第1章 石料和集料

1、道路建筑材料道路建筑材料1第一章第一章 砂石材料（石料与集料）砂石材料（石料与集料）2主要内容主要内容第一节 石料1.1第二节 集料1.2第三节 矿质混合料组成设计1.33第一节第一节 石料石料41.1.1 1.1.1 石料石料引言引言n石料定义：石料定义：是天然岩石经机械加工或者直接开采得到的具有一定形状和尺寸的石料制品。n石料是一种最古老、最原始的筑路架桥材料：5造造岩岩矿矿物物岩岩石石分分类类典典型型岩岩石石物物理理性性质质力力学学性性质质化化学学性性质质耐耐久久性性 岩石学特征岩石学特征 1.1.1 石料石料引言引言 石料主要内容石料主要内容 技术性质技术性质61.1.2 1.1.2

2、石料石料岩石学特征：造岩矿物岩石学特征：造岩矿物n造岩矿物：是具有一定化学成分和结构特性的天然化合物或单质，简称矿物。主要造岩矿物：石英、长石、云母、角闪石、方解石、白云石、石膏、黄铁矿等。n由一种或两种以上的矿物组成各类不同的岩石。n典型造岩矿物形成的岩石：多种矿物（长石、石英等）组合形成的花岗岩；单一矿物（方解石）形成的石灰石、大理石.汉白玉汉白玉 花岗岩花岗岩 71.1.2 1.1.2 石料石料岩石学特征：造岩矿物岩石学特征：造岩矿物. .不同造岩矿物由于成分和结构不同，具有不同的特征：不同造岩矿物由于成分和结构不同，具有不同的特征：n石英成分石英成分SiO2，属浅色矿物，其质地最为坚硬

3、且稳，属浅色矿物，其质地最为坚硬且稳定；定；n长石成分为结晶的铝硅酸盐，是地壳中最为丰富的长石成分为结晶的铝硅酸盐，是地壳中最为丰富的矿物，颜色偏浅多样，质地坚硬。矿物，颜色偏浅多样，质地坚硬。n云母为结晶的、片状含水铝硅酸盐，无色透明至黑云母为结晶的、片状含水铝硅酸盐，无色透明至黑色，云母具有层理结构，含量高时会降低岩石的强度；色，云母具有层理结构，含量高时会降低岩石的强度；n方解石是碳酸钙，呈白色，强度中等，易溶于含二方解石是碳酸钙，呈白色，强度中等，易溶于含二氧化碳的水中；氧化碳的水中；n白云石是结晶碳酸钙镁的复盐，呈白色或灰黑色，白云石是结晶碳酸钙镁的复盐，呈白色或灰黑色，物理性质与方

4、解石相近；物理性质与方解石相近；n角闪石是结晶的铁、镁硅酸盐，颜色暗绿、棕色或角闪石是结晶的铁、镁硅酸盐，颜色暗绿、棕色或黑色，属暗色矿物。其质地坚固，强度高，耐久，韧性黑色，属暗色矿物。其质地坚固，强度高，耐久，韧性大。特征相近的有辉石和橄榄石大。特征相近的有辉石和橄榄石.石英石英长石长石云母云母方解石方解石白云石白云石角闪石角闪石81.1.2 1.1.2 石料石料岩石分类岩石分类岩岩浆浆岩岩岩岩浆浆岩岩沉沉积积岩岩沉沉积积岩岩变变质质岩岩变变质质岩岩岩石分类岩石分类 形成条件件91.1.2 1.1.2 石料石料岩石类型：岩石类型：岩浆岩n形成：形成：由火山喷发出的岩浆冷凝而形成岩石。由于喷

5、发后冷却过程的不同，由火山喷发出的岩浆冷凝而形成岩石。由于喷发后冷却过程的不同， 岩浆岩又可分成深成岩、喷出岩和火山岩三种。岩浆岩又可分成深成岩、喷出岩和火山岩三种。n岩性特点：岩性特点： 由于深成岩位于岩浆底部，冷却缓慢，形成的结构致密，具有密度大、由于深成岩位于岩浆底部，冷却缓慢，形成的结构致密，具有密度大、 力学性能好的特点；力学性能好的特点； 位于地表的喷出岩由于冷却速度较快，形成非结晶状态的玻璃质结构；位于地表的喷出岩由于冷却速度较快，形成非结晶状态的玻璃质结构； 喷向高空而急剧冷却形成的火山岩具有多孔的玻璃体构造，表现出密度喷向高空而急剧冷却形成的火山岩具有多孔的玻璃体构造，表现出

6、密度 小、质轻的特点。小、质轻的特点。n典型的岩浆岩代表：典型的岩浆岩代表：花岗岩、玄武岩、凝灰岩等。花岗岩、玄武岩、凝灰岩等。101.1.2 1.1.2 石料石料岩石类型：岩石类型：岩浆岩花岗岩花岗岩 玄武岩玄武岩 凝灰岩凝灰岩 111.1.2 1.1.2 石料石料岩石类型：岩石类型：岩浆岩花岗岩花岗岩(Granite)(Granite)：岩浆在岩浆在地表以下冷却凝固形成的地表以下冷却凝固形成的火成岩，主要成岩矿物是火成岩，主要成岩矿物是长石和石英。因长石和石英。因花岗岩具花岗岩具有质密坚硬的特点，是所有质密坚硬的特点，是所有岩石中力学性能最高的有岩石中力学性能最高的岩石种类。岩石种类。另一

