道路工程材料砂石材料課件

道路建筑材料1.砂石材料2.水泥3.水泥混凝土4.瀝青材料5.瀝青混合料6.無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定混合料道路建筑材料1.砂石材料11.砂石材料

★主要內(nèi)容

砂石材料的技術(shù)性能

礦質(zhì)混合料的級(jí)配

礦質(zhì)混合料配合比設(shè)計(jì)方法

石料與集料在道路工程中的應(yīng)用1.砂石材料21.1砂石材料分類☆按來(lái)源分類

①天然砂石材料：卵石、礫石；砂（海砂、河砂、山砂等）②人工軋制的砂石料：塊料、碎石集料③工業(yè)冶金礦渣集料：鋼渣、高爐渣、煤渣、粉煤灰等☆按成巖條件①巖漿巖－地殼內(nèi)部熔融巖漿上升冷卻而成，又稱火成巖

例如：花崗巖（侵入巖）、安山巖、玄武巖（噴出巖）②沉積巖－母巖經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積成巖作用而形成（水成巖石）

例如：石灰?guī)r、砂巖③變質(zhì)巖－巖漿巖或沉積巖經(jīng)過(guò)地址變質(zhì)作用而形成的巖石

例如：石灰?guī)r大理巖，花崗巖片麻巖1.1砂石材料分類☆按來(lái)源分類3公路用石料的開(kāi)采與加工開(kāi)采礦山公路用石料的開(kāi)采與加工開(kāi)采礦山4軋制設(shè)備篩選設(shè)備振動(dòng)喂料鄂式粗破反擊式細(xì)破篩分生產(chǎn)工藝軋制設(shè)備篩選設(shè)備振動(dòng)喂料鄂式粗破反擊式細(xì)破篩分生產(chǎn)工藝5各種集料各種集料61.2砂石材料的技術(shù)性能

1.2.1石料的技術(shù)性質(zhì)1.2.1.1物理性質(zhì)（物理常數(shù)、吸水性、抗凍性）1）物理常數(shù)

圖1-1石料體積組成示意圖⑴密度：①真實(shí)密度（真實(shí)體積vs—礦物實(shí)體體積）②表觀密度（表觀體積vs＋

vn—含閉口孔隙）③毛體積密度(毛體積vs+vn+vi—閉口與開(kāi)口孔隙)⑵孔隙率：1.2砂石材料的技術(shù)性能

1.7圖1-1石料體積組成示意圖圖1-1石料體積組成示意圖82）吸水性：材料吸入水分的能力①吸水率：常溫（20±2℃）、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325kPa)②飽水率：常溫（20±2℃）、真空抽氣（2.67kPa）最大吸水質(zhì)量吸水率（飽水率）＝×100％

干燥試樣質(zhì)量3）抗凍性：石料在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受反復(fù)凍融而不破壞，并不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的能力①直接凍融法（凍融循環(huán)試驗(yàn)：-15℃冰凍4h←→25℃融解4h）

若干次(15、25、50次)

質(zhì)量損失

強(qiáng)度損失：強(qiáng)度降低不大于25％，耐凍系數(shù)＞0.75②硫酸鈉堅(jiān)固性法（Na2SO4結(jié)晶體積漲大）將石料浸入飽和Na2SO4溶液20h，置于105±5℃烘箱4h，循環(huán)5次2）吸水性：材料吸入水分的能力91.2.1.2力學(xué)性質(zhì)①道路試件:50×50×50mm立方體φ50×H50mm的圓柱體

圖1-2石料抗壓強(qiáng)度試件

②橋梁試件:200×200×200mm立方體1）抗壓強(qiáng)度石料應(yīng)具備一定的抗壓、抗彎、抗剪強(qiáng)度，以及抗沖擊、摩擦作用的能力?？箟簭?qiáng)度和磨耗率常用于評(píng)價(jià)石料等級(jí)。單位面積上所能承受的最大荷載。1.2.1.2力學(xué)性質(zhì)①道路試件:50×50×50m10圖1-2石料抗壓強(qiáng)度試件影響石料抗壓強(qiáng)度的因素：內(nèi)因：材料的礦物成分結(jié)構(gòu)和孔隙構(gòu)造外因：試件尺寸加荷速率濕度等圖1-2石料抗壓強(qiáng)度試件影響石料抗壓強(qiáng)度的因素：112)磨耗率②洛杉磯法（擱板式）:試樣為5000g有級(jí)配的集料，并加入12個(gè)鋼球（φ48mm，約5000g）。轉(zhuǎn)速30～33r/min，轉(zhuǎn)500轉(zhuǎn)

圖1-4擱板式磨耗儀①狄法爾法（雙筒式）:50塊石料（50～75mm），質(zhì)量5000g左右，轉(zhuǎn)速30～33r/min，轉(zhuǎn)10,000轉(zhuǎn)（5.5～5.0h）

圖1-3雙筒式磨耗儀

磨耗率計(jì)算公式：

式中：m2——試驗(yàn)后2mm篩上烘干石料試樣質(zhì)量；m1——試驗(yàn)前烘干石料試樣質(zhì)量。

石料抵抗撞擊、剪切和摩擦綜合作用的能力。2)磨耗率②洛杉磯法（擱板式）:試樣為5000g有級(jí)配的12圖1-3雙筒式磨耗儀示意圖①耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)5h以上②試件尺寸單一（50～75mm），與路用實(shí)際情況不符合

