第一章砂石材料湖北交通職業技術學院道橋系道路建筑材料2007年返回第一節砂石材料的技術性質第二節礦質混合料的組成設計湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料第一節砂石材料的技術性質砂石材料包括巖石、集料（包括工業冶金礦渣）。試驗規程有《公路工程巖石試驗規程》（JTGE41-2005）、《公路工程集料試驗規程》（JTGE42-2005）一、巖石的技術性質二、道路和橋涵用巖石制品三、集料的技術性質四、冶金礦渣集料返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料一、巖石的技術性質1、物理性質2、力學性質3、化學性質返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料1、物理性質1）物理常數2）吸水性3）抗凍性返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料1）物理常數（1）真實密度ρt:是巖石在規定條件（105℃±5℃下烘至恒重，溫度20℃±2℃）下，烘干巖石礦質實體單位體積（不包括開口與閉口孔隙）的質量。（2）毛體積密度ρb

：在規定條件下，烘干巖石的單位體積（包括孔隙在內）的質量。（3）孔隙率n

：孔隙體積占巖石總體積的百分率。巖石體積組成結構示意圖返回上級目錄真實密度試驗湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料巖石組成結構示意圖返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料2）吸水性2）吸水性：是巖石在規定條件下吸水的能力，用吸水率和飽和吸水率表示。（1）吸水率：在室內常溫和大氣壓條件下，巖石試樣最大的吸水質量與烘干巖石試件質量之比，以百分率表示。（2）飽和吸水率：在室內常溫和真空抽氣后的條件下巖石試樣最大的吸水質量與烘干巖石試件質量之比，以百分率表示。吸水率和飽和吸水率能有效反映巖石微裂隙的發育程度，可用來判斷巖石的抗凍性和抗風化等性能。返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料3）抗凍性3）抗凍性：指巖石在吸水飽和狀態下，經受規定次數的凍融循環后抵抗破壞（剝落、裂紋，產生質量損失，強度降低）的能力。在寒冷地區，冬季月平均氣溫低于-15℃的重要工程，巖石吸水率大于0.5%時，都要做抗凍性試驗。直接凍融法：指巖石在吸水飽和狀態下，經受規定次數（10、15、25次）的凍（-15℃）融（20℃±5℃）循環后抵抗破壞（剝落、裂紋，產生質量損失，強度降低）的能力。堅固性簡易快速測定法：用飽和硫酸鈉溶液進行多次浸泡與烘干循環。返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料2、力學性質返回上級目錄1）單軸抗壓強度2）磨耗性湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料1）單軸抗壓強度單軸抗壓強度：是將巖石制成標準試件，經吸水飽和后，在單軸受壓并按規定的加載條件下，達到極限破壞時單位承壓面積的強度。是劃分巖石強度等級的主要依據。

R——巖石的抗壓強度，MPa；

P——極限破壞時的荷載，N；

A——試件的截面積，mm2。返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料2）磨耗性磨耗性：是石料抵抗撞擊、剪切和摩擦等聯合作用的性質，用磨耗率表示。采用洛杉磯式磨耗試驗（將規定質量和級配的試樣及規定數量的鋼球置于試驗機中，以30-33r/min的轉速規定的次數后，用1.7mm的篩子過篩。）

