第三章石料与集料.pptx

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1、本章主要内容本章主要内容石料的物理、力学性质、技术标准及评价方法集料的物理、力学性质、技术标准及评价方法矿质混合料的级配理论、配合比设计方法第1页/共103页本章内容要求本章内容要求理解石料与集料主要技术性能及主要评价方法与评价指标了解集料的级配概念和相关理论掌握矿质混合料的配合比设计方法第2页/共103页1.1.造岩矿物造岩矿物矿物具有一定化学成分和结构特征的天然化合物或单质。主要的造岩矿物：石 英：结晶的二氧化硅,最坚硬的矿物之一长 石：结晶的铝硅酸盐，易风化成高岭土云 母：结晶的、片状的含水铝硅酸盐角闪石、辉岩、橄榄石：结晶的铁、镁硅酸盐方解石：结晶的碳酸钙白云石：结晶的碳酸钙镁复盐黄铁

2、矿：结晶的二硫化铁3.1 天然砂石材料概论第3页/共103页2 2、岩石的分类（、岩石的分类（根据生成条件，按地质分类法）根据生成条件，按地质分类法）(1)1)岩浆岩（又称火成岩岩浆岩（又称火成岩 ）深成岩深成岩 如：花岗岩、正长岩、辉长岩如：花岗岩、正长岩、辉长岩喷出岩喷出岩 如：玄武岩、安山岩、辉绿岩如：玄武岩、安山岩、辉绿岩(2)(2)沉积岩沉积岩碎屑岩碎屑岩粘土岩粘土岩化学沉积岩化学沉积岩 生物沉积岩生物沉积岩(3)(3)变质岩变质岩 如：片麻岩（由花岗岩变质而成）如：片麻岩（由花岗岩变质而成）第4页/共103页岩石岩石种类种类常用岩石常用岩石特特 点点用用 途途岩浆岩岩浆岩花岗岩花岗

3、岩 表观密度表观密度2500-2800Kg/m32500-2800Kg/m3、抗压强度抗压强度120-250MPa120-250MPa、孔隙、孔隙率小、吸水率低、耐磨性好、率小、吸水率低、耐磨性好、耐久性高、呈灰白色耐久性高、呈灰白色 建筑物基础、闸建筑物基础、闸坝、台阶、勒脚、坝、台阶、勒脚、路面、混凝土骨路面、混凝土骨料、设备衬里料、设备衬里辉率岩辉率岩 表观密度表观密度2900-3300Kg/m32900-3300Kg/m3、抗压强度抗压强度200-350MPa200-350MPa、有较、有较高的耐酸性、韧性、抗风化高的耐酸性、韧性、抗风化性好、呈绿色性好、呈绿色 饰面材料、混凝饰面材料

4、、混凝土骨料、化工设土骨料、化工设备衬里备衬里玄武岩玄武岩 表观密度表观密度2900-3300Kg/m32900-3300Kg/m3、抗压强度抗压强度250-500MPa250-500MPa、结构、结构细密、强度高、硬度大、颜细密、强度高、硬度大、颜色较深色较深 高强混凝土骨料、高强混凝土骨料、道路路面道路路面第5页/共103页沉积岩沉积岩石灰岩石灰岩 表观密度表观密度2600-2600-2800Kg/m32800Kg/m3、抗压强、抗压强度度80-160MPa80-160MPa、孔隙、孔隙率和吸水率大，耐久率和吸水率大，耐久性差、呈灰白色性差、呈灰白色 砌筑基础、桥墩、砌筑基础、桥墩、墙身、

5、阶石及路面、墙身、阶石及路面、混凝土骨料、生产混凝土骨料、生产石灰和水泥原料石灰和水泥原料砂砂 岩岩 由直径由直径0.1-0.2mm0.1-0.2mm砂粒砂粒经天然胶结而成，性经天然胶结而成，性能波动大、抗压强度能波动大、抗压强度5-200MPa5-200MPa，有灰黄褐，有灰黄褐色、白色色、白色 建筑物基础、勒脚、建筑物基础、勒脚、墙身、衬面、踏步墙身、衬面、踏步第6页/共103页变质岩变质岩大理岩大理岩 表观密度表观密度2600-2700Kg/m32600-2700Kg/m3，抗压强度抗压强度100-310MPa100-310MPa，质，质地致密而硬度大，容易加地致密而硬度大，容易加工，有

6、雪白、灰、绿、黑、工，有雪白、灰、绿、黑、玫瑰、粉红、黄、红色玫瑰、粉红、黄、红色 地面、墙面、柱面、地面、墙面、柱面、柜台、栏杆、踏步柜台、栏杆、踏步 石英岩石英岩 由硅质砂岩变质而成，结构由硅质砂岩变质而成，结构均匀致密，抗压强度均匀致密，抗压强度250-250-400MPa,400MPa,耐久性能好，硬度耐久性能好，硬度高、加工困难高、加工困难 建筑物基础、勒脚、建筑物基础、勒脚、栏杆、踏步，可作栏杆、踏步，可作耐酸材料、耐火材耐酸材料、耐火材料和玻璃的原料料和玻璃的原料片麻岩片麻岩 由花岗岩变质而成，垂直于由花岗岩变质而成，垂直于片理的抗压强度为片理的抗压强度为120-120-250M

