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1、第一章第一章 石料与集料石料与集料 主要内容主要内容 砂石材料的技术性能砂石材料的技术性能 矿质混合料的级配理论矿质混合料的级配理论 矿质混合料配合比设计方法矿质混合料配合比设计方法 石料与集料在道路工程中的应用石料与集料在道路工程中的应用砂石材料分类砂石材料分类按来源分类按来源分类 天然砂石材料：卵石、砾石、漂石；砂天然砂石材料：卵石、砾石、漂石；砂(海砂、河砂、山海砂、河砂、山砂等砂等)人工轧制的砂石料：块料、碎石集料人工轧制的砂石料：块料、碎石集料 工业冶金矿渣集料：钢渣、高炉渣、煤渣、粉煤灰等工业冶金矿渣集料：钢渣、高炉渣、煤渣、粉煤灰等按尺寸和用途分类按尺寸和用途分类 石料石料 集料
2、：粗集料集料：粗集料粒径粒径d4.75mm（2.36mm）细集料细集料粒径粒径d4.75mm（2.36mm）第一节第一节 石料石料授课目的授课目的:了解砂石材料的类别，岩石种类了解砂石材料的类别，岩石种类及其鉴别以及石料的技术性质及其应用。及其鉴别以及石料的技术性质及其应用。重点难点重点难点:石料的物理性质、力学性质。石料的物理性质、力学性质。第一节第一节 石料石料一、石料的岩石学特性一、石料的岩石学特性p岩石的定义：岩石的定义：是指在各种地质作用下按一定方式是指在各种地质作用下按一定方式组合而成的矿物集合体，是组成地壳及地幔的主要组合而成的矿物集合体，是组成地壳及地幔的主要物质。物质。p岩石
3、的分类岩石的分类根据成岩条件将岩石分成三类根据成岩条件将岩石分成三类 岩浆岩岩浆岩深成岩、喷出岩、火山岩深成岩、喷出岩、火山岩 沉积岩沉积岩-碎屑岩、粘土岩、化学及生物化学岩碎屑岩、粘土岩、化学及生物化学岩 变质岩变质岩-片理状岩、块状岩片理状岩、块状岩p常见岩石种类常见岩石种类 n根据石料组成中二氧化硅成分含量的多少，将岩根据石料组成中二氧化硅成分含量的多少，将岩石分成不同酸碱性石料。石分成不同酸碱性石料。n亲水系数表明石料对水亲和力的大小。亲水系数越亲水系数表明石料对水亲和力的大小。亲水系数越大，说明石料与水的结合程度越高，相对应与沥青的大，说明石料与水的结合程度越高，相对应与沥青的结合力
4、就越弱，所以石料的酸碱性直接影响到石料和结合力就越弱，所以石料的酸碱性直接影响到石料和沥青构成的混合料的性质。沥青构成的混合料的性质。二、石料的物理性质二、石料的物理性质物理常数物理常数吸水性吸水性抗冻性抗冻性1、物理常数、物理常数 图图1-1 石料体积组成示意图石料体积组成示意图 密度：密度：真实密度真实密度 （真实体积（真实体积 vs 矿物实体体积）矿物实体体积）表观密度表观密度 （表观体积（表观体积 vs vn 含闭口孔隙）含闭口孔隙）毛体积密度毛体积密度 (毛体积毛体积 vs+vn+vi闭口与开口孔隙闭口与开口孔隙)孔隙率：孔隙率：stvmnshvvminshvvvm%100)1(th
5、invVvvP石料体积组成示意图石料体积组成示意图m0VnMmSViVsVV0开口孔隙开口孔隙闭口孔隙闭口孔隙矿物实体矿物实体2、吸水性、吸水性：材料吸入水分的能力：材料吸入水分的能力 吸水率吸水率：常温（：常温（202）、标准大气压（）、标准大气压（101.325kPa)饱水率饱水率：常温、真空抽气（：常温、真空抽气（2.67 kPa）干燥试样质量最大吸水质量吸水率（保水率）3、抗冻性、抗冻性：石料在水饱和状态下，能经受反复冻融而不破坏，：石料在水饱和状态下，能经受反复冻融而不破坏，并不严重降低强度的能力并不严重降低强度的能力 直接冻融法直接冻融法（冻融循环试验：（冻融循环试验：-15冰冻冰