7、方面，由另一方面，由于花岗岩是深成岩，常能于花岗岩是深成岩，常能形成发育良好、肉眼可辨形成发育良好、肉眼可辨的矿物颗粒，可形成众多的矿物颗粒，可形成众多花色，成为当今最具装饰花色，成为当今最具装饰效果的天然石材效果的天然石材. .花岗岩花岗岩 121.1.2 1.1.2 石料石料岩石类型：岩石类型：岩浆岩 玄武岩玄武岩(basalt)(basalt)：是一种基性喷出岩，SiO2含量变化于45%52%之间，主要成岩矿物是长石、辉石及橄榄石等。玄武岩的颜色常见多为黑色、黑褐或暗绿色。因其质地致密，体积密度为2.83.3g/cm3，比一般花岗岩、石灰岩、沙岩、页岩都大。玄武岩致密、抗压强度很高，可达

8、300MPa以上。由于同时兼顾了高强和中性偏碱性的特点，玄武岩是拌合沥青混合料的优质材料. 玄武岩玄武岩 备注：根据岩石SiO2含量，岩浆岩可分为四大类：超基性岩：SiO245%；基性岩：SiO2=4552%；中性、碱性岩：SiO2=5265%；酸性岩：SiO265%。131.1.2 1.1.2 石料石料岩石类型：岩石类型：岩浆岩. 凝灰岩（凝灰岩（tuff）：）：是一是一种火山碎屑或火山灰聚种火山碎屑或火山灰聚集而成的岩石，成岩矿集而成的岩石，成岩矿物主要是石英和黏土。物主要是石英和黏土。其组成的火山碎屑物质其组成的火山碎屑物质50%以上是直径小于以上是直径小于2毫米的颗粒，外貌疏松毫米的颗

9、粒，外貌疏松且多孔，粗糙且有层理且多孔，粗糙且有层理，颜色多样。用途之一，颜色多样。用途之一是作为生产水泥的原料是作为生产水泥的原料. 凝灰岩凝灰岩 141.1.2 1.1.2 石料石料岩石类型：岩石类型：沉积岩 n形成：形成：由母岩（主要是岩浆岩由母岩（主要是岩浆岩、变质岩等）在地表风化剥蚀、变质岩等）在地表风化剥蚀产生的物质，经地质搬运、沉产生的物质，经地质搬运、沉积，再经硬结成岩作用后，最积，再经硬结成岩作用后，最终形成岩石。终形成岩石。n沉积岩特点：沉积岩特点：因一些沉积岩具因一些沉积岩具有层理结构而各向异性，所以有层理结构而各向异性，所以其性能表现具有方向性。密度其性能表现具有方向性

10、。密度相对较小、力学性能相对于深相对较小、力学性能相对于深成岩较差。成岩较差。n典型沉积岩代表：典型沉积岩代表：石灰岩、砂石灰岩、砂岩、页岩等。岩、页岩等。151.1.2 1.1.2 石料石料岩石类型：岩石类型：沉积岩石灰岩石灰岩 砂岩砂岩 页岩页岩 161.1.2 1.1.2 石料石料岩石类型：岩石类型：沉积岩 石灰岩（Limestone）：是以方解石矿物为主要成分的碳酸盐岩。有时含有白云石、粘土矿物和碎屑矿物。石灰岩结构有散粒、多孔和致密等类型。硬度一般，与稀盐酸反应剧烈。强度较小的石灰岩主要用作石灰、水泥的生产原料，而致密型硅质石灰岩由于有一定的硬度和强度，可用于结构体。石灰岩石灰岩 1

11、71.1.2 1.1.2 石料石料岩石类型：岩石类型：沉积岩 砂岩（砂岩（sandstone）：）：由由石英颗粒和黏土（沙粒含石英颗粒和黏土（沙粒含量超过量超过50%）组成，结构）组成，结构稳定，通常呈淡褐色或红稳定，通常呈淡褐色或红色，主要含硅、钙、黏土色，主要含硅、钙、黏土和氧化铁。砂岩的性能很和氧化铁。砂岩的性能很大程度上取决于胶结物种大程度上取决于胶结物种类，硅质砂岩致密、坚硬类，硅质砂岩致密、坚硬耐久，耐酸，性能接近于耐久，耐酸，性能接近于花岗岩，可用于各种构造花岗岩，可用于各种构造物；钙质砂岩质地较软，物；钙质砂岩质地较软，易于加工，常用来石雕制易于加工，常用来石雕制品；而粘土类砂

12、岩性能较品；而粘土类砂岩性能较差，易风化。差，易风化。砂岩砂岩 181.1.2 1.1.2 石料石料岩石类型：岩石类型：沉积岩. 页岩（页岩（Shale）：）：是一是一种典型的沉积岩，成分种典型的沉积岩，成分复杂，呈现薄页状或片复杂，呈现薄页状或片层状节理，主要是由黏层状节理，主要是由黏土沉积经压力和温度形土沉积经压力和温度形成的岩石，其中混杂有成的岩石，其中混杂有石英、长石的碎屑以及石英、长石的碎屑以及其他化学物质。由于易其他化学物质。由于易形成层间解离，硬度低形成层间解离，硬度低，抗风化能力弱，一般，抗风化能力弱，一般不用于承重结构，而作不用于承重结构，而作为生产陶粒的原料。为生产陶粒的原