③石料間相互作用，不同性質(zhì)石料的磨耗率相差不大圖1-3雙筒式磨耗儀示意圖①耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)5h以上13圖1-4擱板式磨耗儀示意圖①省時(shí)：15min左右②使石料受到更嚴(yán)峻的沖擊、剪切、摩擦作用，石料級(jí)差大③試樣級(jí)配較符合路用狀況圖1-4擱板式磨耗儀示意圖①省時(shí)：15min左右141.2.1.1物理性質(zhì)物理常數(shù)：密度、空隙率吸水性：吸水率、飽水率抗凍性1.2.1.2力學(xué)性質(zhì)抗壓強(qiáng)度：?jiǎn)挝幻娣e上所能承受的最大荷載磨耗率：石料抵抗撞擊、剪切和摩擦綜合作用的能力1.2.1石料的技術(shù)性質(zhì)

1.2.1.1物理性質(zhì)1.2.1石料的技術(shù)性質(zhì)

151.分類：按照成巖條件、風(fēng)化程度等①巖漿巖類（火成巖）②石灰?guī)r類（沉積巖）③砂巖與片麻巖類（變質(zhì)巖）④礫石巖（天然風(fēng)化）2.分級(jí)指標(biāo)：飽水抗壓強(qiáng)度和磨耗率①最堅(jiān)強(qiáng)②堅(jiān)強(qiáng)③中等堅(jiān)強(qiáng)④較弱軟1.3.2石料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1.分類：按照成巖條件、風(fēng)化程度等1.3.2石料的技術(shù)標(biāo)161.2.2集料的技術(shù)性質(zhì)圖1-5碎石集料

1.2.2.1物理性質(zhì)1）物理常數(shù)圖1-6集料的體積組成⑴密度：表觀密度、毛體積密度、裝填密度裝填密度①

堆積（松裝）密度——集料按自由下落方式裝樣

圖1-7細(xì)集料堆積密度試驗(yàn)儀具示意圖②

振實(shí)（緊裝）密度——集料振搖方式裝樣③

搗實(shí)密度——集料振搖方式裝樣⑵

空隙率VG：集料空隙體積占集料總體積的百分比——不含開(kāi)口孔隙

——含開(kāi)口孔隙顆粒之間的空間體積1.2.2集料的技術(shù)性質(zhì)圖1-5碎石集料

1.2.2.17圖1-5碎石集料

不同粒徑、尺寸較小的石料顆粒的集合體集料是由不同粒徑礦質(zhì)顆粒組成的混合料，包括：天然砂（小于4.75mm）人工砂（機(jī)制砂，混和砂）卵石（大于4.75mm）碎石（巖石、卵石破碎）工業(yè)礦渣（高爐礦渣、剛渣）圖1-5碎石集料

不同粒徑、尺寸較小的石料顆粒的集合體集料18圖1-6集料的體積組成孔隙：礦物之間的空間—Vn+Vi空隙：集料顆粒之間的空間—Vv圖1-6集料的體積組成孔隙：礦物之間的空間—Vn+Vi19圖1-7細(xì)集料堆積密度試驗(yàn)儀具示意圖圖1-7細(xì)集料堆積密度試驗(yàn)儀具示意圖202）級(jí)配：指集料中不同尺寸顆粒的比例反映了粒徑大小不同的礦質(zhì)顆粒的相互搭配情況

圖1-8級(jí)配的幾種情況⑴篩析試驗(yàn)圖1-9套篩圓孔篩(直徑)：…40、20、10、5、2.5、1.25、0.63、0.3…方孔篩(邊長(zhǎng))：…13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3…

⑵篩分試驗(yàn)參數(shù)

①分計(jì)篩余百分率ai：某號(hào)篩上的篩余質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分率②累計(jì)篩余百分率Ai：等于或大于某號(hào)篩上篩余質(zhì)量之和占總質(zhì)量的百分率③通過(guò)百分率Pi：通過(guò)某號(hào)篩的集料質(zhì)量占試件總質(zhì)量的百分率⑶級(jí)配曲線的繪制圖1-10級(jí)配曲線⑷制表和作圖要求2）級(jí)配：指集料中不同尺寸顆粒的比例21圖1-8級(jí)配的幾種情況圖1-8級(jí)配的幾種情況22圖1-9套篩圖1-9套篩23級(jí)配曲線示意圖①作圖：縱坐標(biāo)為通過(guò)百分率P(％)常數(shù)坐標(biāo)

橫坐標(biāo)為篩孔尺寸(mm)②注意：坐標(biāo)單位注明不同曲線意義③判斷集料級(jí)配是否符合要求級(jí)配曲線示意圖①作圖：縱坐標(biāo)為通過(guò)百分率P(％)常數(shù)坐標(biāo)243）粗度→細(xì)度模數(shù)→評(píng)價(jià)砂（0.16～4.75mm）粗細(xì)程度，為篩分試驗(yàn)中各號(hào)篩上累計(jì)篩余百分率之和，按下式計(jì)算：細(xì)度模數(shù)越大，表示細(xì)集料越粗。粗砂：Mf

