第1章 砂石材料

1、第一章 砂石材料,,目錄,第一節(jié) 石料 巖石的物理、力學(xué)性質(zhì)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第二節(jié) 集料 集料的物理、力學(xué)性質(zhì)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第三節(jié) 礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì) 礦質(zhì)混合料的級配、配合比設(shè)計(jì)方法,重點(diǎn)內(nèi)容：石料的基本狀態(tài)參數(shù)、石料的抗壓強(qiáng)度、磨耗率難 點(diǎn)：石料的物理常數(shù)要 求：石料的基本狀態(tài)參數(shù) 石料與水有關(guān)的性質(zhì) 掌握石料的

2、力學(xué)性質(zhì),第一節(jié)    石料,,中國現(xiàn)存最早，并且保存良好的是隋代趙州安濟(jì)橋又稱趙州橋。橋?yàn)槌ㄩg圓弧石拱，凈跨37.02m。,1.造巖礦物礦物具有一定化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特征的天然化合物或單質(zhì)。主要的造巖礦物：石 英：結(jié)晶的二氧化硅,最堅(jiān)硬的礦物之一長 石：結(jié)晶的鋁硅酸鹽，易風(fēng)化成高嶺土云 母：結(jié)晶的、片狀的含水鋁硅酸鹽角閃石、輝巖、橄欖石：結(jié)晶的鐵、鎂硅酸鹽方解石：結(jié)晶的碳酸鈣白

3、云石：結(jié)晶的碳酸鈣鎂復(fù)鹽黃鐵礦：結(jié)晶的二硫化鐵,一、石料的巖石學(xué)特征,(1)巖漿巖（又稱火成巖 ）①深成巖 如：花崗巖、正長巖、輝長巖②噴出巖 如：玄武巖、安山巖、輝綠巖③火山巖 如：火山灰、火山砂、浮石(2)沉積巖①機(jī)械沉積巖②化學(xué)沉積巖 如：石灰?guī)r、砂巖③生物沉積巖(3)變質(zhì)巖 如：片麻巖（由花崗巖變質(zhì)而成）,2、巖石的分類（根據(jù)生成條件，按地質(zhì)分類法）,3、常見巖石種類,4、礦物的主要化學(xué)組成

4、 （1）石料的化學(xué)組成通常以氧化物的形式給出。 （氧化硅、氧化鈣、氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂等） （2）道路工程中，石料根據(jù)SiO2含量分為：,親水系數(shù)表明石料對水親和力的大小。親水系數(shù)越大，說明石料與水的結(jié)合程度越高，相對應(yīng)與瀝青的結(jié)合力就越弱，所以石料的酸堿性直接影響到石料和瀝青構(gòu)成的混合料的性質(zhì)。,巖石的物理性質(zhì)：物理常數(shù)、吸水性和耐候性。 1．物理常數(shù)反映巖石礦物組成結(jié)構(gòu)狀態(tài)。 2．吸水性

5、反映巖石在規(guī)定的條件下吸水的能力。 3．耐候性反映道橋所用的巖石抵抗大氣自然因素作用的能力。,二、石料的物理性質(zhì),1.物理常數(shù)（1）密度 在規(guī)定條件下，烘干石料礦質(zhì)實(shí)體單位體積的質(zhì)量。 路橋工程所用的石料通常用真實(shí)密度、表觀密度和毛體積密度來表征。,可以預(yù)測巖石的有關(guān)物理和力學(xué)性質(zhì)。在混合料組成設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，是重要的原始資料,,礦質(zhì)實(shí)體,閉口孔隙,開口孔隙,石 材 的 結(jié) 構(gòu),礦質(zhì)實(shí)體,,,,,,,m0,ms,M,

6、,,,,,,,,,Vi,Vn,Vs,V0,Vh,石料結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與體積關(guān)系示意圖,,,,,,,,閉口孔隙,開口孔隙,,,不含孔隙的礦質(zhì)實(shí)體的體積,a. 真實(shí)密度ρt 指石料在規(guī)定的條件（105℃±5℃下烘干至恒重，冷卻至20℃）下，單位真實(shí)體積的質(zhì)量。 ρt =ms/Vs 式中：ρt——石料的真實(shí)密度（g/cm3）； ms——石料礦質(zhì)實(shí)體的質(zhì)量（g）；

7、 Vs——石料礦質(zhì)實(shí)體的體積（cm3）。,,b、表觀密度（視密度）,指在規(guī)定條件下，烘干石料單位表觀體積的質(zhì)量， 式中：ρa(bǔ)——石料的表觀密度，ｇ／ｃｍ３； 　 ｍs、Ｖs——意義同前； m1試樣在水中的質(zhì)量 　 Ｖn——石料閉口孔隙的體積，ｃｍ３。,,或,礦質(zhì)實(shí)體

8、體積+閉口孔隙體積,,,c.毛體積密度ρh,指石料在規(guī)定的條件下，單位毛體積的質(zhì)量。 式中： ρh ——石料的毛體積密度（g/cm3）； ms——石料礦質(zhì)實(shí)體的質(zhì)量（g）； Vs——石料礦質(zhì)實(shí)體的體積（cm3）; Vi——石料開口孔隙的體積（cm3）; Vn——石料閉口孔隙的體積（cm3）。,表觀體積+開口孔隙體積,,,相同點(diǎn)：單位體積的

9、質(zhì)量(ms) 不同點(diǎn)： V= Vi +Vs+Vn V0= Vi+ Vs,※ 計(jì)算ρt、ρa(bǔ)、ρh →如何測定體積,,Vs—李氏瓶法,不含水溶性石粉—排水法,含水溶性石粉—排油法,如煤油,Vs+Vn,Vs+Vn+Vi,測定方法,,規(guī)則的：用精密量具量取不規(guī)則的：蠟封法，靜水稱重法,,李氏瓶法：將石料磨細(xì)至全部過0.25mm的篩孔，然后將其裝入比重瓶中，利用已知比重的液體置換石料的體積