13、料。页岩页岩 191.1.2 1.1.2 石料石料岩石类型：岩石类型：变质岩 n形成：形成：变质岩是岩浆岩和沉积变质岩是岩浆岩和沉积岩经过地质上的变质作用（地岩经过地质上的变质作用（地壳内部高温、高压、炽热气体壳内部高温、高压、炽热气体渗入等）而形成的岩石。渗入等）而形成的岩石。n变质岩特点：变质岩特点：不仅受原生岩石不仅受原生岩石的影响，更与变质条件和变质的影响，更与变质条件和变质程度有关。如石灰岩受到高压程度有关。如石灰岩受到高压和重结晶作用而形成大理岩、和重结晶作用而形成大理岩、由砂岩变质形成的石英岩等，由砂岩变质形成的石英岩等，都较原有岩石更加坚固耐久；都较原有岩石更加坚固耐久；而由花

14、岗岩变质形成的片麻岩而由花岗岩变质形成的片麻岩因形成片状层理结构而性能变因形成片状层理结构而性能变差。差。n典型变质岩代表：典型变质岩代表：石英岩、片石英岩、片麻岩、大理岩等。麻岩、大理岩等。201.1.2 1.1.2 石料石料岩石类型：岩石类型：变质岩石英岩石英岩 大理岩大理岩 片麻岩片麻岩 211.1.2 1.1.2 石料石料岩石类型：岩石类型：变质岩石英岩石英岩 石英岩石英岩(quartzite): 主要主要矿物为石英，含有云母矿物为石英，含有云母类矿物及赤铁矿、针铁类矿物及赤铁矿、针铁矿等。矿等。 石英岩是一种主石英岩是一种主要由石英组成的变质岩要由石英组成的变质岩（石英含量大于（石英

15、含量大于85），是石英砂岩及硅质岩，是石英砂岩及硅质岩经变质作用形成。石英经变质作用形成。石英岩结构均匀致密，强度岩结构均匀致密，强度较高，十分耐久，但因较高，十分耐久，但因硬度大，加工困难。硬度大，加工困难。221.1.2 1.1.2 石料石料岩石类型：岩石类型：变质岩 片麻岩（片麻岩（gneiss）:是一种是一种程度深变质岩，具有片麻状程度深变质岩，具有片麻状构造或条带状构造，有鳞片构造或条带状构造，有鳞片粒状变晶，主要由长石、石粒状变晶，主要由长石、石英、云母等组成，其中长石英、云母等组成，其中长石和石英含量大于和石英含量大于50%，长石，长石多于石英（如果石英多于长多于石英（如果石英多

16、于长石，就叫做石，就叫做“片岩片岩”而不再而不再是片麻岩）是片麻岩） 。其结构致密。其结构致密坚固，是良好的建筑石材。坚固，是良好的建筑石材。 片麻岩片麻岩 231.1.2 1.1.2 石料石料岩石类型：岩石类型：变质岩 大理岩（大理岩（marble）:又称大又称大理石，因在中国云南省大理理石，因在中国云南省大理县盛产这种岩石而得名。由县盛产这种岩石而得名。由碳酸盐岩经区域变质作用或碳酸盐岩经区域变质作用或接触变质作用形成。主要由接触变质作用形成。主要由方解石和白云石组成，此外方解石和白云石组成，此外含有硅灰石、滑石、透闪石含有硅灰石、滑石、透闪石、透辉石、斜长石、石英、透辉石、斜长石、石英、

17、方镁石等。具粒状变晶结构方镁石等。具粒状变晶结构，块状（有时为条带状）构，块状（有时为条带状）构造。造。 颜色丰富，白色颜色丰富，白色 （汉白玉）和灰色大理岩居（汉白玉）和灰色大理岩居多，是良好的建筑装饰材料多，是良好的建筑装饰材料。大理岩大理岩 241.1.2 1.1.2 石料：石料：小结小结n造岩矿物是构成石料的基础，不同矿物会造岩矿物是构成石料的基础，不同矿物会影响岩石各种性能；影响岩石各种性能；n岩石的形成过程是决定石料性能表现的核岩石的形成过程是决定石料性能表现的核心因素之一；心因素之一；n而岩石的结构与构造则是决定石料性能表而岩石的结构与构造则是决定石料性能表现另一核心因素现另一核

18、心因素.251.1.3 石料石料技术性质技术性质 物理性质物理性质 耐久性耐久性 力学性质力学性质 化学性质化学性质26物理性质物理性质物理常数物理常数 密度密度孔隙率孔隙率 吸水率吸水率 饱水率饱水率 吸水性吸水性1.1.3 1.1.3 石料石料技术性质：物理性质技术性质：物理性质岩石学简易鉴定岩石学简易鉴定硬度硬度271.1.3 1.1.3 石料石料物理性质：硬度物理性质：硬度n硬度定义：矿物硬度是指矿物抵抗刻划、压入或研磨能力的大小。它是矿物物理性质中比较固定的性质之一，因而也是矿物的一个重要鉴定特征；n测试方法：在矿物的肉眼鉴定工作中，通常采用刻划的方法来测定被鉴定矿物的硬度。度量时，

19、采用下列10种矿物的硬度构成的摩氏硬度计作为硬度等级标准；n实用测试方法：在实际的野外工作中，用摩氏硬度计中的矿物作为对比标准不够方便。因此，常借用指甲（硬度大于2），铜具（硬度3），小刀（硬度5-5.5）、瓷器碎片（硬度6-6.5）来代替标准硬度的矿物进行硬度鉴定。n应用案例：黄铁矿能够轻微刻伤正长石，但不能刻伤石英（这表明黄铁矿的硬度在6-7之间），而本身却能够被石英轻易刻伤（表明黄铁矿硬度在6-6.5之间）。281.1.3 1.1.3 石料石料物理性质：密度物理性质：密度n密度定义：一定条件下物体单位体积的质量；=TmVn密度的常用量纲有 g/cm3 、 g/ml、kg/L，以及kg/m