＝3.7～3.1中砂：Mf

＝3.0～2.3細(xì)砂：Mf＝2.2～1.6細(xì)度模數(shù)取決于0.15mm～2.26mm篩上累計(jì)篩余量之和，對(duì)于較粗顆粒含量比較敏感。無(wú)單位。沒(méi)有考慮小于0.15mm顆粒含量。不能全面反應(yīng)細(xì)集料顆粒分布。3）粗度→細(xì)度模數(shù)→評(píng)價(jià)砂（0.16～4.75mm）粗細(xì)程度25⑴顆粒形狀：蛋圓形、棱角形、針狀、片狀，理想的形狀接近立方體。針狀：長(zhǎng)度大于其平均粒徑2.4倍的顆粒片狀：厚度小于其平均粒徑0.4倍的顆?，F(xiàn)行規(guī)范《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程JTJ058－2000》定義集料針偏狀顆粒為顆粒最小厚度（或直徑）與最大長(zhǎng)度（或?qū)挾龋┓较虻某叽绫刃∮?：3的顆粒。⑵表面特征：是指集料表面的粗糙程度及孔隙特征等，與集料的材質(zhì)、巖石的結(jié)構(gòu)、礦物組成以及受到?jīng)_刷、腐蝕程度有關(guān)。集料表面特征影響集料與結(jié)合料的粘結(jié)性能，從而影響混合料的強(qiáng)度，尤其是抗折強(qiáng)度。4）集料的顆粒形狀與表面特征⑴顆粒形狀：4）集料的顆粒形狀與表面特征261）壓碎值：石料抵抗壓碎的能力①壓碎指標(biāo)值（適用于水泥混凝土用集料）

圖1-11壓碎值測(cè)試儀具尺寸圖②壓碎值（瀝青混合料用集料）

圖1-12壓碎值測(cè)試儀

式中：m0—試驗(yàn)前風(fēng)干試件的質(zhì)量m1—試驗(yàn)后2.36mm篩上集料質(zhì)量1.2.2.2粗集料力學(xué)性質(zhì)壓碎值是集料強(qiáng)度的相對(duì)指標(biāo)，用以鑒定集料的品質(zhì)。1）壓碎值：石料抵抗壓碎的能力1.2.2.2粗集料力學(xué)性質(zhì)27壓碎值測(cè)試儀具10～20mm集料分二層夯實(shí)，在3～5min加荷至Pmax=200kN，恒壓5s后，脫膜后過(guò)2.5mm篩（適用于水泥混凝土用集料）壓碎值測(cè)試儀具10～20mm集料分二層夯實(shí)，在3～5min加28壓碎值測(cè)試儀具將13.2～16mm碎石分三層夯實(shí)，在0～10min加壓至400kN，立即卸載，過(guò)2.36mm篩（適用瀝青混合料用集料）內(nèi)徑：150mm高度：125mm壓碎值測(cè)試儀具將13.2～16mm碎石分三層夯實(shí)，在0～10292)磨光值：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力

圖1-13磨光值3)磨耗值：石料抵抗磨擦、剪切的能力

圖1-15道瑞Dorry（英國(guó)）磨耗儀

式中：m1——磨耗前的試件質(zhì)量（g）

m2——磨耗后的試件質(zhì)量（g）

't——集料的飽和面干密度4）沖擊值：石料抵抗多次連續(xù)的重復(fù)沖擊荷載的能力(LashedStoneValue)

圖1-16沖擊值儀

式中：m0——沖擊前試樣質(zhì)量；

m1——沖擊后粒徑小于2.36mm集料試樣質(zhì)量2)磨光值：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力30磨光機(jī)試件→（金剛砂30號(hào)和280號(hào)），經(jīng)6h磨光后，用擺式儀測(cè)摩擦系數(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)試件比較，用PSV表示（PolishedStonevalue)集料的磨光值。將10～15mm石料單層緊密排列試模中，用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿固定（4個(gè)試件）。磨光值試件磨光機(jī)試件→（金剛砂30號(hào)和280號(hào)），經(jīng)6h磨光后，用31擺式儀及其基本構(gòu)造擺式儀及其基本構(gòu)造32道瑞Dorry（英國(guó)）磨耗儀將10～15mm石料單層緊密排列試模中，用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿固定（石料不少于24個(gè)）。旋轉(zhuǎn)500轉(zhuǎn)，同時(shí)灑石英砂.道瑞Dorry（英國(guó)）磨耗儀將10～15mm石料單層緊密排33沖擊值儀10～15mm集料，1kg分三次夯實(shí)。沖擊錘（13.75kg）至380±5mm處自由落下，重復(fù)15次。將受沖擊后的集料過(guò)篩（2.36mm），稱重。沖擊值儀10～15mm集料，1kg分三次夯實(shí)。34交通部公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范粗集料主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)單位高速公路及一級(jí)公路其他等級(jí)公路表面層其他層次壓碎值，不大于％262830洛杉機(jī)磨耗損失，不大于％283035吸水率，不大于％2.03.03.0堅(jiān)固性，不大于％1212－針片狀顆粒含量，不大于％151820磨光值，不小于－42－交通部公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范粗集料主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)單位高速351.4礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)1.4.1礦質(zhì)混合料的級(jí)配理論級(jí)配研究意義：探討級(jí)配對(duì)集料性能——密度和內(nèi)摩阻力的影響最小空隙率：達(dá)到最大密實(shí)度最大摩阻力：增加集料的穩(wěn)定性和強(qiáng)度；互相嵌緊、互不干涉，形成緊密多級(jí)的空間網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)。1.4礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)1.4.1礦質(zhì)混合料的級(jí)配理論361.4.1.1級(jí)配曲線類型

