砂石材料（道路建筑材料课件）

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1、第一章 砂石材料,第一节 砂石材料的基础知识 第二节 集料 第三节 矿质混合料的组成设计,第一章 砂石材料,本章重点：石料与集料的主要技术性能以及主要评价方法和评价标准；集料的级配概念和级配理论；矿质混合料的配合比设计方法。,第一节 砂石材料的基础知识,一、砂石材料的岩石学特性,1、造岩矿物,(1)定义：具有一定化学成分和结构特征的天然化合物或单质。 (2)主要有：石英、长石、云母、方解石、白云石、石膏、黄铁矿等。,第一节 砂石材料的基础知识,一、砂石材料的岩石学特性,(1)定义：具有一定化学成分和结构特征的天然化合物或单质。 (2)主要有：石英、长石、云母、方解石、白云石、石膏、黄铁矿等。,

2、1、造岩矿物,(3)何谓单矿岩、多矿岩？ (4)石料的矿物组成和结构构造特征对其物理力学性质影响很大。,2、岩石的分类,（1）岩浆岩,深成岩 喷出岩 火山岩,深成岩特点：结晶完整、结构致密、表观密度大、孔隙率和吸水率小、抗压强度高、抗冻性好。 工程中常用的有：花岗岩、辉长岩、闪长岩等。,（1）岩浆岩,深成岩特点：结晶完整、结构致密、表观密度大、孔隙率和吸水率小、抗压强度高、抗冻性好。 工程中常用的有：花岗岩、辉长岩、闪长岩等。,2、岩石的分类,深成岩 喷出岩 火山岩,（1）岩浆岩,火山岩有多孔玻璃质结构的散粒状火山岩，如火山灰、火山渣、浮石等； 也有因覆盖层压力作用而凝聚成大块的胶结火山岩，如

3、火山凝灰岩等。,2、岩石的分类,深成岩 喷出岩 火山岩,（1）岩浆岩,喷出岩当喷出的岩浆形成较厚的岩层时，其结构与性质类似深成岩； 当形成较薄的岩层时，易形成多孔构造，性质近似于火山岩。 工程中常用的有玄武岩、安山岩、辉绿岩等。,2、岩石的分类,深成岩 喷出岩 火山岩,（1）岩浆岩,（2）沉积岩,沉积环境,2、岩石的分类,（1）岩浆岩,（2）沉积岩,沉积环境,沉积构造,2、岩石的分类,（1）岩浆岩,（2）沉积岩,沉积岩多呈层状构造，表观密度小，孔隙率和吸水率较大，强度较低，耐久性较差。 工程中常用的有石灰岩、砂岩、砾岩、页岩等。,2、岩石的分类,（1）岩浆岩,（2）沉积岩,沉积岩多呈层状构造，

4、表观密度小，孔隙率和吸水率较大，强度较低，耐久性较差。 工程中常用的有石灰岩、砂岩、砾岩、页岩等。,2、岩石的分类,（1）岩浆岩,（2）沉积岩,变质岩是岩浆岩或沉积岩经地质变质作用而生成。,（3）变质岩,2、岩石的分类,（1）岩浆岩,（2）沉积岩,变质岩与原来岩石相比，矿物成分和结构构造发生显著变化。 工程中常用的有大理岩、石英岩、片麻岩、片岩等。,（3）变质岩,2、岩石的分类,3、矿物的主要化学组成,主要化学成分为SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3、MgO等。 石料按SiO2含量不同可分为酸性、中性、碱性集料。,沥青混合料所用集料宜优选碱性石材轧制而成。 水泥混凝土的集料选用应避免发生

5、“碱集料反应”。,矿物实体 闭口孔隙 开口孔隙,三部分组成,1、物理常数,二、岩石的物理性质,二、岩石的物理性质,1）密度 （1）真实密度,定义：在规定条件下，单位真实体积矿质实体的干质量。,105土5烘干至恒重，温度20,不含孔隙的矿质实体体积,公式：,测定方法：, 比重瓶法 李氏密度瓶法,1、物理常数,测定方法：, 比重瓶法 李氏密度瓶法,二、岩石的物理性质,1）密度 （1）真实密度,定义：在规定条件下，单位表观体积矿质实体的干质量。,公式：,（2）表观密度,包括矿质实体和闭口孔隙的体积,1、物理常数,二、岩石的物理性质,1）密度 （1）真实密度,定义：在规定条件下，单位毛体积矿质实体的干

