道路建筑材料

`道路建筑材料第一章砂石材料第一节砂石材料的技术性质一、石料的技术性质和技术要求二、集料的技术性质三、冶金矿渣集料第二节矿质混合料的组成设计一、矿质混合料的级配理论和级配曲线二、矿质混合料的组成砂石材料的技术性质物理性质（1）真实密度（ρt）1、物理常数（2）毛体积密度（ρh）（3）空隙率（P）石料的物理常数不仅反映了石料的内部组成结构状态，而且能间接的反映石料的力学性质（例如相同矿物组成的岩石，空隙率越低，其强度越高）。尤其是石料的孔结构会影响所扎制成的集料在水泥（或沥青）混凝土中，对水泥浆（或沥青）的吸收、吸附等化学交互作用程度。砂石材料的技术性质物理性质（吸水性）石料的吸水性是石料在规定的条件下的吸水能力（1）吸水率吸水性（2）饱水率砂石材料的技术性质物理性质（耐候性）道路与桥梁都是暴露与大自然的无遮盖的建筑物，经常受到各种自然因素的影响，首先是温度的升降，其次是石料在潮湿的条件下，受正负气温的交替冻融作用，引起石料内部结构的破坏。新疆的主要影响因素属于后者（1）抗冻性（直接冻融法）耐侯性（2）坚固性（硫酸钠侵蚀法）砂石材料的技术性质力学性质1、抗压强度（主要）2、抗拉强度一般力学指标3、抗剪强度4、弹性模量5、抗磨光性（主要）6、抗冲击性特殊的力学指标7、抗磨耗石料的主要力学指标为：（1）单轴抗压强度（2）磨耗性砂石材料的技术性质化学性质在道路与桥梁的建筑中，矿质集料在混合料中与结合料起着复杂的物理-化学作用，矿质集料的化学性质很大程度地影响着混合料的物理-化学性质。在沥青混合料中，由于矿质集料的化学性质变化，对沥青混合料的物理-力学性质起着极为重要的作用。例如三种典型石料与同一种沥青组成的沥青混合料，强度和浸水后的比较表见下表不同矿物组成的沥青混合料强度比比较编号矿质混合料干燥抗压强度（20℃）fr(d)（kpa）浸水抗压强度（浸水72小时20℃）fr(d)（kpa）浸水后强度降低St（%）1石灰石矿质混合料205818938.012花岗岩矿质混合料1372116615.013石英石矿质混合料117691722.08三种典型石料的化学组成分析化学组成岩石名称氧化硅氧化钙氧化铁氧化铝氧化镁氧化锰三氧化硫磷酸酐石灰石1.0055.570.270.270.060.010.01—花岗岩76.721.992.8717.290.020.020.150.02石英石98.250.211.230.09—0.010.21—砂石材料的技术性质Sio2含量（%）此表是按克罗斯的岩石化学组成分类法将岩石分为碱性集料，中性集料，酸性集料但是，石料造岩矿物是变化无常的，进行化学组成分析比较复杂，为确定石料与沥青的粘附性，通常在道路工程中采用：1、水煮法，2、分光光度计法砂石材料的技术性质化学性质从以上比较可以看出碱性集料与沥青的粘附性好，因此为保证沥青混合料的强度，在选择石料时优先考虑采用碱性石料，当地缺乏碱性石料必须采用酸性石料时，可掺入各种抗剥剂，以提高沥青与石料的粘附性集料的技术性质集料：包括岩石天然风化而成的砾石（卵石），以及人工扎制的各种尺寸的碎石粗集料：粒径大于5mm集料细集料：粒径小于5mm由于产状和扎制工艺不同，他们之间的粒径界限允许交叉集料的技术性质（粗集料）一物理性质表观密度毛体积密度1、物理常数堆积密度空隙率2、级配：通过筛析试验确定的粗集料中各组成颗粒的分级和搭配3、坚固性（硫酸钠侵蚀法）集料的技术性质（粗集料）二路用粗集料的力学性质道路路面建筑用粗集料的力学性质，主