10、 靜水稱量法：將石料浸入水中，使之吸水飽和后，用靜水天平法稱其在水中的質(zhì)量mw，取出輕輕擦干表面（飽和面干狀態(tài)），稱量其質(zhì)量mf。,（2）材料的孔隙 孔隙對材料的影響：a、孔隙的多少（孔隙率） b、孔隙的特征,,孔隙率定義：指材料內(nèi)部所有孔隙體積占材料總體積的百分率。公式：,開口孔隙和閉口孔隙,,,孔隙的特征 a、孔隙尺寸大小，分為微孔、細(xì)孔和大孔 b、孔隙之間是否相互貫

11、通，分為孤立孔、連通孔 c、孔隙與外界之間是否連通，分為開口孔、封閉孔,孔隙對于材料的性能有何影響,？,例1：經(jīng)試驗(yàn)測得某石料試樣在空氣中重80g ，封蠟后空氣中重86g ，水中重48 g，孔隙率為11 %。試計(jì)算該試樣的毛體積密度是多少？真實(shí)密度是多少？(蠟的密度為0.93g/cm3)解： V=(86-48)/1-(86-80)/0.93 =38-6/0.93=31.55 cm3,,真實(shí)密度、毛體積密度與孔隙率之間的關(guān)系,M=

12、80g Vs=(1-P)×V=0.89×31.55 =28.1 cm3 =80/28.1=2.84g/cm3,=2.54 g/cm3,2.吸水性,吸水性：石料在水中吸收水分的能力，采用吸水率和飽水率兩項(xiàng)指標(biāo)來表征。 吸濕性：在空氣中吸收水分的能力，用含水率表示。,,(1)

13、吸水率 在常溫（20℃±2℃）常壓下，石料試件吸水飽和時(shí)吸收水的質(zhì)量占干燥質(zhì)量的百分率。 式中：Wx——石料的吸水率（%）； m1——石料試件烘干至恒重時(shí)的質(zhì)量（g）； m2——石料試件吸水至恒重時(shí)的質(zhì)量（g）。,(2) 飽水率： 在常溫（20℃±2℃）真空（殘壓2.67kPa）條件下，石料試件吸水飽和時(shí)吸收水的質(zhì)量占干燥質(zhì)量的

14、百分率。 在常壓時(shí)，水分并非充滿孔隙。當(dāng)抽真空后，內(nèi)部空氣基本被排除，水充滿孔隙。 飽水率更能有效地反映巖石微裂紋的發(fā)育程度，可用來判斷巖石的抗凍和抗風(fēng)化等性能。,(3)含水率 石料在天然狀態(tài)下含有水的質(zhì)量占干燥質(zhì)量的百分率。 式中：W——石料的含水率（%）； m——石料試件烘干至恒重時(shí)的質(zhì)量（g）； m1——石料天然狀態(tài)下的質(zhì)量（g）。,3.耐

15、久性 自然因素導(dǎo)致石料結(jié)構(gòu)的破壞：首先是溫度的升降，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力而引起石料的破壞，其次是石料在潮濕條件下，受到正、負(fù)氣溫的交替凍融作用，引起石料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的破壞。在大多數(shù)地區(qū)，后者即抗凍性占主導(dǎo)地位。,抗凍性：材料在含水狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍溶循環(huán)作用而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。 機(jī)理：當(dāng)石料的開口孔隙大部分充滿水時(shí)，在達(dá)到0℃以后，由于孔隙中的水結(jié)冰而移動困難，同時(shí)體積膨脹，從而對孔壁施加張應(yīng)力，在多次凍融

16、循環(huán)后，石料就會逐漸產(chǎn)生裂縫、掉邊、缺角或表面松散等破壞現(xiàn)象。,常用檢測方法：直接凍融法和硫酸鈉堅(jiān)固性法采用的試件：直徑和高均為50mm的圓柱體或邊長為50mm的立方體試件,直接凍融法 將試件放入烘箱（105℃±5℃）烘至恒重，冷卻后稱其質(zhì)量，試件浸水至吸水飽和，然后取出擦去表面水分，置于冰箱（－15℃）凍結(jié)４ｈ，然后取出放入20℃±5℃的水中4ｈ，然后進(jìn)行下一次凍融循環(huán)，反復(fù)至規(guī)定次數(shù)為止，并檢查試件

17、是否有無剝落、裂縫、分層及掉邊等現(xiàn)象，再烘干至恒重，并稱其質(zhì)量。 凍融次數(shù)規(guī)定：在嚴(yán)寒地區(qū)（最冷月的月平均氣溫低于 -15℃）為25次；在寒冷地區(qū)（最冷月的月平均氣溫低于-15～-5℃）為15次。,a.質(zhì)量損失率和抗凍系數(shù) Ｑfr —試件凍融后的質(zhì)量損失率和耐凍系數(shù)，％； ｍ１—試驗(yàn)前烘干試件的質(zhì)量，ｇ；

18、 　 ｍ２—試驗(yàn)后烘干試件的質(zhì)量，ｇ。 R2 —經(jīng)凍融循環(huán)后的試件飽水抗壓強(qiáng)度，MPa； R1 —未經(jīng)凍融試驗(yàn)的試件飽水抗壓強(qiáng)度，MPa。,,,,公路工程，一般要求石料的耐凍系數(shù)大于0.75；質(zhì)量損失率不大于５％。同時(shí)，試件應(yīng)無明顯缺損（包括剝落、裂縫和邊角損壞等情況）。橋梁工程石料，對一月份平均氣溫低于-10℃的地區(qū)，要進(jìn)行抗凍性試驗(yàn)。,２）硫酸鈉堅(jiān)固性法 將試件烘干后置于飽和硫酸鈉溶液中2