20、3，其中kg/m3与前三者相差1000倍；n由于石料上总会分布一些孔隙，而且这些孔隙还分为封闭在内部的闭口孔隙和与外部相通的开口孔隙，当这些考虑孔隙的范围不同，则密度会有不同类型. 闭口孔隙闭口孔隙 开口孔隙开口孔隙29n真实密度：单位石料实体体积（不包括开口孔隙和闭口孔隙体积在内）的石料质量。stsmV1.1.3 1.1.3 石料石料物理性质：密度物理性质：密度t：石料的真实密度，g/cm3 sm：石料矿质实体质量，g sV：石料矿质实体体积，cm3 n测试方法：密度瓶法。n课后作业：参阅公路工程岩石试验规程T 0203-2005 密度试验相关内容，掌握采用密度瓶法进行岩石密度测试的方法。n

21、思考题：岩石密度计算公式的由来。30n毛体积密度：烘干岩石矿质实体包括空隙（闭口空隙、开口空隙）体积在内的单位毛体积的质量。nh=ms/Vh=ms/(Vs+Vn+Vi)1.1.3 1.1.3 石料石料物理性质：密度物理性质：密度n测试方法：量积法、水中称量法和蜡封法。n量积法适用于能够制备成规则试件的岩石；n水中称量法适用于除遇水崩解、溶解和干缩湿胀外的岩石；n蜡封法适用于不能够用量积法及水中称量法的各类岩石。31n以水中称量法为例，介绍毛体积密度的试验步骤：n5.1 测天然密度时，应取有代表性的岩石制备试件并称量；测干密度时，将试件放人烘箱，在105-110下烘至恒量，烘干时间一般为12h-

22、24h。取出试件置于干燥器内冷却至室温后，称干试件质量。n5.2 将干试件浸人水中进行饱和，饱和方法可依岩石性质选用煮沸法或真空抽气法。试件的饱和过程和称量，应符合本规程T 0205相关条款的规定。n5.3 取出饱和浸水试件，用湿纱布擦去试件表面水分，立即称其质量。n5.4 将试样放在水中称量装置的丝网上，称取试样在水中的质量（丝网在水中质量可事先用珐码平衡）。在称量过程中，称量装置的液面应始终保持同一高度，并记下水温。n5.5 本试验称量精确至0.01g。1.1.3 1.1.3 石料石料物理性质：密度物理性质：密度n课后作业：参阅公路工程岩石试验规程T 0204-2005 毛体积密度试验相关

23、内容，掌握量积法、蜡封法。32n孔隙率：石料全部孔隙体积占整个石料体积的百分率。(不能实测，可以通过密度换算)nn=(1-h/ t )*1001.1.3 1.1.3 石料石料物理性质：密度物理性质：密度t :石料的真实密度，g/cm3 h：石料的毛体积密度（干密度），g/cm3 331.1.3 1.1.3 石料石料物理性质：吸水性物理性质：吸水性n吸水性：在规定条件下石料吸入水分的能力，该能力可采用石料的吸水率和饱和吸水率来表示：吸水率石料最大吸水质量与干燥石料质量之比。饱和吸水率在强制条件下（如煮沸、真空抽气等）石料最大吸水质量与干燥石料质量之比。n饱水系数：定义为吸水率与饱和吸水率的比值。

24、显然同一石料的饱水率大于吸水率，饱水系数在0.5-0.8。该值越大，说明常压下岩石吸水后留余的空间有限，岩石越容易被冻胀破坏，抗冻性差。n意义：通过石料的孔隙率和吸水性等性能指标，判断石料耐久性的状态.n 岩石的吸水率和饱和吸水率指标可以有效的反映岩石微裂隙发育程度，可用于判定岩石的抗冻和抗风化性能。34标准石料试块在饱水状态、单轴无侧限加载时，单位面积所能承受的最大标准石料试块在饱水状态、单轴无侧限加载时，单位面积所能承受的最大荷载荷载(R=P/A)，用来表征石料的承载能力。，用来表征石料的承载能力。路面工程用石料采用圆柱体或立方体，直径或边长及高均为路面工程用石料采用圆柱体或立方体，直径或

25、边长及高均为50mm 2mm桥梁工程用石料采用立方体，边长为桥梁工程用石料采用立方体，边长为70mm 2mm单单轴轴抗抗压压强强度度单单轴轴压压缩缩变变形形劈劈裂裂强强度度抗抗剪剪强强度度点点荷荷载载强强度度抗抗折折强强度度洛洛杉杉矶矶磨磨耗耗率率1.1.3 石料石料技术性质：力学性质技术性质：力学性质力学性质力学性质 351.1.3 石料石料技术性质：力学性质技术性质：力学性质 石料力学性质取决于内因和外因两个方面：内因主要包括石料自身的结构特点、矿物组成以及孔隙构造、裂隙分布等；外因是指检测时石料样品的几何尺寸、加载速度以及温度和湿度等。361.1.3 石料石料技术性质：其他性质技术性质：