要是压碎值和磨耗值集料压碎值（连续增加载荷作用抗压碎的能力）集料磨光值（抗滑指标）粗集料力学性质集料冲击值（AIV，连续重复抗冲击载荷作用的性能）集料磨耗值（采用道瑞磨耗试机，抗车轮磨耗能力）集料的技术性质（细集料）一物理性质表观密度毛体积密度1、物理常数堆积密度空隙率细集料物理常数与粗集料完全相同，由于粒径较小，所需数量可以减少，测定精度亦可提高，因此测定与计算方法也有所不同集料的技术性质（细集料）二级配级配：集料各级粒径颗粒的分配情况主要参数如下：（1）、分计筛余百分率：在某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率（2）、累计筛余百分率：某号筛上的分计筛余百分率和大于某号筛的各筛分计筛余百分率之和（3）、通过百分率：通过某筛的质量占试样总质量的百分率，亦即100与累计筛余百分率之差分计筛余、累计筛余和通过量关系图分计筛余、累计筛余和通过量关系集料的技术性质（细集料）三、粗度粗度：是评价砂粗细程度的一种指标。粗度通常用细度模数表示其式如下：集料的技术性质（细集料）三、粗度当砂中含有大于5mm的颗粒时，则按上式计算细度模数愈大，表示细集料愈粗。砂的粗度按细度模数可分为下列三级：集料的技术性质（细集料）三、粗度细度模数主要取决与0.16mm筛到2.5mm筛的5个粒径的累计筛余量，细度模数的数值与小于0.16mm的颗粒含量无关，所以虽然细度模数在一定程度上能反映砂的粗细概念，但并未能反映砂粒径的分布情况，因为不同级配的砂可以具有相同的细度模数冶金矿渣集料冶金矿渣是在冶金生产过程中由矿石、燃料及助燃剂中易熔硅酸盐化合而成的副产物有色金属冶金矿渣冶金矿渣高炉重矿渣黑色金属冶金矿渣刚渣这些冶金矿渣从熔炉中排出后。在空气中冷却，形成坚硬的材料，是一种很好的路用人工石料。它即可作为基层材料，又可作为水泥混凝土或沥青混凝土路面用的集料冶金矿渣集料矿渣的化学成分和矿物组成SiO2-Al2O3-CaO矿渣的化学成分MgO、CaO、FeO、MnO矿渣的酸碱性碱性矿渣:Mbc=（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）1碱性矿渣：Mac=（CaO+MgO+Al2O3）/SiO21中性矿渣：Mbc1Mac1冶金矿渣集料矿渣的稳定性：矿渣在道路建筑中使用，稳定性是一个决定其适用性的重要因素。影响重矿渣稳定性的因素，主要有三种1、硅酸盐分解：会导致重矿渣的碎裂至粉化，主要在矿渣冷却过程中出现，并不影响常温工程中应用。只要强度符合，无须进行硅酸盐分解鉴定。2、石灰质分解：遇水后生成熟石灰，体积增大1-2倍，产生很大的内应力导致矿渣碎裂，崩解等现象。3、铁、锰分解：FeS和MnS在水的作用下生成氢氧化铁和氢氧化亚锰，体积相应增大38%和24%，因此在矿渣中产生很大的内应力，引起矿渣裂解和或破碎矿质混合料的级配理论（重点）矿质混合料的级配理论1、级配曲线：各种不同粒径的集料，按照一定的比例搭配起来，以达到较高的密实度或较大的摩擦力连续级配：由大到小逐级粒径均有并按比例互相搭配成的矿质混合料级配曲线间断级配：在矿质合料中剔除一个一个或几个分级，成一种不连续的矿质混合料矿质混合料的级配理论最大密度曲线理论：主要描述连续级配的粒径分布，可用于计算连续级配级配理论粒子干涉理论：不仅可以计算连续级配，而且可以计算间断级配矿质混合料的级配理论（最大密度曲线理论）最大密度（抛物线最大密度理想曲线）曲线