道路建筑材料石料与集料修改

道路建筑材料石料与集料修改第1页/共87页2023/5/12主要内容天然砂石材料概论：造岩矿物、岩石的分类、常见的岩石石料的技术性质－物理性质、力学性质集料的技术性质－物理性质、力学性质集料的级配与级配理论第2页/共87页2023/5/13一、天然砂石材料概论石料的岩石学特征1.造岩矿物2.岩石的分类3.常见的岩石类型第3页/共87页2023/5/14包括地壳和地幔的顶部岩石圈第4页/共87页2023/5/15造岩矿物定义：具有一定化学成分和结构特征的天然化合物或单质种类：石英、长石、云母、角闪石、方解石、白云石、黄铁矿、石膏、赤铁矿等；第5页/共87页2023/5/16主要成分为结晶SiO2

。颜色：白、乳白色、浅灰色纯净的石英无色透明，称为水晶；含杂质时呈各种色调。如含Fe+3呈紫色，称为紫水晶；含有细小分散的气态或液态物质呈乳白色者，称为乳石英。玛瑙也是石英的一种。特点：坚硬、稳定石英第6页/共87页2023/5/17长石是铝硅酸盐最广的一类矿物，约占地壳质量的50%。颜色：白、浅灰、桃红、红、青和灰暗色；包括三个基本类型：钾长石

K[AlSi3O8]钠长石

Na[AlSi3O8]钙长石

Ca[AlSi3O8]强度<石英易风化——高岭土长石第7页/共87页2023/5/18结晶、片状含水铝硅酸盐颜色：随含Fe量的增高而变暗，具有珍珠光泽。易撕成薄片云母含量高，耐久性、强度降低云母第8页/共87页2023/5/19主要成分为结晶CaCO3颜色：纯净的方解石无色透明；因含杂质而常呈白、灰、黄、浅红、绿、蓝等色。常分裂为菱面体。强度中；易被酸分解；微溶于水方解石第9页/共87页2023/5/110主要成分为：FeS2

，常为致密的块状、鳞片状、豆状或土状集合体，常为暗红色，有的具有金属光泽。不透明。硬度随含铁量的增加而增高。黄铁矿第10页/共87页2023/5/111岩石的分类造岩矿物按一定的结构集合而成的地质体称为岩石，依据其成因可分为：岩浆岩沉积岩变质岩第11页/共87页2023/5/112岩浆岩：侵入岩、喷出岩1）侵入岩：深成岩、浅成岩深成岩：岩浆在地表深处受上部覆盖层的压力作用，缓慢冷却而成。如花岗岩、正长岩、辉长岩浅成岩：岩浆侵入到离地表较浅处冷却形成的。如辉绿岩性质：密度大、抗压强度大、吸水性小、抗冻性好。（一）岩浆岩第12页/共87页2023/5/1132）喷出岩：岩浆喷出地表，压力、温度急剧降低时形成的。如玄武岩、安山岩性质：喷出岩形成较厚岩层时，其构造和性能接近深成岩；当岩层较薄时，呈多孔构造。第13页/共87页2023/5/114（二）沉积岩沉积岩是在地表或近地表不太深的地方形成的一种岩石类型。它是由风化产物、火山物质、有机物质等碎屑物质在常温常压下经过搬运、沉积和石化作用，最后形成的岩石。可分为碎屑岩、粘土岩和生物沉积岩、化学沉积岩等。常见岩石：石灰岩、页岩、砂岩、砾岩、硅藻土形成材料不同，具有明显的层理。密度小、空隙率和吸水率大，强度低，耐久性差。第14页/共87页2023/5/115（三）变质岩固态原岩因温度、压力及化学活动性流体的作用而导致矿物成分、化学结构与构造的变化，统称变质作用，其形成的岩石即为变质岩。温度、压力与化学活动性流体是控制变质作用的三个主要因素。

