CN115096747A - 一种测定混凝土连续级配骨料性能指标的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种测定混凝土连续级配骨料性能指标的方法。所述方法具体包括依次对骨料干燥处理、固化封闭、水中浸泡、质量称重和体积定量步骤，试验借助定量容器、蒸馏水、石蜡、无水乙醇等装置和材料进行，控制试验过程中的环境温度为(20‑22)℃，根据各步骤中整体质量的变化情况计算出骨料自然状态的含水率、干燥表观密度、饱和面干吸水率、饱和面干密度。本方法原理明确、步骤简单、操作方便，数据稳定性好、重演性高、离散程度低，避免了现有技术存在的人为操作误差大、主观经验影响严重的不足，可用于仪器设备的开发及计算软件相关算法的编制。
Description
技术领域
本发明属于水利工程领域，具体涉及一种测定混凝土连续级配骨料性能指标的方法，具体可以测定混凝土连续级配骨料的参数包括含水率、干燥表观密度、饱和面干吸水率、饱和面干表观密度，可用于相关设备开发和检测软件的编制。
背景技术
混凝土是当前使用量最大的建筑材料，全球每年的使用量超过60亿吨。骨料是混凝土的重要组分之一，骨料在混凝土中的质量占比和体积占比均超过50％，在混凝土中发挥骨架、承重和体积稳定的作用，其性能对混凝土拌合物的工作性及硬化后性能有重要影响。同时，骨料性能和质量也对混凝土的服役特性有重要影响，如使用重密度骨料可增加混凝土的密度，而使用大弹性模量的骨料可提高混凝土的体积稳定性。根据粒径尺寸的大小，骨料可分为粗骨料和细骨料；而根据类型和生产方式的不同，粗骨料可分为人工碎石和卵石，细骨料可分为人工砂、天然砂以及人工砂与天然砂混合而成的机制砂，其中天然砂又包括河砂、山砂、海砂、湖砂、风积沙等。
细骨料能够填充粗骨料的空隙，促使混凝土达到内部密实的效果，同时也能起到润滑拌合物、增加流动性的效果。常用的表征细骨料性能指标包括饱和面干吸水率、饱和面干密度、石粉含量、细度模数、亚甲蓝值、有机质含量等，其中饱和面干吸水率、饱和面干密度、干燥表观密度最为重要。饱和面干吸水率是混凝土配制过程中校正实际用水量、细骨料用量的依据，而饱和面干密度是混凝土配合比设计过程中计算原材料用量的依据。因此，《水工混凝土配合比设计规程》明确要求，“水工混凝土配合比设计需以饱和面干状态的骨料为基准”。
饱和面干状态是骨料在充分吸水后达到内部饱水，而表面无明水的一种状态。饱和面干状态骨料的吸水和释水处于动态平衡之中，既不会再从周围环境中吸水，也不会向周围环境释水。使用饱和面干状态的骨料制备混凝土，可保证拌合物的性能不受骨料含水状况的影响。但准确测定骨料饱和面干吸水率比较困难，不少方法存在人为操作误差大、主观经验影响严重、数据重演性和可靠性不足等问题，如《水工混凝土试验规程》要求借助吹风机、搪瓷盘、棕毛刷、扁铲和橡胶垫等工具，使用湿痕法测定细骨料的饱和面干吸水率，通过将湿砂样倒在橡胶板上摊铺至规定厚度后再移除，观察橡胶板上湿痕的散失时间来确定骨料是否处于饱和面干状态。然而，实际操作中不少研究者和工程技术人员都发现，湿痕法存在结果离散性大，不同实验员对橡胶板湿痕判定标准不统一等问题。因此，工程界迫切需要一种更为准确的饱和面干吸水率测定方法。
为探寻细骨料的饱和面干吸水率测定方法，研究人员分别从细骨料吸水规律、饱水颗粒堆积特性等方面开展了大量的探索。肖祖阔等提出将人工砂分成粒径大于0.08mm和粒径小于0.08mm两部分，并分别测量两部分的饱和面干吸水率。王旭昊等采用搅拌和对锅体加热的方式对机制砂进行烘干，然后通过在锅体的底部开口，使干燥后的机制砂自流入坍落筒试模的方式，测定了人工砂的吸水率。孔祥芝等利用精细化记录机制砂充分吸水后在烘干过程中，水分蒸发速率的变化特性，间接的计算出机制砂的饱和面干吸水率。叶小林等改进湿痕法，利用加热金属托盘的方式替代电吹风烘干，提出了一种机制砂吸水率的测定装置。孙仁娟等根据人工砂失水干燥过程中颗粒自然休止角的变化情况，提出了一种基于休止角的细集料饱和面干状态的定量测定方法。可见，细骨料饱和面干吸水率测定方法仍然处于不断的研究和探索当中。
目前，细骨料性能指标的测定方法仍处于不断研究和更新之中，新方法、新技术和新装置的普及与推广需考虑经济成本、复杂程度、时间周期等问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷提供一种测定混凝土连续级配骨料性能指标的方法，该方法利用实验室常备材料和装置，可一次性测出细骨料的含水率、干燥表观密度、饱和面干吸水率、饱和面干密度，其步骤简单、操作方便，并且可以克服已有方法存在的客观性不足、稳定性欠佳等问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种测定混凝土连续级配骨料性能指标的方法，其特征在于该方法包含以下步骤：
(1)称取一定量自然状态的待测样品骨料进行干燥处理，并在干燥过程中多次称量样品质量，并根据称量质量计算出相应的含水率，直至前后两次样品含水率的差值不超过0.2％，然后将样品取出并冷却至室温后待用，在称量过程中控制两次烘干质量称量的时间间隔1.5～2.0h，所述含水率qi和含水率差值Δq的计算公式如下：
Δq＝qj-qj-1(j＝2…n)
上式中：ms为样品骨料烘干前自然状态的总质量，单位g；
mi为样品骨料烘干过程中第i次称量的质量，单位g；