6、冻4h常温融解常温融解）循环若干次循环若干次(15、25、50次次)质量损失质量损失 强度损失：强度降低不大于强度损失：强度降低不大于25，耐冻系数，耐冻系数0.75 坚固性法坚固性法（硫酸钠（硫酸钠Na2SO4结晶、体积涨大）结晶、体积涨大）1、抗压强度、抗压强度 道路试件道路试件:505050 mm立方体立方体 50H50mm的圆柱体的圆柱体 图图1-2 石料抗压强度试件石料抗压强度试件 桥梁试件桥梁试件:707070 mm立方体立方体图图1-2 石料抗压强度试件石料抗压强度试件影响石料抗压强度的因素：影响石料抗压强度的因素：内因内因：材料的矿物成分：材料的矿物成分 结构和构造结构和构造外
7、因：外因：试件尺寸试件尺寸 加荷速率加荷速率 湿度等湿度等2、磨耗率磨耗率 搁板式（洛杉矶法）搁板式（洛杉矶法）:试样为试样为5000g有级配的集料，加有级配的集料，加入钢球入钢球12个个48mm，5000g。转速。转速3033r/min，转，转500转转%100121abmmmQ 双筒式（狄法尔法）双筒式（狄法尔法）:50块石料（块石料（5075mm），质量），质量5000g左右，转速左右，转速3033r/min，转，转10,000转（转（5.55.0h）磨耗率计算公式磨耗率计算公式：式中：式中：m2试验后试验后2mm筛上烘干石料试样质量；筛上烘干石料试样质量；m1试验前烘干石料试样质量。试
8、验前烘干石料试样质量。图图1-3 双筒式磨耗仪示意图双筒式磨耗仪示意图 耗时长达耗时长达5h以上以上 试件尺寸单一（试件尺寸单一（5075mm），与路用实际情况不符合），与路用实际情况不符合 石料间相互作用，不同性质石料的磨耗率相差不大石料间相互作用，不同性质石料的磨耗率相差不大图图1-4 搁板式磨耗仪示意图搁板式磨耗仪示意图 省时：省时：15min左右左右 使石料受到更严峻的冲击、使石料受到更严峻的冲击、剪切、摩擦作用，石料级差大剪切、摩擦作用，石料级差大 试样级配较符合路用状况试样级配较符合路用状况物理常数：密度（表观密度、毛体积密度）、空隙率物理常数：密度（表观密度、毛体积密度）、空隙率
9、吸水性：吸水率、饱水率吸水性：吸水率、饱水率抗冻性抗冻性抗压强度：单位面积上所能承受的最大荷载抗压强度：单位面积上所能承受的最大荷载磨耗率：石料抵抗撞击、剪切和摩擦综合作用的能力磨耗率：石料抵抗撞击、剪切和摩擦综合作用的能力石料的技术性质石料的技术性质1.分类分类：按照成岩条件、风化程度等：按照成岩条件、风化程度等 岩浆岩类（火成岩）岩浆岩类（火成岩）石灰岩类（沉积岩）石灰岩类（沉积岩）砂岩与片麻岩类（变质岩）砂岩与片麻岩类（变质岩）砾石岩（天然风化）砾石岩（天然风化）2.分级指标分级指标：饱水抗压强度和磨耗率：饱水抗压强度和磨耗率 I 最坚强最坚强 II 坚强坚强 III 中等坚强中等坚强
10、IV 较软较软四、石料的技术标准四、石料的技术标准第二节第二节 集料集料概述：概述：笼统的说集料就是粒状石质材料。1 1集料分类集料分类（1）总分类：包括天然砂、人工砂、卵石、碎石，另有工业冶金矿渣。（2）根据集料形成的过程不同，分为卵石（又称砾石）和碎石；（3）根据粒径大小的不同，分为粗集料和细集料；图图1-5 碎石集料碎石集料不同粒径、尺寸较小的石料颗粒的集合体不同粒径、尺寸较小的石料颗粒的集合体2 2粗细集料粒径的界限粗细集料粒径的界限水泥混凝土水泥混凝土 4.75mm4.75mm，沥青混合料沥青混合料 2.36mm2.36mm3 3最大粒径最大粒径（1 1）集料最大粒径：）集料最大粒径
11、：指集料100%都要求通过的最小标准筛筛孔尺寸。（2 2）集料公称最大粒径）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指集料可能全部通过或允许有少量不通过(一般容一般容许筛余不超过许筛余不超过10%)10%)的最小标准筛筛孔尺寸。的最小标准筛筛孔尺寸。通常集料公称最大粒径比最大粒径要小一个粒级。通常集料公称最大粒径比最大粒径要小一个粒级。4 4标准筛标准筛 统一规定筛孔规格及筛孔大小变化要求的套筛称统一规定筛孔规格及筛孔大小变化要求的套筛称为为标准筛标准筛。标准筛由一组多个不同大小孔径的套筛组成。标准筛由一组多个不同大小孔径的套筛组成。标准筛，以方孔筛为准，相应的筛孔尺寸依次为标准