26、其他性质耐久性耐久性抗冻性：抗冻性：饱水状态下经历多次动融循环后，以石料试块质量损失或单轴抗压强度变化所表示的性质，以质量损失率或抗冻系数表示。坚固性：坚固性：石料试块在饱和硫酸钠水溶液中反复浸泡和烘干循环之后，不发生明显破坏或强度降低的性质，是一种快速评价石料耐久性的试验指标。 化学性质化学性质酸碱性：酸碱性：根据石料化学成分中二氧化硅含量的多少，将石料划分成：酸性（SiO2 65%）、碱性石料（SiO2 52% ）以及介二者之间的中性石料。意义：意义：不同酸碱性的石料与沥青之间的粘附性有较大差别，其中碱性石料与沥青之间有较好的粘附效果，而酸性石料的粘附相对较差，用于拌合沥青混合料筑的沥青路

27、面易造成水损害.37n道路工程中哪些工程部位目前还可见到采用石料来修筑？n现有两种天然石材，其各自性能检测结果列于下表。是否可根据这些结果，判断哪种石料孔隙率更大？n讨论石料毛体积密度检测原理是什么？课堂讨论课堂讨论集料集料AB真密度（g/cm3）2.82.8毛体积密度（g/cm3）2.62.538第二节第二节 集料集料39划分界限划分界限用于水泥混凝土用于水泥混凝土(4.75mm)用于沥青混合料用于沥青混合料 (2.36mm)类型类型料源料源 天然集料天然集料：天然砂：天然砂（0.75-2mm）、砾石（、砾石（2-60mm）、卵石）、卵石(60-200mm)人工集人工集料料:碎石碎石、破碎、

28、破碎砾石或砾石或人工砂人工砂等等粒径粒径 细集料（砂）细集料（砂） 粗集料粗集料 化学成分化学成分 碱性碱性集料集料酸性酸性集料集料SiO2 含量含量65%SiO2 含量含量52%碎石碎石(crushed agg.) 集料类型集料类型砾石砾石(gravel) 碱性集料碱性集料(alkali agg.) 粗集料粗集料(coarse agg.) 细集料细集料(fine agg.) (acid agg.) 1.2.1 集料集料概述：分类概述：分类40破碎砾石破碎砾石通过对砾石（卵石）的进一步加工，达到粒径上的要求，同时使加工后的破碎砾石材料具有更好的表面粗糙性和棱角性；机制砂机制砂经过反复破碎加工，

29、使原材料粒径达到细集料尺寸的人工砂；石屑石屑是采石场加工集料过程中产生的副产品；矿粉矿粉/ /填料填料矿粉是采用碱性石灰岩加工磨细粒径大多小于0.075mm 的粉状材料，当其中掺入一些其他粉状物质，又可叫做填料. 石屑石屑矿粉或填料矿粉或填料 机制砂机制砂1.2.1 集料集料概述：其他类型概述：其他类型破碎砾石破碎砾石411.2.1 1.2.1 集料集料概述概述n标准筛标准筛用于界定集料颗粒粒径大小的套筛，各孔径形状（全部为方形）、用于界定集料颗粒粒径大小的套筛，各孔径形状（全部为方形）、 大小以及各个孔径设置有特定要求。孔径依次有（大小以及各个孔径设置有特定要求。孔径依次有（mmmm）：）：

30、 7575、6363、5353、37.537.5、31.531.5、26.526.5、1919、1616、13.213.2、9.59.5 4.754.75、2.362.36、1.181.18、0.60.6、0.30.3、0.150.15、0.0750.075； 43半刚性半刚性 基层用基层用 集料技集料技 术要求术要求 桥涵水桥涵水 泥混凝泥混凝 土用集土用集 料技术料技术 要求要求 水泥混水泥混 凝土用凝土用 集料技集料技 术要求术要求 1.2.2 1.2.2 集料集料技术性质技术性质集料技术性质集料技术性质 物物理理性性质质力力学学性性质质化化学学性性质质沥青混沥青混 合料用合料用 集料技

31、集料技 术要求术要求 集料性质及要求集料性质及要求 集料技术要求集料技术要求 441.2.2 1.2.2 集料集料技术性质技术性质：物理性质：物理性质密密度度 定义定义 体积含义体积含义 密度计算方法密度计算方法 毛毛体体积积密密度度单位单位毛体积毛体积下集料下集料的的干质量干质量 集料集料实体体积、闭口孔隙和开口实体体积、闭口孔隙和开口孔隙孔隙占据体积之和占据体积之和 表表观观密密度度单位单位表观体积表观体积下集料下集料的的干质量干质量 集料集料实体体积、闭口孔隙占据体实体体积、闭口孔隙占据体积之和积之和 表表干干密密度度 单位单位毛体积毛体积下集料的下集料的表干质量表干质量 同毛体积同毛体

32、积堆堆积积密密度度 按一定堆积方式（按一定堆积方式（自然堆积自然堆积、）得到的单位）得到的单位堆积体积下的质量堆积体积下的质量 集料实体体积、闭口和开口孔隙集料实体体积、闭口和开口孔隙体积以及颗粒之间的空隙体积之体积以及颗粒之间的空隙体积之和和 mmm烘干质量水烘干质量水中质量-mmm表干质量水表干质量水中质量-mmV筒质量筒+集料质量-容积筒体积 密密 度度wmmm烘干质量表干质量水中质量松装密度紧装密度451.2.2 1.2.2 集料集料技术性质：物理性质技术性质：物理性质n集料空隙率（集料空隙率（n）一定堆积方式下空隙体积（含开口孔一定堆积方式下空隙体积（含开口孔隙）占堆积体积的百分率。