19、0h后，再放入105－110℃的烘箱中4h，完成第一個(gè)循環(huán)，待試樣冷卻后再開始第二個(gè)循環(huán)，浸泡和烘干時(shí)間變?yōu)?h，完成5次循環(huán)后，看試件是否破壞，將試件洗凈烘干至恒重，稱其質(zhì)量，算出質(zhì)量損失率。,吸水率大于5％時(shí)，石料的抗凍性變差。,試驗(yàn)原理： 硫酸鈉飽和溶液浸入石料孔隙后，經(jīng)烘干，硫酸鈉結(jié)晶同時(shí)體積發(fā)生膨脹，產(chǎn)生有如水結(jié)凍相似的作用，使石料孔隙周壁受到張應(yīng)力，經(jīng)過多次循環(huán)，引起石料破壞。,無條件做抗凍性時(shí)，可采用此法,

20、橋涵用石料抗凍性指標(biāo),思考題：1.孔隙的特征與吸水率的關(guān)系。2.什么條件下要對石料進(jìn)行抗凍性試驗(yàn)？什么是凍融循環(huán)？3.如何判定石料抗凍性是否合格？,,,三、石料的力學(xué)性質(zhì),1.強(qiáng)度１)．抗壓強(qiáng)度 （１）公路工程 一般僅采用單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，每組6個(gè)試件。 a、建筑地基采用圓柱體試件，直徑為50mm±2mm、高/徑=2。 b、橋梁工程采用立方體試件，邊長為70mm±2mm。 c、路面

21、工程采用圓柱體或立方體試件，其直徑或邊長和高均為50mm±2mm。,注：作邊坡驗(yàn)算要進(jìn)行三軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),非標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試件，測得抗壓強(qiáng)度值按右式轉(zhuǎn)換,,公式： 式中： fsc ——石料的抗壓強(qiáng)度，MPa； Fmax——試件極限破壞時(shí)的荷載，N； Ａ——試件的截面積，mm２。,,（２）橋梁工程 橋用石料以抗壓強(qiáng)度為基準(zhǔn)，其他力學(xué)

22、指標(biāo)（如抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等）一般可采用與抗壓強(qiáng)度的大約比值。 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是采用邊長為70±2mm的正方體試件，經(jīng)吸水飽和后，進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。 公式：,影響石料抗壓強(qiáng)度的主要因素：材料的組成、構(gòu)造、缺陷孔 隙 率 含 水 率 溫 度試件尺寸 加荷速度,,,,,,,,強(qiáng)度,強(qiáng)度,2）單軸壓縮變形（T0222-2005

23、）意義：測定巖石試件在單軸壓縮應(yīng)力條件下的軸向及徑向應(yīng)變值，據(jù)此計(jì)算巖石的彈性模量和泊松比。測試方法：將石料制成規(guī)定圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件后采用電阻應(yīng)變儀或千分表進(jìn)行測定。,3）劈裂強(qiáng)度（T0223-1994）意義：巖石的抗拉能力較弱，并且在工程實(shí)踐中拉斷破壞是 工程巖體的主要破壞方式之一，因此需對其進(jìn)行測定。測試方法：將圓柱體石料試件置于萬能 試驗(yàn)機(jī)上，采用劈裂法在規(guī)

24、 定條件下加壓，直至試件劈 裂破壞。,4）抗剪強(qiáng)度（T0224-2005）意義：抗剪強(qiáng)度是指石料在剪切面上所能承受的極限剪應(yīng)力， 它是巖體基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本參數(shù)。測試方法：利用直剪儀對巖石試件施加法向 荷載和剪切荷載直至試件破壞， 并觀察破壞形狀。,5）點(diǎn)

25、荷載強(qiáng)度（T0225-1994）意義：點(diǎn)荷載強(qiáng)度反映了石料各向異性的特點(diǎn)，為巖體分級和 抗拉強(qiáng)度計(jì)算提供設(shè)計(jì)參數(shù)。測試方法：將巖石鉆芯取樣，利用點(diǎn)荷 載試驗(yàn)儀對巖芯試樣進(jìn)行徑 向和軸向加載直至破壞，以 點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)表征。,6）抗折強(qiáng)度（T0226-1994）意義：抗折強(qiáng)度是石料在荷載作

26、用下受彎至折斷時(shí)的極限彎曲 應(yīng)力，它評價(jià)巖石板材、條石基礎(chǔ)和條石路面等建材 主要力學(xué)指標(biāo)。測試方法：將石料制成規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)長 方體試件，并在規(guī)定條件 下施加荷載直至試件折斷 破壞。,２、磨耗率 石料的磨耗率是指石料抵抗沖擊、剪力和摩擦等聯(lián)合作用的能力，可采用洛杉磯試驗(yàn)法或狄

27、法爾試驗(yàn)法測定，以質(zhì)量損失百分率來評價(jià)。,,,a.洛杉磯磨耗試驗(yàn)法 采用洛杉磯（或擱板）式磨耗試驗(yàn)機(jī)。是將石料試樣洗凈烘干，稱出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的級配石料，連同鋼球一起放在洛杉磯磨耗機(jī)，以30～33ｒ/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動500轉(zhuǎn)后。過2mm圓孔篩或1.7mm方孔篩，將篩子上的試樣洗凈烘干，稱其質(zhì)量。計(jì)算出質(zhì)量損失百分率。 公式：,b.狄法爾試驗(yàn)法 將石料破碎后過篩，選出50～75mm的試樣50±2塊