qi为根据烘干过程中样品骨料质量计算的含水率，％；
Δqi-1为第i次和第i-1次计算含水率的差值，％；
i表示样品骨料质量称量、含水率计算的次数；
(2)采用四分法取2份样品，相应的样品编号分别为A和B，称量样品A和样品B的质量分别为mA0和mB0；
(3)取带有明显刻度线标识的可定量容器Ⅰ，将步骤(2)中称量的质量mA0的样品A倒入容器Ⅰ中，称量样品A和容器Ⅰ的总质量mA1，然后向装有样品A的容器Ⅰ内倒入蒸馏水，加水至容器Ⅰ的刻度线后恒温并盖上瓶塞静置24～30h，期间多次向该容器Ⅰ内补水，保持液面高度始终在刻度线处，直至容器Ⅰ内液面高度基本无变化时结束静置，称量样品A、容器Ⅰ和蒸馏水的总质量为mA2；
(4)取带有明显刻度线标识的可定量容器Ⅱ，将步骤(2)中称量的质量为mB0的样品B倒入容器Ⅱ内，称量样品B和容器Ⅱ的总质量mB1，然后将装有样品B的容器Ⅱ放入80～90℃烘箱中加热保温1.5～2.0h，结束后将容器Ⅱ取出，并快速向容器Ⅱ中倒入预先已加热成液体且呈流动状态的石蜡溶液，边倒边轻轻晃动容器Ⅱ，使得容器Ⅱ内的样品B在石蜡溶液中分散均匀，然后冷却降温至容器Ⅱ内的石蜡凝固，称量样品B、容器Ⅱ和石蜡的总质量为mB2；
(5)继续向步骤(4)中的容器Ⅱ中倒入易挥发溶液，直至容器Ⅱ内液面高度到达容器Ⅱ的刻度线处，称量样品B、容器Ⅱ、石蜡和易挥发溶液的总质量mB3，然后将易挥发溶液倒出，并将容量瓶放入40～50℃烘箱中加热保温1.5～2.0h，结束后取出并冷却至室温备用；所述易挥发溶液为无水乙醇、煤油、汽油中的任意一种；
(6)继续向步骤(5)中的容器Ⅱ中再次倒入适量预先已加热成液体可流动状态的石蜡溶液，然后冷却降温至石蜡凝固，称量样品B、容器Ⅱ和两次石蜡的总质量mB4；
(7)继续向步骤(6)中的容器Ⅱ中再次倒入易挥发溶液，直至容量瓶内液面高度到达容器Ⅱ刻度线处，称量样品B、容器Ⅱ、两次石蜡和易挥发溶液的总质量mB5，然后根据以下公式计算待测样品骨料的性能参数；
Δm1＝mB2-mB1
Δm2＝mB3-mB2
Δm3＝mB4-mB2
Δm4＝mB5-mB4
ρ饱＝ρ干×(1+P)
上式中：ρET为易挥发溶液的密度，单位g/cm3；
VI和VII分别为容器I和容器II的容量，单位ml；
ρ干为样品骨料的干燥表观密度，单位g/cm3；
P为样品骨料的饱和面干吸水率，％；
ρ饱为样品骨料的饱和面干密度，单位g/cm3；
Δm1为第一次加入石蜡的质量，单位g；
Δm2为第一次加入易挥发溶液的质量，单位g；
Δm3为第二次加入石蜡的质量，单位g；
Δm4为第二次加入易挥发溶液的质量，单位g。
本发明较优的技术方案：所述步骤(1)中的待测样品骨料是指细粒径0.16～4.75mm细骨料，包括人工砂、天然河砂、海砂、湖砂、山砂、风积沙。
本发明较优的技术方案：所述步骤(1)中的称取5～10kg自然状态的待测样品骨料进行干燥处理，其干燥温度控制为105-115℃。
本发明较优的技术方案：所述步骤(5)和步骤(7)易挥发溶液选用AR级分析纯的无水乙醇。
本发明较优的技术方案：所述容器Ⅰ和容器Ⅱ均为容量500～1500ml玻璃材质的容量瓶、量筒或烧杯。
本发明较优的技术方案：所述步骤(1)至步骤(7)中的质量称量过程均是在20～22℃环境中进行。
本发明进一步的技术方案：所述步骤(7)中待测样品骨料的干燥表观密度ρ干的计算过程如下：
根据两次加入易挥发溶液的质量差值，计算第二次加入石蜡体积V二次石蜡：
并计算出试验选用的石蜡密度ρ石蜡、第一次石蜡的体积V一次石蜡和第一次加入无水乙醇的体积V一次乙醇：
根据容量瓶的容量VII和第一次加入无水乙醇的体积V一次乙醇，可计算出第一次加入石蜡和容器Ⅱ中样品骨料B的总体积V总，进而计算出容器Ⅱ中样品骨料B的体积V骨：
根据容器Ⅱ中样品骨料B的质量和体积，可以计算出样品骨料的干燥表观密度ρ干：
本发明进一步的技术方案：所述步骤(7)中待测样品骨料的饱和面干吸水率P和饱和面干密度ρ饱的计算过程如下：
根据步骤(3)中样品A和容器Ⅰ的总质量mA1及样品A、容器Ⅰ和蒸馏水的总质量mA2，计算出蒸馏水的添加质量：
m蒸馏水＝mA2-mA1
根据容器Ⅰ容量和蒸馏水质量，计算出样品骨料的饱和面干吸水率：
将骨料的干燥表观密度的计算公式带入上述公式计算并化简，计算出样品骨料的饱和面干吸水率P：
根据样品骨料的饱和面干密度、干燥表观密度和饱和面干吸水率三者的相关关系，计算出样品骨料的饱和面干密度ρ饱：
ρ饱＝ρ干×(1+P)
上述公式中：ρET为无水乙醇的密度，单位g/cm3；
VI和VII分别为容器Ⅰ和容器II的容量，单位ml；
ρ干为样品骨料的干燥表观密度，单位g/cm3；
P为样品骨料的饱和面干吸水率，％；
ρ饱为样品骨料的饱和面干密度，g/cm3。
根据生产工艺和加工方法，本发明中的细骨料可分为人工骨料和天然骨料，人工骨料是以块石或卵石为原料，经过破碎、筛分、整形等环节加工而成，颗粒的棱角比较明显；天然骨料是经过长期的水流冲刷、风化作用等自然力形成，仅经过简单的人工筛选便可作为骨料。本发明中的骨料生产过程中会经过反复的筛选和洗涤，自然存储过程中也会与周围环境发生水分交换，导致样品骨料试验前自身存在一定的含水。通过比较烘干前后样品质量的变化情况，可计算出样品的含水率。烘干过程中，样品骨料的内部水分不断蒸发，最后质量会逐渐趋于稳定。样品含水率差值、样品质量变化情况等都可以表征烘干的程度。实际上，样品烘干程度表征指标的阈值，一方面影响试验的时间周期，另一方面也影响试验的精度，需要在二者之间寻找较为经济的平衡点。