7、Pa250MPa，沿片理易于开采，沿片理易于开采和加工，易风化和加工，易风化 碎石、块石、人行道碎石、块石、人行道石板石板第7页/共103页3 3、石料的主要化学组成、石料的主要化学组成 （1）岩石的化学组成通常以岩石的化学组成通常以氧化物氧化物的形式给出。的形式给出。（氧化硅、氧化钙、氧化铁、氧化铝、氧化镁等）（氧化硅、氧化钙、氧化铁、氧化铝、氧化镁等）（2 2）石料的酸碱性）石料的酸碱性 根据根据SiOSiO2 2含量分为：含量分为：酸性石料酸性石料 S Si iO O2 2 65%65%中性石料中性石料 52%S52%Si iO O2 2 65%65%碱性石料碱性石料 S Si iO O

8、2 252%52%第8页/共103页3.2 冶金矿渣材料1.1.矿渣的主要化学成分及活性矿渣的主要化学成分及活性 高炉矿渣高炉矿渣中主要化学成分：中主要化学成分：酸性酸性氧化物（氧化物（SiOSiO2 2、FeFe2 2O O3 3等）等）碱性碱性氧化物（氧化物（CaOCaO、MgOMgO等）等）中性氧化物（中性氧化物（AlAl2 2O O3 3）硫化物（硫化物（CaSCaS等）等）第9页/共103页1.1.矿渣的主要化学成分及活性矿渣的主要化学成分及活性矿渣的活性矿渣的活性其与水、某碱性溶液或硫酸盐溶液发生化学反应的性质。其与水、某碱性溶液或硫酸盐溶液发生化学反应的性质。碱性系数碱性系数Mo

9、Mo矿渣化学成分中碱性氧化物与酸性氧化物之比值矿渣化学成分中碱性氧化物与酸性氧化物之比值MoMo，称之为碱性系，称之为碱性系数。数。MoMo1 1表示碱性氧化物多于酸性氧化物，该矿渣称之为：碱性矿渣；表示碱性氧化物多于酸性氧化物，该矿渣称之为：碱性矿渣；Mo=1Mo=1表示碱性氧化物等于酸性氧化物，该矿渣称之为：中性矿渣；表示碱性氧化物等于酸性氧化物，该矿渣称之为：中性矿渣；MoMo1 1表示碱性氧化物少于酸性氧化物，该矿渣称之为：酸性矿渣表示碱性氧化物少于酸性氧化物，该矿渣称之为：酸性矿渣用化学成分分析来评定矿渣的质量是评定矿渣的主要方法用化学成分分析来评定矿渣的质量是评定矿渣的主要方法.我

10、国国家标准我国国家标准（GB/T203GB/T203）规定高炉矿渣）规定高炉矿渣质量系数质量系数K K如下：如下：式中：各氧化物表示其质量百分数含量。式中：各氧化物表示其质量百分数含量。质量系数质量系数K K反映了矿渣中活性组份与低活性、非活性组份之间的比例关系，质量反映了矿渣中活性组份与低活性、非活性组份之间的比例关系，质量系数系数K K值越大，矿渣活性越高。值越大，矿渣活性越高。第10页/共103页2.2.矿渣集料的技术特性矿渣集料的技术特性 ）物理力学特性受冷却加工方式的影响）化学稳定性主要是矿渣中的某些成分与水发生化学反应，导致体积变化 a)游离的氧化钙（f-Cao）的消解通常f-Ca

11、o含量小于时方可应用于路面结构中。b)铁和锰分解第11页/共103页3.3 砂石材料的技术性质和技术标准1 1、砂石材料的技术性质、砂石材料的技术性质 物理性质物理性质 力学性质力学性质 化学性质化学性质第12页/共103页矿质实体矿质实体闭口孔隙闭口孔隙开口孔隙开口孔隙石 材 的 结 构矿质实体m0msMViVnVsV0V石料结构的质量与体积关系示意图 闭口孔隙开口孔隙1 1、砂石材料的技术性质、砂石材料的技术性质 物理性质（物理性质（物理常数、吸水性、抗冻性物理常数、吸水性、抗冻性）第13页/共103页物理常数（1）密度 在规定条件下，烘干石料矿质实体单位体积的质量。真实密度、表观密度、毛

12、体积密度真实密度、表观密度、毛体积密度可以预测岩石的有关物理和力学性质。在混合料组成设计计算时，是重要的原始资料第14页/共103页不含孔隙的矿质实体的体积 a.a.真实密度真实密度t t 指石料在规定的条件（指石料在规定的条件（10551055下烘干至恒重，下烘干至恒重，冷却至冷却至2020）下，单位真实体积的质量。）下，单位真实体积的质量。t t=m=ms s/V/Vs s 式中：式中：t t石料的真实密度（石料的真实密度（g/cmg/cm3 3）；）；m ms s石料矿质实体的质量（石料矿质实体的质量（g g）；）；V Vs s石料矿质实体的体积（石料矿质实体的体积（cmcm3 3）。）

