第一章 砂石材料

1、 不同的造岩矿物和成岩条件使各类岩石具有不同的结构和构造特征，它们对天然砂石材料的物理、化学和力学性质影响甚大。矿物的概念 地壳由岩石组成，岩石由矿物组成。 矿物(mineral)：具有一定化学成分和物理性质的自然元素和无机化合物。常见的几种矿物石英方解石云母1.1.1.1 造岩矿物黄铁矿玛瑙石膏石英晶簇 自然界中已发现的矿物有2500多种。但组成常见岩石的矿物仅30种，这些组成常见岩石的矿物称为造岩矿物。其占地壳重量约为99%。造岩矿物以硅酸盐为主。 晶形 (crystal form)矿物晶形(a) 石盐；(b) 石膏；(c) 普通辉石；(d)石英； (e)正长石； (f) 云母 物理性质颜

2、色(color)：矿物新鲜表面的颜色。是矿物对不同波长可见光吸收程度不同的反映，分自色、他色、假色。光泽(luster)：矿物表面（晶面或解理）反射光线的强弱强度，取决于其折光率。分为金属光泽(黄铁矿）、半金属光泽（褐铁矿）、金刚光泽、玻璃光泽（长石、石英）。 当反射面不平行时，矿物可形成某种独特的光泽，油脂光泽、丝绢光泽、腊状光泽（蛇纹石、石膏），珍珠光泽（滑石、石膏）、土状光泽（高岭土）。物理性质透明度(transparency)：光线透过矿物的程度。分透明、半透明、不透明。条痕(streak)：矿物粉末的颜色。力学性质硬度(hardness)：矿物新鲜面抵抗外力刻划、研磨的能力，分为摩氏

3、十级。 1-滑石，2-石膏，3-方解石，4-萤石，5-磷灰石，6-长石，7-石英，8-黄玉，9-刚玉10-金刚石。（指甲为22.5，铁刀33.5，钢刀66.5)解理(cleavage)：矿物受敲击后，严格按一定方向裂开成光滑平面的性质。极完全解理，云母，完全解理，方解石，中等解理，灰石，不完全解理，磷灰石。断口(fracture)：与解理相反没有光滑平面，破裂面呈凹凸不平的断面，如贝壳、参差状。矿物名称及化学成分形 状物理性质相对密度主要鉴别特征颜 色光 泽硬 度解理、断口正 长 石KAlSi3O8短柱状、板状、粒状肉红色、浅玫瑰色、浅黄色、带浅黄的灰白色玻璃光泽6两向完全解理，近于正交2.5

4、7形态、颜色斜 长 石NaAlSi3O8，CaAl2Si2O8板条状、长条状白色或灰白色玻璃光泽6两向完全解理，斜交2.602.76颜色、形态石 英 SiO2粒状、块状、六棱柱状、双锥状无色、乳白色。烟灰色玻璃光泽、断口为油脂光泽7无解理、贝壳状断口2.65形状、硬度、断口白 云 母KAl2AlSi3O10OH2板状、片状、鳞片状无色、浅灰、浅黄色、灰白色玻璃或珍珠光泽23一组极完全解理2.73.1解理、薄片有弹性黑 云 母K(Mg，Fe)3AlSi3O10OH2片状、板状、鳞片状深褐、黑绿至黑色玻璃或珍珠光泽2.53一组极完全解理3.023.13解理、颜色、薄片有弹性角 闪 石(Ca，Na)

5、23(Mg，Fe，Al)5Si3(SI，Al)O112OH2长柱状、纤维状绿黑色、黑色玻璃光泽5.56两组完全解理，交角近56o3.023.45形状、颜色辉 石Ca(Mg，Fe，Al)(SI，Al)2O6粒状、块状深黑色、褐黑、棕黑玻璃光泽56两组完全解理，交角87o3.233.52形状、颜色橄 榄 石(Fe，Mg)2SiO4粒状橄榄绿、淡黄绿色至黑绿色玻璃光泽、断口为油脂光泽6.57无解理，贝壳状断口3.274.37颜色、硬度、形态石 榴 子 石(Fe，Mg，Ca)3(Fe，Al)2 SiO43菱形十二面体、二十四面体、粒状棕、棕红或黑红色玻璃光泽6.57.5无解理、不规则断口3.54.2形

6、状、颜色、硬度绿 泥 石(Fe，Mg)5 Al AlSi3O10 OH8片状、粒状浅绿、深绿或黑绿色玻璃光泽、珍珠光泽22.5一组极完全解理2.683.40颜色、薄片有挠性无弹性蛇 纹 石Mg6Si4O10 OH8致密块状、片状、纤维状淡黄绿色、淡绿、淡黄色油脂光泽、蜡状光泽、丝绢光泽23无解理、贝壳状断口2.62.9 颜色、光泽方解石CaCO3菱面体、块状、粒状白、灰白，含杂质时呈其它颜色玻璃光泽3三组完全解理，斜交呈菱面体2.62.9颜色、硬度，遇盐酸起泡白云石CaMgCO32 菱面体、块状、粒状灰白、淡红、淡黄色玻璃光泽3.54三组完全解理，斜交呈菱面体2.82.9解理、硬度石膏Ca S

7、O42 H2O板状、片状、纤维状无色、白色、灰白色珍珠光泽、丝绢光泽2一组完全解理2.3解理、硬度，颜色高 岭 石Al4Si4O10 OH8鳞片状、细粒状、土状集合体白、灰白或其它色土状光泽2.03.5一组完全解理2.602.63性软、粘舌、具可塑性滑 石Mg3Si4O10 OH2片状、块状白、淡黄、淡绿或浅灰色蜡状或珍珠光泽1一组极完全解理2.582.83颜色、硬度、触摸有滑腻感黄铁矿 Fe S2立方体、致密块状浅黄铜色金属光泽66.5不规则断口4.95.2颜色、硬度、光泽赤铁矿Fe2O3板状、粒状、鲕状、肾状、豆状钢灰至铁黑色金属光泽至半金属光泽56无解理5.05.3形状、颜色、光泽 岩浆