本发明中的四分法是工程中常用的取样方法，特别是对颗粒状材料、粉状材料等，使用四分法能够保证取样的均匀性，而取样的均匀性又是试验结果是否具有普遍性和代表性的关键。本发明中容器使用容量瓶、量筒、烧杯等带有明显刻度线标识的容器，优先使用容量瓶，容量瓶是化学分析、溶液配制过程中常用的定量工具，能够对液体体积进行准确称量。容量瓶只有一个刻度线，称量液体的体积是固定的，不存在液面估读的问题。骨料自遇水瞬间便开始发生吸水的现象，因此容量瓶内蒸馏水的液面高度会不断降低，需要等到骨料吸水饱和后才能稳定。容量瓶能够对整体的体积进行精确定量，而利用质量差可分别计算出第一次加入石蜡的质量、第一次加入无水乙醇的质量、第二次加入石蜡的质量，以及第二次加入无水乙醇的质量，这些质量的确定是进一步计算骨料性能指标的基础。
石蜡的熔点较低，常温下又能形成固态。本发明利用石蜡对骨料进行固化和表面封闭，通过测定石蜡和骨料整体的密度、体积、质量等参数，可以间接的计算出骨料的密度和体积。为防止石蜡溶液和容量瓶温差过大，导致两者接触的瞬间出现骤凝现象，需要实现对容量瓶进行加热处理。为防止骨料堆积空隙对结果造成影响，需要在石蜡溶液添加过程中轻轻晃动容量瓶。本申请中石蜡的作用是封闭和固化骨料，添加量只需要淹没骨料样品的高度即可。石蜡添加完之后，容量瓶中还有大量的未填充体积。通过倒入挥发性溶液，最佳选用无水乙醇进行补充，根据容量瓶的容量和倒入无水乙醇的质量，可间接的计算出石蜡和骨料样品的体积，从而为样品骨料的密度计算提供数据。无水乙醇容易挥发，常温下的蒸发速率也较高，使用无水乙醇代替蒸馏水能大大减少容量瓶的干燥时间，并且无水乙醇无毒副作用，对周围环境和实验员的人身安全都没有影响。
市场上销售的石蜡产品和类型很多，不同石蜡的密度、熔点和价格相差较大。并且不同工程、不同地域可以买到的石蜡型号也不固定。为方便技术的推广和应用，本申请不对石蜡的型号进行限制，也不对石蜡的密度进行要求，而通过试验过程中增加石蜡密度测定的环节来解决该问题。相比于石蜡化学成分、产品类型和物理性能等参数的多样性，无水乙醇的品质较为单一，但无水乙醇的密度也与纯度有关。因此，本申请要求无水乙醇的纯度为化学分析纯(AR)级别，相应的酒精浓度达到99％以上，其密度是相对固定的，这为试验精度提供了保证。
本申请石蜡分两次加入，第一次加入石蜡的目的是固化和封闭样品骨料，第二次加入石蜡的目的是测定石蜡密度。根据容量瓶整体质量的变化情况，可计算出第二次加入石蜡的质量；根据两次无水乙醇质量的变化和密度，可计算出第二次加入石蜡的体积，从而可计算出石蜡的密度，然后根据石蜡的密度和质量算出石蜡的体积，并与容量瓶的体积计算出骨料样品的体积，从而可以计算出干燥状态样品骨料的密度即骨料的干燥表观密度。由于蒸馏水有一部分被骨料吸收，而根据容量瓶容量和蒸馏水质量，可计算出骨料的饱和面干吸水率。
本申请相比现有方法和技术，具有以下优点：
(1)方法简单、步骤方便、易于操作，并且技术要求低，基于试验室常备的材料和装置而成，无需增加新的仪器，选用的材料和装置无毒副作用，可多次回收反复利用，节省了经济投资，减少了方法的推广成本，能够在室内和工程现场等不同环境下开展试验。
(2)数据稳定性好、重演性高、离散性小，方法根据质量的变化情况计算出骨料的性能参数，用到的容量瓶、电子天平等装置都具有可靠的读数，而无水乙醇也具有固定的技术指标值，能够充分保证测试结果的准确性，可用于相关设备开发和检测软件的编制。
(3)克服了现有方法存在的人为操作误差大、主观经验影响程度高、数据客观性不足等问题，提高了不同试验员测定结果之间的可比性。相比现有方法和技术，本申请可大幅降低同一试验员多次测量结果、不同试验员之间多次测量结果的偏差。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。以下对在实施例中的展现的技术方案为本发明的实施例的具体方案，并非旨在限制要求保护的本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例提供的一种测定混凝土连续级配骨料性能指标的方法，具体包括以下步骤：
(1)称取5～10kg自然状态的待测样品骨料进行干燥处理，所述待测样品骨料为粒径0.16-4.75mm的细骨料，包括人工砂、河砂、海砂、湖砂、山砂、风积沙等；在干燥过程中控制干燥温度为105～115℃，期间多次称量样品质量，并根据称量质量计算出相应的含水率，直至前后两次样品含水率的差值不超过0.2％，然后将样品取出并冷却至室温后待用，控制两次烘干质量称量的时间间隔1.5～2.0h，由于骨料生产过程中会经过反复的筛选和洗涤，自然存储过程中也会与周围环境发生水分交换，导致样品骨料试验前自身存在一定的含水，通过比较烘干前后样品质量的变化情况，可计算出样品的含水率。烘干过程中，样品骨料的内部水分不断蒸发，最后质量会逐渐趋于稳定。样品含水率差值、样品质量变化情况等都可以表征烘干的程度；样品骨料的含水率和含水率差值的计算公式如下：
Δq＝qj-qj-1(j＝2…n)
上式中：ms为样品骨料烘干前自然状态的总质量，单位g；
mi为样品骨料烘干过程中第i次称量的质量，单位g；
qi为根据烘干过程中样品骨料质量计算的含水率，％；
