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1、第一章 砂石材料山东建筑大学 交通工程专业1主要内容1.1 石料1.2 集料1.3 矿质混合料的组成设计1.4 小结与习题2学习任务 掌握粗细集料毛体积密度、表观密度的实验操作方法及计算过程；筛分实验及集料级配计算方法；矿料级配类型及其特点；集料级配表示方法；级配曲线的绘制方法； 熟悉集料划分方法、粗细集料最大粒径和公称最大粒区别；针片状颗粒定义；级配概念；砂细度判定方法； 了解粗集料及砂的技术性质要求、粗集料力学性质定义及力学性质内容；砂中有害物质的类型及检测；31.1 石料n 石料定义在建筑结构工程中，所使用的石料通常指由天然岩石经机械加工制成的，或者由直接开采得到的具有一定形状和尺寸的石
2、料制品。n 石料的岩石学特征岩石学特性造岩矿物：具有一定化学成分和结构特性的天然化合物或单质，简称矿物，由一种或两种以上的矿物组成不同的岩石。 岩石分类：根据成岩条件分为岩浆岩、沉积岩、变质岩常见岩石种类&岩石的酸碱性道路建筑材料砂石材料4n 石料的物理学特征物理学性质物理常数：主要指石料密度和孔隙率，此类常数能直接影响到石料的力学性质，是将石料用于混合料配合比设计的参数之一。 吸水性：石料吸水能力的大小，用吸水率和饱水率形式表示； 抗冻性：石料在饱水状态下，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； 道路建筑材料砂石材料5物理常数孔隙率真实密度 表观密度毛体积密度密度吸水性吸水
3、率饱水率抗冻性直接冻融法硫酸纳法这些物理性质具体表现，在一定程度上都与石料的孔隙率有相应的关系。当孔隙率高，特别是与外界相通且较粗大的开口孔隙发达时，使石料的表观密度和毛体积密度减小，相应的吸水性加大，抗冻性能变差。因此石料物理指标可在一定程度上预测石料一些工程性质的好坏，认知石料力学性质的表现。道路建筑材料砂石材料6n 石料的力学性质石料在工程应用中，所表现出的抗压、抗剪、抗弯拉强度的能力，以及抵抗荷载冲击、剪切和摩擦作用的能力。实践中石料的这一性质常用抗压强度和磨耗率两项指标来表示。n 石料的技术标准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；再依据石料的抗
4、压强度的高低和磨耗率的大小将每种类型岩石划分成四个等级。重点：1.石料应具备哪些力学性质，采用什么指标来反映这些性质?2.简述道路工程用石料的分类和分级方法?道路建筑材料砂石材料标准71.2 集料1. 定义：笼统的说集料就是粒状石质材料。2.集料分类：分 类总分类：包括天然砂、人工砂、卵石、碎石，另有工业冶金矿渣集料形成的过程不同：分为卵石(又称砾石)和碎石粒径大小的不同：分为粗集料和细集料 粗细粒径的界限：水泥混凝土4.75mm，沥青混凝土2.36mm，大于或等于该尺寸的颗粒为粗集料，余为细集料。最大粒径：集料最大粒径和集料公称最大粒径 重要但又容易引 起混淆的概念 标准筛道路建筑材料砂石材
5、料83. 集料的物理性质物理性质物理常数集料的级配颗粒形状和表面特征含泥量和泥块含量物理常数密度1.表观密度、毛体积密度、毛体积密度与石料相应密度在概念上相同，仅在实际的密度测定方法上有所区别。2.表干密度：又称作饱和面干毛体积密度 3.装填密度：装样方法不同可为堆积密度、振实密度和捣实密度 空隙率：集料在某种装填状态下的空隙体积(含开口孔隙)占装填体积的百分率 粗集料的骨架间隙率：通常指4.75mm以上粗集料颗粒间的空隙体积的百分含量。其大小用于确定混合料中细集料和结合料的数量，评价集料的骨架结构。 细集料的棱角性：由在一定条件下测定的空隙率表征。 道路建筑材料砂石材料9道路建筑材料砂石材料
