1、1. 砂石材料砂石材料 砂石材料分類砂石材料分類 主要內容主要內容 砂石材料的技術性能砂石材料的技術性能 礦質混合料的級配理論礦質混合料的級配理論 礦質混合料配合比設計方法礦質混合料配合比設計方法 石料與集料在道路工程中的應用石料與集料在道路工程中的應用砂石材料分類砂石材料分類按來源分類按來源分類 天然砂石材料：卵石、礫石、漂石；砂天然砂石材料：卵石、礫石、漂石；砂(海砂、河砂、山砂等海砂、河砂、山砂等) 人工軋制的砂石料：塊料、碎石集料人工軋制的砂石料：塊料、碎石集料 工業冶金礦渣集料：鋼渣、高爐渣、煤渣、粉煤灰等工業冶金礦渣集料：鋼渣、高爐渣、煤渣、粉煤灰等按尺寸和用途分類按尺寸和用途分類

2、 石料石料 集料：粗集料集料：粗集料粒徑粒徑d4.75mm（ 2.36mm） 細集料細集料粒徑粒徑d4.75mm（2.36mm） 1.2 砂石材料的技術性能砂石材料的技術性能 1.2.1石料的技術性質石料的技術性質1.2.1.1 物理性質物理性質物理常數物理常數吸水性吸水性抗凍性抗凍性1.2.1石料的技術性質石料的技術性質1）物理常數）物理常數 圖圖1-1 石料體積組成示意圖石料體積組成示意圖 密度：密度： 真實密度真實密度 （真實體積（真實體積 vs 礦物實體體積）礦物實體體積） 表觀密度表觀密度 （表觀體積（表觀體積 vs vn 含閉口孔隙）含閉口孔隙） 毛體積密度毛體積密度 (毛體積毛體

3、積 vs +vn+vi閉口與開口孔隙閉口與開口孔隙) 孔隙率：孔隙率：stvmnshvvminshvvvm%100)1 (thinvVvvP石料體積組成示意圖石料體積組成示意圖m0VnMmSViVsVV0開口孔隙開口孔隙閉口孔隙閉口孔隙礦物實體礦物實體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：常溫（：常溫（202）、標準大氣壓（）、標準大氣壓（101.325kPa) 飽水率飽水率：常溫、真空抽氣（：常溫、真空抽氣（2.67 kPa）干燥試樣質量最大吸水質量吸水率（保水率）3）抗凍性）抗凍性：石料在水飽和狀態下，能經受反復凍融而不破壞，：石料在水飽和狀態下，能經受

4、反復凍融而不破壞，并不嚴重降低強度的能力并不嚴重降低強度的能力 直接凍融法直接凍融法（凍融循環試驗：（凍融循環試驗： -15冰凍冰凍4h常溫融解常溫融解） 循環若干次循環若干次(15、25、50次次) 質量損失質量損失 強度損失：強度降低不大于強度損失：強度降低不大于25，耐凍系數，耐凍系數0.75 堅固性法堅固性法（硫酸鈉（硫酸鈉Na2SO4結晶、體積漲大）結晶、體積漲大）1）抗壓強度）抗壓強度 道路試件道路試件: 505050 mm立方體立方體 50H50mm的圓柱體的圓柱體 圖圖1-2 石料抗壓強度試件石料抗壓強度試件 橋梁試件橋梁試件:200200200 mm立方體立方體圖圖1-2 石

5、料抗壓強度試件石料抗壓強度試件影響石料抗壓強度的因素：影響石料抗壓強度的因素：內因：材料的礦物成分內因：材料的礦物成分 結構和構造結構和構造外因：試件尺寸外因：試件尺寸 加荷速率加荷速率 濕度等濕度等2) 磨耗率磨耗率 擱板式（洛杉磯法）擱板式（洛杉磯法）:試樣為試樣為5000g有級配的集料，加有級配的集料，加入鋼球入鋼球12個個48mm，5000g。轉速。轉速3033r/min，轉，轉500轉轉 圖圖1-4 擱板式磨耗儀擱板式磨耗儀%100121abmmmQ 雙筒式（狄法爾法）雙筒式（狄法爾法）: 50塊石料（塊石料（5075mm），質量），質量5000g左右，轉速左右，轉速3033r/mi