Δqi-1为第i次计算含水率和第i-1次计算含水率的差值，％；
i、j表示样品骨料质量称量、含水率计算的次数；
(2)采用四分法取两份干燥后的骨料样品进行试验，编号分别为A和B，分别称量样品A和样品B的质量mA0和mB0；
(3)取一支500～1500ml容量瓶，编号为Ⅰ，将将步骤(2)中称量的质量mA0的样品A倒入容量瓶Ⅰ，样品A的加入量低于容量瓶Ⅰ的刻度线，称量样品A和容量瓶Ⅰ的合计质量mA1，然后向容量瓶Ⅰ倒入蒸馏水，加水至刻度线后恒温并盖上瓶塞静置24～30h，期间多次向容量瓶补水，保持液面高度始终在刻度线处，直至容量瓶Ⅰ内液面高度基本无变化时结束静置，称量样品A、容量瓶Ⅰ和蒸馏水的总质量mA2；
(4)取一支500～1500ml容量瓶，编号为Ⅱ，将步骤(2)中称量的质量mB0的样品B倒入容量瓶Ⅱ，称量样品B和容量瓶Ⅱ的合计质量mB1，然后将容量瓶Ⅱ放入80～90℃烘箱中加热保温1.5～2.0h，结束后将容量瓶Ⅱ取出，并快速倒入预先已加热成液体可流动状态的石蜡溶液，边倒边轻轻晃动容量瓶，使得样品B在石蜡溶液中分散均匀，然后冷却降温至石蜡凝固，样品B和石蜡的加入总量低于容量瓶Ⅱ的刻度线，称量样品B、容量瓶和石蜡的总质量mB2；
(5)向步骤(4)的容量瓶Ⅱ中倒入无水乙醇，直至容量瓶Ⅱ内液面高度到达刻度线处，称量样品B、容量瓶Ⅱ、石蜡和无水乙醇的总质量mB3，然后将无水乙醇倒出，并将容量瓶Ⅱ放入40～50℃烘箱中加热保温1.5～2.0h，结束后取出并冷却至室温备用；所述无水乙醇的纯度为化学分析纯(AR)级别，相应的酒精浓度达到99％以上，其密度是相对固定的；
(6)向步骤(5)的容量瓶Ⅱ中再次倒入适量预先已加热成液体可流动状态的石蜡溶液，然后冷却降温至石蜡凝固，且凝固后的石蜡位于容量瓶Ⅱ的刻度线，称量样品B、容量瓶和两次石蜡的总质量mB4；
(7)向步骤(6)的容量瓶Ⅱ中再次倒入步骤(6)中相同等级无水乙醇，直至容量瓶Ⅱ内液面高度到达刻度线处，称量样品B、容量瓶Ⅱ、两次石蜡和无水乙醇的总质量mB5，然后根据公式计算骨料的性能参数。
容量瓶能够对整体的体积进行精确定量，而利用质量差可分别计算出第一次加入石蜡的质量、第一次加入无水乙醇的质量、第二次加入石蜡的质量，以及第二次加入无水乙醇的质量，这些质量的确定是进一步计算骨料性能指标的基础；首先依次计算出第一次加入石蜡的质量Δm1，第一次加入无水乙醇的质量Δm2，第二次加入石蜡的质量Δm3，第二次加入无水乙醇的质量Δm4：
Δm1＝mB2-mB1
Δm2＝mB3-mB2
Δm3＝mB4-mB2
Δm4＝mB5-mB4
计算骨料的干燥表观密度需要知道样品的体积，而样品的体积可以根据容量瓶和石蜡的体积计算，石蜡的体积可以根据石蜡的密度和质量计算；因此，计算样品的干燥表观密度需要首先知道石蜡的密度，石蜡密度可根据第二次加入石蜡的质量和体积计算。
根据两次加入无水乙醇的质量差值，可计算出第二次加入石蜡体积V二次石蜡：
进一步可计算出试验选用的石蜡密度ρ石蜡：
进一步可计算出第一次石蜡的体积V一次石蜡：
第一次加入无水乙醇的体积V一次乙醇：
根据容量瓶Ⅱ的容量VII和第一次加入无水乙醇的体积V一次乙醇，可计算出第一次石蜡和容量瓶Ⅱ中样品骨料B的总体积V总，进而计算出容量瓶Ⅱ中样品骨料B的体积V骨：
根据容量瓶Ⅱ中样品骨料B的质量和体积，可以计算出样品骨料的密度：
根据步骤(3)中样品A和容器Ⅰ的总质量mA1及样品A、容器Ⅰ和蒸馏水的总质量mA2，计算出蒸馏水的添加质量：
m蒸馏水＝mA2-mA1
蒸馏水有一部分被骨料吸收，而根据容量瓶Ⅰ的容量和蒸馏水质量，可计算出骨料的饱和面干吸水率：
m蒸馏水＝mA2-mA1
将骨料的干燥表观密度的计算公式带入上述公式计算并化简，计算出样品骨料的饱和面干吸水率P的计算公式为：
根据样品骨料的饱和面干密度、干燥表观密度和饱和面干吸水率三者的相关关系，计算出样品骨料的饱和面干密度ρ饱：
ρ饱＝ρ干×(1+P)
上述公式中：ρET为无水乙醇的密度，单位g/cm3；
VI和VII分别为为容量瓶I和容量瓶II的容量，单位ml；
ρ干为样品骨料的干燥表观密度，单位g/cm3；
P为样品骨料的饱和面干吸水率，％；ρ饱为样品骨料的饱和面干密度，g/cm3；
Δm1为第一次加入石蜡的质量，单位g；
Δm2为第一次加入无水乙醇的质量，单位g；
Δm3为第二次加入石蜡的质量，单位g；
Δm4为第二次加入无水乙醇的质量，单位g。
上述步骤中无水乙醇也可使用煤油、汽油等室温下快速易挥发的介质代替；使用无水乙醇主要是为了测出体积，而限定无水乙醇的纯度级别，主要是为了保证无水乙醇的密度。无水乙醇具有较高的易挥发性，能够加快试验的效率。同样的，使用没有、汽油等易挥发液体也具有相类似的效果。上述步骤中所有的质量称量过程均是在20～22℃环境中进行，容量瓶属于精确定量工具，玻璃对环境温度变化也比较敏感。为保证试验结果的准确性，需要对环境温度进行限制，并对环境温度的波动幅度做出要求。
下面结合具体实例对本发明进一步说明：
实施例1：河南洛阳某水电工程人工骨料性能分析，针对骨料的干燥表观密度、饱和面干表观密度、含水率、饱和面干吸水率进行试验。试验选用无水乙醇的级别为AR级，密度为0.986g/cm3；具体过程如下：
