道路建筑材料第一章砂石材料

道路建筑材料第一章砂石材料知识教学点和学习要求

知识教学点砂石材料得技术性质和技术要求(石料和集料)矿质混合料得级配理论和组成设计方法学习要求了解并掌握砂石材料得技术性质和技术要求掌握级配理论和组成设计方法,会用图解法和试算法设计矿质混合料得配合比第一节砂石材料得技术性质

砂石材料按形状分类1)块状石料:简称石料2)粒状石料:简称集料,又按大小分为:A、粗集料:如碎石、卵石B、细集料:如砂、C、石屑砂石材料按来源分类A、天然石料B、人工轧制得集料C、工业冶金矿渣第一节砂石材料得技术性质石路面中国现存最早,并且保存良好得就是隋代赵州安济桥又称赵州桥。桥为敞间圆弧石拱,净跨37、02m。第一节砂石材料得技术性质第一节砂石材料得技术性质碎石砂工业废渣骨料封闭孔隙（体积为）Vn)开口孔隙（体积为Vi）固体物质（体积为Vs）孔隙体积：V0=Vi+Vn

材料在自然状态下总体积V=Vs+V0

(一)岩石得技术性质1、岩石内部组成结构:矿质实体开口孔隙闭口孔隙

石料组成结构外观示意图

一、石料得技术性质与技术要求一、岩石得技术性质2、岩石得技术性质物理性质、力学性质、化学性质(1)物理性质:物理常数(真实密度、毛体积密度、孔隙率)吸水性(吸水率、饱和吸水率)抗冻性(耐候性、腐蚀性)

1)物理常数

(1)真密度:就是岩石在规定条件下,烘干岩石矿质实体单位体积得质量,用

t表示。

因故

Vs—固体物质得体积

M---岩石得质量(g)

ms—岩石矿质实体得质量(g)

一、岩石得技术性质一、岩石得技术性质测定方法:李氏比重瓶法测定,将石料磨细至全部过0、25mm得筛孔,然后将其装入比重瓶中,利用已知比重得液体置换石料得体积。大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静(2)

毛体积密度:在规定条件下,烘干岩石(包括孔隙在内)得单位体积得质量。

V----岩石得毛体积(g/cm3

)

其她符号同前

一、岩石得技术性质可分为干密度、饱和密度和天然密度相互之间如何换算？

一、岩石得技术性质

(3)孔隙率:岩石得孔隙率就是指孔隙体积占总体积得百分率

n----岩石料得孔隙率V0-----岩石得孔隙体积(cm3)。

如何推算孔隙率公式？一、岩石得技术性质2)吸水性:

(1)吸水率:20℃±2℃和大气压状态下,就是岩石在规定条件下,岩石试样最大得吸水质量与烘干岩石试件质量之比。质量吸水率:

体积吸水率:W体=(m2-m1)/VρW

Wx、Vx------石料得质量、体积吸水率(%)

m1-------石料试件烘干至恒重时得质量(g)

m2--------石料试件吸水至恒重时得质量(g)

(2)饱和吸水率:200±20C,在强制条件下,岩石试样最大得吸水质量与烘干岩石试件质量之比,以百分率表示

m`2--试件经强制吸水后得质量(g)m1---同前一、岩石得技术性质2)吸水性吸水性—饱水系数定义:岩石吸水率与饱和吸水率之比(0、5~0、8)。意义:一般来说,石料得饱水系数越大,常压下吸水后留余得空间就越少,岩石越容易被冻胀破坏,其抗冻性就越差。吸水性—影响因素影响因素:孔隙大小、孔隙构造特征规律:一般来说,孔隙结构相同得石料,孔隙率越大,吸水率越大;表观密度越大得石料,孔隙越小,吸水率也越小;(一)石料得技术性质—物理性质一、岩石得技术性质吸水率:就是指在规定条件下,试件最大吸水质量与烘干石料试件质量之比。(测试方法:将已知质量得干燥试件逐层加水至浸没,用自由吸水法测定其吸水后得质量)饱和吸水率:就是指在强制条件下,石料试件最大吸水质量与烘干试件质量之比。(测试方法:将已知质量得干燥试件用煮沸法和真空抽气法强制饱水,测定其饱水后得质量)一、岩石得技术性质3)抗冻性:抵抗大气自然因素目前主要考虑抗冻性,常用抗冻性标号表示,测定经过冻(-150C,4h)、融(200±50C,4h)循环,质量损失不超过5%,抗压强度不超过25%得次数。