33、隙）占堆积体积的百分率。 n(%)=(1-/a) 100 式中，式中，为集料堆积密度，为集料堆积密度，a为集料表观密度。为集料表观密度。n粗集料骨架空隙率（粗集料骨架空隙率（VCA）粗集料在捣实状态下颗粒粗集料在捣实状态下颗粒间空隙体积占据粗集料堆积体积的百分率。间空隙体积占据粗集料堆积体积的百分率。 VCA(%)=(1-/b) 100 式中，式中，为粗集料堆积密度，为粗集料堆积密度，b为粗集料毛体积密度。为粗集料毛体积密度。 46 片状颗粒片状颗粒 针状颗粒针状颗粒 n粗集料中的针片状颗粒：性能良好的粗集料颗粒形状应该接近球粗集料中的针片状颗粒：性能良好的粗集料颗粒形状应该接近球体或立方体，

34、而偏细长或偏薄的针片状颗粒不仅影响到使用时的体或立方体，而偏细长或偏薄的针片状颗粒不仅影响到使用时的承重能力，而且还会对混合料的工作性带来不利影响。承重能力，而且还会对混合料的工作性带来不利影响。n表面特征：指集料表面粗糙及棱角程度以及孔特征等。当集料表表面特征：指集料表面粗糙及棱角程度以及孔特征等。当集料表面孔洞数量较少，且表面粗糙棱角丰富，将有利于集料同结合料面孔洞数量较少，且表面粗糙棱角丰富，将有利于集料同结合料之间的粘结效果，从而促进混合料的整体性能。之间的粘结效果，从而促进混合料的整体性能。1.2.2 1.2.2 集料集料颗粒形状与表面特征颗粒形状与表面特征 粗糙棱角颗粒粗糙棱角颗粒

35、 光滑无棱角光滑无棱角 颗粒颗粒471.2.2 1.2.2 集料集料技术性质：力学性质技术性质：力学性质n用于评价粗集料承载能力；用于评价粗集料承载能力；n结果表示方法：结果表示方法：n用于沥青混合料和用于水泥混凝用于沥青混合料和用于水泥混凝土的压碎试验方法一致，都采用土的压碎试验方法一致，都采用压碎到压碎到2.36mm以下粒径的质量以下粒径的质量作为试验结果。但前者是采用所作为试验结果。但前者是采用所描述的方法直接测得，结果称为描述的方法直接测得，结果称为压碎值压碎值；而后者需经过换算获得；而后者需经过换算获得，其结果称为，其结果称为压碎指标值压碎指标值。两者。两者的换算关系为的换算关系为:

36、n压碎指标值压碎指标值 0.816压碎值压碎值52.36100mmmm小于颗粒试验用总质量集料压碎值（%）1.压碎值压碎值481.2.2 1.2.2 集料集料力学性质力学性质 2.洛杉矶磨耗率洛杉矶磨耗率 含义和评价方法同石料，表含义和评价方法同石料，表征粗集料抵御抗冲击、抗摩征粗集料抵御抗冲击、抗摩擦和抗剪切的擦和抗剪切的综合能力综合能力。磨。磨耗率越小，集料的综合力学耗率越小，集料的综合力学能力越好。能力越好。 结果表达方法：结果表达方法： 洛杉矶磨耗仪洛杉矶磨耗仪 1.7100mmmm小于颗粒试验用总质量洛杉矶磨耗值值（%）491.2.2 1.2.2 集料集料力学性质力学性质3.磨光值（

37、磨光值（PSV） 沥青路面顶层用集料同样应沥青路面顶层用集料同样应具备能够抵抗车轮行驶而具备能够抵抗车轮行驶而造成的磨光能力。表征该造成的磨光能力。表征该性能的磨光值性能的磨光值越大越大，意味，意味着集料的抗磨光能力着集料的抗磨光能力越强越强.PSV=PSVra+0.49-PSVbr式中，式中，PSVra：试验集料试件磨光读数：试验集料试件磨光读数（摩擦系数）平均值；（摩擦系数）平均值；PSVbr：标准试件磨光读数（摩：标准试件磨光读数（摩擦系数）平均值；擦系数）平均值； 磨光仪磨光仪 摆式仪摆式仪 501.2.2 1.2.2 集料集料力学性质力学性质4.冲击值（冲击值（AIV） 反映集料抵抗

38、冲击荷载能力。反映集料抵抗冲击荷载能力。试验结果按下式处理：试验结果按下式处理：AIV(%)=m1/m*100式中，式中，m:试样总质量；试样总质量；m1:冲击破碎后，通过冲击破碎后，通过2.36mm筛筛的石屑质量。的石屑质量。 道瑞磨耗仪道瑞磨耗仪1.2.2 1.2.2 集料集料力学性质力学性质5.磨耗值（磨耗值（AAV） 当（粗）集料用在高等公路当（粗）集料用在高等公路级沥青路面顶层时，应具级沥青路面顶层时，应具备具有抵抗车轮行驶时造备具有抵抗车轮行驶时造成的磨损能力。表征该能成的磨损能力。表征该能力的磨耗值力的磨耗值越小越小，集料的，集料的性能性能越好越好。试验结果处理：试验结果处理：A

39、AV=3(m1-m2)/sAAV:道瑞磨耗率道瑞磨耗率m1:磨耗前试样质量；磨耗前试样质量；m2:磨耗后试样质量；磨耗后试样质量；s：集料表干密度。：集料表干密度。 521.2.2 1.2.2 集料集料 化学性质化学性质 集料的碱活性：集料中会存在一些具有特殊性质的氧化硅或碳酸盐成分，这些成分在水的存在下，能够与碱性物质发生化学反应，产物是一些疏松且体积会膨胀的物质，从而对所处的混合料造成结构上的破坏。将这种特殊成分所表现出的特性称为集料的碱活性，具有这种成分的集料称为碱活性材料。所以当集料用于水泥混凝土时，要注意集料中是否存在具有活性的氧化硅和碳酸盐成分. 531.2.2 1.2.2 集料集

