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1、1,第一章 砂石材料,山东建筑大学 交通工程专业,2,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,3,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；,4,1.1 石料,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
2、者由直接开采得到的具有一定形状和尺寸的石料制品。 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,5,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；,耐候性：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
3、砂石材料,6,物理常数,孔隙率：石料孔隙体积/石料总体积百分率；,真实密度,表观密度,毛体积密度,密度,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,7,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。 4. 石料的化学性质： 沥
4、青酸性+碱性石料=粘附性好；石料酸碱性用SiO2%表征； SiO2%：碱性65%; 5. 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；依据石料的抗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.石料的物理常数有哪些，怎么计算? 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,8,1.2 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
5、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料,9,3. 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VCADRC：通常指
6、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,10,道路建筑材料砂石材料,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。
7、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结能力较强。,11,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,降低,妨碍,影响,限制含量,4. 粗集料的力学性质,(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
8、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,12,(3) 冲击值 (LSV) 反映石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
9、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,规范中磨光值仅作为参考，其他三个值有要求,13,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例的过程就是矿料的组成设计。,集料级配的表示方法 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,14,1.集料级配的表示方法,采用标准套筛对集料
10、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。,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,15,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
11、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,16,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,17,2. 集料的级配曲线,(1) 级配
12、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。,道路建筑材料砂石材料,级配曲线,Y轴：Pi，通过百分率； X轴：标准筛孔的0.45次方，但标注时指标标准筛孔尺寸；,最大粒径,18,(2) 级配曲线类型 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
13、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。,不同级配类型的级配曲线如下图所示,道路建筑材料砂石材料,19,(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；,20, 离子干涉理论
14、 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,21,(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矿料密实度和矿料颗粒间内摩阻力。从而影响到水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,22,二 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
15、 (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,23,1.4 小结与习题,小结： 质量对比：表干质量烘干质量水中重 饱和面干：开口孔隙吸饱水，表面无水状态； 表观密度：矿质实体和闭口孔隙排开水体积； 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,24,常见岩石,安山岩,花岗岩,玄武岩
16、,石灰岩,白云岩石粉,道路建筑材料砂石材料,25,石料的体积： 开口孔隙Vi+闭口孔隙Vn+矿质实体Vs 石料物理常数： 真实相对密度：单位矿质实体质量，t 测定：将矿质实体磨细，容量瓶法测定； 公式： 毛体积相对密度：单位毛体积质量，b 测定：表干法，浸水48h使开口空隙吸饱水，干燥毛巾擦至表面干燥； 公式： 表观相对密度：单位表观体积质量，a 测定：水中重法，表观体积即表面可见体积=石料干燥M-M水中重 公式：,道路建筑材料砂石材料,返回,26,石料吸水性： 吸水性：石料在25，1atm下吸水大小；常用； 饱水率Wo：常温真空抽气下，吸水情况； 意义：吸水性越大，沥青粘附性越差； 石料耐候性： 抗冻：开口孔隙饱水时，低温下，石料破裂产生质量损失，表征 抵抗冰冻特征；采用抗冻质量损失率Qfr和冻结指数Kfr表征； 坚固性： 抵抗自然界降水影响，雨水中硫酸盐使石料破坏； 实验方法