28、，共約5kg，分兩份，分別洗凈烘干，裝入狄法爾磨耗機(jī)的兩圓筒中，以30～33r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動10000轉(zhuǎn)，通過2mm篩孔（碎石)或2.5mm篩孔（礫石），計(jì)算質(zhì)量損失百分率。,兩種方法的比較： 狄法爾法采用單一粒徑，而洛杉磯法采用不同的級配，更能反映實(shí)際情況，所以一般以洛杉磯試驗(yàn)法為準(zhǔn)。 注：這兩種方法與道路實(shí)際經(jīng)受的磨耗還有很大差別。需用以后將學(xué)的道瑞法進(jìn)一步驗(yàn)證。,決定因素：氧化硅和氧化鈣在巖石組份中比例的

29、多少決定了石料的酸堿性。分類： ①酸性巖 SiO2>65%（例花崗巖、石英巖等）②中性巖 SiO2含量在52%~65%③堿性巖 SiO2<52%（例石灰?guī)r、玄武巖等）意義：石料與瀝青的粘接性能不良而造成的瀝青混合料剝離是瀝青路面常見的破壞形式之一。試驗(yàn)方法：水煮法或水浸法,四、化學(xué)性質(zhì),,五、道路和橋梁用石料制品,(一）路面用石料制品 1.高級鋪砌用整齊塊石 2.路面

30、鋪砌用半整齊塊石 3.鋪砌用不整齊塊石 4.錐形塊石 （二）橋梁用石料制品 1.片石 2. 塊石 3.方塊石 4.粗料石 5.細(xì)料石 6.鑲面石,常用石料制品的特點(diǎn)、規(guī)格尺寸和用途,,,重點(diǎn)內(nèi)容：集料的基本狀態(tài)參數(shù)、集料的抗壓 強(qiáng)度、磨耗值、沖擊值難 點(diǎn)：集料的物理常數(shù)要 求：集料的基本狀態(tài)參數(shù)

31、 掌握集料的力學(xué)性質(zhì),第二節(jié) 集 料,,1．集料分類（1）來源：天然砂、人工砂、卵石、碎石、工業(yè)冶金礦渣。（2）加工過程：卵石（又稱礫石）和碎石；（3）粒徑：粗集料和細(xì)集料2．粗細(xì)集料粒徑的界限 ≥4.75mm（2.36mm）為粗集料 ≤4.75mm（2.36mm）為細(xì)集料。,水泥混凝土以4.75mm為界瀝青混合料以2.36mm為界,一、集料的來源與分類,3．最大粒徑 （1）集料最大粒

32、徑：指集料全部通過的最小標(biāo)準(zhǔn)篩篩孔尺寸。 （2）集料公稱最大粒徑:指集料有≤10%篩余的最小標(biāo)準(zhǔn)篩篩孔尺寸。,工程中所指的最大粒徑一般指公稱最大粒徑,集料結(jié)構(gòu)示意圖,,,,,,,,,二、集料的物理性質(zhì),1.物理常數(shù),（1）表觀密度(視密度)：在規(guī)定條件（105℃±5℃)下烘干至恒重，單位表觀體積的質(zhì)量。式中：ρa(bǔ)—集料的表觀密度（g/cm3）； ms——集料礦質(zhì)實(shí)體的質(zhì)量（g）； V

33、s——集料礦質(zhì)實(shí)體的體積（cm3）； Vn——集料閉口孔隙的體積（cm3）。,礦質(zhì)實(shí)體+閉口孔隙,,,（2）毛體積密度ρh,定義：集料在規(guī)定的條件下，單位毛體積的質(zhì)量。 式中：ρh ——集料的毛體積密度（g/cm3）； ms——集料礦質(zhì)實(shí)體的質(zhì)量（g）； Vs——集料礦質(zhì)實(shí)體的體積（cm3）; Vi 、Vn——集料開、閉口孔隙

34、的體積（cm3）;,礦質(zhì)實(shí)體+開口+閉口孔隙,,,測定方法：ρa(bǔ)（靜水天平法） ：將已知質(zhì)量的干燥粗集料裝在金屬吊籃中浸水24h，使之吸水飽和，然后在靜水天平上稱出粗集料在水中的質(zhì)量，按排水法可計(jì)算出包括閉口孔隙在內(nèi)的體積。ρh：將已知質(zhì)量的干燥集料經(jīng)24h飽水后，用濕毛巾擦干而求得飽和面干質(zhì)量，然后用排水法求得在水中的質(zhì)量，按此測得集料質(zhì)量和飽和面干體積。,3）堆積密度：指烘干集料顆粒之間單位填充體積的質(zhì)量。式中：ρ—集料

35、的堆積密度（g/cm3）； ms—集料礦質(zhì)實(shí)體的質(zhì)量（g）； Vs—集料礦質(zhì)實(shí)體的體積（cm3）； Vn—集料閉口孔隙的體積（cm3）； Vi—集料開口孔隙的體積（cm3）； VV—集料空隙的體積（cm3）。,礦質(zhì)實(shí)體+開/閉口孔隙+顆粒間的空隙,,,堆積密度分為自然堆積密度，震實(shí)密度和搗實(shí)密度。 自然堆積密度（又稱松裝密度）：以自由落入方式堆積所測的密度。 震實(shí)密度：

36、將集料分三層裝入，在容器底部放一根直徑25mm的鋼筋（每次鋼筋的位置垂直），每裝一層，將容器左右交替顛擊地面25下。（水泥混凝土) 搗實(shí)密度：將集料分裝三層，每層用搗棒搗25下。(瀝青混合料）,測定方法：容積升（容量筒）,（5）空隙率,定義：集料在自然堆積下空隙的體積（或緊密堆積）占總體積的百分率。反映集料顆粒間相互填充程度。 式中：ρ—集料的堆積密度或緊裝密度（g/cm3）； ρa(bǔ)—集料的表

