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1、1.2砂石材料的技术性能石料的技术性质物理性质物理常数吸水性抗冻性第1页/共49页石料的技术性质1）物理常数图1-1石料体积组成示意图密度：真实密度（真实体积vs矿物实体体积）表观密度（表观体积vsvn含闭口孔隙）毛体积密度(毛体积vs+vn+vi闭口与开口孔隙)孔隙率：第2页/共49页石料体积组成示意图m0VnMmSViVsVV0开口孔隙闭口孔隙矿物实体第3页/共49页2）吸水性：材料吸入水分的能力吸水率：常温（202）、标准大气压（101.325kPa)饱水率：常温、真空抽气（2.67kPa）第4页/共49页3）抗冻性：石料在水饱和状态下，能经受反复冻融而不破坏，并不严重降低强度的能力直接
2、冻融法（冻融循环试验：-15冰冻4h常温融解）循循环环若若干干次次(15、25、50次次)质量损失强度损失：强度降低不大于25，耐冻系数0.75坚固性法（硫酸钠Na2SO4结晶、体积涨大）第5页/共49页力学性质1）抗压强度道路试件:505050mm立方体50H50mm的圆柱体图1-2石料抗压强度试件桥梁试件:200200200mm立方体第6页/共49页图1-2 石料抗压强度试件影响石料抗压强度的因影响石料抗压强度的因素：素：内因：材料的矿物成分内因：材料的矿物成分 结构和构造结构和构造外因：试件尺寸外因：试件尺寸 加荷速率加荷速率 湿度等湿度等第7页/共49页2)磨耗率搁板式（洛杉矶法）:试
3、样为5000g有级配的集料，加入钢球12个48mm，5000g。转速3033r/min，转500转图1-4搁板式磨耗仪双筒式（狄法尔法）:50块石料（5075mm），质量5000g左右，转速3033r/min，转10,000转（5.55.0h）图1-3双筒式磨耗仪磨耗率计算公式：式中：式中：m2试验后试验后2mm筛上烘干石料试样质量；筛上烘干石料试样质量；m1试验前烘干石料试样质量。试验前烘干石料试样质量。第8页/共49页图1-3 双筒式磨耗仪示意图 耗时长达耗时长达5h以上以上 试件尺寸单一（试件尺寸单一（5075mm），与路用实际情况不符），与路用实际情况不符合合 石料间相互作用，不同性质
4、石料的磨耗率相差不大石料间相互作用，不同性质石料的磨耗率相差不大第9页/共49页图1-4 搁板式磨耗仪示意图 省时：省时：15min左右左右 使石料受到更严峻的冲击、使石料受到更严峻的冲击、剪切、摩擦作用，石料级差剪切、摩擦作用，石料级差大大 试样级配较符合路用状况试样级配较符合路用状况第10页/共49页物理性质物理性质物理常数：密度（表观密度、毛体积密度）、空隙率吸水性：吸水率、饱水率抗冻性力学性质力学性质抗压强度：单位面积上所能承受的最大荷载磨耗率：石料抵抗撞击、剪切和摩擦综合作用的能力石料的技术性质第11页/共49页1.分类：按照成岩条件、风化程度等岩浆岩类（火成岩）石灰岩类（沉积岩）砂
5、岩与片麻岩类（变质岩）砾石岩（天然风化）2.分级指标：饱水抗压强度和磨耗率最坚强坚强中等坚强较弱软石料的技术标准第12页/共49页集料的技术性质图1-5 碎石集料 物理性质1）物理常数图1-6集料的体积组成密度：表观密度、毛体积密度、装填密度装填密度堆积（松装）密度集料按自由下落方式装样图1-7细集料堆积密度试验仪具示意图振实（紧装）密度集料振摇方式装样捣实密度集料振摇方式装样空隙率VG：集料空隙体积占集料总体积的百分比不含开口孔隙含开口孔隙颗粒之间的空间体积第13页/共49页图1-5 碎石集料不同粒径、尺寸较小的石料颗粒的集合体第14页/共49页图1-6 集料的体积组成孔隙：矿物之间的空间孔
6、隙：矿物之间的空间Vn+Vi空隙：集料颗粒之间的空间空隙：集料颗粒之间的空间Vv颗粒之间的空间体积第15页/共49页图1-7 细集料堆积密度试验仪具示意图第16页/共49页2）级配：指集料中不同尺寸颗粒的比例反映了粒径大小不同的矿质颗粒的相互搭配情况级配的几种情况筛析试验套筛圆孔筛(直径)：40、20、10、5、2.5、1.25、0.63、0.3方孔筛(边长)：13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3筛分试验参数分计筛余百分率ai：某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率累计筛余百分率Ai：等于或大于某号筛上筛余质量之和占总质量的百分率通过百分率Pi：通过某号筛的集料质量占