圖1-17級(jí)配類型示意圖

1）連續(xù)級(jí)配：級(jí)配曲線光滑，每一種尺寸的集料都有2）間斷級(jí)配：剔除一個(gè)或幾個(gè)分級(jí)，曲線形成折線形3）單粒徑：只有一種規(guī)格1.4.1.1級(jí)配曲線類型

圖1-17級(jí)配類型示意圖37級(jí)配類型示意圖

級(jí)配類型示意圖381.4.1.2典型的級(jí)配理論—連續(xù)級(jí)配1）最大密度曲線——富勒理論

p2=kd當(dāng)d=D時(shí)，p=100→1002=k·D→式中：d—欲計(jì)算通過(guò)百分率的粒徑

D—混合料最大粒徑2）級(jí)配范圍曲線——泰波公式（最大密度曲線n冪公式）式中：n——級(jí)配指數(shù)1.4.1.2典型的級(jí)配理論—連續(xù)級(jí)配1）最大密度曲線——富39圖1-18級(jí)配范圍曲線

n=0.45～0.5，密實(shí)度最大n=0.3～0.7，密實(shí)度尚可n=0.35～0.45，工作性較好（工藝性能）

圖1-18級(jí)配范圍曲線n=0.45～0.5，密實(shí)度最大401.4.2礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)

目的：確定礦質(zhì)混合料中各檔集料的比例

已知條件：①各檔集料級(jí)配；②設(shè)計(jì)級(jí)配范圍

1.4.2.1數(shù)解法——試算法需要根據(jù)集料的分計(jì)篩余進(jìn)行計(jì)算

1）基本假定

某一粒徑的顆粒由一種集料提供，其它集料中不含此粒徑的顆粒該粒徑的顆粒在該集料中是占優(yōu)勢(shì)的1.4.2礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)

目的：確定礦質(zhì)混合料中各412）計(jì)算過(guò)程

已知：集料A、B、C

⑴準(zhǔn)備工作：Pi→Ai→ai;集料A集料B集料C混合料M篩孔i的分計(jì)篩余/%aA(i)aB(i)aC(i)aM(i)在混合料中的比例/%XYZ100⑵計(jì)算方程：

X＋Y＋Z＝100(1)d=i時(shí)：X.aA(i)+Y.aB(i)

+Z.aC(i)

＝aM(i)

(2)2）計(jì)算過(guò)程

已知：集料A、B、C

⑴42

⑶確定各集料用量步驟①：計(jì)算A集料在礦質(zhì)混合料中的用量X確定A集料中占優(yōu)勢(shì)含量的粒徑：由表A集料中含量占優(yōu)勢(shì)粒徑i=4.75mm:aA(4.75)=49.9%忽略其它集料在此粒徑含量aB(i)

=0、aC(i)=0，代入式（1）

A集料用量X為：

⑶確定各集料用量43步驟②：計(jì)算C集料在礦質(zhì)混合料中的用量Z確定C料中占優(yōu)勢(shì)的粒徑由表C集料中含量占優(yōu)勢(shì)粒徑為:j<0.075mmaZ(<0.075mm)=85.3%忽略A、C集料同一粒徑含量:aA(j)

=0、aB(j)=0

C料用量Z為：步驟③：計(jì)算B集料在礦質(zhì)混合料中的用量Y由公式(2)：Y＝100－(X＋Z）＝100－(42.1＋7.0）＝50.9%步驟②：計(jì)算C集料在礦質(zhì)混合料中的用量Z確定C料中占優(yōu)勢(shì)的44⑷校核調(diào)整計(jì)算合成礦質(zhì)混合料的通過(guò)百分率PM(i)——合成級(jí)配

X.PA(i)+Y.PB(i)+Z.PC(i)＝PM(i)要求：①合成級(jí)配aM(i)或PM(i)應(yīng)在規(guī)定的級(jí)配范圍內(nèi)②調(diào)整配合比后還應(yīng)重新進(jìn)行校核，直至符合要求為止③經(jīng)調(diào)整后仍不能滿足級(jí)配要求時(shí)，可摻加單粒級(jí)集料或調(diào)換集料⑷校核調(diào)整45篩孔尺寸di（mm）集料A集料B集料C碎石分計(jì)篩余aA(i)（%）石屑分計(jì)篩余aB(i)（%）礦粉分計(jì)篩余aC(i)（%）13.20.8——9.543.6——4.7549.9——2.364.42.0—1.181.322.6—0.6—23.7—0.3—18.4—0.15—13.04.00.075—10.910.7<0.075—9.585.3

所選擇的粒徑應(yīng)在該集料中占有較大的優(yōu)勢(shì)篩孔尺寸di（mm）集料A集料B集料C碎石分計(jì)篩余aA461.4.2.2圖解法——修正平衡面積法

按通過(guò)百分率計(jì)算并制圖1）繪制圖解法坐標(biāo)圖⑴計(jì)算設(shè)計(jì)級(jí)配范圍中值見(jiàn)表⑵繪制圖框并作對(duì)角線（為設(shè)計(jì)級(jí)配中值）⑶確定縱坐標(biāo)：通過(guò)百分率（％）——算術(shù)坐標(biāo)⑷確定橫坐標(biāo)：根據(jù)設(shè)計(jì)級(jí)配中值，P→d，確定篩孔尺寸位置⑸將各種集料的級(jí)配（通過(guò)量）繪在圖中見(jiàn)圖2）確定各集料的用量作圖原則