8、岩(magmatic rock) 岩浆岩又叫火成岩，在地壳上分布面积约占7，但其质量占地壳总质量的95%。在三大类岩石中占有比较重要的地位。1.1.1.2 天然砂石材料的分类 成因类型： 由地下深处的高温高压熔融的岩浆以侵入(intru- sive)或喷出(effusive)方式直接冷凝而成。裂隙式喷发：熔岩被岩流中心式喷发：火山锥熔喷出岩岩墙，岩脉岩床，浅成岩：岩盘（盆），深成岩：岩基，岩株侵入岩 火成岩的产状示意图岩基（面积大于60-100km2）； 岩株（面积小于60-100km2）； 岩盖，岩盆； 岩床；岩墙； 火山颈； 岩脉；岩被；火山锥； 熔岩流； 破火山口印尼火山喷发2010年8

9、月火山喷出岩花岗岩的矿物成分岩浆岩物质成分 主要是硅酸盐矿物，还有一部分金属硫化物、氧化物及挥发性物质。按SiO2含量分为：基性岩浆65%等;按矿物成分分为：硅铝矿物和铁镁矿物。 指组成岩石的矿物结晶程度、晶粒大小、形状及相互组合方式。可反映岩浆冷凝时的物理环境。按矿物结晶程度分为：全晶质岩石全部由结晶矿物组成，是深成侵入岩结构特征。半晶质由结晶和非结晶矿物组成，是浅成侵入岩结构特征。玻璃质（非晶质）岩石几乎全部由玻璃制组成，是喷出岩结构特征。按晶粒大小分为：显晶质、隐晶质按晶粒相对大小分为：等粒、不等粒、斑状和似斑状结构岩浆岩的构造(structure) 指岩石中不同矿物集合体分布与排列特征

10、。常见构造：常见构造： 流纹状构造 气孔和杏仁状构造 块状构造流纹岩花岗闪长岩玄武岩岩 浆 岩 分 类 简 表公园里的花岗岩装饰2） 沉积岩(sedimentary rock) 沉积岩(sedimentary rock) 在地壳上分布面积约占75，体积只占5%。对工程建筑具有实际意义。搬运沉积硬结成岩 物质组成： 岩石碎屑 黏土矿物 化学沉积矿物 有机质及生物残骸 沉积岩的结构 碎屑结构 粉砂质结构细中粗砂质结构砾状结构 泥质结构 结晶结构 生物结构沉积岩的构造 层理构造(stratification)（水平层理、波状层理、斜层理等） 层面构造(bedding plane)（雨痕、泥裂等）(a

11、)(b)(c)(d)沉积岩的层理类型(a)水平层理；(b)交错层理；(c)单斜层理；(d) 透镜体及尖灭层碎屑岩的胶结物： 硅质强度高 铁质易氧化 钙质易溶解 泥质易软化胶结类型： 基底式胶结(a) 孔隙式胶结(b) 接触式胶结(c) (a) (b) (c)碎屑岩的胶结类型沉积岩的分类沉积岩的分类 碎屑岩 黏土岩 化学沉积岩（石灰岩、白云岩） 生物化学岩（生物碎屑灰岩）沉积岩分类简表岩类结构主要矿物成分主要岩石松散的胶结的碎屑岩砾状结构2mm岩石碎屑或岩石块角砾、碎石、块石角砾岩卵石、砾石砾岩砂质结构20.05mm石英、长石、粘土矿物、碳酸盐矿物砂土石英砂岩长石砂岩粉质结构 0.050.005

12、mm石英、长石、粘土矿物、碳酸盐矿物粉砂土粉砂岩粘土岩泥质结构0.005mm粘土矿物为主，含少量石英、云母等粘土泥岩页岩化学岩及生物化学岩化学结构及生物结构致密状粒状鲕状方解石为主，白云石泥灰岩石灰岩白云石、方解石白云质灰岩白云岩结核状鲕状块状纤维状致密状石英、蛋白石、硅胶硅藻土燧石岩硅藻岩钾、钠、镁的硫酸盐及氧化物石膏岩盐、钾盐碳、碳氢化合物，有机质泥炭煤、油页岩砂页岩硅质灰岩变质岩(metamorphic rock) 在地壳上分布面积约占18。3）变质岩(metamorphic rock)成因：岩石受地壳运动及岩浆入侵的高温高压作用和化学成分的加入，使原来岩石的成分、结构和构造发生一系列变

13、化而形成。变质作用类型： 接触变质作用：这是指发生在侵入岩与围岩之间的接触带上，并主要由温度和挥发物所引起的变质作用。形成大理岩、矽卡岩。动力变质作用：这是指在地壳构造变质时产生的强烈定向压力使岩石发生的变质作用，也叫碎裂变质作用。变质作用类型：区域变质作用：这是在广大范围内发生，并由温度、压力以及化学活动性流体等多种因素引起的变质作用。变质作用方式以重结晶、重组合为主。如片麻岩。 混合岩化作用： 这是指原有的区域变质岩体与岩浆状的流体互相交代而形成新岩石（混合岩）的作用。 接触变质带示意图 物质组成：原有矿物：石英、长石、云母、角闪石和方解石等变质矿物：绿泥石、滑石、蓝晶石、刚玉和石榴子石等

14、 结构：变余结构：由于变质重结晶进行得不完全，原有岩石的矿物成 分和结构特征被部分地保留下来，这样形成的结构称为变余结构。 变晶结构：岩石在固态条件下由重结晶和变质结晶作用形成的结构。 压碎结构：岩石在低温受定向压力作用下，形成碎块甚至粉末状后又被胶结在一起的结构 。构造： 变余构造：岩石经变质后仍保留有原岩部分的构造特征，这种构造称为变余构造。 变成构造：由变质作用所形成的新的构造称为变成构造。 板状构造：岩石中有轻微重结晶。千枚状构造：岩石中有基本重结晶。片状构造：岩石中各组分全部重结晶。片麻状构造：岩石具显晶质变晶结构，以粒状矿物为主，片状或柱状矿物定向排列 。块状构造：矿物均匀分布，结