6、质量。,公式：,（2）表观密度,包括矿质实体和所有孔隙的体积,（3）毛体积密度,1、物理常数,二、岩石的物理性质,1）密度,定义：石料孔隙体积占石料总体积的百分率。,公式：,2）孔隙率,1、物理常数,二、岩石的物理性质,2、含水率,1、物理常数,含水率是指岩石在天然状态下的含水率。 公式：,可间接反映岩石中孔隙多少及致密程度 软岩含水率对其力学性能影响很大,二、岩石的物理性质,2、含水率,1、物理常数,吸水率是指在室内常温和常压条件下，石料试样最大的吸水质量占烘干试样质量的百分率。 公式：,饱水率在常温和真空条件下测试，真空度为2.67kPa。 饱水率吸水率,（1）吸水率 （2）饱水率,二、岩

7、石的物理性质,3、吸水性,三、岩石的抗压强度,1、测试方法,岩石工程用途不同，抗压强度的测试方法就不相同。 道路、桥梁工程用石料采用饱水试件单轴抗压强度。,试件： 规定尺寸的正方体或的圆柱体试件，饱水后单轴受压。 公式：,1、测试方法,三、岩石的抗压强度,岩石的矿物组成、结构构造、孔隙结构和含水状态等 试验条件：试件形状、大小、加工精度、加荷速率等,2、影响因素,定义：主要表现为岩石的抗冻性，即石料能够经受反复冻结和融化而不破坏，并不严重降低强度的能力。 测定方法：,抗冻性试验（直接冻融法） 坚固性试验（硫酸钠坚固性法）,坚固性试验是测定石料抗冻性的一种简易、快速的方法，有条件者均应采用直接冻

8、融法。,四、岩石的耐久性,测定指标：,冻融质量损失率,试验前烘干试件质量,试验后烘干试件质量,耐冻系数,试验前试件饱水抗压强度,经若干次冻融循环试验后试件饱水抗压强度,公路工程用石料技术要求：,（1）耐冻系数大于0.75 （2）质量损失率小于2% （3）试件无明显缺损,四、岩石的耐久性,五、岩石的技术标准,1.岩石的技术分级,2.岩石的技术标准,类岩浆岩类 类石灰岩类 类砂岩和片岩类 类砾石类,1级最坚硬岩石 2级坚硬岩石 3级中等强度岩石 4级较软岩石,根据公路工程对岩石的不同要求，可划分为四个岩类：,每一类岩石按其饱水极限抗压强度和磨耗率划分为四个等级：,公路工程岩石技术标准,第二节 集料

9、,一、集料的来源与分类,包括天然砂、砾（卵）石、人工砂和轧制碎石，以及各类工业冶金矿渣等。,集料,粗集料 在混合料中起骨架作用 （碎石、砾石等）,细集料 在混合料中起填充作用 （天然砂、人工砂和石屑）,在水泥混凝土中，粒径4.75mm 在沥青混合料中，粒径2.36mm,在水泥混凝土中，粒径4.75mm 在沥青混合料中，粒径2.36mm,二、集料的物理性质,1、物理常数 （1）密度,集料的表观密度和毛体积密度定义与石料相同，但测定方法不同。 表干密度：也称饱和面干毛体积密度，计算体积与毛体积密度相同，但计算质量以表干质量为准。, 表观密度、毛体积密度、表干密度,1、物理常数 （1）密度, 堆积密

10、度,定义：烘干集料颗粒矿质实体的单位装填体积的质量。,公式：, 表观密度、毛体积密度、表干密度,包括集料矿质实体、所有孔隙及集料颗粒间空隙体积,二、集料的物理性质,1、物理常数 （1）密度, 堆积密度,自然堆积密度 振实密度 捣实密度,三种装填密度, 表观密度、毛体积密度、表干密度,二、集料的物理性质,1、物理常数 （1）密度,（2）空隙率,定义：集料在某种堆积状态下的空隙体积占堆积体积的百分率。,公式：,含开口孔隙,堆积体积,二、集料的物理性质,1、物理常数 （1）密度,（2）空隙率,（3）沥青混合料粗集料骨架间隙率,二、集料的物理性质,1、物理常数 （1）密度,（2）空隙率,定义：4.75

11、mm以上粗集料在捣实状态下颗粒间空隙体积的百分含量。,公式：,粗集料捣实密度,粗集料的毛体积密度,（3）沥青混合料粗集料骨架间隙率,二、集料的物理性质,1、物理常数,2、级配：混合料中各种粒径集料颗粒的搭配比例或分布情况。,二、集料的物理性质,1、物理常数,2、级配,较理想的集料颗粒形状是接近球体或立方体 现行规范中对集料针、片状颗粒含量进行限制 集料表面特征主要影响集料与结合料间的粘结性能,表面粗糙、有破裂面的集料颗粒比表面光滑、无棱角的集料颗粒内摩阻力更大，与胶结料之间的粘结能力也较强，但混合料施工和易性相对较差。,3、颗粒形状与表面特征,二、集料的物理性质,1、物理常数,2、级配,3、颗