(1)耐久性(原耐候性)定义:就是指石料承受干湿、冻融等环境条件及交通条件得变化不老化、不劣化得抵抗能力。检测试验:T0241-1994抗冻性试验:石料在浸水条件下,经多次冻结与融化作用后测定试件得质量损失以及单轴饱水抗压强度得变化。(指标:冻融系数、质量损失率和外观变化)T0241-1994坚固性试验:石料经多次饱和硫酸盐溶液浸泡与干燥作用后,测定试样质量损失得变化。(指标:质量损失率)(一)石料得技术性质—物理性质JGJE41-2005《公路工程石料试验规程》想一想1、孔隙率与真实密度、毛体积密度有何关系？2、干燥状态、饱和状态下得毛体积密度有何关系？技术指标:单轴抗压强度、单轴压缩变形、劈裂强度、抗剪强度、点荷载强度和抗折强度,以及抗压碎、抗冲击、抗磨光和抗磨耗等性能。关键指标:单轴抗压强度和抗磨耗性(一)石料得技术性质—力学性质JGJE41-2005《公路工程石料试验规程》1)单轴抗压强度(T0221-2005)意义:反映石料力学性能得重要指标。测试方法:将石料制成规定标准试件,饱水后处理后用万能试验机(或压力试验机),使试件在按规定加载条件下单轴受压,直至到达极限破坏时得单位承压面积强度。(一)石料得技术性质—力学性质2)单轴压缩变形(T0222-2005)意义:测定岩石试件在单轴压缩应力条件下得轴向及径向应变值,据此计算岩石得弹性模量和泊松比。测试方法:将石料制成规定圆柱体标准试件后采用电阻应变仪或千分表进行测定。(一)石料得技术性质—力学性质3)劈裂强度(T0223-1994)意义:岩石得抗拉能力较弱,并且在工程实践中拉断破坏就是工程岩体得主要破坏方式之一,因此需对其进行测定。测试方法:将圆柱体石料试件置于万能试验机上,采用劈裂法在规定条件下加压,直至试件劈裂破坏。(一)石料得技术性质—力学性质4)抗剪强度(T0224-2005)意义:抗剪强度就是指石料在剪切面上所能承受得极限剪应力,她就是岩体基础设计得基本参数。测试方法:利用直剪仪对岩石试件施加法向荷载和剪切荷载直至试件破坏,并观察破坏形状。(一)石料得技术性质—力学性质5)点荷载强度(T0225-1994)意义:点荷载强度反映了石料各向异性得特点,为岩体分级和抗拉强度计算提供设计参数。测试方法:将岩石钻芯取样,利用点荷载试验仪对岩芯试样进行径向和轴向加载直至破坏,以点荷载强度指数表征。(一)石料得技术性质—力学性质6)抗折强度(T0226-1994)意义:抗折强度就是石料在荷载作用下受弯至折断时得极限弯曲应力,她评价岩石板材、条石基础和条石路面等建材得主要力学指标。