15、构均一，无定向排列。变质岩分类表变质作用构造、结构岩石名称主要矿物成分原 岩区域变质片麻状构造片麻岩石英、长石、云母、角闪石等中、酸性岩浆岩、砂岩、粉砂岩、粘土岩片状构造片岩云母、滑石、绿泥石、石英等粘土岩、砂岩、泥灰岩、岩浆岩、凝灰岩千枚状构造千枚岩绢云母、石英、绿泥石等粘土岩、粉砂岩、凝灰岩板状构造板岩粘土矿物、绢云母、绿泥石、石英等粘土岩、粘土质粉砂岩接触变质块状构造变晶结构石英岩石英为主，有时含绢云母等砂岩、硅质岩大理岩方解石、白云石石灰岩、白云岩动力变质碎裂结构碎裂岩原岩岩块各类岩石糜棱结构糜棱岩原岩碎屑各类岩石花岗片麻岩大理岩 冶金矿渣一般指金属冶炼过程中排出的非金属熔渣，为一类具

16、有独特性能的人造石料。高炉炼铁时形成的熔渣称为高炉矿渣钢渣也是在炼钢过程中得到的氧化物。1.1.2.1 矿渣的化学成分矿渣的化学成分炉渣中的主要化学成分有：酸性氧化物SiO2,Fe2O3,P2O5;碱性氧化物CaO,MgO,MnO,BaO;中性氧化物Al2O3;硫化物CaS,MnS,FeS。 碱性系数M0质量系数K碱度M3220OAlSiOMgOCaOMMnOSiOOAlMgOCaOK232522OPSiOCaOM 1)物理力学特性物理力学特性 由于热熔矿渣的冷却加工方式的不同，矿渣集料的矿物成分和组织的致密程度可能有很大的差别，所以其物理力学性能变化范围和分散性较大。 2）稳定性）稳定性 矿

17、渣集料作为混凝土骨料或道路路面基层材料使用时，必须具备良好的稳定性，否则就会由于产生分解、膨胀而破坏混凝土结构或路面结构。 游离氧化钙（f-CaO）消解 目前采用粉化率试验来检测矿渣的稳定性。式中：m0蒸前矿渣质量（g）； m1蒸后粒径大于1mm的矿渣质量(g)。 铁和锰分解 检测方法：将矿渣在水中浸泡14h，根据渣块上出现裂纹、碎裂等分解现象，评定矿渣是否有铁、锰分解的可能。%100010mmmf1.2.1 1.2.1 石料的技术性质石料的技术性质岩石的技术性质岩石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 1.2.1.1 1.2.1.1 物理性质物理性质 岩石的物理性质包括

18、：物理常数及与水有关的性质。岩石的物理性质包括：物理常数及与水有关的性质。 （1 1）物理常数物理常数 岩石的物理常数是岩石矿物组成结构状态的反映。岩石的物理常数是岩石矿物组成结构状态的反映。矿物实体矿物实体闭口孔隙闭口孔隙开口孔隙开口孔隙 三部分组成三部分组成 （1 1）密度密度 真实密度真实密度 岩石在规定条件（岩石在规定条件（105105土土55烘干至恒重，温度烘干至恒重，温度2020）下，单位矿质实体体积（不含孔隙）的质量。下，单位矿质实体体积（不含孔隙）的质量。 公式：公式：sstvm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

19、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。 在空气中称量石料质量，在空气中称量石料质量，m m0 0=0=0，m ms s=M=MsvM1)1)称取石粉称取石粉m m1 1=15g;=15g;2)2)注入试液至瓶的一半处注入试液至瓶的一半处; ;3)3)用煮沸法（沸煮时间自悬液沸腾时算起不得少于用煮沸法（沸煮时间自悬液沸腾时算起不得少于1h1h）或）或真空抽气法真空抽气法( (真空压力表读数宜为真空压力表读数宜为100kPa,100kPa,抽气时间维持抽气时间维持1 12h)2h)排除气泡排除气泡; ;4)4)加试液至满加试液至

20、满, ,称取质量称取质量m m3 3; ;5)5)称瓶与试液合质量称瓶与试液合质量m m2 2. .t t = m = m1 1/(m/(m1 1+ + m m2 2-m-m3 3) ) wtwt表观密度表观密度 指在规定条件下，石料单位表观体积（含矿质实体体积指在规定条件下，石料单位表观体积（含矿质实体体积及其闭口孔隙体积）矿质实体的干质量。及其闭口孔隙体积）矿质实体的干质量。 公式：公式：式中：式中： 砂石砂石的表观密度，的表观密度，g/cmg/cm3 3； v vn n砂石材料矿质实体中闭口孔隙的体积砂石材料矿质实体中闭口孔隙的体积，cmcm3 3。 M M、V V意义同式（意义同式（1

21、-5）nsVVMtt令令Va = Vs + Vn ,Va = Vs + Vn ,式（式（1-61-6）可写成：）可写成： 公式：公式：式中：式中： VaVa 砂石砂石的表观体积，的表观体积，cmcm3 3； M M意义同式（意义同式（1-5）aVMtt 测定表观密度时，需将已知质量的干燥石料浸水，使其开口孔隙吸饱水，然后称出饱水后石料在水中的质量，按排水法可计算出包括闭口孔隙在内的材料表观体积，根据石料的质量和表观体积可按公式（1-6）计算出表观密度。毛体积密度毛体积密度 指在规定条件下，岩石单位毛体积（矿质实体指在规定条件下，岩石单位毛体积（矿质实体+ +孔隙的孔隙的 体积）的质量。体积）的

22、质量。 公式：公式：式中：式中： d d石料的毛体积密度，石料的毛体积密度，g/cmg/cm3 3； m ms s 、v vs s意义同前式；意义同前式； v vi i石料开口孔隙的体积，石料开口孔隙的体积，cmcm3 3； v vn n石料闭口孔隙的体积，石料闭口孔隙的体积，cmcm3 3。 V V石料的毛体积，石料的毛体积，cmcm3 3。inssdVVVmVM 测定方法测定方法：量积法、蜡封法、水中称量法量积法、蜡封法、水中称量法 量积法适用于能制备成规则试件的各类岩石；量积法适用于能制备成规则试件的各类岩石； 水中称量法适用于除遇水崩解、溶解和干缩湿胀外水中称量法适用于除遇水崩解、溶解