13、。第15页/共103页b b、表观密度（视密度）、表观密度（视密度）指指在规定条件下，烘干石料单位表观体积的质量，在规定条件下，烘干石料单位表观体积的质量，式中：式中：a a石料的表观密度，石料的表观密度，；s s、s s意义同前；意义同前；m m1 1试样在水中的质量试样在水中的质量 n n石料闭口孔隙的体积，石料闭口孔隙的体积，。或或矿质实体体积矿质实体体积+闭闭口孔隙体积口孔隙体积第16页/共103页 c.c.毛体积密度毛体积密度h h 指石料在规定的条件下，单位毛体积的质量。式中：h 石料的毛体积密度（g/cm3）；ms石料矿质实体的质量（g）；Vs石料矿质实体的体积（cm3）;Vi石

14、料开口孔隙的体积（cm3）;Vn石料闭口孔隙的体积（cm3）。表观体积+开口孔隙体积第17页/共103页（2 2）材料的孔隙率）材料的孔隙率 l孔隙率定义：指材料内部所有孔隙体积占材料总体积的百分率。公式：开口孔隙和闭口孔隙第18页/共103页2.2.吸水性吸水性 吸水性石料在水中吸收水分的能力，采用吸水率和饱水率两项指标来表征。(1)吸水率 在常温（202）常压下，石料试件吸水饱和时吸收水的质量占干燥质量的百分率。式中：Wx石料的吸水率（%）；m1石料试件烘干至恒重时的质量（g）；m2石料试件吸水至恒重时的质量（g）。第19页/共103页 (2)(2)饱水率：饱水率：在在常常温温（20220

15、2）真真空空（残残压压2.67kPa2.67kPa）条条件件下下，石石料料试试件吸水饱和时吸收水的质量占干燥质量的百分率。件吸水饱和时吸收水的质量占干燥质量的百分率。在在常常压压时时，水水分分并并非非充充满满孔孔隙隙。当当抽抽真真空空后后，内内部部空空气气基基本本被排除，被排除，水充满孔隙水充满孔隙。饱饱水水率率更更能能有有效效地地反反映映岩岩石石微微裂裂纹纹的的发发育育程程度度，可可用用来来判判断断岩石的岩石的抗冻和抗风化抗冻和抗风化等性能。等性能。第20页/共103页3.耐候性 自然因素导致石料结构的破坏：首先是温度的升降，产生的温度应力而引起石料的破坏，其次是石料在潮湿条件下，受到正、负

16、气温的交替冻融作用，引起石料内部组织结构的破坏。在大多数地区，后者即抗冻性占主导地位。第21页/共103页抗冻性：材料在含水状态下，能经受多次冻溶循环作用而不抗冻性：材料在含水状态下，能经受多次冻溶循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。破坏，强度也不显著降低的性质。机理：当石料的开口孔隙大部分充满水时，在达到机理：当石料的开口孔隙大部分充满水时，在达到00以后，以后，由于孔隙中的水结冰而移动困难，同时体积膨胀，从而对孔由于孔隙中的水结冰而移动困难，同时体积膨胀，从而对孔壁施加张应力，在多次冻融循环后，石料就会逐渐产生裂缝、壁施加张应力，在多次冻融循环后，石料就会逐渐产生裂缝、掉边、缺角或表

17、面松散等破坏现象。掉边、缺角或表面松散等破坏现象。第22页/共103页常用检测方法：常用检测方法：直接冻融法直接冻融法和和硫酸钠坚固性法硫酸钠坚固性法采用的试件：直径和高均为采用的试件：直径和高均为50mm50mm的圆柱体或边长的圆柱体或边长为为50mm50mm的立方体试件的立方体试件第23页/共103页直接冻融法直接冻融法 将试件放入烘箱（将试件放入烘箱（10551055）烘至恒重，冷却后称其质）烘至恒重，冷却后称其质量，试件浸水至吸水饱和，然后取出擦去表面水分，置于冰箱量，试件浸水至吸水饱和，然后取出擦去表面水分，置于冰箱（1515）冻结，然后取出放入）冻结，然后取出放入205205的水中

18、的水中4 4，然，然后进行下一次冻融循环，反复至规定次数为止，并后进行下一次冻融循环，反复至规定次数为止，并检查试件是检查试件是否有否有无无剥落、裂缝、分层及掉边剥落、裂缝、分层及掉边等等现象，现象，再烘干至恒重，并称再烘干至恒重，并称其质量。其质量。冻融次数规定：在严寒地区（最冷月的月平均气温低于冻融次数规定：在严寒地区（最冷月的月平均气温低于 -15-15）为）为2525次；在寒冷地区（最冷月的月平均气温低于次；在寒冷地区（最冷月的月平均气温低于-15-15 -5-5）为）为1515次。次。第24页/共103页 a.质量损失率和抗冻系数 fr 试件冻融后的质量损失率和耐冻系数，；试验前烘干