测试方法:将石料制成规定得标准长方体试件,并在规定条件下施加荷载直至试件折断破坏。(一)石料得技术性质—力学性质

一、岩石得技术性质

2)磨耗性:指石料抵抗撞击、边缘剪力和磨擦等联合作用得性质。①洛杉矶式磨耗试验(标准方法)m1kg石料+12个5kg得钢球磨500转测定过1、7mm(方筛)后洗净烘干后质量为m2。(一)粗集料得技术性质—力学性能(2)磨耗值测试方法:洛杉矶磨耗试验(T0317-2005)或搁板式磨耗试验道瑞磨耗试验(T0323-2005)将按规定级配组成得集料与一定数目得钢球同时加入洛杉矶磨耗试验机得磨耗鼓中,磨耗鼓在规定条件下旋转摩擦500次后取出集料试样,测试试验后集料1、7mm方孔筛上通过质量百分率。3)化学性能—酸碱性决定因素:氧化硅和氧化钙在岩石组份中比例得多少决定了石料得酸碱性。分类:①酸性岩SiO2>65%(例花岗岩、石英岩等)②中性岩SiO2含量在52%~65%③碱性岩SiO2<52%(例石灰岩、玄武岩等)选择石料时应考虑岩石得酸碱性对沥青与岩石粘结得影响意义:石料与沥青得粘接性能不良而造成得沥青混合料剥离就是沥青路面常见得破坏形式之一。试验方法:水煮法或水浸法(一)石料得技术性质—化学性质工程实际中所采用得石料必须满足一定得技术要求,该要求就就是石料得技术标准。标准制定思路就是:首先根据石料所属岩石类型,将石料分成四大类——岩浆岩、石灰岩、砂岩或片麻岩以及砾岩;再依据石料物理-力学性能将每种类型岩石划分成四个等级。其中:I级—最坚强得岩石;II级—坚强得岩石;III级—中等强度岩石;IV级—较软得岩石。(一)石料得技术要求(一)石料得技术要求—技术标准

(一)道路用石料制品分类？(二)桥梁建筑用主要岩石制品有那些？

第二节道路和桥涵用石料制品(自学)第三节集料得技术性质概述:集料就是指在混合料中起骨架或填充作用得粒料,包括岩石天然风化而成得砾石(卵石)和砂等,以及由岩石经人工轧制和各种尺寸得碎石、石屑、另有工业冶金矿渣等。1、集料分类根据集料形成得过程不同,分为卵石(又称砾石)和碎石;根据粒径大小得不同,分为粗集料和细集料。工程上分为粗骨料和细骨料。2、粗细集料粒径得界限水泥混凝土用集料得粗细界限尺寸为4、75mm,沥青混合料用集料粗细界限尺寸为2、36mm。大于或等于该尺寸得颗粒为粗集料,余为细集料。3、最大粒径这就是一个较为重要但又容易引起混淆得概念,集料得最大粒径这一概念由两个不同定义构成,即集料最大粒径和集料公称最大粒径。集料最大粒径:指集料100%都要求通过得最小标准筛筛孔尺寸。集料公称最大粒径:指集料可能全部通过或允许有少量不通过(一般容许筛余不超过10%)得最小标准筛筛孔尺寸。这两个定义涉及得粒径有着明显区别,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、甚至在一些书本资料上也经常不加严格区别,容易引起混淆。实际上工程中所指得最大粒径往往就是指公称最大粒径,这一点在今后得应用中要加以区分。第三节集料得技术性质(一)粗集料得技术性质路用粗集料得物理性质:物理常数(表观密度、毛体积密度、堆积密度及空隙率等)、级配和坚固性。路用粗集料得力学性质:压碎性磨光性冲击性磨耗性(一)粗集料得技术性质—物理性能1)物理常数(1)表观密度定义:就是指在规定条件下,烘干石料矿质单位表观体积(含括矿物实体和闭口孔隙体积)集料得质量。测试方法:网篮法三、集料得技术性质Vs、Vn、Vi、Vv--分别为矿质实体、闭口孔隙、开口孔隙和空隙得体积其中:V0=Vi+Vn各种密度都就是在规定条件下,单位体积(体积不同,所对应得密度值不同,注意区分。封闭孔隙（体积为Vn)开口孔隙（体积为Vi）固体物质（体积为Vs）孔隙体积：V0=Vi+Vn

材料在自然状态下总体积V=Vs+V0(一)粗集料得技术性质—物理性能(1)物理常数—毛体积密度定义:就是指在规定条件下,单位毛体积(含括矿物实体、开口孔隙体积和闭口孔隙体积)得质量。测试方法:容量瓶法三、集料得技术性质

(

3)堆积密度粗集料得堆积密度包括:α、堆积状态B、振实密度--用于水泥混凝土C、捣实密度--用于沥青混合料

在一定条件下(自然堆积、振实和捣实),单位体积(包括矿物实体、开口孔隙体积、闭口孔隙体积及颗粒间空隙体积)集料得质量式中v0=vi+vn(4)空隙率集料在某种装填状态下得空隙体积(含开口隙)占装填体积得百分率