6、n，轉，轉10,000轉（轉（5.55.0h） 圖圖1-3 雙筒式磨耗儀雙筒式磨耗儀 磨耗率計算公式磨耗率計算公式： 式中：式中：m2試驗后試驗后2mm篩上烘干石料試樣質量；篩上烘干石料試樣質量； m1試驗前烘干石料試樣質量。試驗前烘干石料試樣質量。 圖圖1-3 雙筒式磨耗儀示意圖雙筒式磨耗儀示意圖 耗時長達耗時長達5h以上以上 試件尺寸單一（試件尺寸單一（5075mm），與路用實際情況不符合），與路用實際情況不符合 石料間相互作用，不同性質石料的磨耗率相差不大石料間相互作用，不同性質石料的磨耗率相差不大圖圖1-4 擱板式磨耗儀示意圖擱板式磨耗儀示意圖 省時：省時：15min左右左右 使石料受

7、到更嚴峻的沖擊、使石料受到更嚴峻的沖擊、 剪切、摩擦作用，石料級差大剪切、摩擦作用，石料級差大 試樣級配較符合路用狀況試樣級配較符合路用狀況物理常數：密度（表觀密度、毛體積密度）、空隙率物理常數：密度（表觀密度、毛體積密度）、空隙率吸水性：吸水率、飽水率吸水性：吸水率、飽水率抗凍性抗凍性抗壓強度：單位面積上所能承受的最大荷載抗壓強度：單位面積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磨耗率：石料抵抗撞擊、剪切和摩擦綜合作用的能力石料的技術性質石料的技術性質1. 分類分類：按照成巖條件、風化程度等：按照成巖條件、風化程度等 巖漿巖類（火成巖）巖漿巖類（火成巖） 石灰巖類（

8、沉積巖）石灰巖類（沉積巖） 砂巖與片麻巖類（變質巖）砂巖與片麻巖類（變質巖） 礫石巖（天然風化）礫石巖（天然風化）2. 分級指標分級指標：飽水抗壓強度和磨耗率：飽水抗壓強度和磨耗率 最堅強最堅強 堅強堅強 中等堅強中等堅強 較弱軟較弱軟1.3.2 石料的技術標準石料的技術標準1.2.2 集料的技術性質集料的技術性質圖圖1-5 碎石集料碎石集料 1.2.2.1 物理性質物理性質1）物理常數）物理常數圖圖1-6 集料的體積組成集料的體積組成 密度：表觀密度、毛體積密度、裝填密度密度：表觀密度、毛體積密度、裝填密度 裝填密度裝填密度 堆積（松裝）密度堆積（松裝）密度集料按自由下落方式裝樣集料按自由下

9、落方式裝樣 圖圖1-7 細集料堆積密度試驗儀具示意圖細集料堆積密度試驗儀具示意圖 振實（緊裝）密度振實（緊裝）密度集料振搖方式裝樣集料振搖方式裝樣 搗實密度搗實密度集料振搖方式裝樣集料振搖方式裝樣 空隙率空隙率VG：集料空隙體積占集料總體積的百分比：集料空隙體積占集料總體積的百分比 不含開口孔隙不含開口孔隙 含開口孔隙含開口孔隙vinssfvvvvm%100)1 (tfGV%100)1 (hfGV顆粒之間的顆粒之間的空間空間體積體積圖圖1-5 碎石集料碎石集料不同粒徑、尺寸較小的石料顆粒的集合體不同粒徑、尺寸較小的石料顆粒的集合體圖圖1-6 集料的體積組成集料的體積組成孔隙：礦物之間的空間孔隙