19、试件的质量，；试验后烘干试件的质量，。R2 经冻融循环后的试件饱水抗压强度，MPa；R1 未经冻融试验的试件饱水抗压强度，MPa。第25页/共103页公路工程，一般要求石料的耐冻系数大于0.75；质量损失率不大于。同时，试件应无明显缺损（包括剥落、裂缝和边角损坏等情况）。桥梁工程石料，对一月份平均气温低于-10的地区，要进行抗冻性试验。第26页/共103页 ）硫酸钠坚固性法 将试件烘干后置于饱和硫酸钠溶液中20h后，再放入105110的烘箱中4h，完成第一个循环，待试样冷却后再开始第二个循环，浸泡和烘干时间变为4h，完成5次循环后，看试件是否破坏，将试件洗净烘干至恒重，称其质量，算出质量损失率

20、。吸水率大于吸水率大于5 5时，时，石料的抗冻性变差石料的抗冻性变差。第27页/共103页 试验原理：硫酸钠饱和溶液浸入石料孔隙后，经烘干，硫酸钠结晶同时体积发生膨胀，产生有如水结冻相似的作用，使石料孔隙周壁受到张应力，经过多次循环，引起石料破坏。无条件做抗冻性无条件做抗冻性时时，可采用此法，可采用此法第28页/共103页表表1-11-1桥涵用石料抗冻性指标桥涵用石料抗冻性指标结构物部位冻融循环次数大、中桥小桥及涵洞镶面的或表面层的石料5025第29页/共103页三、石料的力学性质三、石料的力学性质 抗压强度抗压强度 （）公路工程（）公路工程 一般仅采用单轴抗压强度试验，每组一般仅采用单轴抗压

21、强度试验，每组6 6个试件。个试件。a a、建筑地基采用圆柱体试件，直径为、建筑地基采用圆柱体试件，直径为50mm2mm50mm2mm、高、高/径径=2=2。b b、桥梁工程采用立方体试件，边长为、桥梁工程采用立方体试件，边长为70mm2mm70mm2mm。c c、路面工程采用圆柱体或立方体试件，其直径或边长和高均、路面工程采用圆柱体或立方体试件，其直径或边长和高均为为50mm2mm50mm2mm。注：作边坡验算要进行三轴抗压强度试验非标准圆柱体试件，测得抗压强度值按右式转换第30页/共103页 公式：式中：fsc 石料的抗压强度，MPa；Fmax试件极限破坏时的荷载，N；试件的截面积，mm。

22、第31页/共103页 （）桥梁工程 桥用石料以抗压强度为基准，其他力学指标（如抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度等）一般可采用与抗压强度的大约比值。抗压强度试验是采用边长为702mm的正方体试件，经吸水饱和后，进行单轴抗压强度试验。公式：第32页/共103页影响石料抗压强度的主要因素：材料的组成孔 隙 率 含 水 率 温 度试件尺寸 加荷速度强度强度强度第33页/共103页 、磨耗率 石料的磨耗率是指石料抵抗冲击、剪力和摩擦等联合作用的能力，可采用洛杉矶试验法或狄法尔试验法测定，以质量损失百分率来评价。第34页/共103页 a.洛杉矶磨耗试验法 采用洛杉矶（或搁板）式磨耗试验机。是将石料试样洗净烘干

23、，称出标准规定的级配石料，连同钢球一起放在洛杉矶磨耗机，以3033/min的转速转动500转后。过2mm圆孔筛或1.7mm方孔筛，将筛子上的试样洗净烘干，称其质量。计算出质量损失百分率。公式：第35页/共103页 b.狄法尔试验法 将石料破碎后过筛，选出5075mm的试样502块，共约5kg，分两份，分别洗净烘干，装入狄法尔磨耗机的两圆筒中，以3033r/min的转速转动10000转，通过2mm筛孔（碎石)或2.5mm筛孔（砾石），计算质量损失百分率。第36页/共103页 两种方法的比较：两种方法的比较：狄法尔法采用狄法尔法采用单一粒径单一粒径，而洛杉矶法采用，而洛杉矶法采用不同的级配不同的级

24、配，更能反映实际情况，所，更能反映实际情况，所以一般以以一般以洛杉矶试验法为准洛杉矶试验法为准。注：这两种方法与道路实际经受的磨耗还有很大差别。需用的道瑞法进一步验证。注：这两种方法与道路实际经受的磨耗还有很大差别。需用的道瑞法进一步验证。第37页/共103页四、化学性质四、化学性质 化化学学性性质质：石石料料的的矿矿物物组组分分与与周周围围物物质质进进行行化化学学反反应应或或在外界物质影响下保持其组成结构稳定的能力。在外界物质影响下保持其组成结构稳定的能力。52%65%65%：酸性石料酸性石料 与沥青与沥青粘附性差粘附性差为保证沥青混合料的强度，应优先考虑采用碱性岩为保证沥青混合料的强度，应

25、优先考虑采用碱性岩石，当必须采用石，当必须采用酸性酸性岩石时，可掺加岩石时，可掺加抗剥剂抗剥剂以提高沥青以提高沥青与岩石的粘附性。与岩石的粘附性。第38页/共103页 沥青与石料的粘附性沥青与石料的粘附性（1 1）粘附机理（见图）粘附机理（见图3.83.8）润湿理论润湿理论W=sb+bw-swsb-sw-bwcos=0sb=sw+bwcosW=bw(1+cos)沥青的性质：沥青的稠度、沥青中极性物质含量（如沥青酸和及其酸酐）。随着沥青的稠度和沥青酸含量增加，沥青与石料粘附性增强。第39页/共103页沥青与矿料在界面上的交互作用沥青与矿料在界面上的交互作用 沥青与矿料界面交互作用示意图沥青与矿料