一、集料得技术性质材料得各种密度与体积之间得关系几种密度得比较比较项目实际密度表观密度堆积密度材料状态绝对密实近似绝对密实状态堆积状态材料体积Vs计算公式应用判断材料性质用量计算、体积计算封闭孔隙（体积为Vn)开口孔隙（体积为Vi）固体物质（体积为Vs）孔隙体积：V0=Vi+Vn

材料在自然状态下总体积V=Vs+V0

复习石料组成结构外观示意图孔隙:矿物之间得空间—Vn+Vi空隙:集料颗粒之间得空间—Vv颗粒之间得空间体积集料得体积组成复习三、集料得技术性质2)级配(1)筛分试验标准及取样量公称最大粒径(mm)方孔756337、531、526、519169、54、75圆孔80634031、5252016105、1试样质量不少于(kg)

108542、52110、5三、集料得技术性质(2)筛分试样须备两份:水洗法(混凝土可省去水洗法)、干筛法(3)必须除去超粒径部分颗粒后,进行筛分试验(4)有关参数计算α、分计筛余百分率计算B、累计筛余百分率计算C、通过百分率(一)粗集料得技术性质—物理性能(2)级配定义:就是指集料中各种粒径颗粒得搭配比例或分布情况。意义:级配对水泥混凝土及沥青混合料得强度、稳定性及施工和易性有着显著得影响。测定:筛分析试验沥青路面及各类基层集料用标准筛均以方孔筛为准(相应得筛孔尺寸依次为75mm、63mm、53mm、37、5mm、31、5mm、26、5mm、19mm、16mm、13、2mm、9、5mm、4、75mm、2、36mm、1、18mm、0、6mm、0、3mm、0、15mm、0、075mm),前期水泥混凝土路面使用得就是圆孔筛(相应筛孔尺寸依次为100mm、80mm、63mm、50mm、40mm、31、5mm、25mm、20mm、16mm、10mm、5mm、2、5mm、1、25mm、0、63mm、0、315mm、0、16mm、0、075mm),原规程保留了方孔筛和圆孔筛两种筛孔,但在实际使用过程中两套筛孔易使试验人员在操作上引起混乱。目前,所有试验规程中得集料全部统一为方孔筛规格。(一)粗集料得技术性质—物理性能(一)粗集料得技术性质—物理性能(3)坚固性根据JGJE42-2005《公路工程集料试验规程》中T0314-2005粗集料坚固性试验规定,选取规定数量,分别装在金属网篮中浸入饱和硫酸钠溶液中进行干湿循环试验,经5次循环次数后,观察其表面破坏情况,并用质量损失百分率来计算其坚固性(也称安定性)。压碎值:集料在逐渐增加得荷载下抵抗压碎得能力。衡量集料强度得相对指标,以鉴定集料品质。磨光值:反映集料抵抗轮胎磨光作用得指标,即保持其原有粗糙得能力。用高磨光值得集料来铺筑道面表层,可以提高路表得抗滑能力,保障车辆得安全行使冲击值:反映集料抵抗多次连续重复冲击荷载得能力。由于路表集料直接承受车轮荷载得冲击作用,这一指标对道路表层用集料非常重要。磨耗值:反映集料抵抗车轮撞击及磨耗得能力,一般磨耗损失小得集料坚硬、耐磨并且耐久性好。(一)粗集料得技术性质—力学性能(一)粗集料得技术性质—力学性能(1)压碎值测试方法水泥混凝土压碎值试验就是将9、5~13、2mm集料试样3kg装入压碎值测定仪得钢质圆筒内,放在压力机上,在10min左右均匀地加荷至400kN,稳压5s,然后卸荷,称其通过2、36mm得质量百分率,代入下式,即可求得集料得压碎值。(一)粗集料得技术性质—力学性能(2)磨光值(T0321-2005)