3）合成級(jí)配的校核與調(diào)整⑴計(jì)算合成級(jí)配：Pm(i)=ΣPj(i)·Xj⑵調(diào)整：合成級(jí)配曲線應(yīng)盡可能光滑靠近級(jí)配范圍中值線1.4.2.2圖解法——修正平衡面積法

47篩孔尺寸(mm)16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075級(jí)配范圍(mm)10095~10070~8848~6836~5324~4118~3012~228~164~8級(jí)配中值(mm)10098795745332417126篩孔尺寸(mm)16.013.29.54.752.361.148圖1-20圖解法用圖

相疊等分縱距：兩相鄰級(jí)配曲線頭尾重疊a’=a

相接重線連分；兩相鄰級(jí)配曲線頭尾相離

相離等分平距：兩相鄰級(jí)配曲線頭尾相分b’=b圖1-20圖解法用圖相疊等分縱距：兩相鄰級(jí)配曲線頭尾重疊49第1章復(fù)習(xí)題石料與集料的主要物理常數(shù)的定義石料與集料的主要力學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及其意義石料技術(shù)等級(jí)的評(píng)價(jià)方法集料級(jí)配的定義、測(cè)定方法、表示方法、研究意義、級(jí)配類型及其異同點(diǎn)、級(jí)配計(jì)算公式與級(jí)配指數(shù)的意義礦質(zhì)混合料的配合比設(shè)計(jì)方法第1章復(fù)習(xí)題石料與集料的主要物理常數(shù)的定義50實(shí)驗(yàn)課安排1.實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容粗集料壓碎值（演示）細(xì)集料篩分析、表觀密度和堆積密度2.試驗(yàn)時(shí)間2006.3.24（周五）上午8:10～9：40第一大組（學(xué)號(hào)為單號(hào)）－先作粗集料試驗(yàn)第二大組（學(xué)號(hào)為雙號(hào)）－先作細(xì)集料試驗(yàn)4.地點(diǎn)：交通運(yùn)輸學(xué)院一樓實(shí)驗(yàn)室（橋梁館對(duì)面）3.試驗(yàn)報(bào)告要求目的意義試驗(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)課安排1.實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容51道路工程材料砂石材料課件52標(biāo)準(zhǔn)篩（StandardTestSieves）瀝青混合料：方孔16mm，13.2mm，9.5mm，4.75mm，2.36mm，1.18mm，0.6mm水泥混凝土：小于2.5mm方孔，等于和大于2.5mm圓孔20mm，16mm，10mm，5mm，2.5mm，1.25mm，0.63mm標(biāo)準(zhǔn)篩（StandardTestSieves）瀝青混合料53道路建筑材料1.砂石材料2.水泥3.水泥混凝土4.瀝青材料5.瀝青混合料6.無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定混合料道路建筑材料1.砂石材料541.砂石材料

★主要內(nèi)容

砂石材料的技術(shù)性能

礦質(zhì)混合料的級(jí)配

礦質(zhì)混合料配合比設(shè)計(jì)方法

石料與集料在道路工程中的應(yīng)用1.砂石材料551.1砂石材料分類☆按來(lái)源分類

①天然砂石材料：卵石、礫石；砂（海砂、河砂、山砂等）②人工軋制的砂石料：塊料、碎石集料③工業(yè)冶金礦渣集料：鋼渣、高爐渣、煤渣、粉煤灰等☆按成巖條件①巖漿巖－地殼內(nèi)部熔融巖漿上升冷卻而成，又稱火成巖

例如：花崗巖（侵入巖）、安山巖、玄武巖（噴出巖）②沉積巖－母巖經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積成巖作用而形成（水成巖石）

例如：石灰?guī)r、砂巖③變質(zhì)巖－巖漿巖或沉積巖經(jīng)過(guò)地址變質(zhì)作用而形成的巖石

例如：石灰?guī)r大理巖，花崗巖片麻巖1.1砂石材料分類☆按來(lái)源分類56公路用石料的開(kāi)采與加工開(kāi)采礦山公路用石料的開(kāi)采與加工開(kāi)采礦山57軋制設(shè)備篩選設(shè)備振動(dòng)喂料鄂式粗破反擊式細(xì)破篩分生產(chǎn)工藝軋制設(shè)備篩選設(shè)備振動(dòng)喂料鄂式粗破反擊式細(xì)破篩分生產(chǎn)工藝58各種集料各種集料591.2砂石材料的技術(shù)性能

1.2.1石料的技術(shù)性質(zhì)1.2.1.1物理性質(zhì)（物理常數(shù)、吸水性、抗凍性）1）物理常數(shù)

圖1-1石料體積組成示意圖⑴密度：①真實(shí)密度（真實(shí)體積vs—礦物實(shí)體體積）②表觀密度（表觀體積vs＋

vn—含閉口孔隙）③毛體積密度(毛體積vs+vn+vi—閉口與開(kāi)口孔隙)⑵孔隙率：1.2砂石材料的技術(shù)性能

1.60圖1-1石料體積組成示意圖圖1-1石料體積組成示意圖612）吸水性：材料吸入水分的能力①吸水率：常溫（20±2℃）、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325kPa)②飽水率：常溫（20±2℃）、真空抽氣（2.67kPa）最大吸水質(zhì)量吸水率（飽水率）＝×100％

干燥試樣質(zhì)量3）抗凍性：石料在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受反復(fù)凍融而不破壞，并不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的能力①直接凍融法（凍融循環(huán)試驗(yàn)：-15℃冰凍4h←→25℃融解4h）