6、集料的级配：级配是指集料中各种粒径颗粒的搭配比例或分布情况。级配对水泥混凝土及沥青混合料的强度、稳定性及施工和易性有着显著的影响，级配设计也是水泥混凝土和沥青混合料配合比设计的重要组成部分。集料的颗粒形状与表面特征 ：集料的形状和表面特征将影响集料颗粒间的内摩阻力、集料颗粒与结合料粘结性及吸附性等方面。 1. 理想集料颗粒形状是球状或立方体。不取用扁平、薄片、细长状的颗粒。 针片状颗粒的定义：最大长度与厚度之比大于3的颗粒。 2. 集料表面特征指集料的粗糙程度和孔隙特征。表面粗糙的集料颗粒有较显著的摩阻力，同时也会影响集料的施工和易性；粗糙且有吸收水泥浆和沥青轻组分的孔隙特征的集料与结合料的粘
7、结能力较强。 10含泥量和泥块含量：存在于集料中或包裹在集料颗粒表面的泥土水泥的水化速度集料与水泥(或沥青)间的粘结能力 混合料的整体强度和耐久性降低妨碍影响限制含量4. 集料的力学性质(1)压碎值指按规定的方法测得石料抵抗压碎的能力，也是集料强度的相对指标，用以鉴定集料品质。压碎值是对石料的标准试样在标准条件下进行加荷，测试石料被压碎后，标准筛上筛余质量的百分率。(2)磨光值 (PSV )反映石料抵抗轮胎磨光作用能力的指标。该值越大，表明集料的抗磨光性能越好。采用加速磨光机磨光石料，并用摆式磨擦系数测定仪浊得 的磨光后集料的磨擦系数。 道路建筑材料砂石材料11(3) 冲击值 (LSV)反映石
8、料抵抗冲击荷载的能力。该值越小，表明集料的抗冲击性能越好。由于路表集料直接承受车轮荷载的冲击作用，这一指标对道路表层用集料非常重要。 (4) 磨耗值 (AAV)确定石料抵抗表面磨损的能力，适用于对路面抗滑表层所用集料抵抗车轮磨耗值。该值越小，表明集料的抗磨耗能力越好。重点：1.石抖的主要物理常数与集料的主要物理常数有哪几项?它们之间有何异同? 2.什么是集料的装填密度?什么是松装密度?什么是紧装密度?3.压碎值、磨耗值、磨光值及冲击值分别表征粗集料的什么性质，对路面工程有何实用意义?道路建筑材料沥青材料12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。确定几种集料混合时各自比
9、例的过程就是矿料的组成设计。 1. 集料级配的表示方法2. 集料级配曲线一、矿料的级配二、矿料配合比设计方法矿料配合比设计就是根据实际工程中现有的各种集料的级配参数（即筛分结果），针对设计要求或技术规范要求，采用一定的方法确定各规格集料在合成矿料中所占有比例的操作过程。 1.3 矿料的级配组成道路建筑材料砂石材料131.集料级配的表示方法筛分试验细集料的细度模数集料的级配曲线采用标准套筛对集料进行过筛分析，以确定集料粗细颗粒的分布即级配就是所谓筛分试验。通过筛分试验，求得集料试样的级配参数。以细集料的筛分为例：在筛分试验中，根据集料存留在各筛上的筛余质量，分别计算出分计筛余百分率、累计筛余百分
10、率、通过百率。分计筛余百分率：是指某号筛上的筛余质量占试样总质量百分率 式中：mi 存留在某号筛上的试样质量，g；M 集料风干试样的总质量，g。 道路建筑材料砂石材料集料级配的表示方法14累计筛余百分率：是指某号筛的分计筛余百分率和大于该号筛的各筛分计筛余百分率之总和。 式中：a1， a2 .a1， 各筛的分计筛余百分率，%通过百分率：是指通过某号筛的试样质量占试样总质量的百分率，即100与某号筛累计筛余百分率之差。 式中：Ai 某号筛的累计筛余百分率，% 道路建筑材料砂石材料15细集料的细度模数用于评价细集料粗细程度的指标，是细集料筛分试验中各号筛上的累计筛余百分率之和： 式中：Mf 砂的细
11、度模数；A4.75 , A2.36, A0.15 分别为4.75、2.36、0.15各筛的累计筛余百分率，% 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，相应的细度模数分别为：粗砂 Mf = 3.73.1；中砂Mf = 3.0 2.3；细砂Mf = 2.21.6道路建筑材料砂石材料无4.75以上集料含4.75以上集料162. 集料的级配曲线(1) 级配曲线的绘制以通过量的百分率为纵坐标，筛孔尺寸（也表示矿料不同颗粒的粒径）为横坐标，将各筛上的通过量绘制在坐标图中，然后用曲线将各点连接起来，成为所谓的级配曲线。a）常数坐标 b）半对数坐标道路建筑材料砂石材料17(2) 级配