第15页/共87页（三）变质岩沉积岩在变质过程中受到高压和重结晶作用，形成的变质岩结构致密，如石灰岩变质形成大理岩深成岩经变质作用后，产生片状结构，结构和性能变得恶化，如花岗岩变质而形成片麻岩。第16页/共87页2023/5/117岩石的分类岩浆岩：岩浆冷凝形成不同条件：深成岩（侵入岩）、喷出岩、火山岩沉积岩：母岩风化剥蚀，经搬运、沉积硬结成岩岩石经变质作用形成岩石侵入型岩浆岩第17页/共87页2023/5/118常用岩石类型岩石种类岩类矿物颜色结构密度强度特点g/cm3MPa花岗岩深成岩石英长石灰白肉红色密实质地坚硬1.5-2.8100-300孔隙率小吸水率低耐久性好玄武岩喷出岩辉石长石橄榄石灰暗色细粒隐晶质气孔状或杏仁状2.9-3.2100-500耐久性好优质集料辉长岩深成岩长石辉石黑绿色等粒结晶质2.8-3.1200-280耐久性好石灰岩沉积岩方解石白云石灰色浅黄深灰硅质2.0-2.620-120粘土多，抗冻、耐水差粘土质白云质第18页/共87页2023/5/119岩石种类岩类矿物颜色结构密度g/cm3强度MPa特点砂岩沉积岩石英长石硅质砂岩-淡灰色碎屑结构、层状构造密实1.5-2.2强度高坚硬、耐久，耐酸—花岗岩钙质砂岩-白色、灰色质地软、不耐酸铁质砂岩-红色性能差粘土质砂岩-灰黄色小易风化石英岩变质岩硅质砂岩结晶氧化硅均匀致密250-400耐久、加工困难片麻岩变质岩花岗岩石英长石结晶等粒或斑状片状构造120-250第19页/共87页岩石样本花岗岩玄武岩辉长岩石灰岩第20页/共87页2023/5/121石料的化学成分及酸碱性

石料的体积组成

石料的物理性质

石料的力学性质二、石料的技术性质第21页/共87页2023/5/122石料的主要化学成分氧化硅SiO2氧化钙CaO氧化铁Fe2O3氧化铝Al2O3氧化镁MgO氧化锰MnO三氧化硫SO3第22页/共87页2023/5/123石料的酸碱性石料分类：二氧化硅SiO2含量

碱性集料中性集料酸性集料（钙质集料）（硅质集料）

<52%52%—65%>65%

石灰岩辉绿岩花岗岩玄武岩闪长岩石英岩

第23页/共87页2023/5/124矿质实体闭口孔隙

开口孔隙VsVnViVomsm0M连通封闭孔隙极细微孔隙细小孔隙粗大孔隙石料的体积组成第24页/共87页2023/5/125石料的物理性质

比重瓶法和李氏密度瓶法“置换法”1.物理常数第25页/共87页2023/5/126石料的物理性质2)表观密度(视密度)石料在规定条件下（105℃烘干至恒重）温度20℃下单位表观体积（包括矿质实体+闭口孔隙）的质量测定方法：排水法浸水、保证开口孔隙吸饱水干燥质量与水中质量差第26页/共87页2023/5/127石料的物理性质3)毛体积密度测定方法：静水称量法浸水、保证开口孔隙吸饱水饱和面干质量与水中质量差石料在规定条件下单位毛体积（矿质实体+孔隙体积）的质量第27页/共87页2023/5/128石料的物理性质B孔隙率：石料孔隙体积占总体积的百分率开口孔隙+闭口孔隙所占体积比物理意义：反映石料内部结构松散程度。孔隙率大，内部结构松散，强度低，气候稳定性差，耐久性差

第28页/共87页2023/5/129石料的物理性质2.吸水性：石料吸入水分的能力评价指标：吸水率和饱水吸水率吸水：自由吸水48h饱水：抽真空后饱水吸水率与孔隙率的关系，反应岩石裂隙发育程度第29页/共87页2023/5/130石料的物理性质3.抗冻性饱水状态下，经受反复冻融而不破坏，并不严重降低强度的能力评价指标：直接冻融法和硫酸钠坚固性法1）直接冻融法饱水-15°C下4h20°C下4h10、15、25、50次冻融循环后的变化情况

