第一章砂石材料

第一章砂石材料湖北交通职业技术学院道桥系道路建筑材料2007年返回第一节砂石材料的技术性质第二节矿质混合料的组成设计湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料第一节砂石材料的技术性质砂石材料包括岩石、集料（包括工业冶金矿渣）。试验规程有《公路工程岩石试验规程》（JTGE41-2005）、《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）一、岩石的技术性质二、道路和桥涵用岩石制品三、集料的技术性质四、冶金矿渣集料返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料一、岩石的技术性质1、物理性质2、力学性质3、化学性质返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料1、物理性质1）物理常数2）吸水性3）抗冻性返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料1）物理常数（1）真实密度ρt:是岩石在规定条件（105℃±5℃下烘至恒重，温度20℃±2℃）下，烘干岩石矿质实体单位体积（不包括开口与闭口孔隙）的质量。（2）毛体积密度ρb

：在规定条件下，烘干岩石的单位体积（包括孔隙在内）的质量。（3）孔隙率n

：孔隙体积占岩石总体积的百分率。岩石体积组成结构示意图返回上级目录真实密度试验湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料岩石组成结构示意图返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料2）吸水性2）吸水性：是岩石在规定条件下吸水的能力，用吸水率和饱和吸水率表示。（1）吸水率：在室内常温和大气压条件下，岩石试样最大的吸水质量与烘干岩石试件质量之比，以百分率表示。（2）饱和吸水率：在室内常温和真空抽气后的条件下岩石试样最大的吸水质量与烘干岩石试件质量之比，以百分率表示。吸水率和饱和吸水率能有效反映岩石微裂隙的发育程度，可用来判断岩石的抗冻性和抗风化等性能。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料3）抗冻性3）抗冻性：指岩石在吸水饱和状态下，经受规定次数的冻融循环后抵抗破坏（剥落、裂纹，产生质量损失，强度降低）的能力。在寒冷地区，冬季月平均气温低于-15℃的重要工程，岩石吸水率大于0.5%时，都要做抗冻性试验。直接冻融法：指岩石在吸水饱和状态下，经受规定次数（10、15、25次）的冻（-15℃）融（20℃±5℃）循环后抵抗破坏（剥落、裂纹，产生质量损失，强度降低）的能力。坚固性简易快速测定法：用饱和硫酸钠溶液进行多次浸泡与烘干循环。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料2、力学性质返回上级目录1）单轴抗压强度2）磨耗性湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料1）单轴抗压强度单轴抗压强度：是将岩石制成标准试件，经吸水饱和后，在单轴受压并按规定的加载条件下，达到极限破坏时单位承压面积的强度。是划分岩石强度等级的主要依据。

R——岩石的抗压强度，MPa；

P——极限破坏时的荷载，N；

A——试件的截面积，mm2。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料2）磨耗性磨耗性：是石料抵抗撞击、剪切和摩擦等联合作用的性质，用磨耗率表示。采用洛杉矶式磨耗试验（将规定质量和级配的试样及规定数量的钢球置于试验机中，以30-33r/min的转速规定的次数后，用1.7mm的筛子过筛。）

Q——石料磨耗率（%）；

m1——装入圆筒中的试样质量（g）；

m2——试验后在1.7mm筛上洗净烘干的试样质量（g）。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料3、化学性质按SiO2的含量多少将石料划分为酸性（花岗岩、石英岩）、碱性（石灰岩、玄武岩）及中性。在选择与沥青结合的石料时，应考虑石料的酸碱性对沥青（酸性）与石料粘结性的影响。碱性岩石轧成的集料与沥青的粘附性好。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料二、道路和桥涵用岩石制品（一）道路路面建筑用岩石制品1、高级铺砌用整齐块石；2、路面铺砌用半整齐块石；3、铺砌用不整齐块石；4、锥形块石。（二）桥梁建筑用主要岩石制品1、片石；2、块石；3、方块石；4、粗料石；5、细料石；6、镶面石。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料三、集料的技性质集料：指在混合料中起骨架或填充作用的粒料，包括天然风化的砾石（卵石）和砂，以及人工轧成的碎石、机制砂和石屑等。集料分为：细集料和粗集料两类。在水泥混凝土中粗细集料的分界尺寸是4.75mm。在沥青混合料中粗细集料的分界尺寸是2.36mm。（一）粗集料的技术性质（二）细集料的技术性质返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料（一）粗集料的技术性质1、物理性质2、力学性质返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料1、物理性质1）物理常数2）级配（见细集料）3）坚固性返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料1）物理常数（1）表观密度（简称视密度）ρa

：是在规定条件下，单位表观体积（包括集料矿质实体和闭口孔隙）的质量。用网篮法测定。（2）毛体积密度ρb

：在规定条件下，单位毛体积（包括矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙）的质量。（3）堆积密度ρ