40、料 细集料性质细集料性质n针对细集料（砂），应关注的一个性能就是其中所含的有害物质，这类物质包括：泥含量；有机物含量；硫化物（S3O）含量；云母含量；轻物质；氯离子含量.541.2.2 1.2.2 集料集料矿粉（填料）矿粉（填料）n矿粉是采用碱性石料加工磨细矿粉是采用碱性石料加工磨细的一种道路工程材料。当矿粉的一种道路工程材料。当矿粉中掺入一定量其他粉状物质，中掺入一定量其他粉状物质，如粉煤灰、石粉等时，称为填如粉煤灰、石粉等时，称为填料；料；n矿粉能够有效提高材料的比表矿粉能够有效提高材料的比表面积，增加沥青混合料中结构面积，增加沥青混合料中结构沥青形成量，促进沥青混合料沥青形成量，促进沥青

41、混合料的整体性能，是沥青混合料中的整体性能，是沥青混合料中不可或缺的组成材料；不可或缺的组成材料；n矿粉两大技术性能是矿粉两大技术性能是细度细度和和亲亲水性水性（碱性程度）（碱性程度）. 551.2.3 1.2.3 集料集料技术要求技术要求n 考虑不同出发点，集料的技术标准要求需考虑不同出发点，集料的技术标准要求需有针对性设置：有针对性设置：针对不同类型集料（粗、细集料，矿粉等）分别针对不同类型集料（粗、细集料，矿粉等）分别设置相关技术要求；设置相关技术要求；针对不同工程（道路、桥梁）设置相应技术要求；针对不同工程（道路、桥梁）设置相应技术要求；针对不同用途（水泥混凝土、沥青混合料、半刚针对不

42、同用途（水泥混凝土、沥青混合料、半刚性基层）设置相应技术要求性基层）设置相应技术要求. . 56第三节第三节 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计571.3.1 矿料组成设计级配概念级配概念 综综 述述n应用于水泥混凝土或沥青混合料以及基层时，由不同粒径应用于水泥混凝土或沥青混合料以及基层时，由不同粒径集料组成的矿质混合料简称为矿料。集料组成的矿质混合料简称为矿料。n矿料的工程应用效果在很大程度上取决于粗细颗粒的组成矿料的工程应用效果在很大程度上取决于粗细颗粒的组成比例，这种反映集料粗细颗粒的分级搭配称为级配。比例，这种反映集料粗细颗粒的分级搭配称为级配。n针对矿料级配所涉及的重点包括：针

43、对矿料级配所涉及的重点包括： 级配级配 概念概念 级配级配 理论理论 组成组成 设计设计 581.3.1 矿料组成设计级配概念级配概念 标准筛筛孔尺寸: 75mm，63mm，53mm，37.5mm，31.5mm, 26.5mm, 19mm, 16mm, 13.2mm, 9.5,mm, 4.75mm, 2.36mm, 1.18mm, 0.6mm, 0.3mm, 0.15mm, 0.075mm.n最大粒径：集料颗粒能够100%全部通过的最小标准筛的筛孔尺寸（mm）。n公称最大粒径：标准筛第一次开始出现少量存留（10%）所对应的筛孔尺寸。标准筛标准筛最大粒径：最大粒径：16mm公称最大粒径：公称最大

44、粒径：13.2mm591.3.1 矿料组成设计级配概念级配概念n集料中各组成颗粒的分级搭配称为级配。集料中各组成颗粒的分级搭配称为级配。n采用标准筛通过筛分操作，得到三个用于描述集料粗细颗粒分采用标准筛通过筛分操作，得到三个用于描述集料粗细颗粒分布参数：分级筛余百分率、累计筛余百分率和通过百分率。布参数：分级筛余百分率、累计筛余百分率和通过百分率。n设筛分时材料总量为设筛分时材料总量为MM，过筛后各筛上存留的质量为，过筛后各筛上存留的质量为mm，有：，有： 分级筛余百分率分级筛余百分率 计筛余百分率计筛余百分率 通过百分率通过百分率 标准套筛和筛分仪标准套筛和筛分仪(%)100iimaM(%)

45、iiAa(%)100-iiPA601.3.1 矿料组成设计级配概念级配概念n上述筛分结果，除了定量描述集料级配状况，还有其他两上述筛分结果，除了定量描述集料级配状况，还有其他两项用途：项用途：n第一，对细集料（砂）的粗细程度进行描述，即采用细度第一，对细集料（砂）的粗细程度进行描述，即采用细度模数定量评价砂的粗度。模数定量评价砂的粗度。 当细度模数为当细度模数为 3.73.13.73.1时，是粗砂；时，是粗砂； 3.02.33.02.3时，是中砂；时，是中砂； 2.21.62.21.6时，是细砂时，是细砂. 2.361.180.60.30.154.754.75_5100fAAAAAAA611.