7、试件总质量的百分率级配曲线的绘制图1-10级配曲线制表第17页/共49页图1-8 级配的几种情况第18页/共49页筛析试验用套筛第19页/共49页图1-10 级配曲线示意图 作图：纵坐标为通过百分率作图：纵坐标为通过百分率P P()常数坐标常数坐标 横坐标为筛孔尺寸横坐标为筛孔尺寸(mm)(mm)注意：坐标单位注意：坐标单位 注明不同曲线意义注明不同曲线意义 判断集料级配是否符合要求判断集料级配是否符合要求第20页/共49页3）粗度细度模数评价砂（0.164.75mm）粗细程度细度模数粗砂：Mf 3.73.1中砂：Mf 3.02.3细砂：Mf2.21.6第21页/共49页碎石受压4）集料的颗粒
8、形状与表面特征颗粒形状：蛋圆形、棱角形、针状、片状针状：长度大于其平均粒径2.4倍的颗粒片状：厚度小于其平均粒径0.4倍的颗粒表面特征：表面的粗糙程度及孔隙特征等砾石受压第22页/共49页粗集料的力学性能压碎值：石料抵抗压碎的能力磨光值：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力磨耗值：石料抵抗磨擦、剪切的能力冲击值：石料抵抗多次连续的重复冲击荷载的能力集料的性能及评价指标物理性质物理性质物理常数：密度、空隙率吸水性：吸水率、饱水率抗冻性第23页/共49页1）压碎值：石料抵抗压碎的能力压碎指标值（适用于水泥混凝土用集料）图1-11压碎值测试仪具尺寸图压碎值（沥青混合料用集料）图1-12压碎值测
9、试仪式中：m0试验前风干试件的质量 m1试验后2.36mm筛上集料质量粗集料力学性质第24页/共49页压碎指标值测试仪具尺寸图1020mm集料分二层夯实，在集料分二层夯实，在35min加荷至加荷至Pmax=200kN，恒压，恒压5s后，脱膜后过后，脱膜后过2.36mm筛筛试验集料第25页/共49页压碎值测试仪将将1216mm碎石分三层夯实，在碎石分三层夯实，在010min加压加压至至400kN，立即卸载，过，立即卸载，过2.36mm筛筛试验集料容器第26页/共49页2)磨光值：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力图1-13磨光值3)磨耗值：石料抵抗磨擦、剪切的能力道瑞Dorry（英国）磨
10、耗仪式中：式中：m1磨耗前的试件质量（磨耗前的试件质量（g）m2磨耗后的试件质量（磨耗后的试件质量（g）t集料的饱和面干密度集料的饱和面干密度4）冲击值：石料抵抗多次连续的重复冲击荷载的能力冲击值仪式中：式中：m0冲击前试样质量；冲击前试样质量；m1冲击后粒径小于冲击后粒径小于2.36mm集料试样质量集料试样质量第27页/共49页磨光机磨光值试件试件试件（金刚砂），经（金刚砂），经6h磨光后，磨光后，用摆式仪测摩擦系数（用摆式仪测摩擦系数（BPN）磨光磨光值值第28页/共49页图1-15道瑞 Dorry（英国）磨耗仪第29页/共49页图1-16 冲击值仪1015mm集料，集料，1kg分三次夯实
11、。分三次夯实。冲击锤至冲击锤至3805mm处自由落下，重复处自由落下，重复15次。次。将受冲击后的集料过筛（将受冲击后的集料过筛（2.36mm），称重。），称重。第30页/共49页1.4 矿质混合料的组成设计v 矿质混合料的级配理论v 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计第31页/共49页1.4 矿质混合料的组成设计矿质混合料的级配理论级配研究意义：级配研究意义：探讨级配对集料性能探讨级配对集料性能密度和内摩阻力的影响密度和内摩阻力的影响 最小空隙率：达到最大密实度 最大摩阻力：*增加集料的稳定性和强度；*互相嵌紧、互不干涉，紧密多级空间网络骨架结构。第32页/共49页级配曲线类型图1-1
12、7 级配类型示意图 1）连续级配：级配曲线光滑，每一种尺寸的集料都有 2）间断级配：剔除一个或几个分级，曲线形成折线形 3）单粒径：第33页/共49页 图1-17 级配类型示意图 单粒径第34页/共49页典型的级配理论连续级配1）最大密度曲线富勒理论p2=kd当d=D时，p=1001002=kD式中：d 欲计算通过百分率的粒径D矿质混合料最大粒径2）级配范围曲线泰波公式（最大密度曲线n幂公式）式中：n级配指数第35页/共49页级配范围曲线 n=0.450.5，密实度最大，密实度最大n=0.30.7，密实度尚可，密实度尚可n=0.350.45，工作性较好（工艺性，工作性较好（工艺性能）能）第36