37、觀密度（g/cm3）； Vi—集料開口孔隙的體積（cm3）； VV—集料空隙的體積（cm3）； V—集料的總體積（cm3）。,水泥混凝土：振實(shí)堆積密度；瀝青混合料：搗實(shí)堆積密度,,,（6）粗集料骨架間隙率,定義：指粗集料在搗實(shí)狀態(tài)下顆粒間的空隙體積所占的百分率。用來確定混合料中細(xì)集料和結(jié)合料的數(shù)量，評價(jià)集料的骨架結(jié)構(gòu)。 ρc—粗集料的堆積密度（g/

38、cm3）， ρb—粗集料的表觀密度（g/cm3）；,（7）細(xì)集料的棱角性,以一定條件測定細(xì)集料的空隙率表征，對于瀝青混合料的內(nèi)摩擦角和抗流變性及水泥混凝土的和易性有顯著的影響。 ρc—細(xì)集料的堆積密度（g/cm3）； ρs—細(xì)集料的表觀密度（g/cm3）；,對于混凝土的細(xì)集料用震實(shí)密度，瀝青混合料的細(xì)集料用搗實(shí)密度；,,,2. 級 配,,,,定義：是指集料中各種粒徑顆粒的搭配比例或

39、分布情況。意義：級配對水泥混凝土及瀝青混合料的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及施工和易性有著顯著的影響。 測定：篩分析試驗(yàn),瀝青路面及各類基層集料用標(biāo)準(zhǔn)篩均以方孔篩為準(zhǔn)（相應(yīng)的篩孔尺寸依次為75mm、63mm、53mm、37.5mm、31.5mm、26.5mm、19mm、16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、 0.15mm、0.075mm,3. 集料的顆粒形狀與表面特征（1）顆粒形狀,

40、針片狀顆粒：用游標(biāo)卡尺測定的粗集料的最大長度（或?qū)挾龋┡c最小厚度（或直徑）方向的尺寸之比大于3的顆粒。（JTG E42-2005),（2）表面特征,表面特征主要是指集料表面的粗糙程度及孔隙特征。 主要影響集料與結(jié)合料之間的粘結(jié)性能。,請觀察圖中A、B、C三種石子的形狀有何差別，分析其對拌制混凝土性能會有哪些影響。,觀察與討論,分析答案,C—卵石,A—碎石1,B—碎石2,分析：,A為碎石1，針片狀顆粒含量較多。此針片狀的碎石過

41、多，表面積大，不僅會影響混凝土和易性，還會影響強(qiáng)度。B為碎石2，表面較粗糙，多棱角，比表面積較碎石1小，拌制混凝土?xí)r的性能優(yōu)于碎石1。C為卵石，表面光滑、少棱角，空隙率及表面積較小。故拌制混凝土?xí)r所需水泥量較小?；炷涟韬臀锖鸵仔暂^好。但卵石與水泥石粘結(jié)力會較差。在相同條件下，混凝土強(qiáng)度較低。,4. 含泥量和泥塊含量,（1）含泥量與石粉含量 含泥量指集料中粒徑小于0.075mm的顆粒含量； 石粉含量指人工砂中小于0.075mm的

42、顆粒含量?！)砂當(dāng)量SE（JTG F40-2004）用于測定細(xì)集料中所含粘土及雜質(zhì)含量． b)甲基藍(lán)MB值（GB/T14685-2011） 用于判別人工砂中小于0.075mm顆粒含量主要是泥土還是石粉．,（2）泥塊含量,泥塊含量指粗集料中原尺寸大于4.75mm（細(xì)集料中1.18 mm），但經(jīng)水浸洗手捏后小于2.36mm(細(xì)集料中0.6mm)的顆粒含量.　　　　　　集料中的泥塊主要以三種類型存在：　　　　　　由純泥組成的團(tuán)塊

43、；　　　　　　由砂、石屑與泥組成的團(tuán)快；　　　　　　包裹在集料顆粒表面的泥。,二.力學(xué)性質(zhì),1、粗集料壓碎性：集料在連續(xù) 荷載下，抵抗壓碎的能力。用壓 碎值表示。 ①瀝青路面用粗集料的壓碎值 將9.5mm－13.2mm集料試樣3kg，三層裝入（每層搗實(shí)25下）壓碎值測定儀的鋼質(zhì)圓筒內(nèi)，放在壓力機(jī)上，在10min內(nèi)均勻地加荷至400kN，穩(wěn)壓5s然后卸載，稱其通過2.36mm的篩余質(zhì)量。,壓碎指標(biāo)儀

44、,,②水泥混凝土用粗集料的壓碎值 將9.5mm－19.5mm集料試樣3kg，兩層裝入（每層顛擊25次）壓碎值測定儀的鋼質(zhì)圓筒內(nèi)，放在壓力機(jī)上，在3min－5min均勻地加荷至200kN，穩(wěn)定荷載5s，稱其通過2.36mm的篩余質(zhì)量。 式中：m1----試驗(yàn)后篩余的試樣質(zhì)量。 m0----試驗(yàn)前試樣質(zhì)量。,2、磨耗率 集料的磨耗率是指集料抵抗摩擦、撞擊等聯(lián)合作用的能力，尤其是瀝

