第一章--石料与集料

运用工程系1第一章石料与集料2运用工程系第一节石料第二节集料第三节矿质混合料的组成设计第四节小结第二章石料与集料通过本章的学习使学生了解砂石材料技术性质和技术要求；掌握矿质混合料级配理论和组成设计方法，会用图解法和试算法设计矿质混合料的配合比。3运用工程系第一节石料花岗岩玄武岩砂岩石灰岩石英岩4运用工程系用箭头来表示类别关系5运用工程系常见的岩石基本特征类型矿物组成外观色泽性能用途花岗岩石英、长石、云母多种色泽，如深青、浅灰、黄、红等结构密实、密度大、抗压强度高、耐久性好优质石材，广泛应用于砌筑、装饰工程和集料玄武岩暗色矿物硬度高、脆性大、耐久性好作为承重和饰面材料石灰岩方解石、少量白云石、粘土大多呈浅灰色质地细密、坚硬，抗风化砌筑工程、轧制成集料、烧制石灰砂岩石英、少量长石、方解石、云母等灰色、白色或红色硅质砂岩密实坚硬、耐久性好，其他砂岩性能较差质地坚硬的材料用作建筑材料石英岩结晶氧化硅色泽较浅质地坚硬、强度高砌筑工程6运用工程系石料定义：在建筑结构工程中，所使用的石料通常指由天然岩石经机械加工制成的，或者由直接开采得到的具有一定形状和尺寸的石料制品。岩石学特性造岩矿物：具有一定化学成分和结构特性的天然化合物或单质，简称矿物，由一种或两种以上的矿物组成不同的岩石。岩石分类：根据成岩条件分为－－岩浆岩、沉积岩、变质岩常见岩石种类&岩石的酸碱性物理学性质物理常数：主要指石料的密度和孔隙率，此类常数能够直接影响到石料的力学性质，也是将石料用于混合料配合比设计的参数之一。吸水性：石料吸水能力的大小，用吸水率和饱水率形式表示抗冻性：石料在饱水状态下，能够经受反复冻结和融化而不破坏，并不严重降低强度的能力7运用工程系物理常数孔隙率真实密度ρt表观密度ρa毛体积密度ρk密度吸水性吸水率饱水率抗冻性直接冻融法硫酸纳法这些物理性质具体表现，在一定程度上都与石料的孔隙率有相应的关系。当孔隙率高，特别是与外界相通且较粗大的开口孔隙发达时，使石料的表观密度和毛体积密度减小，相应的吸水性加大，抗冻性能变差。因此通过石料物理指标的了解，可以在一定程度上预测石料一些工程性质的好坏，认知石料力学性质的表现。8运用工程系石料力学性质：石料在工程应用中，所表现出的抗压、抗剪、抗弯拉强度的能力，以及抵抗荷载冲击、剪切和摩擦作用的能力。实践中石料的这一性质常用抗压强度和磨耗率两项指标来表示。技术标准：首先根据石料所属岩石类型，将石料分成四大类——岩浆岩、石灰岩、砂岩或片麻岩以及砾岩；再依据石料的抗压强度的高低和磨耗率的大小将每种类型岩石划分成四个等级。重点：1.石料应具备哪些力学性质，采用什么指标来反映这些性质?2.简述道路工程用石料的分类和分级方法?9运用工程系第二节集料重要但又容易引起混淆的概念集料概述：笼统的说集料就是粒状石质材料。分类总分类：包括天然砂、人工砂、卵石、碎石，另有工业冶金矿渣集料形成的过程不同：分为卵石(又称砾石)和碎石粒径大小的不同：分为粗集料和细集料粗细粒径的界限：水泥混凝土4.75mm，沥青混凝土2.36mm，大于或等于该尺寸的颗粒为粗集料，余为细集料。最大粒径：集料最大粒径和集料公称最大粒径物理性质物理常数集料的级配颗粒形状和表面特征含泥量和泥块含量力学性质：在结构层或混合料中，粗集料起骨架作用，其性能用压碎值、磨光值、磨耗值和冲击值等指标表示。岩石集料的技术要求：以粗细两种类型的集料分别提出各自的技术要求。10运用工程系最大粒径最大粒径：集料的最大粒径这一概念由两个不同定义构成。集料最大粒径:指集料100%都要求通过的最小标准筛筛孔尺寸。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(一般容许筛余不超过10%)的最小标准筛筛孔尺寸。这两个定义涉及的粒径有着明显区别，通常集料公称最大粒径比最大粒径要小一个粒级。但在实际使用过程中、甚至在一些书本资料上也经常不加严格区别，容易引起混淆。实际工程中所指的最大粒径往往是指公称最大粒径，这一点在今后的应用中要加以区分。