12、筛，以方孔筛为准，相应的筛孔尺寸依次为75mm75mm、63mm63mm、53mm53mm、37.5mm37.5mm、31.5mm31.5mm、26.5mm26.5mm、19mm19mm、16mm16mm、13.2mm13.2mm、9.5mm9.5mm、4.75mm4.75mm、2.36mm2.36mm、1.18mm1.18mm、0.6mm0.6mm、0.3mm0.3mm、0.15mm0.15mm、0.075mm0.075mm；对集料颗粒大小的划分和相应筛分试验都要依靠对集料颗粒大小的划分和相应筛分试验都要依靠标准筛来进行。标准筛来进行。筛析试验用套筛筛析试验用套筛一、一、集料的集料的 物理性
13、质物理性质1、物理常数、物理常数图图1-6 集料的体积组成集料的体积组成 密度：表观密度、毛体积密度、装填密度密度：表观密度、毛体积密度、装填密度 装填密度装填密度 堆积（松装）密度堆积（松装）密度集料按自由下落方式装样集料按自由下落方式装样 图图1-7 细集料堆积密度试验仪具示意图细集料堆积密度试验仪具示意图 振实（紧装）密度振实（紧装）密度集料振摇方式装样集料振摇方式装样 捣实密度捣实密度集料振摇方式装样集料振摇方式装样 空隙率空隙率VG：集料空隙体积占集料总体积的百分比：集料空隙体积占集料总体积的百分比 不含开口孔隙不含开口孔隙 含开口孔隙含开口孔隙vinssfvvvvm%100)1(t
14、fGV%100)1(hfGV颗粒之间的颗粒之间的空间空间体积体积图图1-6 集料的体积组成集料的体积组成孔隙：矿物之间的空间孔隙：矿物之间的空间Vn+Vi空隙：集料颗粒之间的空间空隙：集料颗粒之间的空间Vv颗粒之间的颗粒之间的空间体积空间体积图图1-7 细集料堆积密度试验仪具示意图细集料堆积密度试验仪具示意图（3）粗集料的骨架间隙率）粗集料的骨架间隙率VCA粗集料骨架间隙率通常指粗集料骨架间隙率通常指4.75mm以上粗集料颗粒间的空隙体以上粗集料颗粒间的空隙体积的百分含量，由下式计算。粗集料骨架间隙率的大小用于确积的百分含量，由下式计算。粗集料骨架间隙率的大小用于确定混合料中细集料和结合料的数
15、量，并评价集料的骨架结构。定混合料中细集料和结合料的数量，并评价集料的骨架结构。（4）细集料的棱角性）细集料的棱角性细集料的棱角性由在一定条件下测定的空隙率表征，按下式细集料的棱角性由在一定条件下测定的空隙率表征，按下式计算。天然砂、人工砂和石屑等细集料的棱角性对沥青混合料计算。天然砂、人工砂和石屑等细集料的棱角性对沥青混合料的内摩擦角和抗流动性变形能力及对水泥混凝土的和易性有着的内摩擦角和抗流动性变形能力及对水泥混凝土的和易性有着显著的影响。当空隙率较大时，意味着细集料有着较大的内摩显著的影响。当空隙率较大时，意味着细集料有着较大的内摩阻角。阻角。2、级配：、级配：指集料中不同尺寸颗粒的比例
16、指集料中不同尺寸颗粒的比例 反映了粒径大小不同的矿质颗粒的相互反映了粒径大小不同的矿质颗粒的相互搭配情况。搭配情况。碎石受压碎石受压3、集料的颗粒形状与表面特征、集料的颗粒形状与表面特征 颗粒形状：蛋圆形、棱角形、针状、片状颗粒形状：蛋圆形、棱角形、针状、片状针状：长度大于其平均粒径针状：长度大于其平均粒径2.4倍的颗粒倍的颗粒片状：厚度小于其平均粒径片状：厚度小于其平均粒径0.4倍的颗粒倍的颗粒 表面特征：表面的粗糙程度及孔隙特征等表面特征：表面的粗糙程度及孔隙特征等砾石受压砾石受压针片状颗粒的定义：最大长度与厚度之比大于针片状颗粒的定义：最大长度与厚度之比大于3的颗粒。的颗粒。泥是指砂中粒径小于泥是指砂中粒径小于0.075mm的颗粒，泥块是指粗集料原尺的颗粒，泥块是指粗集料原尺寸大于寸大于4.75mm（或细集料大于（或细集料大于1.18mm），但经水浸洗、手捏），但经水浸洗、手捏后小于后小于2.36mm（细集料小于（细集料小于0.6mm）的颗粒含量。）的颗粒含量。4含泥量和泥块含量含泥量和泥块含量粗集料的力学性能粗集料的力学性能 压碎值：石料抵抗压碎的能力压碎值：石料抵抗压碎的能力