26、界面交互作用示意图第40页/共103页 沥青与石料的粘附性沥青与石料的粘附性（2 2）粘附性评价方法）粘附性评价方法 水煮法水煮法和和水浸法水浸法根据最大粒径决定根据最大粒径决定（3 3）石料的技术标准）石料的技术标准第41页/共103页1 1集料分类集料分类（1）来源：天然砂、人工砂、卵石、碎石、工业冶金矿渣。（2）加工过程：卵石（又称砾石）和碎石；（3）粒径：粗集料和细集料2 2粗细集料粒径的界限粗细集料粒径的界限 4.75mm为粗集料 4.75mm为细集料。3.4 集料的技术性质 第42页/共103页 3 3最大粒径最大粒径 （1）集料最大粒径：指集料全部通过的最小标准筛筛孔尺寸。（2）

27、集料公称最大粒径:指集料有10%筛余的最小标准筛筛孔尺寸。工程中所指的最大粒径工程中所指的最大粒径一般指公称最大粒径一般指公称最大粒径第43页/共103页集料结构示意图集料结构示意图集料体积与质量关系示意图空隙开口孔隙闭口孔隙矿质实体VvViVnVsVoVmomsM第44页/共103页1.1.物理常数物理常数（1）表观密度(视密度)：在规定条件（1055)下烘干至恒重，单位表观体积的质量。式中：a集料的表观密度（g/cm3）；ms集料矿质实体的质量（g）；Vs集料矿质实体的体积（cm3）；Vn集料闭口孔隙的体积（cm3）。矿质实体+闭口孔隙第45页/共103页（2）毛体积密度h 定义：集料在规

28、定的条件下，单位毛体积的质量。式中：h 集料的毛体积密度（g/cm3）；ms集料矿质实体的质量（g）；Vs集料矿质实体的体积（cm3）;Vi、Vn集料开、闭口孔隙的体积（cm3）;矿质实体矿质实体+开口开口+闭口孔隙闭口孔隙第46页/共103页测定方法：测定方法：a a（静水天平法）（静水天平法）：将已知质量的干燥粗集料装在：将已知质量的干燥粗集料装在金属吊篮中浸水金属吊篮中浸水24h24h，使之吸水饱和，然后在静水天，使之吸水饱和，然后在静水天平上称出粗集料在水中的质量，按排水法可计算出包平上称出粗集料在水中的质量，按排水法可计算出包括闭口孔隙在内的体积。括闭口孔隙在内的体积。h h：将已知

29、质量的干燥集料经：将已知质量的干燥集料经24h24h饱水后，用湿毛巾饱水后，用湿毛巾擦干而求得饱和面干质量，然后用排水法求得在水中擦干而求得饱和面干质量，然后用排水法求得在水中的质量，按此测得集料质量和饱和面干体积。的质量，按此测得集料质量和饱和面干体积。第47页/共103页3）堆积密度：指烘干集料颗粒之间单位填充体积的质量。式中：集料的堆积密度（g/cm3）；ms集料矿质实体的质量（g）；Vs集料矿质实体的体积（cm3）；Vn集料闭口孔隙的体积（cm3）；Vi集料开口孔隙的体积（cm3）；VV集料空隙的体积（cm3）。测定方法：容积升（容量筒）矿质实体矿质实体+开开/闭口孔闭口孔隙隙+颗粒间

30、的空隙颗粒间的空隙第48页/共103页堆积密度分为堆积密度分为自然堆积密度自然堆积密度，震实密度震实密度和和捣实密度捣实密度。自然堆积密度（又称松装密度）：以自由落入方式堆积所测自然堆积密度（又称松装密度）：以自由落入方式堆积所测的密度。的密度。震实密度：将集料分三层装入，在容器底部放一根直径震实密度：将集料分三层装入，在容器底部放一根直径25mm25mm的钢筋（每次钢筋的位置垂直），每装一层，将容器左右交的钢筋（每次钢筋的位置垂直），每装一层，将容器左右交替颠击地面替颠击地面2525下。（水泥混凝土下。（水泥混凝土)捣实密度：将集料分装三层，每层用捣棒捣捣实密度：将集料分装三层，每层用捣棒捣

31、2525下。下。(沥青混沥青混合料）合料）第49页/共103页（2 2）空隙率）空隙率 定义：集料在自然堆积下空隙的体积（或紧密堆积）占总体积的百分率。反映集料颗粒间相互填充程度。式中：式中：集料的堆积密度或紧装密度（集料的堆积密度或紧装密度（g/cmg/cm3 3）；）；a a集料的表观密度（集料的表观密度（g/cmg/cm3 3）；）；V Vi i集料开口孔隙的体积（集料开口孔隙的体积（cmcm3 3）；）；V VV V集料空隙的体积（集料空隙的体积（cmcm3 3）；）；V V集料的总体积（集料的总体积（cmcm3 3）。）。第50页/共103页（3 3）粗集料骨架间隙率）粗集料骨架间隙