称取质量ms为5026.7g自然状态的骨料进行烘干，控制烘箱温度为105℃，烘干8h后第1次称量样品质量m1为4998.4g，计算出相应的含水率q1为0.56％；然后将样品放回烘箱，继续烘干1.5h后再次称量其质量m2为4992.6g，计算出相应的含水率q2为0.68％，前后两次含水率差值Δq为0.12％，满足方法要求，可以用于进一步试验。
采用四分法取2分干燥后的骨料样品进行试验，编号分别为A和B，称量样品A的质量mA0为1247.5g，样品B的质量mB0为1014.7g。
取一支容量为500ml的容量瓶进行试验，编号为1#。将样品A小心倒入1#容量瓶，称量样品A和1#容量瓶的合计质量mA1为1436.9g，然后倒入蒸馏水静置24h，期间多次补水，保持1#容量瓶内液面高度始终在刻度线处，结束后称量样品A、1#容量瓶和蒸馏水的总质量mA2为1495.2g。
取一支容量为500ml的容量瓶进行试验，编号为2#。将样品B小心倒入2#容量瓶；称量样品B和容量瓶的总质量mB1为1206.0g；然后将2#容量瓶放入80℃烘箱中，持续加热1.5h；结束后将2#容量瓶取出，并快速倒入预先已加热成液体可流动状态的石蜡溶液，边倒边轻轻晃动容量瓶，使得样品B在石蜡溶液中分散均匀，并保证石蜡液面高度超过样品B的厚度，然后冷却降温至石蜡凝固，称量样品B、2#容量瓶和石蜡的总质量mB2为1295.4g。
向2#容量瓶倒入无水乙醇至刻度线处，称量样品B、2#容量瓶、石蜡和无水乙醇的总质量mB3为1326.5g。然后将无水乙醇倒出，2#容量瓶放入烘箱中进行干燥处理，控制烘箱温度为40℃，保温时间为1.5h，结束后取出冷却至室温。
向2#容量瓶再次倒入适量预先已加热成液体可流动状态的石蜡溶液，冷却后称量样品B、2#容量瓶、两次石蜡的总质量为1313.8g。然后向2#容量瓶中再次倒入无水乙醇，直至2#容量瓶内液面高度到达刻度线处，称量样品B、2#容量瓶、两次石蜡和无水乙醇的总质量mB5为1325.3g。
根据上述质量的称量结果，可计算出河南洛阳某水电工程人工骨料含水率、干燥表观密度、饱和面干密度、饱和面干吸水率分别为：
(1)骨料含水率q＝0.68％；
(2)干燥表观密度ρ干＝2.72g/cm3；
(3)饱和面干吸水率P＝1.35％；
(4)饱和面干密度ρ饱＝2.76g/cm3；
为考察试验结果的稳定性和可靠性，针对骨料饱和面干吸水率指标，同一个试验员采用实施例1中方法重复进行了10次试验，结果如表1所示，平均值为1.35％，标准差为0.06％，说明方法结果的稳定性较好，数据的重演性较高。
表1实施例1中多次试验结果的稳定性分析
| 次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 结果 | 1.32 | 1.36 | 1.32 | 1.35 | 1.33 | 1.36 | 1.37 | 1.33 | 1.35 | 1.37 |
为分析试验员经验对本方法结果的影响，针对骨料饱和面干吸水率指标，进一步使用不同的试验员进行试验，每个实验员采用实施例1中相同的骨料及方法单独进行10次试验，试验结果如表2所示。实验员1的平均值为1.35％，标准差为0.06％；实验员2的平均值为1.34％，标准差为0.08％，说明不同实验员使用本方法均具有较好的效果。
表2不同试验员利用实施例1测试结果的比较
为比较本方法与现有方法试验结果的差异性，针对骨料饱和面干吸水率指标，进一步使用同一个试验员进行试验，分别采用实施例1中的测定方法重复测定10次，并采用现有的湿痕法对实施例1中相同骨料的骨料饱和面干吸水率进行测定，并重复测定10次，结果如表3所示。
表3相同试验员利用现有湿痕法测试结果的比较
通过表3可以计算出来，实施例1中的方法计算的骨料饱和面干吸水率平均值为1.35％，标准差为0.06％，而现有湿痕法测定的骨料饱和面干吸水率平均值为1.43％，标准差为0.22％，说明本方法试验结果的离散程度显著小于现有方法。
实施例2：四川简阳某水电工程天然河砂性能分析，针对骨料的干燥表观密度、饱和面干表观密度、含水率、饱和面干吸水率进行试验。试验选用无水乙醇的纯度为AR级，密度为0.986g/cm3。
称取质量ms为8126.5g自然状态的骨料进行烘干，控制烘箱温度为110℃，烘干10h后第1次称量样品质量m1为8092.7g，计算出相应的含水率q1为0.42％；然后将样品放回烘箱，继续烘干1.8h后再次称量其质量m2为8087.5g，计算出相应的含水率q2为0.48％，前后两次含水率差值Δq为0.06％，满足方法要求，可以用于进一步试验。
采用四分法取2份样品进行试验，编号分别为A和B，称量样品A的质量mA0为1987.3g，样品B的质量mB0为2064.8g。
取一支容量为1000ml的容量瓶，编号为1#。将样品A小心倒入1#容量瓶，称量样品A和1#容量瓶的合计质量mA1为2254.7g，然后倒入蒸馏水静置27h，期间多次补水，保持1#容量瓶内液面高度始终在刻度线处，结束后称量样品A、1#容量瓶和蒸馏水的总质量mA2为2555.1g。
取一支容量为1000ml的容量瓶，编号为2#。将样品B小心倒入2#容量瓶，称量样品B和容量瓶的总质量mB1为2258.5g；然后将2#容量瓶放入85℃烘箱中，持续加热1.8h；结束后将2#容量瓶取出，并快速倒入预先已加热成液体可流动状态的石蜡溶液，边倒边轻轻晃动容量瓶，使得样品B在石蜡溶液中分散均匀，并保证石蜡液面高度超过样品B的厚度，然后冷却降温至石蜡凝固，称量样品B、2#容量瓶和石蜡的总质量mB2为2333.9g。