第30页/共87页2023/5/131石料的物理性质第31页/共87页2023/5/1322）坚固性法：石料经饱和硫酸钠溶液多次浸泡和烘干循环后质量或强度变化。硫酸钠浸泡20h105°C下4h硫酸钠浸泡4h5次循环后的变化情况影响因素：孔隙结构、吸水性石料的物理性质利用了硫酸钠结晶体积膨胀第32页/共87页2023/5/133BeforeAfter第33页/共87页2023/5/134石料的力学性质A.石料的抗压强度(吸水饱和，单轴受压)与组成结构、试验条件有关Pp

第34页/共87页2023/5/135石料的力学性质B.石料的磨耗性：抵抗撞击、剪切、摩擦联合作用的能力，500次，隔板式试验方法：洛杉矶磨耗试验和狄法尔磨耗试验(单一粒径)第35页/共87页2023/5/136狄法尔磨耗试验：双筒式，单粒径，100块（50-70mm,只有剪切和摩擦作用，磨耗率低，差别不大）石料的力学性质第36页/共87页2023/5/137石料的力学性质饱水状态下的抗压强度石料的等级磨耗率岩石等级分类等级I岩浆岩类II石灰岩类III砂岩片岩类IV砾石类岩石花岗岩辉绿岩玄武岩安山岩正长岩石灰岩石灰岩砂岩片麻岩砾岩第37页/共87页2023/5/138石料的化学性质1.石料与沥青的粘附性：评价沥青与石料之间相互粘结能力。取决于沥青的性质和石料的性质：沥青稠度和沥青中酸含量增加，沥青与石料的粘附性提高。碱性石料与沥青的粘附性较好。评价方法：水煮法第38页/共87页2023/5/139石料的化学性质石料分类：二氧化硅SiO2含量

碱性集料中性集料酸性集料（钙质集料）（硅质集料）

<52%52%—65%>65%

石灰岩辉绿岩花岗岩玄武岩闪长岩石英岩

(粘附性好）(粘附性中）(粘附性差）水煮法4-5级3-42-3第39页/共87页2023/5/140

定义：不同粒径矿质颗粒组成的混合料，包括天

然砂、人工砂、卵石、碎石以及工业冶金

的矿渣

分类：粗集料和细集料

分界尺寸一般为4.75mm（5mm）

作用：骨架和填充三、集料的技术性质(Aggregate)第40页/共87页2023/5/141

工程中集料的规格10－15mm碎石5－10mm碎石0－5mm石屑0－5mm砂（包括:4.75；2.36;1.18；0.6；0.3；0.15；0.075）工程中集料的生产方式采用破碎的方法集料的规格第41页/共87页2023/5/142集料的体积组成结构矿质实体闭口孔隙

开口孔隙VsVnViVomsm0M空隙VvVf集料的物理性质第42页/共87页2023/5/1431.密度

1）表观密度（视密度）集料的物理性质第43页/共87页2023/5/144２）毛体积密度集料的物理性质

第44页/共87页2023/5/145３）饱和面干密度，又称表干密度集料的物理性质第45页/共87页2023/5/146４）堆积密度，单位装填体积（颗粒间空隙、集料矿质实体、闭口和开口孔隙）的质量集料的物理性质第46页/共87页2023/5/147集料的堆积密度由于颗粒排列的松紧程度不一，其值也不相同，分为：自然堆积密度，松装密度振实密度，振动3min捣实密度，3次/25捣实紧装密度集料的物理性质第47页/共87页2023/5/148５）空隙率，某种堆积状态下的空隙体积（含开口孔隙）占堆积体积的百分率。颗粒间相互填充的致密程度集料的物理性质第48页/共87页2023/5/149６）粗集料骨架间隙率，4.75mm以上粗集料捣实状态下颗粒间空隙体积的百分率。