32、率 定义：指粗集料在捣实状态下颗粒间的空隙体积所占的百分率。用来确定混合料中细集料和结合料的数量，评价集料的骨架结构。c粗集料的堆积密度（g/cm3），b粗集料的毛体积密度（g/cm3）；第51页/共103页4.4.含泥量和泥块含量含泥量和泥块含量（1）含泥量与石粉含量 含泥量指集料中粒径小于0.075mm的颗粒含量；石粉含量指人工砂中小于0.075mm的颗粒含量。利用筛洗法，按照（3.24）式计算a)砂当量SE（JTJ 058 T0344-1994）用于测定细集料中所含粘土及杂质含量，判断集料的洁净程度。b)甲基蓝MB值用于判别人工砂中小于0.075mm颗粒含量主要是泥土还是石粉第52页/共

33、103页（2 2）泥块含量）泥块含量泥块含量指粗集料中原尺寸大于4.75mm（细集料中1.18 mm），但经水浸洗手捏后小于2.36mm(细集料中0.6mm)的颗粒含量.按照(3.26)计算集料中的泥块主要以三种类型存在：由纯泥组成的团块；由砂、石屑与泥组成的团快；包裹在集料颗粒表面的泥。第53页/共103页二二.力学性质力学性质 1、粗集料压碎性：集料在连续 荷载下，抵抗压碎的能力。用压碎值表示。沥青路面用粗集料的压碎值 将9.5mm13.2mm集料试样3kg，三层装入三层装入（每层捣实25下）压碎值测定仪的钢质圆筒内，放在压力机上，在10min内均匀地加荷至400kN，稳压5s然后卸载，称

34、其通过2.36mm的筛余质量。压碎指标仪压碎指标仪压碎指标仪压碎指标仪第54页/共103页 水泥混凝土用粗集料的压碎值水泥混凝土用粗集料的压碎值 将将9.5mm9.5mm19.5mm19.5mm集料试样集料试样3kg3kg，两层装入两层装入（每层颠击25次）压碎值测定仪的钢质圆筒内，放在压力机上，在压碎值测定仪的钢质圆筒内，放在压力机上，在3min3min5min5min均匀地加荷至均匀地加荷至200kN200kN，稳定荷载，稳定荷载5s5s，称其通过，称其通过2.36mm2.36mm的筛余质量。的筛余质量。式中：式中：m m1 1-试验后筛余的试样质量。试验后筛余的试样质量。m m0 0-试

35、验前试样质量。试验前试样质量。第55页/共103页 2、粗集料磨光值（粗集料磨光值（PSVPSV）经经过过一一段段时时间间的的车车辆辆荷荷载载作作用用后后，公公路路最最后后向向汽汽车车提提供供抗抗滑滑能能力力是是以以粗粗集集料料为为主主。所所以以，必必须须检检测测粗集料磨光值。粗集料磨光值。粗粗集集料料磨磨光光值值反反映映集集料料抵抵抗抗轮轮胎胎磨磨光光作作用用的的能能力力即即抗滑性抗滑性，以石料被磨光后的磨擦系数表示。，以石料被磨光后的磨擦系数表示。第56页/共103页摆式摩擦系数测定仪 取取9.5mm-13.2mm9.5mm-13.2mm的的干干燥燥石石料料颗颗粒粒单单层层紧紧密密并并排排

36、列列在在试试模模中中，用用环环氧氧树树脂脂砂砂浆浆固固定定，制制成成试试件件，经经养养护护拆拆模模，安安装装在在道道路路轮轮上上，按按照照规规定定先先用用3030号号金金刚刚砂砂对对试试件件磨磨蚀蚀3h3h，再再用用280280号号金金刚刚砂砂磨磨蚀蚀3h3h，然然后后用用摆摆式式摩摩擦擦系系数数测测定定仪仪测测定定试试件件的摩擦系数的摩擦系数PSVPSVrara PSV PSVPSVPSVrara4949PSVPSVbrabra PSV PSVbrabra试件未打磨时的摩擦系数试件未打磨时的摩擦系数 粗集料磨光值愈高，表示其粗集料粗集料磨光值愈高，表示其粗集料 在车轮作用下其在车轮作用下其抗

37、滑性抗滑性愈好。愈好。高速公路、一级公路高速公路、一级公路PSV42PSV42，其它公路其它公路PSV35PSV35。第57页/共103页 3 3）集料冲击值（）集料冲击值（LSVLSV）：）：反映集料抵抗多次反映集料抵抗多次重复荷载重复荷载作用的能力（抗冲击韧性），可作用的能力（抗冲击韧性），可采用冲击试验仪测定。采用冲击试验仪测定。粗集料冲击值试验用以测定粗集料冲击值试验用以测定路面路面用粗集料抗冲击的性能，以用粗集料抗冲击的性能，以击碎后小于击碎后小于2.36mm2.36mm部分的质量百分率表示。部分的质量百分率表示。第58页/共103页 冲击试验冲击试验 选取选取9.5mm-13.2m