45、青混合料和基層材料，磨耗率與瀝青路面的抗車轍能力、耐磨性、耐久性等密切相關(guān)。 可采用洛杉磯試驗(yàn)法測定，以質(zhì)量損失百分率來評價(jià)。,,,a.洛杉磯磨耗試驗(yàn)法 采用洛杉磯（或擱板）式磨耗試驗(yàn)機(jī)。是將石料試樣洗凈烘干，稱出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的級配石料，連同鋼球一起放在洛杉磯磨耗機(jī)，以30～33ｒ/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動500轉(zhuǎn)后。過2mm圓孔篩或1.7mm方孔篩，將篩子上的試樣洗凈烘干，稱其質(zhì)量。計(jì)算出質(zhì)量損失百分率。 公

46、式：,3、粗集料磨光值（PSV） 經(jīng)過一段時(shí)間的車輛荷載作用后，公路最后向汽車提供抗滑能力是以粗集料為主。所以，必須檢測粗集料磨光值。 粗集料磨光值反映集料抵抗輪胎磨光作用的能力即抗滑性，以石料被磨光后的磨擦系數(shù)表示。,擺式摩擦系數(shù)測定儀,取9.5mm-13.2mm的干燥石料顆粒單層緊密并排列在試模中，用環(huán)氧樹脂砂漿固定，制成試件，經(jīng)養(yǎng)護(hù)拆模，安裝在道路輪上，按照規(guī)定先用30號金剛砂對試件磨蝕3h，再用280號

47、金剛砂磨蝕3h，然后用擺式摩擦系數(shù)測定儀測定試件的摩擦系數(shù)PSVra PSV＝PSVra＋49－PSVbra PSVbra——試件未打磨時(shí)的摩擦系數(shù) 粗集料磨光值愈高，表示其粗集料 在車輪作用下其抗滑性愈好。 高速公路、一級公路PSV≮42， 其它公路PSV≮35。,4集料沖擊值（LSV）： 反映集料抵抗多次重復(fù)荷載作用的能力（抗沖擊韌性），可采用沖擊試驗(yàn)儀測定。

48、 粗集料沖擊值試驗(yàn)用以測定路面用粗集料抗沖擊的性能，以擊碎后小于2.36mm部分的質(zhì)量百分率表示。,沖擊試驗(yàn) 選取9.5mm-13.2mm的集料試樣，分三層裝于沖擊值試驗(yàn)儀的盛樣器中，每層用搗桿搗實(shí)25次使其初步壓實(shí)，然后用質(zhì)量為（13.75±0.05）kg沖擊錘，沿導(dǎo)桿自380mm±5mm處自由落下錘擊集料，并連續(xù)錘擊15次，最后將試驗(yàn)后的集料在2.36mm的篩上篩分并稱量。沖擊值：式中：LS

49、V-- 粗集料的沖擊值（%）; m---- 試樣總質(zhì)量（g）； m1----試驗(yàn)后通過2.36mm的試樣質(zhì)量。,5集料磨耗值（AAV） 用于評定抗滑表層的集料抵抗車輪撞擊及磨耗的能力。  將方孔篩為9.5mm－13.2mm的集料單層緊密排列，用環(huán)氧樹脂砂漿固定，養(yǎng)護(hù)24后，然后用道瑞磨耗機(jī)以28－30r/min的轉(zhuǎn)速磨500圈,測出試驗(yàn)前后的質(zhì)量損失，粗集料磨耗值按下式計(jì)算

50、 式中：AAV--集料的道瑞磨耗值, m1--磨耗前試驗(yàn)件的質(zhì)量（g）, m2--磨耗后試件的質(zhì)量（g）, ρs--集料表干密度（g/cm3）。,粗集料磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈高。高速公路、一級公路抗滑層AAV≯14，其它公路AAV≯16。,三、化學(xué)性質(zhì),65%： 堿性石料 與瀝青粘附性好我國公路工程現(xiàn)行的主要抗剝落試驗(yàn)方法有：

51、 １）水煮法(最大粒徑>13.2) ２）水浸法(最大粒徑<13.2 ) ３）親水系數(shù)法,,堅(jiān)硬,,,,,為保證瀝青混合料的強(qiáng)度，在選擇集料時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮采用堿性石料。若當(dāng)?shù)厝狈A性石料且必須采用酸性石料時(shí)，必須作抗剝落性檢驗(yàn)。,,,四.工業(yè)冶金礦渣的技術(shù)特性,工業(yè)冶金礦渣一般是指煉鐵或煉鋼過程中得到的高爐礦渣或鋼渣。１.礦渣的主要化學(xué)成分及活性 高爐礦渣中的主要化學(xué)成分有： 酸性氧化物 SiO2 FeO3

52、P2O5 TiO2 堿性氧化物 CaO MgO MnO BaO 中性氧化物 Al2O3 硫化物CaS MnS FeS,礦渣的活性是指與水、或與某些堿性溶液、或硫酸鹽溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)?！　　〔捎脡A性系數(shù)M0及質(zhì)量系數(shù)K反映高爐礦渣活性?！　　′撛c高爐礦渣雖都是冶金礦渣，但它們的化學(xué)成分及礦物組成明顯不同。所以鋼渣采用堿度系數(shù)M反映。,２.礦渣集料的技術(shù)特性,１）物理力學(xué)特性　　受冷卻加工方式的影響２）化

53、學(xué)穩(wěn)定性　　主要是礦渣中的某些成分與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致體積變化　a)游離的氧化鈣（ f-CaO ）的消解　　通常f-CaO含量小于３％時(shí)方可應(yīng)用于路面結(jié)構(gòu)中。 b)鐵和錳分解,第三節(jié) 礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì),,,重點(diǎn)內(nèi)容：礦質(zhì)混合料級配、組成設(shè)計(jì) 難 點(diǎn)：圖解法求礦質(zhì)混合料組成要 求：用試算法、圖解法求礦質(zhì)混合料組成,概 述,級配對混合料的影響： 礦質(zhì)混合料的級配組成直接影響到水泥混凝土或?yàn)r