用途：估计细集料和结合料数量，评价骨架结构集料的物理性质第49页/共87页2023/5/150７）含水率，自然状态下含水量的大小。

用途：控制拌和温度集料的物理性质第50页/共87页2023/5/1518）吸水率，饱水情况下，石料吸收水分的大小。集料的物理性质第51页/共87页2023/5/152集料的物理性质2.集料的颗粒形状第52页/共87页集料的物理性质1）细集料棱角性，由在一定条件下测定的空隙率表征（间隙率法）。

用途：反映沥青混合料的内摩擦角和抗流动变形能力

水泥砼的和易性第53页/共87页集料的物理性质1）细集料棱角性，测定一定体积的细集料(机制砂、石屑、天然砂)全部通过标准漏斗所需要的时间，流动时间（流动时间法）。0.075㎜~2.36㎜的细集料漏出孔径为12㎜的漏斗0.075㎜~4.75㎜的细集料漏出孔径为16㎜的漏斗细集料全部流完所需要的时间即为流动时间（0.1s）

第54页/共87页2023/5/1552)粗集料的棱角性：针片状颗粒：颗粒形状中的诸方向中的最小厚度（直径）与最大长度（宽度）的尺寸指标小于规定值时。集料的物理性质试验方法第55页/共87页2023/5/156集料的物理性质3.集料的含泥量：粒径小于0.075mm的颗粒含量影响集料与沥青之间的粘结能力，影响沥青混合料的耐久性

采用筛洗法，粒径小于0.075mm颗粒包含矿粉、细砂和粘土等成分

第56页/共87页2023/5/1573.细集料的含泥量：

评价指标：砂当量SE和亚甲蓝MBV值

砂当量越大，细料中矿粉和细砂比例越大亚甲蓝值越大，细料中含泥量越大集料的物理性质第57页/共87页2023/5/1584.泥块含量：原尺寸大于4.75（1.18）mm，经水浸洗/手搓后小于2.36(0.6)mm的颗粒含量。集料的物理性质第58页/共87页2023/5/159集料的物理性质5.集料坚固性（安定性）：硫酸钠浸泡碎石或砾石经饱和硫酸钠溶液多次浸泡和烘干循环后质量或强度变化。硫酸钠浸泡20h105°C下4h硫酸钠浸泡4h5次循环后的变化情况第59页/共87页2023/5/160例题某集料的密度测试数据如下：空中重（g）水中重（g）表干重（g）容量筒体积（cm3）1867.31112.41875.21000毛体积密度(t/m3)视密度

(t/m3)堆积密度(t/m3)空隙率（%）VCA(%)2.4482.4741.86724.5123.72第60页/共87页2023/5/161粗集料(骨架)—强度、耐磨光、抗磨耗、抗冲击压碎值磨光值磨耗值冲击值指标高速、一级其它压碎值2630磨光值PSV，不小于4235道瑞磨耗值AAV，不大于1416冲击值AIV，不大于2830集料的力学性质第61页/共87页2023/5/162粗集料的力学性质A.压碎值(ACV,AggregateCrushedValue)：集料在连续增加的荷载下，抵抗压碎的能力，反映集料的强度。2.36mm10分钟加至400KN试样：9.5-13.2mm容器容积：1767cm3第62页/共87页2023/5/163试样：9.5-13.2mm，密排于试模中，环氧树脂砂浆固结，养生24h转速：4km/h=640r/min时间：6h3h：30#金刚砂

3h：280#金刚砂测定：摆式仪测摩擦系数PSV≮42B.磨光值(PSV,PolishedStoneValue)