23、和干缩湿胀外的其它各类岩石；的其它各类岩石； 蜡封法适用于不能用量积法或直接在水中称量进行蜡封法适用于不能用量积法或直接在水中称量进行试验的岩石。试验的岩石。 根据岩石的含水状态，毛体积密度可分为根据岩石的含水状态，毛体积密度可分为干密度、饱干密度、饱和密度和天然密度和密度和天然密度。 岩石的毛体积密度是一个间接反映岩石致密程度、孔岩石的毛体积密度是一个间接反映岩石致密程度、孔隙发育程度的参数，也是评价工程岩体稳定性及确定隙发育程度的参数，也是评价工程岩体稳定性及确定围岩压力等必须的计算指标。围岩压力等必须的计算指标。 岩石的孔隙体积占其总体积的百分率。岩石的孔隙体积占其总体积的百分率。 定义

24、式为：定义式为： 式中：式中：n n岩石的孔隙率，；岩石的孔隙率，； V V0 0岩石的孔隙（开口岩石的孔隙（开口+ +闭口孔隙）的体积，闭口孔隙）的体积，cmcm3 3； V V岩石的总体积，岩石的总体积，cmcm3 3。%1000VVn%100)1 (tdn计算式：计算式： 2 2）与水有关的性质）与水有关的性质（1 1）吸水性吸水性 岩石在规定的条件下吸水的能力。岩石在规定的条件下吸水的能力。 工程上常采用工程上常采用吸水率吸水率和和饱水率饱水率这两项指标表征。这两项指标表征。 吸水率吸水率 吸水率是指在室内常温和大气压条件下，岩石试件最大吸水率是指在室内常温和大气压条件下，岩石试件最大

25、的吸水质量占烘干（的吸水质量占烘干（105105土土55干燥至恒重）石料试件质量的干燥至恒重）石料试件质量的百分率。百分率。%1001mmmwa式中：式中： 石料吸水率；石料吸水率； m m岩石岩石烘干至恒量时的质量，烘干至恒量时的质量，g g； m m1 1岩石试件吸水至恒量时的质量，岩石试件吸水至恒量时的质量，g g。aw（2 2）抗冻性）抗冻性 岩石抵抗大气等自然因素作用的性能称为耐候性。岩石抵抗大气等自然因素作用的性能称为耐候性。 试验方法：抗冻性和坚固性。试验方法：抗冻性和坚固性。 1 1）抗冻性）抗冻性 岩石在饱水状态下，能抵抗多次冻结和融化作用而岩石在饱水状态下，能抵抗多次冻结和

26、融化作用而 不破坏的性能。不破坏的性能。 表征指标：表征指标： 抗冻损失率抗冻损失率（质量损失率）（质量损失率） 按下式计算：按下式计算： %100sfsmmmL式中：式中： L L抗冻质量损失率；抗冻质量损失率； m ms s 试验前烘干试件质量试验前烘干试件质量,g,g； m mf f 试验后烘干试件质量试验后烘干试件质量,g,g。 耐冻系数耐冻系数 计算公式：计算公式：sffRRK 式中：式中： K Kf f试件的耐冻系数；试件的耐冻系数； R Rs s试验前岩石试件饱水抗压强度，试验前岩石试件饱水抗压强度，MPaMPa； R Rf f经冻融循环试验后岩石试件饱水抗压强度，经冻融循环试验

27、后岩石试件饱水抗压强度，MPaMPa。 公路工程用石料技术要求公路工程用石料技术要求： 一般其耐冻系数大于一般其耐冻系数大于0.750.75；质量损失率不大于；质量损失率不大于2%2%，为抗冻，为抗冻好的岩石。同时试件应无明显缺损好的岩石。同时试件应无明显缺损( (包括剥落、裂缝和边包括剥落、裂缝和边角损坏等情况角损坏等情况) ) 吸水率小于吸水率小于0.5%0.5%，软化系数大于，软化系数大于0.750.75以及饱水系数小于以及饱水系数小于0.80.8的岩石，具有足够的抗冻能力。的岩石，具有足够的抗冻能力。 对于一般公路工程，往往根据上述标准来确定是对于一般公路工程，往往根据上述标准来确定是

28、否需要进行岩石的抗冻性试验否需要进行岩石的抗冻性试验2 2）坚固性）坚固性 测定方法：测定方法：采用硫酸钠坚固性法，将硫酸钠饱和溶液浸入采用硫酸钠坚固性法，将硫酸钠饱和溶液浸入石料孔隙后，经烘干、硫酸钠结晶体积膨胀，产生有如水石料孔隙后，经烘干、硫酸钠结晶体积膨胀，产生有如水结冻相似的作用，使石料孔隙周壁受到张应力，经过多次结冻相似的作用，使石料孔隙周壁受到张应力，经过多次循，引起石料破坏。循，引起石料破坏。 坚固性坚固性是测定石料耐候性的一种是测定石料耐候性的一种简易简易、快速快速的方法。的方法。 有条件者均应采用直接冻融法。有条件者均应采用直接冻融法。1.2.1.2 1.2.1.2 石料的

29、力学性质及评价指标石料的力学性质及评价指标 主要讨论确定石料等级的主要讨论确定石料等级的抗压强度抗压强度和和磨耗率磨耗率两项性质。两项性质。 （1 1）抗压强度抗压强度 石料的工程用途不同，抗压强度的测试方法也不相同。石料的工程用途不同，抗压强度的测试方法也不相同。 道路工程、建筑工程用石料的单轴抗压强度按下式计算：道路工程、建筑工程用石料的单轴抗压强度按下式计算：APR 式中：式中：R R石料的抗压强度，石料的抗压强度，MPaMPa； P P试件破坏时的荷载，试件破坏时的荷载，N N； A A 试件的截面积，试件的截面积，mmmm2 2。 岩石的抗压强度是反映岩石力学性质的主岩石的抗压强度是

