包括骨料27，在通过骨料27的粒径分析来制成的粒径累积曲线上，当假设最大粒子的粒径为Dmax，最小粒子的粒径为Dmin时，上述骨料27满足从Dmin乘以4.45的值至Dmax值为止的累计通过比率Pos以及从Dmin至Dmax除以4.45的值为止的累计通过比率Pus的乘积小于0.4。这种沥青混凝土用骨料27能够通过使骨料27的粒径分布变得不同，来增强沥青混凝土26的强度。
沥青混凝土26作为利用熔化的沥青28来结合沙子、碎石等骨料27的混合物，沥青28起到用于使骨料27粒子相结合的结合材料的作用以及用于防止水向混合物内渗透的防水材料的作用，而骨料27借助沥青28来得到紧固，从而起到用于表达沥青混凝土26的强度的骨骼的作用。
图10示出沥青混凝土26的剖面，在沥青混凝土26中，骨料27占总体积的约90％，其余的由沥青28和空隙形成，沥青28包围骨料27的周边，并使周边的骨料27相互结合。像这样，可以视为沥青混凝土26能够通过基于骨料27的内部摩擦角(剪切阻力角)的强度来决定塑性变形阻力。
沥青混凝土26的骨料27由粗骨料27及细小骨料27构成，当假设构成这种骨料27的多个粒子呈相同大小的球形态时，理想地，在骨料27的多个粒子形成正多面体的排列的情况下，能够获得强的沥青混凝土26。
如上所述，在正多面体的排列中，最为稳定的粒子的排列为以使粒子的外周相接触的方式形成三角形，并形成三角形的数量最少的正四面体的排列的形态(参照图1)。
如上所述，在作为最稳定的粒子排列的正四面体排列的情况下，以使大粒子的外周相接触的方式形成三角形，并形成三角形的数量最少的正四面体的排列，在形成正四面体排列的四个大粒子之间重新排列有外周相接触的小粒子(以下，称之为“正斜面排列体”)。即，大粒子的中心以外周相接触的方式位于正四面体的四个顶点，在位于四个顶点的大粒子之间配置有与大粒子的外周相接触的小粒子。像这样，在骨料27的粒子形成排列的情况下，形成正四面体的大粒子和配置于上述大粒子之间的多个小粒子使接触力极大化，并使摩擦(滑动)阻力和基于粒子之间的咬合的联锁阻力极大化，从而能够在沥青混凝土26中引发大接触力，并大大提高强度。
当假设构成骨料27的大粒子的半径为R，小粒子的半径为r时，形成正四面体排列的大粒子和配置于上述大粒子之间的小粒子的粒径比R/r如以下公式7所示。
公式7：
R r = 4.45
为了提高大粒子形成正四面体排列，并能够使小粒子位于上述大粒子之间的概率，有必要调节骨料27的粒径。
以具有最大粒径Dmax的粒子为基准，提高粒径比R/r4.45来具有Dmax/4.45至Dmin的粒径的多个粒子作为无法与构成正四面体的四个大粒子的外周相接触的小粒子(以下，称之为小尺寸(Undersize)”)，大于粒径比4.45，从而有可能无法维持正斜面排列体的稳定的排列(参照图4)。而且，以具有最小粒径Dmin的粒子为基准，通过粒径比R/r4.45来具有4.45Dmin至Dmax的粒径的粒子作为无法与小粒子的外周相接触的大粒子(以下，称之为“大尺寸(Oversize)”)，大于粒径比4.45，从而可能无法维持正斜面排列体的稳定的排列(参照图5)。
当假设成为小尺寸的概率为Pus时，以大粒子为基准，相对于总粒径成为小尺寸的平均概率为Pus/2，当假设成为大尺寸的概率为Pos时，以小粒子为基准，相对于总粒径成为大尺寸的平均概率为Pos/2。
因此，大于用来形成正斜面排列体的粒径比4.45的概率Po如以下公式8。
公式8：
P o = P u s 2 · P o s 2 = P u s · P o s 4
由于沥青混凝土26中的骨料27以占总体积的90％的方式紧密排列。因此，若使用作为适当的可靠水准的90％来代入与此相对应的类似水准10％，则为
Pus·Pos＝0.4。
因此，沥青混凝土26内的骨料27的粒子为了以高的概率维持正斜面排列体的稳定的排列，使最大粒子的粒径Dmax和最小粒子的粒径Dmin成为满足公式9的粒径。
公式9：
Pus·Pos≤0.4。
另一方面，在通过沥青混凝土26的骨料27的粒径分析来获得的粒径累积曲线中，能够通过从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率表示成为小尺寸的概率Pus，能够通过从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率表示成为大尺寸的概率Pos。
即，根据公式9，满足从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率Pos以及从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率Pus的乘积小于0.4的骨料27能够因构成上述骨料27的多个粒子以高的概率维持正斜面排列体的稳定的排列的概率高而被判断为能够获得大强度的沥青混凝土26。