Q——石料磨耗率（%）；

m1——裝入圓筒中的試樣質量（g）；

m2——試驗后在1.7mm篩上洗凈烘干的試樣質量（g）。返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料3、化學性質按SiO2的含量多少將石料劃分為酸性（花崗巖、石英巖）、堿性（石灰巖、玄武巖）及中性。在選擇與瀝青結合的石料時，應考慮石料的酸堿性對瀝青（酸性）與石料粘結性的影響。堿性巖石軋成的集料與瀝青的粘附性好。返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料二、道路和橋涵用巖石制品（一）道路路面建筑用巖石制品1、高級鋪砌用整齊塊石；2、路面鋪砌用半整齊塊石；3、鋪砌用不整齊塊石；4、錐形塊石。（二）橋梁建筑用主要巖石制品1、片石；2、塊石；3、方塊石；4、粗料石；5、細料石；6、鑲面石。返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料三、集料的技性質集料：指在混合料中起骨架或填充作用的粒料，包括天然風化的礫石（卵石）和砂，以及人工軋成的碎石、機制砂和石屑等。集料分為：細集料和粗集料兩類。在水泥混凝土中粗細集料的分界尺寸是4.75mm。在瀝青混合料中粗細集料的分界尺寸是2.36mm。（一）粗集料的技術性質（二）細集料的技術性質返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料（一）粗集料的技術性質1、物理性質2、力學性質返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料1、物理性質1）物理常數2）級配（見細集料）3）堅固性返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料1）物理常數（1）表觀密度（簡稱視密度）ρa

：是在規定條件下，單位表觀體積（包括集料礦質實體和閉口孔隙）的質量。用網籃法測定。（2）毛體積密度ρb

：在規定條件下，單位毛體積（包括礦質實體、閉口孔隙和開口孔隙）的質量。（3）堆積密度ρ

：單位體積（包括集料礦質實體、閉口孔隙、開口孔隙、顆粒間空隙）的質量。（4）空隙率n：空隙體積占總體積的百分率。集料體積組成圖示返回上級目錄表觀密度、毛體積密度試驗湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料集料體積組成圖示湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料集料體積與質量關系圖示返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料堅固性堅固性：采用規定級配的各粒級集料，分別裝在金屬網籃浸入飽和硫酸鈉溶液中進行干濕循環（5次）試驗。用質量損失百分率來計算其堅固性（也稱安定性）。返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料2、力學性質1）壓碎值：是粗集料在逐漸增加的荷載下，抵抗壓碎的能力。是衡量集料強度的指標。2）洛杉磯磨耗損失：是粗集料抵抗摩擦、撞擊的能力。是集料使用性能的重要指標。3）磨光值（PSV）：反映集料抵抗輪胎磨光作用能力，是一種粗集料是否能用于高速公路一級公路的表面層的重要決定性指標。4）道瑞磨耗值（AAV）：評定高速公路一級公路表面層粗集料抵抗車輪撞擊及磨耗的能力。5）沖擊值（AIV）：高速公路一級公路表面層粗集料抵抗多次連續重復沖擊荷載作用的性能。返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料（二）細集料的技術性質1、物理性質：表觀密度；堆積密度；空隙率。2、顆粒級配：級配是集料各級粒徑顆粒搭配情況。級配是通過篩分試驗確定的（干篩法和水洗法）。細集料的標準篩（4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15、0.075mm的方孔篩），測定出各號篩的篩余量，求集料級配的參數：①分計篩余百分率ai；②累計篩余百分率Ai；③通過百分率Pi。3、粗度：是評價砂粗細程度的指標，用細度模數MX表示，MX=3.7~3.1為粗砂；MX=3.0~2.3為中砂；MX=2.2~1.6為細砂。砂的篩分試驗有兩個結論：①砂的粗度；②級配是否滿足規范規定。相同的細度模數的砂可有不同的顆粒級配。砂的篩分試驗例題返回上級目錄作業1湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料篩分試驗三個參數間的關系返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料砂的篩分試驗例題〔例題1-1〕工地現有砂500g，做篩分試驗后的篩分結果如表1－2所示。計算該砂的細度模數，并評價其粗細程度。計算細度模數：所以，此砂為細砂。返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料作業1某橋工地現有一批砂，欲配制水泥混凝土，經取樣篩分結果如表1-8，試計算其分計篩余、累計篩余和通過百分率，并評價砂的粗細程度。篩孔尺寸di(mm)4.752.361.180.60.30.15底盤存留量mi(g)2535901401157025返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料四、冶金礦渣集料冶金礦渣：是在冶金生產中由礦石、燃料及助溶劑中易溶硅酸鹽化合而成的副產品，例如高爐礦渣、鋼渣等。冶金礦渣從熔爐排出后，在空氣中自然冷卻，形成堅硬的材料，是很好的路用材料，可作為基層材料，也可用作水泥混凝土或瀝青混合料的集料。返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料第二節