30、反映岩石力学性质的主要指标之一，岩石的抗压强度受一系列因要指标之一，岩石的抗压强度受一系列因素的影响与控制。这些因素包括两个方面：素的影响与控制。这些因素包括两个方面： A:A:岩石本身方面的因素岩石本身方面的因素 如矿物组成、结构构造及含水状态等；如矿物组成、结构构造及含水状态等； B:B:试验条件试验条件 试件形状、大小、高径比及加工精度、加试件形状、大小、高径比及加工精度、加荷速率等荷速率等 （2 2）磨耗性磨耗性 岩石抵抗冲击、边缘剪切和摩岩石抵抗冲击、边缘剪切和摩擦等的联合作用的性能。擦等的联合作用的性能。 也是评定石料等级的依据之一。也是评定石料等级的依据之一。 测定方法：可采用测

31、定方法：可采用洛杉矾试验法洛杉矾试验法确定。确定。洛杉矶试验法洛杉矶试验法 岩石磨耗率计算公式：岩石磨耗率计算公式：式中：式中：Q Q石料的磨耗率石料的磨耗率, ,； m m1 1装入磨耗机的试样质量，装入磨耗机的试样质量，g g； m m2 2试验后洗净烘干的试样质量，试验后洗净烘干的试样质量，g g。100121mmmQ（2）狄法尔磨耗试验）狄法尔磨耗试验 狄法尔磨耗试验又称双筒式磨耗试验。在磨耗机的两圆筒中，分别放入单一粒径的石块试样5000g。磨耗机以3033r/min转后停机，取出试验。用洛杉矶磨耗试验相同方法计算出石料的磨耗率。 上述两种方法对石料施加的作用效果与石料在道路结构中实

32、际经受的磨耗作用有着较大的差别。1.2.2.2中所述磨耗值试验，可以较好地模拟车轮荷载对砂石材料的作用。1.2.2 集料的技术性质集料的技术性质 集料的分类集料的分类 集料包括岩石天然风化而成的砾石（卵石）和砂等、岩石集料包括岩石天然风化而成的砾石（卵石）和砂等、岩石 经机械和人工轧制的各种尺寸的碎石，以及工业冶金矿渣。在经机械和人工轧制的各种尺寸的碎石，以及工业冶金矿渣。在混合料中起骨架和填充作用。混合料中起骨架和填充作用。 根据集料在工程混合料中的不同作用，可以按粒径将其划根据集料在工程混合料中的不同作用，可以按粒径将其划 分为分为粗集料粗集料和和细集料细集料两种两种。 集料集料粗集料：粗

33、集料：在混合料中起骨架作用在混合料中起骨架作用（碎石、砾石等）（碎石、砾石等） 细集料：细集料：在混合料中起填充作用在混合料中起填充作用（天然砂、人工砂和石屑）（天然砂、人工砂和石屑） 在在水泥混凝土水泥混凝土中，粒径中，粒径4.75mm（以（以方方孔筛计）孔筛计）在在沥青混合料沥青混合料中，粒径中，粒径2.36mm2.36mm（以方孔筛计）（以方孔筛计） 在在水泥混凝土水泥混凝土中，粒径中，粒径4.75mm5mm（以（以方方孔筛计）孔筛计） 在在沥青混合料沥青混合料中，粒径中，粒径2.36mm2.36mm（以方孔筛计）（以方孔筛计） 1. 1.粗集料的技术性质粗集料的技术性质 （1 1）物理

34、性质）物理性质 1 1）物理常数物理常数 集料的物理常数，要考虑到集料颗粒中的孔隙（开口孔隙或集料的物理常数，要考虑到集料颗粒中的孔隙（开口孔隙或闭口孔隙），以及颗粒间的空隙。闭口孔隙），以及颗粒间的空隙。 表观密度表观密度（简称视密度）（简称视密度） 指在规定条件（指在规定条件（10510555烘干至恒重）下，单位表观体烘干至恒重）下，单位表观体 积（包括矿质实体和闭口孔隙的体积）的质量。积（包括矿质实体和闭口孔隙的体积）的质量。由右图体积与质量的关系，由右图体积与质量的关系，可表示为：可表示为： nssaVVm式中：式中：a粗集料的表观密度，粗集料的表观密度，g/cmg/cm3 3；ms矿

35、质实体质量，矿质实体质量，g g；Vs矿质实体体积，矿质实体体积，cmcm3 3；Vn矿质实体中闭口孔隙体积，矿质实体中闭口孔隙体积，cmcm3 3。 试验规程规定采用网篮法测定粗集料的表观试验规程规定采用网篮法测定粗集料的表观密度密度1 1）将粗集料在规定条件下烘干称其质量）将粗集料在规定条件下烘干称其质量m ma;a;2)2)再将干燥粗集料装在金属吊篮中浸水再将干燥粗集料装在金属吊篮中浸水24h24h，称出饱水质量称出饱水质量m mw w3 3）计算）计算TwaaammmT T试验温度为试验温度为T T时水的密度时水的密度g/g/3 3 毛体积密度毛体积密度 粗集料的毛体积密度指在规定的条

36、件下，单位毛体积（包括矿粗集料的毛体积密度指在规定的条件下，单位毛体积（包括矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙）的质量。可由下式求得：质实体、闭口孔隙和开口孔隙）的质量。可由下式求得： 式中：式中： b b粗集料的毛体积密度，粗集料的毛体积密度，g/cmg/cm3 3； m ms s矿质实体质量，矿质实体质量，g g； v vs s、v vi i、v vn n分别为粗集料矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙分别为粗集料矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙 体积，体积，cmcm3 3 。inssbvvvm 计算式Twfabmmmm mf f吸水饱和后，用拧干的湿毛巾擦干集料的吸水饱和后，用拧干的湿毛巾擦干集料的表面水

