1、1,第二章 砂石材料,砂石材料是道路与桥梁建筑中用量最大 的一种建筑材料，按用途不同，分为石料、 集料和矿质混合料。2.1 石料2.2 集料2.3 矿质混合料的组成设计,2,2.1 砂石材料,2.1.1 砂石材料的基础知识石料指天然岩石经机械加工制成的具有一定形 状和尺寸的石料制品；物理性质石料的技术指标 力学性质化学性质,第二章 砂石材料,3,2.1.1 砂石材料的基础知识分类：岩浆岩：密度大，吸水性小，抗冻抗压；沉积岩：密度小，吸水率大，强度低； 变质岩：工程上常用的石料制品： 粗料石、细料石、碎石、石屑、矿粉、砾石、砂； 花岗岩：耐久性高，耐磨性好； 玄武岩：硬度大，较脆，耐久性好； 石
2、灰岩：耐水性差；,第二章 砂石材料,花岗岩、玄武岩,石灰岩、砾岩、砂岩,4,1. 物理性质石料的物理性质包括：物理常数、吸水性和耐候性； 物理常数：石料矿物组成结构状态的反映。矿物实体 三部分 闭口孔隙开口孔隙,第二章 砂石材料,5,1)真实密度 ：定义：烘干(105烘箱中烘6h) ，岩石矿质实体单位真实体积的质量；公式：测定： 密度瓶法,第二章 砂石材料,6,)毛体积密度 ：定义：烘干岩石矿质实体包括孔隙(开口、闭口孔隙)体积在内的单位毛体积体积的质量；公式：测定：浸水48h饱水，称m水中重；,第二章 砂石材料,7,)表观密度 ：定义：石料烘干至恒重，岩石矿质实体单位表观体积的质量；公式：测
3、定： 表干法浸水48h饱水，称m水中重；干燥毛巾擦至表干，称m表干；,第二章 砂石材料,8,)孔隙率 ：定义：岩石孔隙体积占岩石总体积(包括开口、闭口孔隙体积)的百分率 ；公式：测定：,第二章 砂石材料,9,吸水性：定义：石料在规定条件下的吸水能力；工程上常采用吸水率和饱水率两项指标表征；吸水性越大，沥青粘附性越差；1）吸水率：室内常温常压下，石料试件最大吸水质量占烘干 石料质量的百分率。,第二章 砂石材料,逐步加入水淹没石料,细砂,10,2）饱水率：室内常温，真空度2.67kPa条件下，石料试件最大 吸水质量占烘干石料质量的百分率。,第二章 砂石材料,细砂,通常计算的饱水率吸水率,11,试件
4、饱水，-15冻4h，205解冻4h， 如此循环规定次数；测 定实验前后试件质量和 饱水抗压强度；,耐候性：定义：主要表现为岩石的抗冻性，反复冻结和融化而不破坏，且岩石强度未有明显降低的能力；采用抗冻性和坚固性实验表征；1）抗冻性：评估石料饱水时，经历规定次数冻融循环后抵抗破坏的能力；,第二章 砂石材料,12,硫酸钠浸泡20h，105烘箱烘4h，如此循环规定次数；测定实验前后试件质量,2）坚固性：评估石料饱和硫酸钠多次浸泡与烘干循环后，不发 生显著破坏或强度降低的性能；表征自然降水对石料的 影响；,第二章 砂石材料,有条件者均采用直接冻融,13,2. 力学性质确定石料等级的两项指标抗压强度和磨耗
5、性； (1) 单轴抗压强度fcm：试件：立方体(50mm)or圆柱体(dh=5050mm)实验：饱水48h，加载下达极限破坏；公式：(2) 磨耗性Q磨耗：石料抵抗撞击、剪切和摩擦的性能；采用洛杉矶 磨耗实验测定；,第二章 砂石材料,14,3. 化学性质沥青(H+)+石料(OH-) 粘附性好； (1) 石料酸碱性：酸性石料：65%SiO2含量 中性石料：65%52%；碱性石料：52% (2) 沥青粘附性评价：水煮法：13.2 19mm的碎石，5颗石料，热沥青裹附，沸水煮3min；水浸法：9.5 13.2mm，100g与5.5g沥青拌合，冷后在80水中30min,第二章 砂石材料,15,4. 石料
6、的技术标准 (1)石料技术分级根据公路工程队岩石的 不同要求分四个岩类：类岩浆岩类类石灰岩类类砂岩和片岩类类砂石类,第二章 砂石材料,(2)石料技术标准按石料技术要求分四级：1类最坚强岩石2类坚强的3类中等坚强4类较软,16,(2) 技术要求,第二章 砂石材料,17,2.2 集料2.2.1 集料的分类集料是由不同粒径矿质颗粒组成的混合料；是岩石的集合体，在沥青混合料中起骨架和填充作用；来源分： 天然砂(0.752mm) 碎石(4.75mm) 天然集料 砾石 (260mm) 人工集料 人工砂(2.36mm(沥青混凝土中，方孔筛)；细集料：2.36mm(沥青混凝土中),第二章 砂石材料,18,2.