38、m9.5mm-13.2mm的集料试样，分三层装于冲击值试验仪的盛的集料试样，分三层装于冲击值试验仪的盛样器中，每层用捣杆捣实样器中，每层用捣杆捣实2525次使其初步压实，然后用质量为次使其初步压实，然后用质量为（13.750.0513.750.05）kgkg冲击锤，沿导杆自冲击锤，沿导杆自380mm5mm380mm5mm处处自由落下锤击自由落下锤击集料，集料，并连续锤击并连续锤击1515次，最后将试验后的集料在次，最后将试验后的集料在2.36mm2.36mm的筛上筛分的筛上筛分并称量。冲击值：并称量。冲击值：式中：式中：LSV-LSV-粗集料的冲击值（粗集料的冲击值（%）;m-m-试样总质量（

39、试样总质量（g g）；）；m m1 1-试验后通过试验后通过2.36mm2.36mm的试样质量（的试样质量（g g）。第59页/共103页4 4）集料磨耗值（）集料磨耗值（AAVAAV）用于评定抗滑表层的集料抵抗车轮用于评定抗滑表层的集料抵抗车轮撞击及磨耗撞击及磨耗的能力。的能力。将圆孔筛粒径为将圆孔筛粒径为10mm10mm15mm15mm（或方孔筛为（或方孔筛为9.5mm9.5mm13.2mm13.2mm）的集料单层紧密排列，用环氧树脂砂浆固定，养护）的集料单层紧密排列，用环氧树脂砂浆固定，养护2424后，然后用道瑞磨耗机以后，然后用道瑞磨耗机以282830r/min30r/min的转速磨的

40、转速磨500500圈圈,测出试验测出试验前后的质量损失，粗集料磨耗值按下式计算前后的质量损失，粗集料磨耗值按下式计算 式中：式中：AAV-AAV-集料道瑞磨耗值集料道瑞磨耗值,m m1 1-磨耗前试验件的质量（磨耗前试验件的质量（g g）,m m2 2-磨耗后试件的质量（磨耗后试件的质量（g g）,s s-集料表干密度集料表干密度（g/cmg/cm3 3）。）。第60页/共103页 粗集料磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈高。高速公路、一级公路抗滑层AAV14，其它公路AAV16。第61页/共103页三.集料的技术性质技术指标高速公路、一级公路、城市快速路、主干道其它等级公路与城市道路表面层其它层次

41、石料压碎值(%)252830洛杉矶磨耗率(%)283040视密度(kg/m3)260025002450吸水率(%)2.03.03.0坚固性(%)1212软石含量(%)1559.5mm1218粒径0.3mm)（）12砂当量（）6050第63页/共103页 一、集料的级配一、集料的级配 1 1集料级配的表示方法集料级配的表示方法（1）筛分试验 采用标准套筛对集料进行过筛分析，以确定集料粗细颗粒的分布,即级配,就是所谓筛分试验。以细集料的筛分为例：筛分试验：称量500g砂样过筛，称量筛子上残余的砂，计算出分计筛余、累计筛余、通过百分率。分计筛余、累计筛余、通过百分率。3.5 集料的级配与级配理论第6

42、4页/共103页振筛机标准筛标准筛 标准方筛孔标准方筛孔为：为：70mm70mm、63mm63mm、53mm53mm、37.5mm37.5mm、31.5mm31.5mm、26.5mm26.5mm、19mm19mm、16mm16mm、13.2mm13.2mm、9.5mm9.5mm、4.75mm4.75mm、2.36mm2.36mm、1.18mm1.18mm、0.6mm0.6mm、0.3mm0.3mm、0.15mm0.15mm和和0.075mm0.075mm。第65页/共103页（2 2）级配参数）级配参数 ）分计筛余）分计筛余a ai i（%）：某号筛上的筛余量占试样总质量的百分：某号筛上的筛余

43、量占试样总质量的百分率。率。）累计筛余）累计筛余A Ai i（%）：某号筛的分计筛余和大于某号筛的各筛：某号筛的分计筛余和大于某号筛的各筛分计筛余的总和。分计筛余的总和。）通过百分率）通过百分率P Pi i（%）：通过某号筛的质量占试样总质量的百：通过某号筛的质量占试样总质量的百分率，即分率，即100100与某号筛的累计筛余之差。与某号筛的累计筛余之差。第66页/共103页 （2）细集料的细度模数 细度模数是用于评价细集料粗细程度的指标粗砂：粗砂：f=3.7=3.73.13.1；中砂：中砂：f=3.0=3.02.32.3；细砂：细砂：f=2.2=2.21.61.6。细度模数越大，砂越粗细度模数

44、越大，砂越粗。第67页/共103页例题1-1某砂样筛分结果如下表，请填满下表并求该砂的细度模数并判断该砂属于哪一类砂（干筛法）。筛孔尺寸di（mm）4.752.361.180.600.300.150.15存留量mi（g）40.590.080.5154.0100.528.55.5分计筛余ai（%）8.118.016.130.920.15.71.1累计筛余Ai（%）8.126.142.273.193.298.9100.0通过百分率Pi（%）91.973.957.826.96.81.10第68页/共103页属于粗砂第69页/共103页 级配曲线的绘制 通过百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标绘制而成的