37、后称得饱和面干质量表面水后称得饱和面干质量 表干密度（饱和面干毛体积密度）表干密度（饱和面干毛体积密度） 在规定的条件下，单位毛体积（包括矿质实体、闭口孔在规定的条件下，单位毛体积（包括矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙）物质颗粒的饱和面干质量。隙和开口孔隙）物质颗粒的饱和面干质量。 计算公式：计算公式：式中：式中： s s粗集料的表干密度，粗集料的表干密度，g/cmg/cm3 3 ； m mf f粗集料的饱和面干质量，粗集料的饱和面干质量，g g； v vs s、v vi i、v vn n分别为粗集料矿质实体、闭口孔隙和开口分别为粗集料矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙体积，孔隙体积，cmcm3 3 。

38、insfsVVVm 计算式Twffsmmmm mf f吸水饱和后，用拧干的湿毛巾擦干集料的吸水饱和后，用拧干的湿毛巾擦干集料的表面水后称得饱和面干质量表面水后称得饱和面干质量 堆积密度堆积密度 将集料装填于容器中包括集料空隙（颗粒之间的）和孔将集料装填于容器中包括集料空隙（颗粒之间的）和孔隙（颗粒内部的）在内的单位体积的质量。隙（颗粒内部的）在内的单位体积的质量。 计算公式：计算公式：式中：式中： 粗集料的堆积密度，粗集料的堆积密度，g/cmg/cm3 3 ； m ms s矿质实体质量，矿质实体质量，g g； v vs s、v vp p、v vv v分别为粗集料矿质实体、孔隙和空隙的体积分别为

39、粗集料矿质实体、孔隙和空隙的体积,cm,cm3 3。按堆积的松紧程度不同分类：按堆积的松紧程度不同分类：自然堆积密度自然堆积密度与与振实（捣实）堆积振实（捣实）堆积密度密度。 vpssVVVm 空隙率空隙率 水泥混凝土用粗集料振实状态下的空隙率水泥混凝土用粗集料振实状态下的空隙率 计算公式：计算公式： 式中：式中：V Vc c 粗集料的空隙率粗集料的空隙率, , ； a a 粗集料的表观密度，粗集料的表观密度，g/cmg/cm3 3 ； 振实状态下粗集料的堆积密度，振实状态下粗集料的堆积密度，g/cmg/cm3 3 。%100)1 (acV 计算式：计算式：%1001bDRCVCA式中：式中：

40、VCAVCADRCDRC捣实状态下粗集料骨架间隙率；捣实状态下粗集料骨架间隙率； b b 粗集料的毛体积密度，粗集料的毛体积密度， g/cmg/cm3 3； 捣实状态下粗集料的堆积密度，捣实状态下粗集料的堆积密度，g/cmg/cm3 3 指粗集料在自然状态下条件下的含水的大小。指粗集料在自然状态下条件下的含水的大小。 计算式：计算式：%1000221mmmmww w粗集料含水率；粗集料含水率；m m1 1 未烘干的试样与容器的总质量，未烘干的试样与容器的总质量，g g；m m2 2 烘干后的试样与容器的总质量，烘干后的试样与容器的总质量，g g；m m0 0 容器的质量，容器的质量，g g；%

41、1003112mmmmwx式中式中：w wx x粗集料的吸水率；粗集料的吸水率； m m1 1烘干后的试样与容器的总质量，烘干后的试样与容器的总质量，g g； m m2 2吸水至恒重的试样与容器的总质量，吸水至恒重的试样与容器的总质量，g g； m m3 3容器的质量，容器的质量，g g； 2 2）集料粒径与筛孔）集料粒径与筛孔* * *最大粒径最大粒径这是一个较为重要但又容易引起混淆的概念，集料的最大这是一个较为重要但又容易引起混淆的概念，集料的最大粒径这一概念由两个不同定义构成，即集料最大粒径和粒径这一概念由两个不同定义构成，即集料最大粒径和集料公称最大粒径。集料公称最大粒径。A:A:集料

42、最大粒径：指集料集料最大粒径：指集料100%100%都要求通过的最小标准筛筛都要求通过的最小标准筛筛孔尺寸。孔尺寸。B:B:集料公称最大粒径集料公称最大粒径: :指集料可能全部通过或允许有少量指集料可能全部通过或允许有少量不通过不通过( (一般容许筛余不超过一般容许筛余不超过10%)10%)的最小标准筛筛孔尺的最小标准筛筛孔尺寸。寸。 这两个定义涉及的粒径有着明显区别，通常集料公称最这两个定义涉及的粒径有着明显区别，通常集料公称最大粒径比最大粒径要小一个粒级。但在实际使用过程中、大粒径比最大粒径要小一个粒级。但在实际使用过程中、甚至在一些书本资料上也经常不加严格区别，容易引起甚至在一些书本资料

43、上也经常不加严格区别，容易引起混淆。实际上工程中所指的最大粒径往往是指公称最大混淆。实际上工程中所指的最大粒径往往是指公称最大粒径，这一点在今后的应用中要加以区分粒径，这一点在今后的应用中要加以区分。 *标准筛：对颗粒材料进行筛分试验应用标准筛：对颗粒材料进行筛分试验应用符合标准形状和尺寸规格要求的系列样品符合标准形状和尺寸规格要求的系列样品筛。筛。 不同用途采用不同规格标准套筛，是我国多不同用途采用不同规格标准套筛，是我国多年以来的一种特有的做法。随着与国际通年以来的一种特有的做法。随着与国际通用方式的接轨，全部采用方孔筛成为一种用方式的接轨，全部采用方孔筛成为一种必然趋势。必然趋势。200

44、32003年颁布并实施的新一版年颁布并实施的新一版公路水泥混凝土路面施工技术规范公路水泥混凝土路面施工技术规范就就已开始采用方孔筛标准。已开始采用方孔筛标准。筛析试验用套筛筛析试验用套筛振筛机 3 3）级配级配指粗集料中各组成颗粒的分级和搭配。指粗集料中各组成颗粒的分级和搭配。 可通可通过筛析试验过筛析试验来确定。来确定。 级配的三参数：级配的三参数： 分计筛余百分率分计筛余百分率 : :式中：式中：m mi i 存留在某号筛上的试样质量（存留在某号筛上的试样质量（g g）; ; M M 试样的总质量（试样的总质量（g).g). 累计筛余百分率累计筛余百分率A Ai i: :式中：式中：a a