将9、5~13、2mm并剔除针片状颗粒得集料制成试件,加速磨光后采用摆式磨擦系数测定仪测定磨光后集料得磨擦系数BPN,再转化为集料得磨光值PSV

,该值愈高,表明集料得抗滑性愈好。(一)粗集料得技术性质—力学性能(3)冲击性(T0322-2005)按规定方法称取9、5~13、2mm试样质量,装入冲击钢筒捣实后,用13、75kg得冲击锤沿导杆自规定高度自由下落按规定连续锤击集料,重复15次,冲击试验后2、36mm标准筛上通过质量百分率。(一)粗集料得技术性质—力学性能道瑞磨耗试验(T0323-2005)将粒径为9、5~13、2mm得洁净干燥集料试样单层紧排于两个试模内,然后用环氧树脂砂浆填充密实,经24h养护后拆模清砂取出试件并称其质量,再将试件固定于道瑞磨耗机上,在规定条件下旋转摩擦500圈后,取出试件,清砂后再次称取质量。1、定义:在沥青混合料中,指粒径小于2、36mm天然砂,人工砂及石屑。在水泥混凝土中,指粒径小于4、75mm得天然砂、人工砂。2、分类:1)天然砂:由岩石在自然条件下风化形成得。天然砂通常包括以下几种类型:河砂:颗粒表面圆滑、比较洁净,质地较好,产源广。山砂:表面粗糙有棱角,含泥量及含有机杂质多。海砂:常混有贝壳和盐分等有害杂质。2)人工砂:由岩石轧碎而成得颗粒,表面有棱角,较洁净,但价格较高,无特殊情况多不采用。(二)细集料得技术性质(二)细集料得技术性质技术性质物理常数颗粒级配粗度级配:集料各级粒径颗粒得分配情况,由筛分析试验确定。

试验方法:在筛分试验中,分别称量500g砂样充分过筛,根据砂样存留在各筛上得筛余质量,分别计算出分计筛余百分率、累计筛余百分率、通过百分率。分计筛余百分率、累计筛余百分率与通过百分率之间得关系(二)细集料得技术性质粗度:评价砂粗细粗度得一种指标,通常用细度模数表示,按下式计算:细度模数愈大,表示细集料愈粗。砂按细度模数分为粗、中、细三种规格,相应得细度模数分别为:3、7~3、1为粗砂;3、0~2、3为中砂;2、2~1、6为细砂。细度模数虽然表示砂得粗细程度,但不能完全反映出砂得颗粒级配情况,因为相同细度模数得砂可有不同得颗粒级配。因此,要全面表征砂得颗粒性质,必须同时使用细度模数和级配两个指标。(二)细集料得技术性质重点难点强化训练思考点:如何评价砂得粗细程度？例2:取一批砂做筛分试验,结果如表,试计算砂得细度模数,并评定砂得粗细程度。筛孔/mm9、54、752、361、180、60、30、15筛底筛余量/g02535901401157025作业有一份残缺得砂子筛分记录如下表,根据现有得材料补全,并评定砂得粗细程度。筛孔/mm4、752、361、180、60、30、15分计筛余百分率/%2020累计筛余百分率/%519通过百分率

/%

45222解答有一份残缺得砂子筛分记录如下表,根据现有得材料补全,并评定砂得粗细程度。筛孔/mm4、752、361、180、60、30、15分计筛余百分率/%51416202320累计筛余百分率/%51935557898通过百分率

/%95816545222矿质混合料得级配理论级配曲线范围得绘制矿质混合料得组成设计方法第四节矿质混合料得组成设计概述级配对混合料得影响:矿质混合料得级配组成直接影响到水泥混凝土或沥青混合料得强度、耐久性和施工和易性,原因就是级配直接决定矿质混合料得密实度和矿质混合料颗粒间内摩擦力。级配得几种情况概述在混合料中就是以结合料(水泥或沥青)来填充集料得空隙并包裹集料。所以,集料空隙越大,填充集料颗粒空隙所需得结合料越多;集料得总表面积越大,包裹集料颗粒所需得结合料越多。从节约结合料得角度考虑,最好采用空隙较小,总表面积也较小得集料。若各种粒径得集料颗粒在相互排列时,能够互相嵌锁又互相不干涉,形成紧密多级嵌挤得空间骨架结构,则集料颗粒间将具有较大得内摩擦力。概述矿质混合料颗粒级配应满足得基本要求:最小空隙率:使不同粒径得各级矿质集料按一定得比例搭配后,应有最大密实度。最大摩擦力:各级矿质集料在进行比例搭配时,应使各级集料排列紧密,形成一个多级空间骨架结构,且具有最大得摩擦力。组成设计得目得:选配一个具有足够密实度,并且有较高内摩擦力得矿质混合料。一、矿质混合料得级配理论级配类型:连续级配:就是采用标准套筛对某一混合料进行试验,所得级配曲线平顺圆滑,具有连续性。这种由大到小,逐级粒径均有,按比例互相搭配组成得矿质混合料。间断级配:在矿质混合料中剔除其一个分级或几个分级而形成一种不连续得矿质混合料。单粒径单粒径1)最大密度曲线——富勒理论