54、青混合料的強(qiáng)度、耐久性和施工和易性，原因是級配直接決定礦質(zhì)混合料的密實(shí)度和礦質(zhì)混合料顆粒間內(nèi)摩擦力。,級配的幾種情況,概 述,在混合料中是以結(jié)合料（水泥或?yàn)r青）來填充集料的空隙并包裹集料。所以，集料空隙越大，填充集料顆?？障端璧慕Y(jié)合料越多；集料的總表面積越大，包裹集料顆粒所需的結(jié)合料越多。從節(jié)約結(jié)合料的角度考慮，最好采用空隙較小，總表面積也較小的集料。若各種粒徑的集料顆粒在相互排列時(shí)， 能夠互相嵌鎖又互相不干涉，形成緊

55、 密多級嵌擠的空間骨架結(jié)構(gòu)，則集料 顆粒間將具有較大的內(nèi)摩擦力。,概 述,礦質(zhì)混合料顆粒級配應(yīng)滿足的基本要求： 最小空隙率：使不同粒徑的各級礦質(zhì)集料按一定的比例搭 配后，應(yīng)有最大密實(shí)度。最大摩擦力：各級礦質(zhì)集料在進(jìn)行比例搭配時(shí)，應(yīng)使各級 集料排列緊密，形成一個(gè)多級空間骨架結(jié) 構(gòu)，且具有最大的摩擦力。 組成設(shè)計(jì)的目的：

56、 選配一個(gè)具有足夠密實(shí)度，并且有較高內(nèi)摩擦力的礦質(zhì)混合料。,道橋用的砂石材料，大多數(shù)是以礦質(zhì)混合料的形式與結(jié)合料（如水泥或?yàn)r青等）組成使用。然而為使混合料具備優(yōu)良的性能，除各種礦質(zhì)集料的技術(shù)性質(zhì)應(yīng)符合要求外，礦質(zhì)混合料還必須滿足最小空隙率和最大摩擦力的基本要求，即級配良好。,一、礦料的級配 1．集料級配的表示方法 （1）篩分試驗(yàn) 采用標(biāo)準(zhǔn)套篩對集料進(jìn)行過篩分析，以確定集料粗細(xì)顆粒的分布,即級配,就是所謂篩分試

57、驗(yàn)。以細(xì)集料的篩分為例： 篩分試驗(yàn)：稱量500g砂樣過篩，稱量篩子上殘余的砂，計(jì)算出分計(jì)篩余、累計(jì)篩余、通過百分率。,振篩機(jī),砂石標(biāo)準(zhǔn)篩,標(biāo)準(zhǔn)方篩孔為：70mm、63mm、53mm、37.5mm、31.5mm、26.5mm、19mm、16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm。,１）分計(jì)篩余ai（%） ：某號篩上的篩余量占試樣總質(zhì)量的百分

58、率。２）累計(jì)篩余Ai（%） ：某號篩的分計(jì)篩余和大于某號篩的各篩分計(jì)篩余的總和。３）通過百分率Pi（%） ：通過某號篩的質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分率，即100與某號篩的累計(jì)篩余之差。,分計(jì)篩余百分率、累計(jì)篩余百分率與通過百分率之間的關(guān)系,細(xì)度模數(shù)：評價(jià)砂粗細(xì)粗度的一種指標(biāo)，按下式計(jì)算：細(xì)度模數(shù)愈大，表示細(xì)集料愈粗。砂按細(xì)度模數(shù)分為粗、中、細(xì)三種規(guī)格，相應(yīng)的細(xì)度模數(shù)分別為：3.7~3.1為粗砂 ；3.0~2.3為中砂；2.2~1.6

59、為細(xì)砂。細(xì)度模數(shù)雖然表示砂的粗細(xì)程度，但不能完全反映出砂的顆粒級配情況，因?yàn)橄嗤?xì)度模數(shù)的砂可有不同的顆粒級配。因此，要全面表征砂的顆粒性質(zhì)，必須同時(shí)使用細(xì)度模數(shù)和級配兩個(gè)指標(biāo)。,重點(diǎn)難點(diǎn)強(qiáng)化訓(xùn)練,思考點(diǎn)：如何評價(jià)砂的粗細(xì)程度？例：取500克砂做篩分試驗(yàn)，結(jié)果如表，試計(jì)算砂的細(xì)度模數(shù)，并評定砂的粗細(xì)程度。,解：,重點(diǎn)難點(diǎn)強(qiáng)化訓(xùn)練,作 業(yè),有一份殘缺的砂子篩分記錄如下表，根據(jù)現(xiàn)有的材料補(bǔ)全，并評定砂的粗細(xì)程度。,①級配曲線的繪制

60、 理論級配曲線：以級配理論公式計(jì)算出的通過百分率（%）為縱坐標(biāo)，以篩孔尺寸（mm）為橫坐標(biāo)繪制而成的曲線。 問題：由于篩孔尺寸以1/2遞減，橫坐標(biāo)的位置前密后疏，圖形很混亂。 ∴ 篩孔尺寸取對數(shù)作為橫座標(biāo) 等間距排列,,,（3）級配曲線,,圖1-3  集料級配曲線示意圖a）常數(shù)坐標(biāo)； b）半對數(shù)坐標(biāo),繪制步驟：1、先計(jì)算出各顆粒粒徑的對數(shù)lgdi2、以對數(shù)lgdi為橫坐標(biāo)，通過百分率為縱坐