若干次(15、25、50次)

質(zhì)量損失

強(qiáng)度損失：強(qiáng)度降低不大于25％，耐凍系數(shù)＞0.75②硫酸鈉堅(jiān)固性法（Na2SO4結(jié)晶體積漲大）將石料浸入飽和Na2SO4溶液20h，置于105±5℃烘箱4h，循環(huán)5次2）吸水性：材料吸入水分的能力621.2.1.2力學(xué)性質(zhì)①道路試件:50×50×50mm立方體φ50×H50mm的圓柱體

圖1-2石料抗壓強(qiáng)度試件

②橋梁試件:200×200×200mm立方體1）抗壓強(qiáng)度石料應(yīng)具備一定的抗壓、抗彎、抗剪強(qiáng)度，以及抗沖擊、摩擦作用的能力。抗壓強(qiáng)度和磨耗率常用于評(píng)價(jià)石料等級(jí)。單位面積上所能承受的最大荷載。1.2.1.2力學(xué)性質(zhì)①道路試件:50×50×50m63圖1-2石料抗壓強(qiáng)度試件影響石料抗壓強(qiáng)度的因素：內(nèi)因：材料的礦物成分結(jié)構(gòu)和孔隙構(gòu)造外因：試件尺寸加荷速率濕度等圖1-2石料抗壓強(qiáng)度試件影響石料抗壓強(qiáng)度的因素：642)磨耗率②洛杉磯法（擱板式）:試樣為5000g有級(jí)配的集料，并加入12個(gè)鋼球（φ48mm，約5000g）。轉(zhuǎn)速30～33r/min，轉(zhuǎn)500轉(zhuǎn)

圖1-4擱板式磨耗儀①狄法爾法（雙筒式）:50塊石料（50～75mm），質(zhì)量5000g左右，轉(zhuǎn)速30～33r/min，轉(zhuǎn)10,000轉(zhuǎn)（5.5～5.0h）

圖1-3雙筒式磨耗儀

磨耗率計(jì)算公式：

式中：m2——試驗(yàn)后2mm篩上烘干石料試樣質(zhì)量；m1——試驗(yàn)前烘干石料試樣質(zhì)量。

石料抵抗撞擊、剪切和摩擦綜合作用的能力。2)磨耗率②洛杉磯法（擱板式）:試樣為5000g有級(jí)配的65圖1-3雙筒式磨耗儀示意圖①耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)5h以上②試件尺寸單一（50～75mm），與路用實(shí)際情況不符合

③石料間相互作用，不同性質(zhì)石料的磨耗率相差不大圖1-3雙筒式磨耗儀示意圖①耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)5h以上66圖1-4擱板式磨耗儀示意圖①省時(shí)：15min左右②使石料受到更嚴(yán)峻的沖擊、剪切、摩擦作用，石料級(jí)差大③試樣級(jí)配較符合路用狀況圖1-4擱板式磨耗儀示意圖①省時(shí)：15min左右671.2.1.1物理性質(zhì)物理常數(shù)：密度、空隙率吸水性：吸水率、飽水率抗凍性1.2.1.2力學(xué)性質(zhì)抗壓強(qiáng)度：?jiǎn)挝幻娣e上所能承受的最大荷載磨耗率：石料抵抗撞擊、剪切和摩擦綜合作用的能力1.2.1石料的技術(shù)性質(zhì)

1.2.1.1物理性質(zhì)1.2.1石料的技術(shù)性質(zhì)

681.分類：按照成巖條件、風(fēng)化程度等①巖漿巖類（火成巖）②石灰?guī)r類（沉積巖）③砂巖與片麻巖類（變質(zhì)巖）④礫石巖（天然風(fēng)化）2.分級(jí)指標(biāo)：飽水抗壓強(qiáng)度和磨耗率①最堅(jiān)強(qiáng)②堅(jiān)強(qiáng)③中等堅(jiān)強(qiáng)④較弱軟1.3.2石料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1.分類：按照成巖條件、風(fēng)化程度等1.3.2石料的技術(shù)標(biāo)691.2.2集料的技術(shù)性質(zhì)圖1-5碎石集料

1.2.2.1物理性質(zhì)1）物理常數(shù)圖1-6集料的體積組成⑴密度：表觀密度、毛體積密度、裝填密度裝填密度①

堆積（松裝）密度——集料按自由下落方式裝樣

圖1-7細(xì)集料堆積密度試驗(yàn)儀具示意圖②

振實(shí)（緊裝）密度——集料振搖方式裝樣③

搗實(shí)密度——集料振搖方式裝樣⑵

空隙率VG：集料空隙體積占集料總體積的百分比——不含開(kāi)口孔隙

——含開(kāi)口孔隙顆粒之間的空間體積1.2.2集料的技術(shù)性質(zhì)圖1-5碎石集料

1.2.2.70圖1-5碎石集料

不同粒徑、尺寸較小的石料顆粒的集合體集料是由不同粒徑礦質(zhì)顆粒組成的混合料，包括：天然砂（小于4.75mm）人工砂（機(jī)制砂，混和砂）卵石（大于4.75mm）碎石（巖石、卵石破碎）工業(yè)礦渣（高爐礦渣、剛渣）圖1-5碎石集料