向2#容量瓶倒入无水乙醇至刻度线处，称量样品B、2#容量瓶、石蜡和无水乙醇的总质量mB3为2486.0g。然后将无水乙醇倒出，2#容量瓶放入烘箱中进行干燥处理，控制烘箱温度为45℃，保温时间为1.7h，结束后取出冷却至室温。
向2#容量瓶再次倒入适量预先已加热成液体可流动状态的石蜡溶液，然后冷却降温至石蜡凝固，称量样品B、2#容量瓶和两次石蜡的总质量mB4为2357.0g。然后向2#容量瓶中再次倒入无水乙醇，直至2#容量瓶内液面高度到达刻度线处，称量样品B、2#容量瓶、两次石蜡和无水乙醇的总质量mB5为2485.5g。
根据上述质量的称量结果，可计算出四川简阳某水电工程天然河砂的含水率、干燥表观密度、饱和面干密度、饱和面干吸水率分别为：
(1)骨料含水率q＝0.48％；
(2)干燥表观密度ρ干＝2.69g/cm3；
(3)饱和面干吸水率P＝2.02％；
(4)饱和面干密度ρ饱＝2.74g/cm3。
为考察试验方法的稳定性，针对骨料饱和面干吸水率指标，同一个试验员采用实施例3中的相同的骨料及方法重复进行了10次试验，结果如表4所示：
表4实施例2中多次试验结果的稳定性分析
| 次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 结果 | 1.99 | 2.03 | 2.05 | 2.06 | 2.02 | 1.99 | 2.03 | 2.04 | 2.05 | 2.02 |
通过表4可以得到实施例2中测得骨料饱和面干吸水率的平均值为2.02％，标准差为0.07％，说明本发明中的测定方法结果的稳定性较好，数据的重演性较高。
为比较本试验方法与传统试验方法的稳定性，同一个试验员继续用传统湿痕法对实施例2中相同的骨料进行骨料饱和面干吸水率的测定，并重复进行10次试验，结果如表5所示：
表5传统湿痕法试验结果的稳定性分析
| 次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 结果 | 2.13 | 2.34 | 2.26 | 2.18 | 2.11 | 2.44 | 1.86 | 1.93 | 2.31 | 2.26 |
通过表5可以得到传统湿痕法得到的骨料饱和面干吸水率指标平均值为2.18％，标准差为0.54％，试验结果和偏差均高于本申请，说明传统方法的稳定性不及本申请中的测定方法。
实施例3：山东文登某水电工程人工砂性能分析，针对骨料的干燥表观密度、饱和面干表观密度、含水率、饱和面干吸水率进行试验。试验选用无水乙醇的纯度为AR级，密度为0.986g/cm3。
称取质量为ms＝5174.2g自然状态的骨料进行烘干，控制烘箱温度为115℃，烘干9h后第1次称量样品质量m1为5068.1g，计算出相应的含水率q1为2.05％；然后将样品放回烘箱，继续烘干2.0h后再次称量其质量m2为5065.3g，计算出相应的含水率q2为2.10％，前后两次含水率差值Δq为0.05％，满足方法要求，可以用于进一步试验。
采用四分法取两份骨料样品进行试验，编号分别为A和B，称量样品A的质量mA0为1184.7g，样品B的质量mB0为1261.5g。
取一支容量为1000ml的量筒，编号分别为1#。将样品A小心倒入1#量筒，称量样品A和1#量筒的合计质量mA1为1438.3g，然后倒入蒸馏水静置30h，期间多次补水，保持1#量筒内液面高度始终在同一刻度线处，结束后称量样品A、1#量筒和蒸馏水的总质量mA2为2021.2g。
取一支容量为1000ml的容量瓶，编号分别为2#。将样品B小心倒入2#容量瓶，称量样品B和容量瓶的总质量mB1为1455.2g；然后将容量瓶放入90℃烘箱中，持续加热2.0h；结束后将2#容量瓶取出，并快速倒入预先已加热成液体可流动状态的石蜡溶液，边倒边轻轻晃动容量瓶，使得样品B在石蜡溶液中分散均匀，并保证石蜡液面高度超过样品B的厚度，然后冷却降温至石蜡凝固，称量样品B、容量瓶和石蜡的总质量mB2为1578.9g。
向2#容量瓶倒入无水乙醇至任一刻度线处，称量样品B、2#容量瓶、石蜡和无水乙醇的总质量mB3为1976.1g。然后将无水乙醇倒出，2#容量瓶放入烘箱中进行干燥处理，控制烘箱温度为50℃，保温时间为2.0h，结束后取出冷却至室温。
向2#容量瓶再次倒入适量预先已加热成液体可流动状态的石蜡溶液，然后冷却降温至石蜡凝固，称量样品B、2#容量瓶和两次石蜡的总质量mB4为1602.0g。然后向2#容量瓶中再次倒入无水乙醇，直至2#容量瓶内液面高度到达同一刻度线处，称量样品B、容量瓶、两次石蜡和无水乙醇的总质量mB5为1975.6g。
根据上述质量的称量结果，可计算出山东文登某水电工程人工砂含水率、干燥表观密度、饱和面干密度、饱和面干吸水率分别为：
(1)骨料含水率q＝2.10％；
(2)干燥表观密度ρ干＝2.68g/cm3；
(3)饱和面干吸水率P＝2.11％；
(4)饱和面干密度ρ饱＝2.71g/cm3。
为考察试验方法的稳定性，针对骨料饱和面干吸水率指标，同一个试验员采用实施例3中的相同的骨料和测定方法重复进行了10次试验，结果如表6所示，平均值为2.12％，标准差为0.07％，说明本申请中的测定方法结果的稳定性较好，数据的重演性较高。
表6实施例3多次试验结果的稳定性分析