12、粒形状与表面特征,二、集料的物理性质,定义：细集料颗粒在松散状态下的空隙率。,细集料棱角性（空隙率法）,1、物理常数,2、级配,3、颗粒形状与表面特征,二、集料的物理性质,细集料棱角性（空隙率法）,定义：细集料颗粒在松散状态下的空隙率。,公式：,细集料松装密度,细集料毛体积密度,1、物理常数,2、级配,（1）含泥量与石粉含量,4、含泥量和泥块含量,砂当量 甲基蓝MB值,（2）泥块含量,二、集料的物理性质,3、颗粒形状与表面特征,三、粗集料的力学性质,1、压碎值,试验后通过2.36mm筛孔细料质量,2、磨耗率,定义：石料抵抗撞击、边缘剪切和摩擦等综合作用的能力。 测定方法：, 洛杉矶磨耗试验 狄

13、法尔磨耗试验,2、磨耗率,定义：石料抵抗撞击、边缘剪切和摩擦等综合作用的能力。 测定方法：, 洛杉矶磨耗试验 狄法尔磨耗试验,2、磨耗率,定义：石料抵抗撞击、边缘剪切和摩擦等综合作用的能力。 测定方法：, 洛杉矶磨耗试验 狄法尔磨耗试验,洛杉矶磨耗试验为标准方法，只有在不具备该磨耗试验条件时，方允许采用狄法尔磨耗试验代替。,测定指标：,质量磨耗率,1、压碎值,2、磨耗率 3、磨光值,三、粗集料的力学性质,1、压碎值,2、磨耗率 3、磨光值,三、粗集料的力学性质,石料磨光值愈高，表示其抗滑性愈好。 道路路面抗滑磨耗层应选用磨光值高的集料，如玄武岩、安山岩、砂岩等。 几种典型集料磨光值,1、压碎值

14、,2、磨耗率 3、磨光值,三、粗集料的力学性质,4、冲击值,集料冲击值,试验后通过2.36mm筛石屑质量,集料冲击值愈小，表明其抗冲击性愈好。,AIV,1、压碎值,2、磨耗率 3、磨光值,三、粗集料的力学性质,4、冲击值,5、磨耗值,（道瑞试验）,道瑞磨耗值,道瑞磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差。,集料表干密度,路面抗滑磨耗层用粗集料技术要求,四、冶金矿渣集料,1、何谓工业冶金矿渣？,高炉矿渣 钢渣,2、矿渣的主要化学成分及活性,(1)主要化学成分,酸性氧化物SiO2、Fe2O3、P2O5、TiO2 碱性氧化物Ca0、MgO、MnO、BaO 中性氧化物Al2O3 硫化物CaS、MnS、FeS等,

15、矿渣化学成分复杂，酸碱氧化物含量比例对矿渣活性影响较大。 活性高的矿渣宜用作水泥混和材料，低活性的矿渣主要在混凝土结构或道路结构中使用。,（2）矿渣活性检验,高炉矿渣,碱性系数,质量系数,钢渣,碱度,（1）物理力学特性,物理力学性能变化范围和分散性较大 密度一般高于天然集料,3、矿渣集料的技术特性,（2）化学稳定性,f-CaO消解 铁和锰分解,影响矿渣稳定性的因素,路面结构中矿渣集料f-CaO含量应小于3,第三节 矿质混合料的组成设计,一、何谓矿质混合料？ 二、矿质混合料的级配,1、集料级配的定义 集料中各种粒径颗粒的分级和搭配情况,第三节 矿质混合料的组成设计,一、何谓矿质混合料？ 二、矿质

16、混合料的级配,1、集料级配的定义,（1）筛分试验,2、集料级配的表示方法, 标准筛（方孔筛）,第三节 矿质混合料的组成设计,一、何谓矿质混合料？ 二、矿质混合料的级配,1、集料级配的定义,（1）筛分试验,2、集料级配的表示方法, 标准筛, 级配参数,分计筛余百分率 累计筛余百分率 通过百分率,第三节 矿质混合料的组成设计,分计筛余百分率 累计筛余百分率 通过百分率,第三节 矿质混合料的组成设计,（2）细集料的细度模数,砂,Mf =3.7-3.1为粗砂 Mf =3.0-2.3为中砂 Mf =2.2-1.6为细砂,结论：细度模数越大，表示细集料越粗。,（3）集料的级配曲线, 级配曲线的绘制, 级配曲线类型,连续级配 间断级配,思考,？,集料级配对水泥混凝土和沥青混合料的性能有何影响？,3、连续级配的计算,（1）最大密度级配曲线,3、连续级配的计算,（1）最大密度级配曲线,（2）级配曲线范围,0.45,三、矿质混合料的配合比设计方法,1、何谓矿质混合料配合比设计？,两个已知条件,各种集料的级配参数 矿质混合料目标级配范围,两种设计方法,数解法 图解法,