不同粒徑、尺寸較小的石料顆粒的集合體集料71圖1-6集料的體積組成孔隙：礦物之間的空間—Vn+Vi空隙：集料顆粒之間的空間—Vv圖1-6集料的體積組成孔隙：礦物之間的空間—Vn+Vi72圖1-7細(xì)集料堆積密度試驗(yàn)儀具示意圖圖1-7細(xì)集料堆積密度試驗(yàn)儀具示意圖732）級(jí)配：指集料中不同尺寸顆粒的比例反映了粒徑大小不同的礦質(zhì)顆粒的相互搭配情況

圖1-8級(jí)配的幾種情況⑴篩析試驗(yàn)圖1-9套篩圓孔篩(直徑)：…40、20、10、5、2.5、1.25、0.63、0.3…方孔篩(邊長(zhǎng))：…13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3…

⑵篩分試驗(yàn)參數(shù)

①分計(jì)篩余百分率ai：某號(hào)篩上的篩余質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分率②累計(jì)篩余百分率Ai：等于或大于某號(hào)篩上篩余質(zhì)量之和占總質(zhì)量的百分率③通過(guò)百分率Pi：通過(guò)某號(hào)篩的集料質(zhì)量占試件總質(zhì)量的百分率⑶級(jí)配曲線的繪制圖1-10級(jí)配曲線⑷制表和作圖要求2）級(jí)配：指集料中不同尺寸顆粒的比例74圖1-8級(jí)配的幾種情況圖1-8級(jí)配的幾種情況75圖1-9套篩圖1-9套篩76級(jí)配曲線示意圖①作圖：縱坐標(biāo)為通過(guò)百分率P(％)常數(shù)坐標(biāo)

橫坐標(biāo)為篩孔尺寸(mm)②注意：坐標(biāo)單位注明不同曲線意義③判斷集料級(jí)配是否符合要求級(jí)配曲線示意圖①作圖：縱坐標(biāo)為通過(guò)百分率P(％)常數(shù)坐標(biāo)773）粗度→細(xì)度模數(shù)→評(píng)價(jià)砂（0.16～4.75mm）粗細(xì)程度，為篩分試驗(yàn)中各號(hào)篩上累計(jì)篩余百分率之和，按下式計(jì)算：細(xì)度模數(shù)越大，表示細(xì)集料越粗。粗砂：Mf

＝3.7～3.1中砂：Mf

＝3.0～2.3細(xì)砂：Mf＝2.2～1.6細(xì)度模數(shù)取決于0.15mm～2.26mm篩上累計(jì)篩余量之和，對(duì)于較粗顆粒含量比較敏感。無(wú)單位。沒(méi)有考慮小于0.15mm顆粒含量。不能全面反應(yīng)細(xì)集料顆粒分布。3）粗度→細(xì)度模數(shù)→評(píng)價(jià)砂（0.16～4.75mm）粗細(xì)程度78⑴顆粒形狀：蛋圓形、棱角形、針狀、片狀，理想的形狀接近立方體。針狀：長(zhǎng)度大于其平均粒徑2.4倍的顆粒片狀：厚度小于其平均粒徑0.4倍的顆?，F(xiàn)行規(guī)范《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程JTJ058－2000》定義集料針偏狀顆粒為顆粒最小厚度（或直徑）與最大長(zhǎng)度（或?qū)挾龋┓较虻某叽绫刃∮?：3的顆粒。⑵表面特征：是指集料表面的粗糙程度及孔隙特征等，與集料的材質(zhì)、巖石的結(jié)構(gòu)、礦物組成以及受到?jīng)_刷、腐蝕程度有關(guān)。集料表面特征影響集料與結(jié)合料的粘結(jié)性能，從而影響混合料的強(qiáng)度，尤其是抗折強(qiáng)度。4）集料的顆粒形狀與表面特征⑴顆粒形狀：4）集料的顆粒形狀與表面特征791）壓碎值：石料抵抗壓碎的能力①壓碎指標(biāo)值（適用于水泥混凝土用集料）

圖1-11壓碎值測(cè)試儀具尺寸圖②壓碎值（瀝青混合料用集料）

圖1-12壓碎值測(cè)試儀

式中：m0—試驗(yàn)前風(fēng)干試件的質(zhì)量m1—試驗(yàn)后2.36mm篩上集料質(zhì)量1.2.2.2粗集料力學(xué)性質(zhì)壓碎值是集料強(qiáng)度的相對(duì)指標(biāo)，用以鑒定集料的品質(zhì)。1）壓碎值：石料抵抗壓碎的能力1.2.2.2粗集料力學(xué)性質(zhì)80壓碎值測(cè)試儀具10～20mm集料分二層夯實(shí)，在3～5min加荷至Pmax=200kN，恒壓5s后，脫膜后過(guò)2.5mm篩（適用于水泥混凝土用集料）壓碎值測(cè)試儀具10～20mm集料分二層夯實(shí)，在3～5min加81壓碎值測(cè)試儀具將13.2～16mm碎石分三層夯實(shí)，在0～10min加壓至400kN，立即卸載，過(guò)2.36mm篩（適用瀝青混合料用集料）內(nèi)徑：150mm高度：125mm壓碎值測(cè)試儀具將13.2～16mm碎石分三層夯實(shí)，在0～10822)磨光值：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力

圖1-13磨光值3)磨耗值：石料抵抗磨擦、剪切的能力

圖1-15道瑞Dorry（英國(guó)）磨耗儀

式中：m1——磨耗前的試件質(zhì)量（g）

m2——磨耗后的試件質(zhì)量（g）

't——集料的飽和面干密度4）沖擊值：石料抵抗多次連續(xù)的重復(fù)沖擊荷載的能力(LashedStoneValue)