13、页/共49页Superpave级配要求控制点禁区禁区控制点n=0.45第37页/共49页矿质混合料的组成设计目的：确定矿质混合料中各档集料的比例已知条件：各档集料级配Pd设计级配范围Pd方法：数解法图解法第38页/共49页矿质混合料的组成设计数解法试算法需要根据集料的分计筛余进行计算1）基本假定某一粒径的颗粒由一种集料提供，其它集料中不含此粒径的颗粒该粒径的颗粒在该集料中是占优势的第39页/共49页2）计算过程已知：集料混合料准备工作：PiAiai;参数参数集料集料A集料集料B集料集料C混合料混合料M筛孔筛孔i的分计筛余的分计筛余/%aA(i)aB(i)aC(i)aM(i)在混合料中的比例在混
14、合料中的比例/%XYZ100计算方程：XYZ100(1)d=i时：X.aA(i)+Y.aB(i)+Z.aC(i)aM(i)(2)ABCM+第40页/共49页确定各集料用量步骤：计算A集料在矿质混合料中的用量X确定确定A集料中占优势含量的粒径：集料中占优势含量的粒径：由表 A集料中含量占优势粒径i=4.75mm:aA(4.75)=49.9%忽略其它集料在此粒径含量忽略其它集料在此粒径含量 aB(i)=0、aC(i)=0，代入式（1）A集料用量X为：第41页/共49页步骤：计算C集料在矿质混合料中的用量Z确定确定C料中占优势的粒径料中占优势的粒径由表C集料中含量占优势粒径为:j0.075mm aZ
15、(0.075mm)=85.3%忽略忽略A、C集料同一粒径含量集料同一粒径含量:aA(j)=0、aB(j)=0 C料用量Z为：步骤：计算B集料在矿质混合料中的用量Y由公式(2)：Y100(XZ）100(42.17.0）50.9%第42页/共49页校核调整计算合成矿质混合料的通过百分率PM(i)合成级配 X.PA(i)+Y.PB(i)+Z.PC(i)PM(i)要求：合成级配aM(i)或PM(i)应在规定的级配范围内调整配合比后还应重新进行校核，直至符合要求为止经调整后仍不能满足级配要求时，可掺加单粒级集料或调换集料第43页/共49页筛孔尺寸筛孔尺寸di（mm）集料集料A集料集料B集料集料C碎石分计
16、筛余碎石分计筛余aA(i)（%）石屑分计筛余石屑分计筛余aB(i)（%）矿粉分计筛余矿粉分计筛余 aC(i)（%）13.20.89.543.64.7549.92.364.42.01.181.322.60.623.70.318.40.1513.04.00.07510.910.70.0759.585.3所选择的粒径应在该集料中占有较大的优势所选择的粒径应在该集料中占有较大的优势所选择的粒径应在该集料中占有较大的优势所选择的粒径应在该集料中占有较大的优势第44页/共49页第45页/共49页图解法修正平衡面积法按通过百分率计算并制图1）绘制图解法坐标图计算设计级配范围中值见表绘制图框并作对角线（为设计
17、级配中值）确定纵坐标：通过百分率（）算术坐标确定横坐标：根据设计级配中值，Pd，确定筛孔尺寸位置将各种集料的级配（通过量）绘在图中见图2）确定各集料的用量作图原则3）合成级配的校核与调整计算合成级配：Pm(i)=Pj(i)Xj调整：合成级配曲线应尽可能光滑靠近级配范围中值线第46页/共49页筛孔尺寸筛孔尺寸(mm)16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075级配范围级配范围(mm)1009510070884868365324411830122281648级配中值级配中值(mm)100987957453324171269879574533241260.0759.513.24.752.360.61.180.30.15第47页/共49页图解法用图 相叠等分纵距：两相邻级配曲线头尾重叠相叠等分纵距：两相邻级配曲线头尾重叠a=a相接重线连分；两相邻级配曲线头尾相离相接重线连分；两相邻级配曲线头尾相离相离等分平距：两相邻级配曲线头尾相分相离等分平距：两相邻级配曲线头尾相分b=bX（A用量）W（D用量）Z（C用量）Y（B用量）第48页/共49页感谢您的观看！第49页/共49页