46、3.1 矿料组成设计级配概念级配概念 级配例题级配例题筛孔尺寸(mm)9.54.752.361.180.60.30.150.075筛底总计筛余质量mi(g)015639910511575226500分计筛余百分率ai (%)0312.619.82123154.41.2100累计筛余百分率Ai (%)0315.635.456.479.494.498.8100通过百分率pi (%)1009784.464.643.620.65.61.20621.3.1 矿料组成设计级配概念级配概念n第二：采用绘图方式，直观地反映集料粗细颗粒分布变化第二：采用绘图方式，直观地反映集料粗细颗粒分布变化状况状况。 631

47、.3.1 矿料组成设计级配概念级配概念 级配类型级配类型u连续级配：连续级配：粗细颗粒比例粗细颗粒比例合适，粒径连续有序，绘合适，粒径连续有序，绘出的级配曲线平顺光滑。出的级配曲线平顺光滑。u间断级配：间断级配：在粗细颗粒分在粗细颗粒分布中间，缺失一个或连续布中间，缺失一个或连续数个粒径的级配，绘出的数个粒径的级配，绘出的级配曲线中间出现一个平级配曲线中间出现一个平台。台。u开级配：开级配：集料颗粒集中于集料颗粒集中于偏粗粒径部分，级配曲线偏粗粒径部分，级配曲线偏陡。偏陡。 641.3.1 矿料组成设计级配概念级配概念n工程实际应用时，对级配的要求采用级配范围的方工程实际应用时，对级配的要求采

48、用级配范围的方式加以明确。式加以明确。 651.3.2 矿料组成设计级配理论级配理论 最大密度曲线理论最大密度曲线理论n理想的级配状态应该是有较高密度和较低空隙率，这种状态可以采用理想的级配状态应该是有较高密度和较低空隙率，这种状态可以采用FullerFuller最大密度曲线理论进行描述。该理论认为当级配曲线愈接近抛物最大密度曲线理论进行描述。该理论认为当级配曲线愈接近抛物线时，得到的矿料级配曲线密度愈高。由此得到粒径与通过率之间关系线时，得到的矿料级配曲线密度愈高。由此得到粒径与通过率之间关系式：式：n当粒径为最大粒径时，通过率是当粒径为最大粒径时，通过率是100%100%，则上式为：，则上

49、式为：n二式合并，得到表示最大密度曲线公式二式合并，得到表示最大密度曲线公式 0.5max100()iidpd2max1100kd2iipkdmax100()niidpdn n的取值：的取值：0.30.7 0.30.7 （参考课本图（参考课本图1-51-5）66n级配设计基本条件：级配设计基本条件： 参与级配设计不同规格集料的筛分结果；参与级配设计不同规格集料的筛分结果； 目标配合比级配范围。目标配合比级配范围。n级配设计方法级配设计方法 试算法试算法：根据不同粒径上所需要的集料颗粒是由：根据不同粒径上所需要的集料颗粒是由某一种规格的集料单独来提供的这一假设，通过计算某一种规格的集料单独来提供

50、的这一假设，通过计算和调整得到所需级配的方法。和调整得到所需级配的方法。 图解法图解法：通过绘图操作，得到不同规格集料在矿：通过绘图操作，得到不同规格集料在矿料中所占比例的操作方法料中所占比例的操作方法. .1.3.3 矿料组成设计级配设计方法级配设计方法 671.3.3 矿料组成设计级配设计方法级配设计方法试算法n以粗、中、细三种规格集料（分别以A、B、C代表）为例，进行级配设计：n假设A、B、C三种集料在某一粒径 上的分计筛余百分率分别为 ，打算配制混合料M，且在 上的分级筛余百分率为 。又设A、B、C三种集料在混合料所占的比例（%）分别是X、Y、Z。n则 ( )B( )C( )A iii

51、aaa、iM( ) iai( )( )( )( )XYZX+Y+Z=100A iB iz iM iaaaa试算法前提条件：已知各集料及矿质混合料的分计筛余百分率。681.3.3 矿料组成设计级配设计方法级配设计方法6.048 13.210.80.0755.081611.60.157.0122212.40.3805183016.00.612.0244122.51.1813.5365324.02.62.3618.5708841.79.52.5 951005.213.2010016分计筛余目标级配范围中值（%）通过量目标级配范围（%）矿粉 C 分计筛余 %细集料 B 分计筛余 %粗集料 A 分计筛余

52、 %筛孔尺寸（mm）21.048681.650.54.756.086.81.2底盘试算法示例691.3.3 矿料组成设计级配设计方法级配设计方法n从上例可以看出，在从上例可以看出，在4.75mm4.75mm处，粗集料提供的颗粒数量占绝处，粗集料提供的颗粒数量占绝大部分，细集料和矿粉几乎不存在，所以可认为在大部分，细集料和矿粉几乎不存在，所以可认为在4.75mm4.75mm处处这两个集料数量为零，就是这两个集料数量为零，就是 等于零，这样就有：等于零，这样就有：n同理，在同理，在0.075mm0.075mm底盘处矿粉占主导地位，其他两种规格底盘处矿粉占主导地位，其他两种规格的集料数量为零，可得到：的集料数量为零，可得到：n最后由最后由 ，确定出三种规格集料在，确定出三种规格集料在混合矿料中各自所占的比例。混合矿料中各自所占的比例。 B( )C( )iiaa、( )( )( )( )XX100M iA iM iA iaaaa即 （% ）( )C( )( )C( )ZZ100M iiM iiaaaa （% ） 即 X+Y+Z=100Y=100-X-Z 得到试算法701.3.3 矿料组成设计级配设计方法级配设计方法n第一步: 按一定比例绘制一个矩形框图，从左下到右上引对角线。 图解法711.3.3 矿料组成设计级配设计方法级配设计方法n第二步：纵坐标以