是通过试验提出的一种理想曲线，该理论认为：矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大最大密度曲线公式：P2=kd式中：d—矿质混合料各级颗粒粒径p—各级颗粒粒径集料的通过量k—常数矿质混合料的级配理论（最大密度曲线理论）由于采用常数坐标时，随着粒径的减小，d的位置无法绘出，为此通常采用半对数坐标表示，其公式为：lgp=(2-nlgD)+nlgd理论级配曲线的n等于0.5，但在实际使用中n通常在0.3—0.7之间波动矿质混合料的级配理论（粒子干涉理论）粒子干涉理论：为达到最大密度，前一级颗粒之间的空隙，应由次一级颗粒所填充，其所余空隙又由在次一级颗粒所填充，但填隙的颗粒粒径不得大于其间隙距离，否则大小颗粒之间势必发生干涉现象，为避免干涉起见，大小颗粒之间应按一定数量分配，并从临界干涉的情况下可导出前一级颗粒间的距离矿质混合料的组成设计方法天然或人工扎制的一种集料的级配往往很难完全符合某一级配范围的要求，因此必须采用两种或两种以上的集料配合起来才能符合级配范围的要求。矿质混合料配合组成设计的任务就是确定组成混合料的各集料的比例。确定混合料配合比设计的方法很多，但归纳起来主要有以下几种方式矿质混合料的组成设计方法试算法（重点）数解法设计方法正规方程法图解法其中试算法用于3—4中矿料组成，正规方程法用于多种矿料组成，所得结果准确，但计算教为复杂，图解法虽然简单，但只能求两种或三种矿料的配合比设计矿质混合料的组成设计方法（试算法）基本原理：假设有几种矿质集料，欲配制某一种一定级配要求的混合料，在决定各组成集料在混合料中的比例时，先假设混合料中某种粒径的颗粒是由某一种对该粒径占优势的集料组成，而其他各种集料不含这种粒径。如此根据各个主要粒径去试算各种集料在混合料中的大致比例。以下是试算法的矿质混合料的组成配合计算例题矿质混合料的组成配合计算例题（试算法）计算某大桥桥面铺装用细粒式沥青混凝土的矿质混合料的配合比原始资料：1、现有碎石、石屑和矿粉三种矿质材料，筛分结果按分计筛余列与表一2、根据国标规定细粒式沥青混凝土AC—13的要求继配范围列与表一计算要求：1、计算确定碎石，石屑和矿粉在混合料中所占的比例2、按现行的规范要求校核矿质混合料计算结果，确定其是否符合级配范围矿质混合料的组成配合计算例题（试算法）表一矿质混合料的组成配合计算例题（试算法）表一原有集料的分计筛余和混合料要求的级配范围矿质混合料的组成配合计算例题（试算法）计算步骤矿质混合料的组成配合计算例题（试算法）表二原有集料的分计筛余和混合料通过量要求级配范围矿质混合料的组成配合计算例题（试算法）矿质混合料的组成配合计算例题（试算法）由表二知碎石占优势的粒径为4.75mm故计算碎石的配合组成时，假设混合料中4.75mm的粒径全部是由碎石组成。石屑和矿粉4.75mm的粒径为0：Aa矿质混合料的组成配合计算例题（试算法）计算矿粉在混合料中的配合比时，按矿粉占优势的〈0.75mm粒径计算，假设小于0.75mm的碎石和石屑含量为0矿质混合料的组成配合计算例题（试算法）计算石屑在混合料中的用量Y=100-（x+y）已求得：x=41.6%Z=6.9%Y=100-（41.6+6.9）=51.5%矿质混合料的组成配合计算例题（试算法）校核：根据以上计算得到的矿质混合料的组成配合比为：碎石X=41.6%石屑Y=51.5%矿粉Z=6.9%按表三进行校核。矿质混合料的组成配合计算例题（试算法）表三