圖1-16沖擊值儀

式中：m0——沖擊前試樣質(zhì)量；

m1——沖擊后粒徑小于2.36mm集料試樣質(zhì)量2)磨光值：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力83磨光機(jī)試件→（金剛砂30號(hào)和280號(hào)），經(jīng)6h磨光后，用擺式儀測(cè)摩擦系數(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)試件比較，用PSV表示（PolishedStonevalue)集料的磨光值。將10～15mm石料單層緊密排列試模中，用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿固定（4個(gè)試件）。磨光值試件磨光機(jī)試件→（金剛砂30號(hào)和280號(hào)），經(jīng)6h磨光后，用84擺式儀及其基本構(gòu)造擺式儀及其基本構(gòu)造85道瑞Dorry（英國(guó)）磨耗儀將10～15mm石料單層緊密排列試模中，用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿固定（石料不少于24個(gè)）。旋轉(zhuǎn)500轉(zhuǎn)，同時(shí)灑石英砂.道瑞Dorry（英國(guó)）磨耗儀將10～15mm石料單層緊密排86沖擊值儀10～15mm集料，1kg分三次夯實(shí)。沖擊錘（13.75kg）至380±5mm處自由落下，重復(fù)15次。將受沖擊后的集料過(guò)篩（2.36mm），稱重。沖擊值儀10～15mm集料，1kg分三次夯實(shí)。87交通部公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范粗集料主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)單位高速公路及一級(jí)公路其他等級(jí)公路表面層其他層次壓碎值，不大于％262830洛杉機(jī)磨耗損失，不大于％283035吸水率，不大于％2.03.03.0堅(jiān)固性，不大于％1212－針片狀顆粒含量，不大于％151820磨光值，不小于－42－交通部公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范粗集料主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)單位高速881.4礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)1.4.1礦質(zhì)混合料的級(jí)配理論級(jí)配研究意義：探討級(jí)配對(duì)集料性能——密度和內(nèi)摩阻力的影響最小空隙率：達(dá)到最大密實(shí)度最大摩阻力：增加集料的穩(wěn)定性和強(qiáng)度；互相嵌緊、互不干涉，形成緊密多級(jí)的空間網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)。1.4礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)1.4.1礦質(zhì)混合料的級(jí)配理論891.4.1.1級(jí)配曲線類型

圖1-17級(jí)配類型示意圖

1）連續(xù)級(jí)配：級(jí)配曲線光滑，每一種尺寸的集料都有2）間斷級(jí)配：剔除一個(gè)或幾個(gè)分級(jí)，曲線形成折線形3）單粒徑：只有一種規(guī)格1.4.1.1級(jí)配曲線類型

圖1-17級(jí)配類型示意圖90級(jí)配類型示意圖

級(jí)配類型示意圖911.4.1.2典型的級(jí)配理論—連續(xù)級(jí)配1）最大密度曲線——富勒理論

p2=kd當(dāng)d=D時(shí)，p=100→1002=k·D→式中：d—欲計(jì)算通過(guò)百分率的粒徑

D—混合料最大粒徑2）級(jí)配范圍曲線——泰波公式（最大密度曲線n冪公式）式中：n——級(jí)配指數(shù)1.4.1.2典型的級(jí)配理論—連續(xù)級(jí)配1）最大密度曲線——富92圖1-18級(jí)配范圍曲線

n=0.45～0.5，密實(shí)度最大n=0.3～0.7，密實(shí)度尚可n=0.35～0.45，工作性較好（工藝性能）

圖1-18級(jí)配范圍曲線n=0.45～0.5，密實(shí)度最大931.4.2礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)

目的：確定礦質(zhì)混合料中各檔集料的比例

已知條件：①各檔集料級(jí)配；②設(shè)計(jì)級(jí)配范圍

1.4.2.1數(shù)解法——試算法需要根據(jù)集料的分計(jì)篩余進(jìn)行計(jì)算

1）基本假定

某一粒徑的顆粒由一種集料提供，其它集料中不含此粒徑的顆粒該粒徑的顆粒在該集料中是占優(yōu)勢(shì)的1.4.2礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)

目的：確定礦質(zhì)混合料中各942）計(jì)算過(guò)程

已知：集料A、B、C

⑴準(zhǔn)備工作：Pi→Ai→ai;集料A集料B集料C混合料M篩孔i的分計(jì)篩余/%aA(i)aB(i)aC(i)aM(i)在混合料中的比例/%XYZ100⑵計(jì)算方程：

X＋Y＋Z＝100(1)d=i時(shí)：X.aA(i)+Y.aB(i)

+Z.aC(i)

＝aM(i)

(2)2）計(jì)算過(guò)程

已知：集料A、B、C

⑴95

⑶確定各集料用量步驟①：計(jì)算A集料在礦質(zhì)混合料中的用量X確定A集料中占優(yōu)勢(shì)含量的粒徑：由表A集料中含量占優(yōu)勢(shì)粒徑i=4.75mm:aA(4.75)=49.9%忽略其它集料在此粒徑含量aB(i)

=0、aC(i)=0，代入式（1）

A集料用量X為：

⑶確定各集料用量96步驟②：計(jì)算C集料在礦質(zhì)混合料中的用量Z確定C料中占優(yōu)勢(shì)的粒徑由表C集料中含量占優(yōu)勢(shì)粒徑為:j<0.075mm