基于上述内容，混合具有互不相同的粒径的骨料27来制作沥青混凝土用骨料27的方法与上述的制作混凝土用骨料的方法相似。即，通过第一骨料的粒径分析来计算出第一骨料的平均粒径，通过第二骨料的粒径分析来计算出第二骨料的平均粒径。计算出平均粒径的方法为，针对第一骨料执行粒径分析，来制成粒径累积曲线，并计算累计通过率为50％的粒径作为平均粒径。然后，在第一骨料的平均粒径和第二骨料的平均粒径之差为10％以上的情况下，对第一骨料和上述第二骨料进行混合来形成第三骨料。为了使骨料的粒子以高的概率维持正斜面排列体的稳定的排列，优选地，应使混合后的第三骨料的粒径累积曲线在连接与最大粒径Dmax值相对应的累计通过率以及与最小粒径Dmin值相对应的累计通过率的直线M的中心上侧互不交叉，而这在混合第一骨料的平均粒径和第二骨料的平均粒径之差为10％以上的骨料的情况下，提高在直线M的中心上侧互不交叉的概率。然后，通过第三骨料的粒径分析来制成第三骨料的粒径累积曲线，并且在粒径累积曲线上，当假设最大粒子的粒径为Dmax，最小粒子的粒径为Dmin时，计算出从Dmin乘以4.45的值至Dmax为止的累计通过比率Pos以及从Dmin至Dmax除以4.45的值为止的累计通过比率Pus的乘积，并在其值小于0.4的情况下，选定为沥青混凝土用骨料27。若满足上述公式9，则选定为沥青混凝土用骨料27，在不满足上述公式9的情况下，与平均粒径大的其他骨料重新混合，并执行上述的过程。
以上，虽然参照本发明的优选的实施例进行了说明，但只要是本发明所属技术领域的普通技术人员，就可以理解在不脱离发明要求保护范围所记载的本发明的思想及技术领域的范围内，可以对本发明进行多种修改及变更。
本发明的保护范围除了包括上述实施例之外，还包括其他诸多的实施例。

Claims (8)

1.一种地基改良材料，其特征在于，包括沙土，在通过沙土的粒径分析来制成的粒径累积曲线上，当假设最大粒子的粒径为Dmax，最小粒子的粒径为Dmin时，所述沙土满足从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率(Pus)以及从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率(Pos)的乘积小于0.4。
2.根据权利要求1所述的地基改良材料，其特征在于，所述沙土以防止所述粒径累积曲线在连接与所述Dmax值相对应的累计通过率以及与所述Dmin值相对应的累计通过率的直线的中心上侧相交叉的方式具有粒径分布。
3.一种地基改良材料的制作方法，其特征在于，包括：
通过第一沙土的粒径分析来计算出所述第一沙土的平均粒径的步骤；
通过第二沙土的粒径分析来计算出所述第二沙土的平均粒径的步骤；
在所述第一沙土的平均粒径和所述第二沙土的平均粒径之差为10％以上的情况下，对所述第一沙土和所述第二沙土进行混合来形成第三沙土的步骤；以及
通过所述第三沙土的粒径分析来计算出所述第三沙土的粒径累积曲线，并且在所述粒径累积曲线上，当假设最大粒子的粒径为Dmax，最小粒子的粒径为Dmin时，计算出从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率(Pus)以及从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率(Pos)的乘积，并在其值小于0.4的情况下，选定为地基改良材料的步骤。
4.根据权利要求3所述的地基改良材料的制作方法，其特征在于，所述第三沙土以防止所述粒径累积曲线在连接与所述Dmax值相对应的累计通过率以及与所述Dmin值相对应的累计通过率的直线的中心上侧相交叉的方式具有粒径分布。
5.一种沥青混凝土用骨料，其为混合于沥青的骨料，其特征在于，包括骨料，在通过沙土的粒径分析来制成的粒径累积曲线上，当假设最大粒子的粒径为Dmax，最小粒子的粒径为Dmin时，所述骨料满足从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率(Pus)以及从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率(Pos)的乘积小于0.4。
6.根据权利要求5所述的沥青混凝土用骨料，其特征在于，所述骨料以防止所述粒径累积曲线在连接与所述Dmax值相对应的累计通过率以及与所述Dmin值相对应的累计通过率的直线的中心上侧相交叉的方式具有粒径分布。
7.一种沥青混凝土用骨料的制作方法，其特征在于，包括：
通过第一骨料的粒径分析来计算出第一骨料的平均粒径的步骤；
通过第二骨料的粒径分析来计算出第二骨料的平均粒径的步骤；
在所述第一沙土的平均粒径和所述第二沙土的平均粒径之差为10％以上的情况下，对所述第一骨料和所述第二骨料进行混合来形成第三骨料的步骤；以及
通过所述第三骨料的粒径分析来制成所述第三骨料的粒径累积曲线，并且在所述粒径累积曲线上，当假设最大粒子的粒径为Dmax，最小粒子的粒径为Dmin时，计算出从Dmin值至Dmax除以4.45的值(Dmax/4.45)为止的累计通过比率(Pus)以及从Dmin乘以4.45的值(4.45Dmin)至Dmax值为止的累计通过比率(Pos)的乘积，并在其值小于0.4的情况下，选定为沥青混凝土用骨料的步骤。
8.根据权利要求7所述的沥青混凝土用骨料的制作方法，其特征在于，所述第三骨料以防止所述粒径累积曲线在连接与所述Dmax值相对应的累计通过率以及与所述Dmin值相对应的累计通过率的直线的中心上侧相交叉的方式具有粒径分布。
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