10、：礦物之間的空間Vn+Vi空隙：集料顆粒之間的空間空隙：集料顆粒之間的空間Vv顆粒之間的顆粒之間的空間體積空間體積圖圖1-7 細集料堆積密度試驗儀具示意圖細集料堆積密度試驗儀具示意圖2）級配：）級配：指集料中不同尺寸顆粒的比例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顆粒的相互搭配情況反映了粒徑大小不同的礦質顆粒的相互搭配情況 級配的幾種情況級配的幾種情況 篩析試驗篩析試驗套篩套篩 圓孔篩圓孔篩(直徑直徑)：40、20、10、5、2.5、1.25、0.63、0.3 方孔篩方孔篩(邊長邊長)：13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3 篩分試驗參數篩分試驗參數 分計

11、篩余百分率分計篩余百分率ai：某號篩上的篩余質量占試樣總質量的百分率：某號篩上的篩余質量占試樣總質量的百分率 累計篩余百分率累計篩余百分率Ai：等于或大于某號篩上篩余質量之和占總質量：等于或大于某號篩上篩余質量之和占總質量的百分率的百分率 通過百分率通過百分率Pi：通過某號篩的集料質量占試件總質量的百分率：通過某號篩的集料質量占試件總質量的百分率 級配曲線的繪制級配曲線的繪制圖圖1-10 級配曲線級配曲線 制表制表圖圖1-8 級配的幾種情況級配的幾種情況篩析試驗用套篩篩析試驗用套篩圖圖1-10 級配曲線示意圖級配曲線示意圖 作圖：縱坐標為通過百分率作圖：縱坐標為通過百分率P P ( () )常

12、數坐標常數坐標 橫坐標為篩孔尺寸橫坐標為篩孔尺寸(mm) (mm) 注意：坐標單位注意：坐標單位 注明不同曲線意義注明不同曲線意義 判斷集料級配是否符合要求判斷集料級配是否符合要求3）粗度）粗度細度模數細度模數評價砂（評價砂（0.164.75mm）粗細程度）粗細程度細度模數細度模數粗砂：粗砂：Mf 3.73.1中砂：中砂：Mf 3.02.3細砂：細砂：Mf 2.21.675. 475. 415. 03 . 06 . 018. 136. 2i1005)(AAAAAAAU碎石受壓碎石受壓4）集料的顆粒形狀與表面特征）集料的顆粒形狀與表面特征 顆粒形狀：蛋圓形、棱角形、針狀、片狀顆粒形狀：蛋圓形、棱

13、角形、針狀、片狀針狀：長度大于其平均粒徑針狀：長度大于其平均粒徑2.4倍的顆粒倍的顆粒片狀：厚度小于其平均粒徑片狀：厚度小于其平均粒徑0.4倍的顆粒倍的顆粒 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礫石受壓礫石受壓粗集料的力學性能粗集料的力學性能 壓碎值：石料抵抗壓碎的能力壓碎值：石料抵抗壓碎的能力 磨光值：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力磨光值：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力 磨耗值：石料抵抗磨擦、剪切的能力磨耗值：石料抵抗磨擦、剪切的能力 沖擊值：石料抵抗多次連續的重復沖擊荷載的能力沖擊值：石料抵抗多次連續的重復沖擊荷載的能力集料的性能

14、及評價指標集料的性能及評價指標 物理常數：密度、空隙率物理常數：密度、空隙率 吸水性：吸水率、飽水率吸水性：吸水率、飽水率 抗凍性抗凍性1）壓碎值）壓碎值：石料抵抗壓碎的能力：石料抵抗壓碎的能力 壓碎指標值（適用于水泥混凝土用集料）壓碎指標值（適用于水泥混凝土用集料） 圖圖1-11 壓碎值測試儀具尺寸圖壓碎值測試儀具尺寸圖 壓碎值（瀝青混合料用集料）壓碎值（瀝青混合料用集料） 圖圖1-12 壓碎值測試儀壓碎值測試儀 式中：式中：m0試驗前風干試件的質量試驗前風干試件的質量 m1試驗后試驗后2.36mm篩上集料質量篩上集料質量1.2.2.2 粗集料力學性質粗集料力學性質%100010ammmQ壓