61、標(biāo)。3、將按計(jì)算所得的各顆粒粒徑（di）的通過百分率（pi）繪于坐標(biāo)圖上，再將各點(diǎn)連接為光滑的曲線，即為級配曲線。,級配類型 ：連續(xù)級配：是采用標(biāo)準(zhǔn)套篩對某一混合料進(jìn)行試驗(yàn)，所得級配曲線平順圓滑，具有連續(xù)性。這種由大到小，逐級粒徑均有，按比例互相搭配組成的礦質(zhì)混合料。間斷級配：在礦質(zhì)混合料中剔除其一個(gè)分級或幾個(gè)分級而形成一種不連續(xù)的礦質(zhì)混合料。單粒徑,,單粒徑,2. 集料的級配對于礦料性能的影響,a、集料級配差，骨架空隙率大，填

62、充所用的結(jié)合料越多。 b、各級集料顆粒能互相嵌鎖而不相互干涉，則集料顆粒間具有較大的內(nèi)摩擦力。 c、接近球形或立方體的顆粒堆積密實(shí)度高；當(dāng)扁平、細(xì)長顆粒多時(shí)，骨架空隙率增加。,級配優(yōu)良的標(biāo)準(zhǔn)： a、空隙率最?。翰煌降母骷壍V質(zhì)集料按一定比例搭配，使其組成一種具有最大密實(shí)度（即最小空隙率）的礦質(zhì)混合料。 b、最大摩擦力：各級礦質(zhì)集料在進(jìn)行比例搭配時(shí)，應(yīng)使各級集料排列緊密，形成一個(gè)多級空間骨架結(jié)構(gòu)且具有最大的摩擦力。,3、級配

63、計(jì)算（１）（富勒）Ｗ.Ｂ.Ｆuller理論 “級配曲線愈接近拋物線時(shí)，則其密度愈大”，因此，當(dāng)級配曲線為拋物線時(shí)為最大密度曲線。 P－通過率 d－篩孔尺寸 K—統(tǒng)計(jì)參數(shù) 當(dāng)ｄ＝Ｄ（集料最大粒徑）時(shí)，P＝100，則：,,T,（２）（泰波）Ａ.Ｎ.Ｔalbal理論　　實(shí)際礦料的級配應(yīng)允許有一定的波動范圍，故將富勒最大密度曲線應(yīng)改為n次冪的通式，即,n=0.45~0.5，密

64、實(shí)度最大n=0.3~0.7，密實(shí)度尚可n=0.35~0.45，工作性較好,泰波理論可用來解決連續(xù)級配的級配范圍問題，故具有很大的實(shí)用意義。,建立半對數(shù)坐標(biāo)的方法： 先求出各顆粒粒徑的對數(shù)，并將其確定為橫坐標(biāo)；以 P i（通過百分率）為縱坐標(biāo)。根據(jù)泰波公式 n=0.3~0.7 計(jì)算所得的各顆粒粒徑(di)的通過百分

65、率(Pi)繪制在坐標(biāo)圖上，將確定的各點(diǎn)連接為光滑曲線，即為級配曲線范圍。實(shí)際級配合成操作時(shí)，只要得出的合成級配結(jié)果位于要求的級配范圍之間，則認(rèn)為該合成級配基本滿足設(shè)計(jì)級配的要求。,級配曲線范圍的繪制,(3)魏茅斯粒子干涉理論 顆粒之間的空隙，應(yīng)由次小一級顆粒所填充；其余空隙由再次級小顆粒所填充，但填隙的顆粒不得大于其間隙之距離，否則大小顆粒粒子之間勢必發(fā)生干涉現(xiàn)象。因此，大小粒子之間應(yīng)按一定數(shù)量分配，并從臨界干涉

66、的情況下可導(dǎo)出前分級粒度的間距計(jì)算公式：,,,二、礦質(zhì)混合料的配合比設(shè)計(jì)方法,在生產(chǎn)中，天然的或人工軋制的單一集料的級配一般很難完全符合某一合適級配范圍的要求。因此需要幾種不同規(guī)格（粒度）進(jìn)行搭配。,,礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)就是根據(jù)實(shí)際工程中現(xiàn)有的各種集料的級配參數(shù)（即篩分結(jié)果），針對設(shè)計(jì)要求或技術(shù)規(guī)范要求，采用一定的方法確定各規(guī)格集料在合成礦料中所占有比例的操作過程。設(shè)計(jì)依據(jù) ① 各種集料的篩分結(jié)果 ② 按規(guī)范要求的

67、級配范圍即標(biāo)準(zhǔn)級配方法 ① 試算法 ② 圖解法,（一）試算法 (數(shù)解法）：（適用于2~3種礦料組成的混合料）（1）基本原理：在確定各組成集料在混合料中的比例時(shí)，先假定混合料中某種粒徑的顆粒是由某一種對這一粒徑占優(yōu)勢的集料組成，而其它各種集料中不含有此粒徑。根據(jù)各個(gè)主要粒徑去試算各種集料在混合料中的大致比例，再經(jīng)過較核調(diào)整，最終獲得滿足混合料級配的各集料的配合比例。,（2）計(jì)算過程 已知：集料

68、 混合料 ⑴ 準(zhǔn)備工作：Pi→Ai→ai;,⑵ 計(jì)算方程： X＋Y＋Z＝100 (1) d=i時(shí)： X .aA(i) + Y .aB(i) +Z .aC(i

69、) ＝aM(i) (2),如A集料i粒徑占優(yōu)，則B集料i粒徑假設(shè)為0：                           

70、 aA(i)X=aM(i)               則                  

71、;           X= aA(i)/aM(i)               同理，C集料：        &

72、#160;                       aC(j)Z=aM(j)          即：&#

73、160;                          Z=aM(j) / aC(j)