45、1,1,a a2,2,，a ai i为各号筛的分计筛余百分率（为各号筛的分计筛余百分率（% %）。）。 通过百分率通过百分率p pi i： P Pi i=100- =100- A Ai i %100MmiiiiiaaaA.21（2 2）路用粗集料的力学性质）路用粗集料的力学性质 主要是压碎值和磨耗度；其次磨光值、道瑞磨耗值和主要是压碎值和磨耗度；其次磨光值、道瑞磨耗值和冲击值。冲击值。 1 1）集料压碎值集料压碎值 指集料在连续增加的荷载下，抵抗压碎的能力。指集料在连续增加的荷载下，抵抗压碎的能力。 计算公式：计算公式： 10001mmQa式中：式中： m m0 0试验前试样质量，试验前试样质

46、量，g g ； m m1 1试验后通过试验后通过2.36mm2.36mm筛孔筛孔 细料质量，细料质量，g g 。 2 2）集料磨光值集料磨光值 高速公路要求的力学性质：集料的高速公路要求的力学性质：集料的抗磨光性。抗磨光性。 按我国现行试验规程，是采用石料按我国现行试验规程，是采用石料磨光值磨光值（Polished Stone ValuePolished Stone Value简称简称PSVPSV）来表示。）来表示。 意义：意义：石料磨光值愈高，表示其抗石料磨光值愈高，表示其抗滑性愈好。滑性愈好。 抗滑面层应选用磨光值高的集料，抗滑面层应选用磨光值高的集料，如玄武岩、安山岩、砂岩和花岗岩等。如

47、玄武岩、安山岩、砂岩和花岗岩等。 3 3）集料冲击值集料冲击值集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能，称为抗冲击韧性。集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能，称为抗冲击韧性。指标：指标：冲击值。冲击值。计算公式：计算公式： 式中：式中： AIV AIV 集料的冲击值，集料的冲击值，% % 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 ； m m 原试样质量，原试样质量，g g 。 1001mmAIV4 4）集料磨耗值集料磨耗值用于评定抗滑表层所用粗集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。用于评定抗滑表层所用粗集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。道瑞试验磨耗值的道瑞试验

48、磨耗值的计算公式：计算公式： 式中：式中：AAV AAV 集料磨耗值；集料磨耗值； m m1 1磨耗前试件的质量，磨耗前试件的质量，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/cm,g/cm3 3。 %100)( 321smmAAV 洛杉矶磨耗试验洛杉矶磨耗试验%100121mmmQ式中：式中：Q Q粗集料磨耗损失；粗集料磨耗损失； m m1 1 试验前烘干试样的质量；试验前烘干试样的质量； m m2 2 试验后洗净烘干试样的质量；试验后洗净烘干试样的质量； 意义：意义：磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差。磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差。

49、 要求：要求：不同道路等级对抗滑表层集料的磨光值、道瑞磨耗值不同道路等级对抗滑表层集料的磨光值、道瑞磨耗值和冲击值的技术要求见下表。和冲击值的技术要求见下表。 抗滑表层用集料技术要求抗滑表层用集料技术要求指指 标标高速公路、一级公路高速公路、一级公路其他公路其他公路石料磨光值石料磨光值 不小于不小于4235道瑞磨耗值道瑞磨耗值 不大于不大于1416集料冲击值集料冲击值 不大于不大于/%/%2830 2.2.细集料的技术性质细集料的技术性质（1 1）物理常数）物理常数 包括表观密度、堆积密度和空隙率等物理常数，包括表观密度、堆积密度和空隙率等物理常数， 其含义与粗集料完全相同，但是由于它的粒径较

50、小，测定与其含义与粗集料完全相同，但是由于它的粒径较小，测定与 计算的方法稍有不同。计算的方法稍有不同。（2 2）级配）级配 各级粒径颗粒的分配情况，可通过砂的筛分试验确定。各级粒径颗粒的分配情况，可通过砂的筛分试验确定。 筛分试验：筛分试验：将将500g500g试样，置于一套标准筛进行筛分，分别称出试样，置于一套标准筛进行筛分，分别称出 试样存留在各筛上质量，并计算其级配有关参数试样存留在各筛上质量，并计算其级配有关参数： （3 3）粗度）粗度 粗度是评价砂粗细程度的一种指标。粗度是评价砂粗细程度的一种指标。 指标：指标：细度模数（或细度模量）可按下式计算：细度模数（或细度模量）可按下式计算

51、： 75. 475. 415. 03 . 06 . 018. 136. 21005AAAAAAAMx式中：式中： MxMx细度模数；细度模数； A A4.754.75、A A2.362.36、A A1.181.18、A A0.60.6、A A0.30.3、A A0.150.15 4.75mm 4.75mm、2.36mm2.36mm、0.15mm0.15mm各筛累计各筛累计筛余，筛余， 。按细度模数可将砂分为下列三级：按细度模数可将砂分为下列三级：M Mx x =3.7 =3.73.13.1为粗砂为粗砂M Mx x =3.0 =3.02.32.3为中砂为中砂M Mx x =2.2 =2.21.6

52、1.6为细砂为细砂结论：结论：细度模数越大，表示细集料越粗。细度模数越大，表示细集料越粗。1.3.1 常用石料及其技术性质1）花岗岩）花岗岩 花岗岩是岩浆岩中分布最广的一种岩石，其主要矿物成分为石英、长石及少量暗色矿物和云母、花岗岩的颜色由造岩矿物决定。花岗岩的技术性质是：密度大（2.52.8g/cm3），抗压强度高（120250MPa），孔隙率小，吸水率低，耐磨性好，耐久性高。2）玄武岩）玄武岩 玄武岩属于喷出岩，主要造岩矿物是暗色物质，属玻璃质或隐晶质斑状结构，气孔状或杏仁状构造。3）石灰岩）石灰岩4）砂岩）砂岩5）石英岩）石英岩6）片麻岩）片麻岩7）辉长岩）辉长岩 1.4.1 1.4.1