15、碎值壓碎指標值測試儀具尺寸圖壓碎指標值測試儀具尺寸圖1020mm集料分二層夯實，在集料分二層夯實，在35min加荷至加荷至 Pmax=200kN，恒壓，恒壓5s后，脫膜后過后，脫膜后過2.36mm篩篩試驗集料試驗集料壓碎值測試儀壓碎值測試儀將將1216mm碎石分三層夯實，在碎石分三層夯實，在010min加壓至加壓至400kN，立即卸載，過，立即卸載，過2.36mm篩篩試驗集料容器試驗集料容器2) 磨光值磨光值：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力 圖圖1-13磨光值磨光值3) 磨耗值磨耗值：石料抵抗磨擦、剪切的能力：石料抵抗磨擦、剪切的能力道瑞

16、道瑞 Dorry（英國）（英國）磨耗儀磨耗儀 式中：式中：m1磨耗前的試件質量（磨耗前的試件質量（g） m2磨耗后的試件質量（磨耗后的試件質量（g） t集料的飽和面干密度集料的飽和面干密度4）沖擊值）沖擊值：石料抵抗多次連續的重復沖擊荷載的能力：石料抵抗多次連續的重復沖擊荷載的能力沖擊值儀沖擊值儀 式中：式中：m0沖擊前試樣質量；沖擊前試樣質量； m1沖擊后粒徑小于沖擊后粒徑小于2.36mm集料試樣質量集料試樣質量%10001mmLSV沖擊值t213）（磨耗值mmAAV磨光機磨光機磨光值試件磨光值試件試件試件（金剛砂），經（金剛砂），經6h磨光后，磨光后，用擺式儀測摩擦系數（用擺式儀測摩擦系數

17、（BPN）磨光值磨光值圖圖1-15道瑞道瑞 Dorry（英國）磨耗儀（英國）磨耗儀圖圖1-16 沖擊值儀沖擊值儀1015mm集料，集料，1kg分三次夯實。分三次夯實。沖擊錘至沖擊錘至3805mm處自由落下，重復處自由落下，重復15次。次。將受沖擊后的集料過篩（將受沖擊后的集料過篩（2.36mm），稱重。），稱重。1.4 礦質混合料的組成設計礦質混合料的組成設計v 礦質混合料的級配理論礦質混合料的級配理論v 礦質混合料的組成設計礦質混合料的組成設計1.4 礦質混合料的組成設計礦質混合料的組成設計1.4.1 礦質混合料的級配理論礦質混合料的級配理論級配研究意義：級配研究意義： 探討級配對集料性能探

18、討級配對集料性能密度和內摩阻力的影響密度和內摩阻力的影響 最小空隙率：達到最大密實度最小空隙率：達到最大密實度 最大摩阻力：最大摩阻力： * *增加集料的穩定性和強度；增加集料的穩定性和強度； * *互相嵌緊、互不干涉，緊密互相嵌緊、互不干涉，緊密多級空間網絡骨架結構。多級空間網絡骨架結構。1.4.1.1 級配曲線類型級配曲線類型圖圖1-17 級配類型示意圖級配類型示意圖 1）連續級配：級配曲線光滑，每一種尺寸的集料都有）連續級配：級配曲線光滑，每一種尺寸的集料都有 2）間斷級配：剔除一個或幾個分級，曲線形成折線形）間斷級配：剔除一個或幾個分級，曲線形成折線形 3）單粒徑：）單粒徑： 圖圖1-

19、17 級配類型示意圖級配類型示意圖 單粒徑單粒徑1.4.1.2典型的級配理論典型的級配理論連續級配連續級配1）最大密度曲線最大密度曲線富勒理論富勒理論 p2=kd 當當d=D時，時，p=1001002=kD 式中：式中：d 欲計算通過百分率的粒徑欲計算通過百分率的粒徑 D 礦質混合料最大粒徑礦質混合料最大粒徑2）級配范圍曲線級配范圍曲線泰波公式（最大密度曲線泰波公式（最大密度曲線n冪公式）冪公式） 式中：式中：n級配指數級配指數Ddp100nDdp)(100 級配范圍曲線級配范圍曲線 n=0.450.5，密實度最大，密實度最大n=0.30.7，密實度尚可，密實度尚可n=0.350.45，工作性