| 次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 结果 | 2.09 | 2.13 | 2.11 | 2.09 | 2.14 | 2.09 | 2.11 | 2.13 | 2.15 | 2.14 |
为比较本试验方法与传统试验方法的稳定性，同一个试验员继续对实施例3中相同的骨料进行骨料饱和面干吸水率的测定，并重复进行10次试验，结果如表7所示：
表7传统湿痕法试验结果的稳定性分析
| 次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 结果 | 2.34 | 2.29 | 2.31 | 2.37 | 2.28 | 2.29 | 2.46 | 2.41 | 2.38 | 2.42 |
通过表7可以得到传统的湿痕法针对骨料饱和面干吸水率指标测定十次的平均值为2.36％，标准差为0.19％，试验结果和偏差均高于本申请，说明传统方法的稳定性不及本申请中的测定方法。
实施例4：福建宁德某水电工程海砂性能分析，针对骨料的干燥表观密度、饱和面干表观密度、含水率、饱和面干吸水率进行试验。试验选用无水乙醇的级别为AR级，密度为0.986g/cm3。
称取质量ms为11267.5g自然状态的骨料进行烘干，控制烘箱温度为109℃，烘干10h后第1次称量样品质量m1为11254.8g，计算出相应的含水率q1为0.11％；然后将样品放回烘箱，继续烘干1.8h后再次称量其质量m2为11246.7g，计算出相应的含水率q2为0.18％，前后两次含水率差值Δq为0.07％，满足方法要求，可以用于进一步试验。
采用四分法取两份骨料样品进行试验，编号分别为A和B，称量样品A的质量mA0为2974.2g，样品B的质量mB0为3016.5g。
取一支容量为1200ml的容量瓶，编号为1#。将样品A小心倒入1#容量瓶，称量样品A和1#容量瓶的合计质量mA1为3221.7g，然后倒入蒸馏水静置28h，期间多次补水，保持量筒内液面高度始终在刻度线处，结束后称量样品A、1#容量瓶和蒸馏水的总质量mA2为3456.2g。
取一支容量为1500ml的量筒，编号为2#。称量样品B和2#量筒的总质量mB1为3390.1g；然后将量筒放入85℃烘箱中，持续加热1.5h；结束后将2#量筒取出，并快速倒入预先已加热成液体可流动状态的石蜡溶液，边倒边轻轻晃动量筒，使得样品B在石蜡溶液中分散均匀，并保证石蜡液面高度超过样品B的厚度，然后冷却降温至石蜡凝固，称量样品B、2#量筒和石蜡的总质量mB2为3522.7g。
向2#量筒倒入无水乙醇至刻度线处，称量样品B、2#量筒、石蜡和无水乙醇的总质量mB3为3784.7g。然后将无水乙醇倒出，2#量筒放入烘箱中进行干燥处理，控制烘箱温度为48℃，保温时间为1.8h，结束后取出冷却至室温。
向2#量筒再次倒入适量预先已加热成液体可流动状态的石蜡溶液，然后冷却降温至石蜡凝固，称量样品B、2#量筒和两次石蜡的总质量mB4为3580.1g。然后向2#量筒中再次倒入无水乙醇，直至2#量筒内液面高度到达刻度线处，称量样品B、2#量筒、两次石蜡和无水乙醇的总质量mB5为3783.4g。
根据上述质量的称量结果，可计算出福建宁德某水电工程海砂含水率、干燥表观密度、饱和面干密度、饱和面干吸水率分别为：
(1)骨料含水率q＝0.18％；
(2)干燥表观密度ρ干＝2.75g/cm3；
(3)饱和面干吸水率P＝1.74％；
(4)饱和面干密度ρ饱＝2.79g/cm3。
为考察试验方法的稳定性，针对骨料饱和面干吸水率指标，同一个试验员采用实施例4中相同骨料及测定方法重复进行了10次试验，结果如表6所示，平均值为1.76％，标准差为0.09％，说明方法结果的稳定性较好，数据的重演性较高。
表6实施例4多次试验结果的稳定性分析
| 次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 结果 | 1.77 | 1.73 | 1.81 | 1.74 | 1.73 | 1.79 | 1.75 | 1.78 | 1.72 | 1.73 |
为比较本试验方法与传统试验方法的稳定性，同一个试验员继续用传统湿痕法针对实施例4中相同骨料的骨料饱和面干吸水率进行试验，重复试验10次，结果如表7所示：
表7传统湿痕法试验结果的稳定性分析
通过表7可以得到传统的湿痕法针对骨料饱和面干吸水率指标测定十次平均值为2.04％，标准差为0.48％，试验结果和偏差均高于本申请，说明传统方法的稳定性不及本申请。
以上所述，只是本发明的中的其中几个实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种测定混凝土连续级配骨料性能指标的方法，其特征在于该方法包含以下步骤：
(1)称取一定量自然状态的待测样品骨料进行干燥处理，并在干燥过程中多次称量样品质量，并根据称量质量计算出相应的含水率，直至前后两次样品含水率的差值不超过0.2％，然后将样品取出并冷却至室温后待用，在称量过程中控制两次烘干质量称量的时间间隔1.5～2.0h，所述含水率qi和含水率差值Δq的计算公式如下：
Δq＝qj-qj-1(j＝2…n)
上式中：ms为样品骨料烘干前自然状态的总质量，单位g；
mi为样品骨料烘干过程中第i次称量的质量，单位g；
qi为根据烘干过程中样品骨料质量计算的含水率，％；
Δqi-1为第i次和第i-1次计算含水率的差值，％；