：采用加速磨光机磨光集料，用摆式摩擦系数测定仪测定的集料磨光后的摩擦系数值。粗集料的力学性质第63页/共87页2023/5/164岩石名称石灰岩角页岩斑岩石英岩花岗岩玄武岩砂岩磨光值(PSV)平均值43455658596272范围30－7040－5043－7145－6745－7045－8160－82粗集料的力学性质B.磨光值常见岩石的磨光值粘附性532第64页/共87页2023/5/165C.冲击值(AIV,AggregateImpactValue)：集料抵抗连续重复冲击荷载的作用试样：9.5-13.2mm捣实装于试样桶中，分三层捶击：连续15次评价：集料的力学性质2.36mm

13.62kg380mm第65页/共87页2023/5/166D.道瑞磨耗值(AAV,AggregateAbrasionValue)：反映粗集料抵抗磨耗和撞击的能力试样：9.5-13.2mm;不少于24粒试验：P=2000g转速：28-30r/min

石英砂700～900g/min转数：500圈AAV≯14道瑞磨耗机集料的力学性质第66页/共87页2023/5/167沥青混合料用粗集料质量技术要求，见表3.14沥青混合料用细集料质量技术要求，见表3.15P48-49第67页/共87页2023/5/168四、集料的级配(Gradation)标准筛：圆孔筛：方孔筛：圆孔筛（mm）：40（35），30，25，20，15，10，5，2.5，1.25，0.63，0.315，0.16，0.08方孔筛（mm）：31.5；26.5；19；16；13.2；9.5；4.75；2.36；1.18；0.6；0.3；0.15；0.075粗集料和细集料:

分界尺寸一般为4.75mm筛分试验将集料通过一系列规定筛孔尺寸的标准筛，测定存留在各筛上的集料质量。第68页/共87页2023/5/169筛分试验级配参数（1）分计筛余百分率（ai）：在某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率；（2）累计筛余百分率（Ai）：在某号筛的分计筛余和大于该号筛的各筛分计筛余之和；Ai=a1+a2+….+ai=Ai-1+ai;（3）通过百分率：通过某筛的质量占试样总质量的百分率；Pi=100-Ai。i12…i+1i+2第69页/共87页2023/5/170筛分试验（4）筛分曲线0.0750.150.30.61.182.364.759.513.216.019.0第70页/共87页2023/5/171例1现有某砂样经筛析试验结果如下，计算分计筛余、累计筛余和通过百分率筛孔尺寸（mm）9.54.752.361.180.60.30.15<0.15存留在各筛质量（g）02535901401157025分计筛余百分率（％）057182823145累计筛余百分率（％）051230588195100通过百分率（％）100958870421950筛分试验总质量500g第71页/共87页2023/5/172粒径（mm）13.29.54.752.361.180.60.30.150.075筛底总质量（g）筛余质量（g）57.0285250.8136.8136.868.468.445.645.645.61140.0分计筛余百分率（％）52522121266444

累计筛余百分率（％）53052647682889296100

通过百分率（％）95704836241812840

筛分试验例2：已知各筛的通过百分率，求累计筛余百分率，分计筛余百分率，筛余。第72页/共87页2023/5/173砂的细度模数：评价细集料粗细程度的指标定义：各号筛的累计筛余百分率之和除以100当砂中含>4.75mm颗粒时：0.150.300.601.182.364.75细度模数第73页/共87页2023/5/174粗度等级：三级3.1-3.7粗砂；2.3-3.0中砂；1.6-2.2细砂。细度模数影响因素：（1）取决于0.15-2.36mm筛5个筛孔的累计筛余量；（2）取决于粗颗粒含量；（3）与<0.1５mm筛颗粒含量无关。细度模数第74页/共87页2023/5/175级配曲线半对数坐标P51图3.14级配曲线的绘制第75页/共87页2023/5/176级配曲线类型

连续级配（continuousGradation):某一矿质混合料在标准筛孔配成的套筛中进行筛析时，所得的级配曲线平顺圆滑，具有连续不间断的性质，相邻的粒径之间有一定比例关系；

由大到小，逐级粒径均有，并按一定比例互相搭配组成的矿质混合料——连续级配；

间断级配：在矿质混合料中剔除一个（或几个）分级，形成不连续的混合料.级