礦質混合料的組成設計礦質混合料的基本要求：最小空隙率、最大摩擦力。礦質混合料組成設計的內容：1）級配理論和級配范圍的確定；2）基本組成的設計方法。一、級配理論二、級配曲線范圍的繪制三、混合料組成的設計方法。返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料一、級配理論（一）級配類型（二）級配理論返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料（一）級配類型返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料（二）級配理論1、富勒理論2、泰波理論3、魏矛斯粒子干涉理論

目前用于計算連續級配的理論有富勒理論、泰波理論；計算間斷級配的理論只有魏矛斯理論。返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料1．富勒理論理想級配：“級配曲線愈接近拋物線時，其密度愈大”。最大密度曲線方程P——欲計算的某級粒徑d（mm）的礦料通過百分率（%）；D——礦質混合料的最大粒徑（mm）；

d——欲計算的某級礦質混合料的粒徑（mm）。

→返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料2．泰波理論實際礦質混合料的級配應有一定的波動范圍n=0.3~0.6之間

返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料3、魏矛斯粒子干涉理論認為顆粒之間的空隙，應由次一級顆粒所填充；所余空隙又為再次一級顆粒所填充，但填隙的顆粒不得大于其間隙距離，否則大小顆粒粒子之間勢必發生干涉現象。返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料二、級配曲線范圍的繪制（教材上的畫法不合規范規定）湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料級配曲線范圍的繪制例題返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料三、混合料組成的設計方法確定礦質混合料配合比的方法一般主要采用試算法和圖解法。不管采用哪種方法，首先必須具備兩項已知條件：（1）各種集料的篩析結果；（2）按技術規范（或理論級配）要求礦質混合料的級配范圍。返回上級目錄（一）試算法（二）圖解法湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料（一）試算法適用于2~3種礦料組成的混合料。

其中，X、Y、Z分別是集料A、B、C的配合比；aA(i)、abB(i)、aC(i)是集料A、B、C在某篩上的分計篩余百分率；aM(i)是混合料在某篩上的分計篩余百分率。計算步驟：（1）找出集料A的分計篩余最大的粒徑，因為集料B、C在該粒徑上的分計篩余接近為0，故可忽略集料B及集料C的影響，故由上述公式可求集料A的含量X為：（3）集料B含量Y為：（2）找出

集料C的分計篩余最大的粒徑，其含量Z為：（4）校核：按加權平均值的原理進行校核，如混合料的級配不在規范規定的范圍內，應調整配合比，重新校核。試算法例題返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料試算法例題現有碎石、砂和礦粉三種集料，經篩分試驗，各集料的分計篩余百分率列于下表，并列出按推薦要求設計混合料的級配范圍，試求碎石、砂和礦粉三種集料在要求級配混合料中的用量比例。湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料（二）圖解法（修正平衡面積法）1、繪制級配圖曲線（1）計算級配范圍中值。（2）根據級配范圍中值，確定相應的橫坐標的位置。（3）在坐標圖上繪制各種集料的級配曲線。2、確定各種集料的用量比例（1）兩相鄰級配曲線重疊。（2）兩相鄰級配曲線相接。（3）兩相鄰級配曲線相離。3、校核：校核合成級配是否符合級配范圍的要求。圖解法例題作業2返回上級目錄湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料例1-3圖解法進行礦質混合料組成設計湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料確定篩孔尺寸的橫坐標位置示意圖1湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料繪制各種集料的級配曲線湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料確定各種集料的用量比例的三種情況圖示湖北交通職業技術學院道橋系第一章砂石材料確定各種集