45、曲线。问题：由于筛孔尺寸大致以问题：由于筛孔尺寸大致以1/21/2递减，横坐标的位置前密后疏，图形很混乱。递减，横坐标的位置前密后疏，图形很混乱。取对数坐标作为横坐标，可使大部分等间距排列取对数坐标作为横坐标，可使大部分等间距排列（3 3）级配曲线）级配曲线第70页/共103页图1-3 集料级配曲线示意图a）常数坐标；b）半对数坐标第71页/共103页 级配类型级配类型:连续、间断、连续开级配连续、间断、连续开级配a a、连续级配：矿料的颗粒由、连续级配：矿料的颗粒由大到小连续分布大到小连续分布，每一级都占，每一级都占有适当的比例。有适当的比例。b b、间断级配：在矿料颗粒分布的整个区间里，从

46、中间剔除、间断级配：在矿料颗粒分布的整个区间里，从中间剔除一个或连续几个粒级，形成一种一个或连续几个粒级，形成一种不连续不连续的级配。的级配。c c、连续开级配、连续开级配：整个矿料颗粒分布范围较窄，从最大粒径：整个矿料颗粒分布范围较窄，从最大粒径到最小粒径到最小粒径仅在几个粒级上以连续的形式仅在几个粒级上以连续的形式出现。出现。第72页/共103页第73页/共103页集料的级配对于矿料性能的影响 a a、集料级配差，骨架空隙率大，填充所用的结集料级配差，骨架空隙率大，填充所用的结合料越多。合料越多。b b、各级集料颗粒能互相嵌锁，则集料颗粒间具、各级集料颗粒能互相嵌锁，则集料颗粒间具有较大的

47、内摩擦力。有较大的内摩擦力。c c、接近球形或立方体的颗粒堆积密实度高；当、接近球形或立方体的颗粒堆积密实度高；当扁平、细长颗粒多时，骨架空隙率增加。扁平、细长颗粒多时，骨架空隙率增加。第74页/共103页 级配优良的标准：级配优良的标准：a a、空隙率最小：不同粒径的各级矿质集料按一定比、空隙率最小：不同粒径的各级矿质集料按一定比例搭配，使其组成一种具有例搭配，使其组成一种具有最大密实度最大密实度（即最小空隙（即最小空隙率）的矿质混合料。率）的矿质混合料。b b、最大摩擦力：各级矿质集料在进行比例搭配时，、最大摩擦力：各级矿质集料在进行比例搭配时，应使各级集料应使各级集料排列紧密排列紧密，形

48、成一个多级空间骨架结构，形成一个多级空间骨架结构且具有最大的摩擦力。且具有最大的摩擦力。第75页/共103页二、级配理论（）（富勒）.uller理论 “级配曲线愈接近抛物线时，则其密度愈大”，因此，当级配曲线为抛物线时为最大密度曲线。P通过率 d筛孔尺寸 K统计参数 当（集料最大粒径）时，P100，则：T第76页/共103页（）（泰波）（）（泰波）.albalalbal理论理论实际矿料的级配应允许有一定的波动范围，故将富勒最大密实际矿料的级配应允许有一定的波动范围，故将富勒最大密度曲线应改为度曲线应改为n n次幂的通式，即次幂的通式，即 当当1/21/2时为抛物线，即富勒曲线。时为抛物线，即富

49、勒曲线。当当0.450.45时，沥青混合料密度最大。时，沥青混合料密度最大。0.25-0.450.25-0.45时，水泥混凝土施工性能好。时，水泥混凝土施工性能好。0.3-0.70.3-0.7常用范围，可得级配的上限和下限。常用范围，可得级配的上限和下限。泰波理论可用来解决连续级配的级配范围问题，故具有很大泰波理论可用来解决连续级配的级配范围问题，故具有很大的实用意义。的实用意义。第77页/共103页不同不同n n幂的级配曲线幂的级配曲线 第78页/共103页（3 3）k k法法第79页/共103页 三、魏茅斯粒子干涉理论 颗粒之间的空隙，应由次小一级颗粒所填充；其余空颗粒之间的空隙，应由次小

50、一级颗粒所填充；其余空隙由再次级小颗粒所填充，但填隙的颗粒不得大于其间隙之隙由再次级小颗粒所填充，但填隙的颗粒不得大于其间隙之距离，否则大小颗粒粒子之间势必发生干涉现象。因此，大距离，否则大小颗粒粒子之间势必发生干涉现象。因此，大小粒子之间应按一定数量分配，并从临界干涉的情况下可导小粒子之间应按一定数量分配，并从临界干涉的情况下可导出前分级粒度的间距计算公式：出前分级粒度的间距计算公式：t t t t-前粒级的间隙（等于次粒级的粒径前粒级的间隙（等于次粒级的粒径前粒级的间隙（等于次粒级的粒径前粒级的间隙（等于次粒级的粒径d d d d）D D D D-前粒级的粒径前粒级的粒径前粒级的粒径前粒级