：单位体积（包括集料矿质实体、闭口孔隙、开口孔隙、颗粒间空隙）的质量。（4）空隙率n：空隙体积占总体积的百分率。集料体积组成图示返回上级目录表观密度、毛体积密度试验湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料集料体积组成图示湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料集料体积与质量关系图示返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料坚固性坚固性：采用规定级配的各粒级集料，分别装在金属网篮浸入饱和硫酸钠溶液中进行干湿循环（5次）试验。用质量损失百分率来计算其坚固性（也称安定性）。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料2、力学性质1）压碎值：是粗集料在逐渐增加的荷载下，抵抗压碎的能力。是衡量集料强度的指标。2）洛杉矶磨耗损失：是粗集料抵抗摩擦、撞击的能力。是集料使用性能的重要指标。3）磨光值（PSV）：反映集料抵抗轮胎磨光作用能力，是一种粗集料是否能用于高速公路一级公路的表面层的重要决定性指标。4）道瑞磨耗值（AAV）：评定高速公路一级公路表面层粗集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。5）冲击值（AIV）：高速公路一级公路表面层粗集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料（二）细集料的技术性质1、物理性质：表观密度；堆积密度；空隙率。2、颗粒级配：级配是集料各级粒径颗粒搭配情况。级配是通过筛分试验确定的（干筛法和水洗法）。细集料的标准筛（4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15、0.075mm的方孔筛），测定出各号筛的筛余量，求集料级配的参数：①分计筛余百分率ai；②累计筛余百分率Ai；③通过百分率Pi。3、粗度：是评价砂粗细程度的指标，用细度模数MX表示，MX=3.7~3.1为粗砂；MX=3.0~2.3为中砂；MX=2.2~1.6为细砂。砂的筛分试验有两个结论：①砂的粗度；②级配是否满足规范规定。相同的细度模数的砂可有不同的颗粒级配。砂的筛分试验例题返回上级目录作业1湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料筛分试验三个参数间的关系返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料砂的筛分试验例题〔例题1-1〕工地现有砂500g，做筛分试验后的筛分结果如表1－2所示。计算该砂的细度模数，并评价其粗细程度。计算细度模数：所以，此砂为细砂。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料作业1某桥工地现有一批砂，欲配制水泥混凝土，经取样筛分结果如表1-8，试计算其分计筛余、累计筛余和通过百分率，并评价砂的粗细程度。筛孔尺寸di(mm)4.752.361.180.60.30.15底盘存留量mi(g)2535901401157025返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料四、冶金矿渣集料冶金矿渣：是在冶金生产中由矿石、燃料及助溶剂中易溶硅酸盐化合而成的副产品，例如高炉矿渣、钢渣等。冶金矿渣从熔炉排出后，在空气中自然冷却，形成坚硬的材料，是很好的路用材料，可作为基层材料，也可用作水泥混凝土或沥青混合料的集料。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料第二节

矿质混合料的组成设计矿质混合料的基本要求：最小空隙率、最大摩擦力。矿质混合料组成设计的内容：1）级配理论和级配范围的确定；2）基本组成的设计方法。一、级配理论二、级配曲线范围的绘制三、混合料组成的设计方法。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料一、级配理论（一）级配类型（二）级配理论返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料（一）级配类型返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料（二）级配理论1、富勒理论2、泰波理论3、魏矛斯粒子干涉理论

目前用于计算连续级配的理论有富勒理论、泰波理论；计算间断级配的理论只有魏矛斯理论。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料1．富勒理论理想级配：“级配曲线愈接近抛物线时，其密度愈大”。最大密度曲线方程P——欲计算的某级粒径d（mm）的矿料通过百分率（%）；D——矿质混合料的最大粒径（mm）；

d——欲计算的某级矿质混合料的粒径（mm）。

→返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料2．泰波理论实际矿质混合料的级配应有一定的波动范围n=0.3~0.6之间

返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料3、魏矛斯粒子干涉理论认为颗粒之间的空隙，应由次一级颗粒所填充；所余空隙又为再次一级颗粒所填充，但填隙的颗粒不得大于其间隙距离，否则大小颗粒粒子之间势必发生干涉现象。返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料二、级配曲线范围的绘制（教材上的画法不合规范规定）湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料级配曲线范围的绘制例题返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料三、混合料组成的设计方法确定矿质混合料配合比的方法一般主要采用试算法和图解法。不管采用哪种方法，首先必须具备两项已知条件：（1）各种集料的筛析结果；（2）按技术规范（或理论级配）要求矿质混合料的级配范围。返回上级目录（一）试算法（二）图解法湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料（一）试算法适用于2~3种矿料组成的混合料。

其中，X、Y、Z分别是集料A、B、C的配合比；aA(i)、abB(i)、aC(i)是集料A、B、C在某筛上的分计筛余百分率；aM(i)是混合料在某筛上的分计筛余百分率。计算步骤：（1）找出集料A的分计筛余最大的粒径，因为集料B、C在该粒径上的分计筛余接近为0，故可忽略集料B及集料C的影响，故由上述公式可求集料A的含量X为：（3）集料B含量Y为：（2）找出

集料C的分计筛余最大的粒径，其含量Z为：（4）校核：按加权平均值的原理进行校核，如混合料的级配不在规范规定的范围内，应调整配合比，重新校核。试算法例题返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料试算法例题现有碎石、砂和矿粉三种集料，经筛分试验，各集料的分计筛余百分率列于下表，并列出按推荐要求设计混合料的级配范围，试求碎石、砂和矿粉三种集料在要求级配混合料中的用量比例。湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料（二）图解法（修正平衡面积法）1、绘制级配图曲线（1）计算级配范围中值。（2）根据级配范围中值，确定相应的横坐标的位置。（3）在坐标图上绘制各种集料的级配曲线。2、确定各种集料的用量比例（1）两相邻级配曲线重叠。（2）两相邻级配曲线相接。（3）两相邻级配曲线相离。3、校核：校核合成级配是否符合级配范围的要求。图解法例题作业2返回上级目录湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料例1-3图解法进行矿质混合料组成设计湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料确定筛孔尺寸的横坐标位置示意图1湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料绘制各种集料的级配曲线湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料确定各种集料的用量比例的三种情况图示湖北交通职业技术学院道桥系第一章砂石材料确定各种集