7、2.2 集料的技术性质1. 物理性质集料是矿质颗粒的散装混合物，涉及的孔隙包括开口孔隙、闭口孔隙以及颗粒间的孔隙；(1) 密度工程中常用的集料密度包括表观密度、毛体积密度、表干密度和堆积密度；,第二章 砂石材料,19,1)表观密度 ：定义：规定条件下，烘干集料矿质实体包括闭口孔隙在内的表观单位体积的质量；公式：测定： 粗集料表干法；细集料容量瓶法；浸水24h，2.364.75mm集料擦饱和面干状态；2.36以下向容量瓶中添水至刻度线；,第二章 砂石材料,20,2)表干密度 ：定义：以表干质量为准，包括开口孔隙吸入的水；公式：测定： 粗集料网篮法；细集料塌落筒法；,第二章 砂石材料,21,3)毛
8、体积密度 ：定义：单位毛体积的质量，包括开口、闭口及矿质实体体积；公式：测定： 粗集料表干法；细集料塌落筒法；,第二章 砂石材料,22,4)堆积密度 ：定义：将集料装填于容器中包括集料颗粒间空隙和颗粒内部的空隙在内的单位体积的质量。公式：测定： 仅测定粗集料；按堆积的松紧程度不同分为：自然堆积密度与振实堆积密度；,第二章 砂石材料,23,5) 空隙率 n：定义：指集料在自然堆积(或紧密堆积)时空隙体积占总体积的百分率。公式：区别： 空隙：指集料中颗粒间的空隙；孔隙：指单一石料中的孔隙；,第二章 砂石材料,24,2. 粗集料的力学性质主要是压碎值、磨耗值，其次是磨光值和冲击值。 1) 压碎值指集
9、料在连续增加的荷载下，抵抗压碎的能力；2) 道瑞磨耗指指评价抗滑表层所用粗集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力；,第二章 砂石材料,M1：过2.36mm筛后质量,m1、m2磨耗前后质量； s表干密度；,AAV越大，集料耐磨性越差；,25,3) 压碎值高速公路要求的力学性质：集料的抗磨光性；按我国现行规程，采用石料磨光值PSV表示；意义：石料磨光值越高，表示其抗滑性越好；抗滑面层应选用磨光值高的集料，如玄武岩、砂岩、花岗岩； 4) 冲击值抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能；,第二章 砂石材料,m1：冲击后过2.36mm筛质量；,26,2.3 矿质混合料的组成设计 2.3.1 基层知识1. 矿质混合料：定
10、义：将两种或两种以上不同粒径的集料进行掺配；目的：确定不同粒径各档料在矿质混合料中合理比例；必备条件：各档料级配组成和混合料设计级配范围；2. 级配定义：指集料中各组成颗粒的分级和搭配。 标准筛孔(集料的标准尺寸)：方孔筛75、63、53、37.5、31.5、26.5、19、16、13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15、0.075mm；,第二章 砂石材料,27,Eg：AC-13 公称最大粒径为13.2mmAC-16 16mmAC-25 26.5mmATB-30 31.5mmATB-40 37.5mm代表离标准筛孔最近的筛孔,第二章 砂石材料,28,级配：筛分试
11、验确定；级配三参数：分计筛余百分率：ai=mi/m100mi存留在某号筛上的试样质量，g；m 风干试样总质量，g；累计筛余百分率：Ai=a1+a2+ai通过百分率：pi=100-Ai,第二章 砂石材料,29,3. 细集料的粗细程度表征(1) 细度模数Mf：评价砂粗细程度的物理量；,第二章 砂石材料,无4.75以上集料,有4.75以上集料,30,按细度模数可将砂分为下列三级：3.73.1为粗砂Mf 3.02.3为中砂；2.21.6为中砂；结论：细度模数越大，表示细集料越粗；,第二章 砂石材料,31,2.3.2 级配设计 1.级配类型级配要求：多种集料按照一定比例搭配，以达到 较高的密实度和较大的
12、摩擦力；级配类型：连续级配和间断级配两种；a 连续密级配：AC-13，AC-15；b 连续开级配：OGFC-13；c 间断级配：SMA；,第二章 砂石材料,32,2. 级配理论 (1) 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。,第二章 砂石材料,A，常坐标,B，半对数坐标,理论最大密度线,pi,pi,33,最大密度级配曲线公式：可用矿料颗粒粒径d与通过量p表示：k的计算：当di=D时，pi=100泰波公式：n为实验指数,第二章 砂石材料,用于设计连续级配,34,(2) 离子干涉理论观点：集料一级级填充，确保下一级颗
13、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；,第二章 砂石材料,范围：设计连续和间断级配,35,2.3.2 矿质混合料的组成设计方法目前矿质混合料组成设计主要有数解法和图解法两类； 1.数解法试算法： (1) 假设： 设A、B、C三种集料在混合料M中的用量比列分别为x、y、z，则：x+y+z=100 设M中某一级粒径i所需Mi，则三种集料中该粒径的含量分别为aAi、 aBi 、aCi，则：aAix+ aBiy +aCiz=aMi,第二章 砂石材料,自学图解法,36,(2) 计算步骤,第二章 砂石材料,
14、37,2. 配合比设计工程实例,第二章 砂石材料,38,第二章 砂石材料,39,1. 密度：真实密度：表观密度：毛体积密度：表干密度：堆积密度：,总 结,1.质量对比：表干质量烘干质量水中重 2.饱和面干：开口孔隙吸饱水，表面无水状态； 3.表观密度：矿质实体和闭口孔隙排开水体积； 4.毛体积密度：开口、闭口孔隙及实体排开水体积；,40,总 结,41,2.级配组成设计： 级配三参数：分计筛余百分率： ai=mi/m100累计筛余百分率：Ai=a1+a2+ai通过百分率：pi=100-Ai (2) 数解法原理：,总 结,42,思考题：P341-1P35 1-8； 作业：P35 1-12；,第二章 砂石材料,