20、較好（工藝性能），工作性較好（工藝性能）nDdp)(100 Superpave級配要求級配要求控制點控制點禁區禁區禁區禁區控制點控制點n=0.451.4.2 礦質混合料的組成設計礦質混合料的組成設計目的目的：確定礦質混合料中各檔集料的比例：確定礦質混合料中各檔集料的比例已知條件已知條件： 各檔集料級配各檔集料級配 Pd 設計級配范圍設計級配范圍 Pd方法方法： 數解法數解法 圖解法圖解法1.4.2 礦質混合料的組成設計礦質混合料的組成設計 1.4.2.1 數解法數解法試算法試算法 需要根據集料的分計篩余進行計算需要根據集料的分計篩余進行計算 1）基本假定）基本假定 某一粒徑的顆粒由一種集料提供

21、，其它集料中不含此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粒徑的顆粒 該粒徑的顆粒在該集料中是占優勢的該粒徑的顆粒在該集料中是占優勢的2）計算過程）計算過程 已知：集料已知：集料 混合料混合料 準備工作：準備工作：PiAiai ;參數參數集料集料A集料集料B集料集料C混合料混合料M篩孔篩孔i的分計篩余的分計篩余/%aA(i)aB(i)aC(i)aM(i)在混合料中的比例在混合料中的比例/%XYZ100 計算方程：計算方程： XYZ100 (1) d=i時：時： X .aA(i) + Y .aB(i) +Z .aC(i) aM(i) (2)ABCM+ 確定各集料用量確定各集料用量

22、步驟步驟： 計算計算A集料在礦質混合料中的用量集料在礦質混合料中的用量X確定確定A集料中占優勢含量的粒徑：集料中占優勢含量的粒徑：由表由表 A集料中含量占優勢粒徑集料中含量占優勢粒徑 i=4.75mm: aA(4.75) =49.9%忽略其它集料在此粒徑含量忽略其它集料在此粒徑含量 aB(i) =0、aC(i) =0，代入式（，代入式（1） A集料用量集料用量X為：為： %1 .42%1009 .490 .21%100%100A(4.75)M(4.75)A(i)M(i)aaaaX步驟步驟： 計算計算C集料在礦質混合料中的用量集料在礦質混合料中的用量Z確定確定C料中占優勢的粒徑料中占優勢的粒徑由

23、表由表 C集料中含量占優勢粒徑為集料中含量占優勢粒徑為: j0.075mm aZ(0.075mm) =85.3%忽略忽略A、C集料同一粒徑含量集料同一粒徑含量: aA(j) =0、aB(j) =0 C料用量料用量Z為：為：步驟步驟： 計算計算B集料在礦質混合料中的用量集料在礦質混合料中的用量Y由公式由公式(2) ：Y100(XZ）100(42.17.0）50.9%0 . 7%1005 .830 . 6%100%1000.075)Z(0.075)M(Z(j)M(j)aaaaZ 校核調整校核調整 計算合成礦質混合料的通過百分率計算合成礦質混合料的通過百分率PM(i) 合成級配合成級配 X .PA(

24、i) + Y .PB(i) +Z .PC(i)PM(i)要求：要求：合成級配合成級配aM(i) 或或PM(i) 應在規定的級配范圍內應在規定的級配范圍內調整配合比后還應重新進行校核，直至符合要求為止調整配合比后還應重新進行校核，直至符合要求為止經調整后仍不能滿足級配要求時，可摻加單粒級集料或調換集料經調整后仍不能滿足級配要求時，可摻加單粒級集料或調換集料篩孔尺寸篩孔尺寸di （mm） 集料集料A集料集料B集料集料C碎石分計篩余碎石分計篩余 aA(i) （%）石屑分計篩余石屑分計篩余aB(i) （%）礦粉分計篩余礦粉分計篩余 aC(i) （%）13.20.89.543.64.7549.92.364.42.01.181.322.60.623.70.318.40.1513.04.00.07510.910.70.075 9.5 85.3 010203040506070809010026.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.08篩孔尺寸（mm)通過百分率（%）AC-20上限AC-20下限級配S2(粗)010203040506070809010026.5191613.29.54.752.