i表示样品骨料质量称量、含水率计算的次数；
(2)采用四分法取2份样品，相应的样品编号分别为A和B，称量样品A和样品B的质量分别为mA0和mB0；
(3)取带有明显刻度线标识的可定量容器Ⅰ，将步骤(2)中称量的质量mA0的样品A倒入容器Ⅰ中，称量样品A和容器Ⅰ的总质量mA1，然后向装有样品A的容器Ⅰ内倒入蒸馏水，加水至容器Ⅰ的刻度线后恒温并盖上瓶塞静置24～30h，期间多次向该容器Ⅰ内补水，保持液面高度始终在刻度线处，直至容器Ⅰ内液面高度基本无变化时结束静置，称量样品A、容器Ⅰ和蒸馏水的总质量为mA2；
(4)取带有明显刻度线标识的可定量容器Ⅱ，将步骤(2)中称量的质量为mB0的样品B倒入容器Ⅱ内，称量样品B和容器Ⅱ的总质量mB1，然后将装有样品B的容器Ⅱ放入80～90℃烘箱中加热保温1.5～2.0h，结束后将容器Ⅱ取出，并快速向容器Ⅱ中倒入预先已加热成液体且呈流动状态的石蜡溶液，边倒边轻轻晃动容器Ⅱ，使得容器Ⅱ内的样品B在石蜡溶液中分散均匀，然后冷却降温至容器Ⅱ内的石蜡凝固，称量样品B、容器Ⅱ和石蜡的总质量为mB2；
(5)继续向步骤(4)中的容器Ⅱ中倒入易挥发溶液，直至容器Ⅱ内液面高度到达容器Ⅱ的刻度线处，称量样品B、容器Ⅱ、石蜡和易挥发溶液的总质量mB3，然后将易挥发溶液倒出，并将容量瓶放入40～50℃烘箱中加热保温1.5～2.0h，结束后取出并冷却至室温备用；所述易挥发溶液为无水乙醇、煤油、汽油中的任意一种；
(6)继续向步骤(5)中的容器Ⅱ中再次倒入适量预先已加热成液体可流动状态的石蜡溶液，然后冷却降温至石蜡凝固，称量样品B、容器Ⅱ和两次石蜡的总质量mB4；
(7)继续向步骤(6)中的容器Ⅱ中再次倒入易挥发溶液，直至容量瓶内液面高度到达容器Ⅱ刻度线处，称量样品B、容器Ⅱ、两次石蜡和易挥发溶液的总质量mB5，然后根据以下公式计算待测样品骨料的性能参数；
Δm1＝mB2-mB1
Δm2＝mB3-mB2
Δm3＝mB4-mB2
Δm4＝mB5-mB4
ρ饱＝ρ干×(1+P)
上式中：ρET为易挥发溶液的密度，单位g/cm3；
VI和VII分别为容器I和容器II的容量，单位ml；
ρ干为样品骨料的干燥表观密度，单位g/cm3；
P为样品骨料的饱和面干吸水率，％；
ρ饱为样品骨料的饱和面干密度，单位g/cm3；
Δm1为第一次加入石蜡的质量，单位g；
Δm2为第一次加入易挥发溶液的质量，单位g；
Δm3为第二次加入石蜡的质量，单位g；
Δm4为第二次加入易挥发溶液的质量，单位g。
2.根据权利要求1所述的一种测定混凝土连续级配骨料性能指标的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的待测样品骨料是指细粒径0.16～4.75mm细骨料，包括人工砂、天然河砂、海砂、湖砂、山砂、风积沙。
3.根据权利要求1所述的一种测定混凝土连续级配骨料性能指标的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的称取5～10kg自然状态的待测样品骨料进行干燥处理，其干燥温度控制为105-115℃。
4.根据权利要求1所述的一种测定混凝土连续级配骨料性能指标的方法，其特征在于：所述步骤(5)和步骤(7)易挥发溶液选用AR级分析纯的无水乙醇。
5.根据权利要求1所述的一种测定混凝土连续级配骨料性能指标的方法，其特征在于：所述容器Ⅰ和容器Ⅱ均为容量500～1500ml玻璃材质的容量瓶、量筒或烧杯。
6.根据权利要求1所述的一种测定混凝土连续级配骨料性能指标的方法，其特征在于：所述步骤(1)至步骤(7)中的质量称量过程均是在20～22℃环境中进行。
7.根据权利要求4所述的一种测定混凝土连续级配骨料性能指标的方法，其特征在于所述步骤(7)中待测样品骨料的干燥表观密度ρ干的计算过程如下：
根据两次加入易挥发溶液的质量差值，计算第二次加入石蜡体积V二次石蜡：
并计算出试验选用的石蜡密度ρ石蜡、第一次石蜡的体积V一次石蜡和第一次加入无水乙醇的体积V一次乙醇：
根据容量瓶的容量VII和第一次加入无水乙醇的体积V一次乙醇，可计算出第一次加入石蜡和容器Ⅱ中样品骨料B的总体积V总，进而计算出容器Ⅱ中样品骨料B的体积V骨：
根据容器Ⅱ中样品骨料B的质量和体积，可以计算出样品骨料的干燥表观密度ρ干：
8.根据权利要求4所述的一种测定混凝土连续级配骨料性能指标的方法，其特征在于所述步骤(7)中待测样品骨料的饱和面干吸水率P和饱和面干密度ρ饱的计算过程如下：
根据步骤(3)中样品A和容器Ⅰ的总质量mA1及样品A、容器Ⅰ和蒸馏水的总质量mA2，计算出蒸馏水的添加质量：
m蒸馏水＝mA2-mA1
根据容器Ⅰ容量和蒸馏水质量，计算出样品骨料的饱和面干吸水率：
将骨料的干燥表观密度的计算公式带入上述公式计算并化简，计算出样品骨料的饱和面干吸水率P：
根据样品骨料的饱和面干密度、干燥表观密度和饱和面干吸水率三者的相关关系，计算出样品骨料的饱和面干密度ρ饱：
ρ饱＝ρ干×(1+P)
上述公式中：ρET为无水乙醇的密度，单位g/cm3；
VI和VII分别为容器Ⅰ和容器II的容量，单位ml；
ρ干为样品骨料的干燥表观密度，单位g/cm3；
P为样品骨料的饱和面干吸水率，％；
ρ饱为样品骨料的饱和面干密度，g/cm3。
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