12、曲线类型粗细不同的粒径按照一定的比例组合搭配在一起，以达到较高的密实程度，根据搭配组成的结果，可得到以下几种不同级配形式。 连续级配：连续级配是某一矿料在标准套筛中进行筛分后，矿料的颗粒由大到小连续分布，每一级都占有适当的比例。这种由大到小逐级粒径都有，按比例互相搭配组成的矿质混合料，称为连续级配混合料 。Eg：AC。 间断级配：在矿料颗粒分布的整个区间里，从中间剔除一个或连续几个粒级，形成一种不连续的级配，成为所谓的间断级配。 Eg：SMA。 连续开级配：整个矿料颗粒分布范围较窄，从最大粒径到最小粒径仅在数个粒级上以连续的形式出现，形成所谓的连续开级配。 Eg：OGFC，ATPB。不同级配类
13、型的级配曲线如下图所示道路建筑材料砂石材料18(3) 级配理论最大密度曲线理论(富勒理论)观点：混合料级配曲线越接近抛物线，则其密度越大；当混合料级配曲线为抛物线时，具有最大密实度。级配曲线公式：道路建筑材料砂石材料d 矿料颗粒粒径；P 通过量；19 离子干涉理论观点：集料一级级填充，确保下一级颗粒将上级颗粒间形成的空隙填满，而总几何尺寸不超过该空间，即互不干涉。Eg：SMA为一级嵌挤；多级嵌挤结构其级配曲线称s型；良好抗车辙性能；范围：设计连续和间断级配道路建筑材料沥青材料20(4) 级配组成对矿料性能的影响 矿料的级配组成直接决定矿料的两大特点：矿料密实度和矿料颗粒间内摹阻力。从而影响到水
14、泥混凝土或沥青混合料的强度、耐久性和施工和易性。 矿料连续级配的计算 了解矿质混合料级配的概念，接下来学习矿质混合料的配合比设计方法。道路建筑材料砂石材料21二 矿料配合比设计常用的方法有：数解法、图解法（修正平衡面积法） 1. 数解法试算法设计步骤 (1) 建立基本计算方程 (2) 基本假设 (3) 计算 (4) 校核调整 2. 图解法设计步骤 (自学)(1) 准备工作 筛分并计算各自的通过量百分率、明确设计级配要求(2) 绘制框图 (3) 确定各集料用量(4) 合成级配的计算与校核 道路建筑材料砂石材料221.4 小结与习题小结：n质量对比：表干质量烘干质量水中重n饱和面干：开口孔隙吸饱水
15、，表面无水状态；n表观密度：矿质实体和闭口孔隙排开水体积；n毛体积密度：开口、闭口孔隙及实体排开水积；习题：思考题： P341-1P35 1-8；作业：P35 1-12；道路建筑材料砂石材料23常见岩石安山岩花岗岩玄武岩石灰岩白云岩石粉道路建筑材料砂石材料24道路建筑材料砂石材料返回25最大粒径：集料的最大粒径这一概念由两个不同定义构成|集料最大粒径:指集料100%都要求通过的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%)的最小标准筛筛孔尺寸。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。但实际使用过程中
16、容易混淆。实际工程中所指的最大粒径往往是指公称最大粒径，这一点要加以区分。道路建筑材料砂石材料返回261. 沥青路面及各类基层集料用标准筛均以方孔筛为准，相应的 筛孔尺寸依次为: 75635337.531.526.519160.0750.150.30.61.182.364.759.513.2单位(mm)2. 水泥混凝土用集料标准筛的孔径当大于或等于2.5mm时，以圆孔筛为标准；小于2.5mm时以方孔筛为准。相应标准筛的筛孔尺寸依次为： 75635337.531.526.51916单位(mm)0.0750.160.3150.631.252.5510161008063504031.52520单位(mm)返回道路建筑材料砂石材料27a）连续型密集配 b）连续型开级配 c）间断型密集配道路建筑材料砂石材料返回28集料质量与