11运用工程系1.沥青路面及各类基层集料用标准筛均以方孔筛为准，相应的筛孔尺寸依次为:75635337.531.526.519160.0750.150.30.61.182.364.759.513.2单位(mm)2.水泥混凝土用集料标准筛的孔径当大于或等于2.5mm时，以圆孔筛为标准；小于2.5mm时以方孔筛为准。相应标准筛的筛孔尺寸依次为：75635337.531.526.51916单位(mm)0.0750.160.3150.631.252.5510161008063504031.52520单位(mm)12运用工程系物理性质物理常数集料的级配颗粒形状和表面特征含泥量和泥块含量物理常数密度1.表观密度、毛体积密度、毛体积密度与石料相应密度在概念上相同，仅在实际的密度测定方法上有所区别。2.表干密度：又称作饱和面干毛体积密度sρ3.装填密度：装样方法不同可为堆积密度、振实密度和捣实密度空隙率：集料在某种装填状态下的空隙体积(含开口孔隙)占装填体积的百分率粗集料的骨架间隙率：通常指4.75mm以上粗集料颗粒间的空隙体积的百分含量。其大小用于确定混合料中细集料和结合料的数量，评价集料的骨架结构。细集料的棱角性：由在一定条件下测定的空隙率表征。石料和集料涉及多种密度，现将这些密度归纳在下页表中：13运用工程系砂石材料密度概念小结14运用工程系集料的级配级配是指集料中各种粒径颗粒的搭配比例或分布情况。级配对水泥混凝土及沥青混合料的强度、稳定性及施工和易性有着显著的影响，级配设计也是水泥混凝土和沥青混合料配合比设计的重要组成部分。15运用工程系集料的颗粒形状与表面特征集料的形状和表面特征将影响集料颗粒间的内摩阻力、集料颗粒与结合料粘结性及吸附性等方面。1.理想集料颗粒形状是球状或立方体。不取用扁平、薄片、细长状的颗粒。针片状颗粒的定义：最大长度与厚度之比大于3的颗粒。2.集料表面特征指集料的粗糙程度和孔隙特征。表面粗糙的集料颗粒有较显著的摩阻力，同时也会影响集料的施工和易性；粗糙且有吸收水泥浆和沥青轻组分的孔隙特征的集料与结合料的粘结能力较强。16运用工程系含泥量和泥块含量存在于集料中或包裹在集料颗粒表面的泥土水泥的水化速度集料与水泥（或沥青）间的粘结能力混合料的整体强度和耐久性降低妨碍影响限制含量17运用工程系力学性质1.压碎值指按规定的方法测得石料抵抗压碎的能力，也是集料强度的相对指标，用以鉴定集料品质。压碎值是对石料的标准试样在标准条件下进行加荷，测试石料被压碎后，标准筛上筛余质量的百分率。2.磨光值(PSV)反映石料抵抗轮胎磨光作用能力的指标。该值越大，表明集料的抗磨光性能越好。采用加速磨光机磨光石料，并用摆式磨擦系数测定仪浊得的磨光后集料的磨擦系数。18运用工程系3.冲击值(LSV)反映石料抵抗冲击荷载的能力。该值越小，表明集料的抗冲击性能越好。由于路表集料直接承受车轮荷载的冲击作用，这一指标对道路表层用集料非常重要。4.磨耗值(AAV)确定石料抵抗表面磨损的能力，适用于对路面抗滑表层所用集料抵抗车轮磨耗值。该值越小，表明集料的抗磨耗能力越好。19运用工程系重点石料的主要物理常数与集料的主要物理常数有哪几项?它们之间有何异同?什么是集料的装填密度?什么是松装密度?什么是紧装密度?压碎值、磨耗值、磨光值及冲击值分别表征粗集料的什么性质，对路面工程有何实用意义?20运用工程系第三节矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计矿质混合料就是能够满足级配要求的各种粒径材料的集合体，简称矿料。确定几种集料混合时各自比例的过程就是矿料的组成设计。一、矿料的级配集料级配的表示方法级配组成对矿料性能的影响矿料连续级配的计算二、矿料配合比设计方法矿料配合比设计就是根据实际工程中现有的各种集料的级配参数（即筛分结果），针对设计要求或技术规范要求，采用一定的方法确定各规格集料在合成矿料中所占有比例的操作过程。