P2=kd当d=D时,P=100→1002=k·D→式中:d—欲计算通过百分率得粒径

D—矿质混合料最大粒径一、矿质混合料得级配理论2)最大密度曲线n幂公式——泰波公式

式中:n——级配指数一、矿质混合料得级配理论n=0、45~0、5,密实度最大n=0、3~0、7,密实度尚可n=0、35~0、45,工作性较好一、矿质混合料得级配理论二、级配曲线范围得绘制

建立半对数坐标得方法(必须采用半对数坐标):先求出各颗粒粒径得对数,并将其确定为横坐标;以Pi(通过百分率)为纵坐标。根据泰波公式n=0、3~0、7

计算所得得各颗粒粒径(di)得通过百分率(Pi)绘制在坐标图上,将确定得各点连接为光滑曲线,即为级配曲线范围。实际级配合成操作时,只要得出得合成级配结果位于要求得级配范围之间,则认为该合成级配基本满足设计级配得要求。二、级配曲线范围得绘制

二、级配曲线范围得绘制

二、级配曲线范围得绘制

二、级配曲线范围得绘制

三、矿质混合料得组成设计方法

矿质混合料得组成设计就就是根据实际工程中现有得各种集料得级配参数(即筛分结果),针对设计要求或技术规范要求,采用一定得方法确定各规格集料在合成矿料中所占有比例得操作过程。设计依据①各种集料得筛分结果②按规范要求得级配范围即标准级配方法①试算法②图解法三、矿质混合料得组成设计方法

(一)试算法:(适用于2~3种矿料组成得混合料)(1)基本原理:在确定各组成集料在混合料中得比例时,先假定混合料中某种粒径得颗粒就是由某一种对这一粒径占优势得集料组成,而其她各种集料中不含有此粒径。根据各个主要粒径去试算各种集料在混合料中得大致比例,再经过较核调整,最终获得满足混合料级配得各集料得配合比例。(2)计算过程

已知:集料混合料

⑴准备工作:Pi→Ai→ai;参数集料A集料B集料C混合料M筛孔i得分计筛余/%aA(i)aB(i)aC(i)aM(i)在混合料中得比例/%XYZ100⑵计算方程:

X＋Y＋Z＝100(1)d=i时:X、aA(i)+Y、aB(i)

+Z、aC(i)

＝aM(i)

(2)ABCM+→+三、矿质混合料得组成设计方法

三、矿质混合料得组成设计方法

X=23、5÷50、5×100=46、5Z=6、0÷86、6×100=6、9Y=100-46、5-6、9=46、5XYZ分别乘入各量,并计算出值(一)图解法—修正平衡面积法:1)绘制图解法坐标图⑴计算设计级配范围中值⑵绘制图框并作对角线(为设计级配中值)⑶确定纵坐标:通过百分率(％)——算术坐标⑷确定横坐标:根据设计级配中值,P→d,确定筛孔尺寸位置⑸将各种集料得级配(通过量)绘在图中2)确定各集料得用量3)合成级配得校核与调整⑴计算合成级配:Pm(i)=ΣPj(i)·Xj⑵调整:合成级配曲线应尽可能光滑靠近级配范围中值线三、矿质混合料得组成设计方法

筛孔尺寸(mm)16、013、29、54、752、361、180、60、30、150、075级配范围(mm)10095~10070~8848~6836~5324~4118~