53、 矿质混合料的级配理论与级配曲线范围矿质混合料的级配理论与级配曲线范围 所谓的矿质混合料就是能够满足级配要求的各所谓的矿质混合料就是能够满足级配要求的各种粒径材料的集合体，简称矿料。种粒径材料的集合体，简称矿料。 砂石集料在土木工程中，主要以矿质混合料的砂石集料在土木工程中，主要以矿质混合料的形式与结合料组配使用。形式与结合料组配使用。 组配要求：组配要求：多种集料按照一定的比例搭配起来，多种集料按照一定的比例搭配起来，以达到以达到较高的密实度较高的密实度 和和 较大的摩擦力较大的摩擦力。 1.4.1.1 1.4.1.1 级配曲线类级配曲线类可采用的可采用的级配类型：级配类型：有有连续级配连续

54、级配 和和 间断级配间断级配 两种。如图所示两种。如图所示 ：1.4.1.2 1.4.1.2 级配理论级配理论 1.1.最大密度曲线理论（富勒理论）最大密度曲线理论（富勒理论） 观点：观点：矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大。矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大。 当矿质混合料的级配曲线为抛物线时，具有最大密实度。当矿质混合料的级配曲线为抛物线时，具有最大密实度。a a） b b）a a）常坐标；）常坐标； b b）半对数坐标）半对数坐标理想最大密度级配曲线理想最大密度级配曲线 最大密度级配曲线公式：最大密度级配曲线公式： 可用矿料颗粒粒径可用矿料颗粒粒径（d d

55、）与通过量与通过量（p p）表示表示 。式中：式中：d d 矿质混合料各级颗粒粒径，矿质混合料各级颗粒粒径，mmmm； p p 各级颗粒粒径集料的通过量，各级颗粒粒径集料的通过量，% %； k k 常数。常数。kdp 2 2.2.最大密度曲线最大密度曲线n n幂公式（泰波理论）幂公式（泰波理论） 观点：观点：最大密度曲线是一种理论的级配曲线，实际上，级配最大密度曲线是一种理论的级配曲线，实际上，级配 曲线应该有一定的波动范围。曲线应该有一定的波动范围。 公式：公式： 式中：式中： p p、d d 和和 D D 意义同前；意义同前；n n 实验指数。实验指数。 实际研究认为：实际研究认为：在沥青

56、混合料中应用，当在沥青混合料中应用，当n=0.45n=0.45时密度最大；时密度最大； 在水泥混凝土中应用，当在水泥混凝土中应用，当n=0.25n=0.250.450.45时工作性较好。时工作性较好。 通常使用的矿质混合料的级配范围（包括密级配和开级配）通常使用的矿质混合料的级配范围（包括密级配和开级配）n=0.3n=0.30.70.7 nDdp100 按前述级配理论公式计算的各级集料在矿质混合料中的通按前述级配理论公式计算的各级集料在矿质混合料中的通过百分率，以通过百分率为纵坐标轴，以粒径为横坐标轴，过百分率，以通过百分率为纵坐标轴，以粒径为横坐标轴，绘制成曲线，即为理论级配曲线。绘制成曲线

57、，即为理论级配曲线。图图1-61-6最大密度曲线和级配范围最大密度曲线和级配范围 确定横坐标的长度确定横坐标的长度S S 确定横坐标的间距系数确定横坐标的间距系数minmaxlglgddSK式中：式中：S-S-给定的横坐标长度（给定的横坐标长度（mmmm）; ; d dmaxmax- -集料的最大粒径（集料的最大粒径（mmmm）; ; d dminmin- -集料的最小粒径（集料的最小粒径（mmmm）各种颗粒粒径在横坐标上距最小粒径的位置各种颗粒粒径在横坐标上距最小粒径的位置KddSii)lg(lgmin式中：式中：S Si i- -各筛孔距最小筛孔的距离（各筛孔距最小筛孔的距离（mmmm）;

58、 ; d di i- -需要计算的颗粒粒径（需要计算的颗粒粒径（mmmm）1.4.2 1.4.2 矿质混合料的组成设计方法矿质混合料的组成设计方法目前矿质混合料的组成设计方法主要有目前矿质混合料的组成设计方法主要有数解法数解法与与图解法图解法两大类。两大类。1.1.数解法数解法 用数解法解矿质混合料组成的方法很多，最常用的方法有用数解法解矿质混合料组成的方法很多，最常用的方法有试算法和正规方程法。试算法和正规方程法。 试算法适用于试算法适用于3 34 4种矿料组配，正规方程法可用于多种矿种矿料组配，正规方程法可用于多种矿料组成，所得结果准确，但计算较为繁杂，不如图解法简便。料组成，所得结果准确

59、，但计算较为繁杂，不如图解法简便。 下面下面主要介绍试算法主要介绍试算法。 （1 1）试算法）试算法 1 1）按题意作下列）按题意作下列两点假设两点假设： 设设A A、B B、C C三种集料在混合料三种集料在混合料M M中的用量比例分别为中的用量比例分别为X X、Y Y、Z Z，则，则 100ZYX 又设混合料又设混合料M M中某一级粒径（中某一级粒径（i i）要求的含量为）要求的含量为M M（i i），A A、B B、C C三种集料三种集料 中该粒径的含量分别为中该粒径的含量分别为 A(i)A(i)、 B(i)B(i) 、 C(i)C(i) 。则：。则： )()()()(iMiCiBiAaZ

60、aYaXa 2 2）计算步骤计算步骤 计算计算A A集料在矿质混合料中的用量比例集料在矿质混合料中的用量比例 首先，找出首先，找出A A集料占优势含量的某一粒径，如粒径（集料占优势含量的某一粒径，如粒径（i i），而忽略），而忽略B B、C C 集料在此粒径的含量，即集料在此粒径的含量，即B B集料和集料和C C集料该粒径的含量集料该粒径的含量a aB(i)B(i)和和a aC(i)C(i)均等于零。均等于零。 A A集料在混合料中的用量：集料在混合料中的用量： 100)()(iAiMaaX 计算计算C C集料在矿质混合料中的用量比例集料在矿质混合料中的用量比例 原理同前，设原理同前，设C C