21运用工程系集料级配的表示方法筛分试验细集料的细度模数集料的级配曲线采用标准套筛对集料进行过筛分析，以确定集料粗细颗粒的分布即级配就是所谓筛分试验。通过筛分试验，求得集料试样的级配参数。以细集料的筛分为例：在筛分试验中，分别称量500g砂样充分过筛，根据砂样存留在各筛上的筛余质量，分别计算出分计筛余百分率、累计筛余百分率、通过百率。分计筛余百分率：是指某号筛上的筛余质量占试样总质量百分率式中：mi——存留在某号筛上的试样质量，g；M——集料风干试样的总质量，g。ia22运用工程系iA累计筛余百分率：是指某号筛的分计筛余百分率和大于该号筛的各筛分计筛余百分率之总和。式中：a1，a2….a1，…——各筛的分计筛余百分率，%通过百分率：是指通过某号筛的试样质量占试样总质量的百分率，即100与某号筛累计筛余百分率之差。ip式中：Ai——某号筛的累计筛余百分率，%23运用工程系细集料的细度模数用于评价细集料粗细程度的指标，是细集料筛分试验中各号筛上的累计筛余百分率之和（以水泥混凝土用细集料为例）：式中：Mf——砂的细度模数；A4.75,A2.36,…A0.15——分别为4.75mm、2.36mm、…0.15mm各筛的累计筛余百分率，%细度模数愈大，表示细集料愈粗。砂按细度模数分为粗、中、细三种规格，相应的细度模数分别为：粗砂Mf=3.7～3.1；中砂Mf=3.0～2.3；细砂Mf=2.2～1.624运用工程系集料的级配曲线1.级配曲线的绘制以通过量的百分率为纵坐标，筛孔尺寸（也表示矿料不同颗粒的粒径）为横坐标，将各筛上的通过量绘制在坐标图中，然后用曲线将各点连接起来，成为所谓的级配曲线。a）常数坐标b）半对数坐标25运用工程系2.级配曲线类型粗细不同的粒径按照一定的比例组合搭配在一起，以达到较高的密实程度，根据搭配组成的结果，可得到以下几种不同级配形式。连续级配：连续级配是某一矿料在标准套筛中进行筛分后，矿料的颗粒由大到小连续分布，每一级都占有适当的比例。这种由大到小逐级粒径都有，并按比例互相搭配组成的矿质混合料，称为连续级配混合料。间断级配：在矿料颗粒分布的整个区间里，从中间剔除一个或连续几个粒级，形成一种不连续的级配，成为所谓的间断级配。连续开级配：整个矿料颗粒分布范围较窄，从最大粒径到最小粒径仅在数个粒级上以连续的形式出现，形成所谓的连续开级配。26运用工程系不同级配类型的级配曲线如下图所示a）连续型密集配b）连续型开级配c）间断型密集配27运用工程系3、级配组成对矿料性能的影响矿料的级配组成直接决定矿料的两大特点：矿料密实度和矿料颗粒间内摹阻力。从而影响到水泥混凝土或沥青混合料的强度、耐久性和施工和易性。28运用工程系矿料配合比设计常用的方法有：数解法、图解法（修正平衡面积法）1.数解法——试算法设计步骤(1)建立基本计算方程(2)基本假设(3)计算(4)校核调整2.图解法设计步骤(1)准备工作筛分并计算各自的通过量百分率、明确设计级配要求(2)绘制框图(3)确定各集料用量(4)合成级配的计算与校核矿料连续级配的计算29运用工程系1、级配理论诸多学者提出了关于求得最佳级配的理论，目前常用的有：W·B·富勒理论；A·N·泰波公式；我国简化公式，此外还有O·A·G·魏茅斯理论等。［1］富勒最大密度曲线W·B·富勒认为：级配曲线越接近抛物线时，则其密度越大，空隙率越小，是最理想的级配。其矿质混合料的通过百分率与粒径的关系为下式2pkD30运用工程系式中：p－－粒径为d的集料通过百分率（％）；D－－矿质混合料中的最大粒径（mm）；d－－欲计算的某级集料的粒径（mm）。当粒径d等于最大粒径D时，则通过量为100％，即求任一级粒径d的通过量时，将k代入下式,100%dDp100dpD31运用工程系［2］泰波公式A·N·泰波（A·N·Talbol）认为富勒曲线是一种理想的级配曲线，可能细料偏少，矿质混合料中的级配最好在一定范围内波动，故将富勒最大密实度曲线改为n次幂的通式：式中p.D.d—意义同前；n－实验指数。100ndpD32运用工程系33运用