第二章砂石材料

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22.1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32.1.1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41.物理性质石料的物理性质包括：物理常数、吸水性和耐候性；(1)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51)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sstVm第二章砂石材料水ttssmmmmmm水瓶细粉水瓶水中重石料排开水质量水中重mmmsstt6２)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；inssbVVVm第二章砂石材料水bbb水中重表干mmmsb7３)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；nssaVVm第二章砂石材料水aaa水中重m-mmssa8４)孔隙率ｎ：—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：%100VVVnhin第二章砂石材料%1001mm1VV1VVVVVVntbbtsshin）（9⑵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。%100mmm1a第二章砂石材料逐步加入水淹没石料细砂102）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。%100mmm2sa第二章砂石材料加入水淹没石料细砂抽真空通常计算的饱水率吸水率11试件饱水，-15℃冻4h，20±5℃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；⑶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；%100mmmL121冻融质量损失%100RRK12冻融系数第二章砂石材料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；%100mmmL121j第二章砂石材料有条件者均采用直接冻融132.力学性质确定石料等级的两项指标抗压强度和磨耗性；(1)单轴抗压强度fcm：试件：立方体(50mm)or圆柱体(d×h=50×50mm)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；%100mmmQ121磨耗第二章砂石材料%100AFfmaxcm143.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154.石料的技术标准(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：Ⅰ类—岩浆岩类Ⅱ类—石灰岩类Ⅲ类—砂岩和片岩类Ⅳ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172.2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(0.75～2mm)碎石(4.75mm)天然集料砾石(2～60mm)人工集料人工砂(2.36mm)卵石(60～200mm)石屑(2.36或4.75筛下)颗粒尺寸分：粗集料：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182.2.2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191)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，2.36～4.75mm集料擦饱和面干状态；2.36以下向容量瓶中添水至刻度线；nssaVVm第二章砂石材料水aaa样水瓶水瓶细料mmmmssa水中重粗料mmmssa202)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；第二章砂石材料面干样水瓶水瓶饱和面干饱和面干细料mmmms水中重表干表干粗料mmmssinssVVVm表干213)毛体积密度：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；第二章砂石材料面干样水瓶水瓶饱和面干细料mmmmsb水中重表干粗料mmmsbbinsbVVVm干224)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；第二章砂石材料堆ipsfVVVm干235)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100)1(na堆242.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；100mmQ21a第二章砂石材料M1：过2.36mm筛后质量s21)mm(3AAVm1、m2磨耗前后质量；ρs表干密度；AAV越大，集料耐磨性越差；253)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100mmAIV1m1：冲击后过2.36mm筛质量；262.3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27Eg：AC-13公称最大粒径为13.2mmAC-1616mmAC-2526.5mmATB-3031.5mmATB-4037.5mm代表离标准筛孔最近的筛孔第二章砂石材料28级配：筛分试验确定；级配三参数：①分计筛余百分率：ai=mi/m×100mi—存留在某号筛上的试样质量，g；m—风干试样总质量，g；②累计筛余百分率：Ai=a1+a2+…ai③通过百分率：pi=100-Ai第二章砂石材料293.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；100AAAAAM15.03.06.018.136.2f第二章砂石材料无4.75以上集料75.475.415.03.06.018.136.2fA4100A4AAAAAM有4.75以上集料30按细度模数可将砂分为下列三级：3.7～3.1为粗砂Mf3.0～2.3为中砂；2.2～1.6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312.3.2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322.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pipi33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5.0i)(kpDdi第二章砂石材料5.0i)(100pDdi用于设计连续级配ni)(100pDdi34(2)离子干涉理论观点：集料一级级填充，确保下一级颗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352.3.2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：①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=100②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：aAi×x+aBi×y+aCi×z=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372.配合比设计工程实例第二章砂石材料38第二章砂石材料391.密度：真实密度：表观密度：毛体积密度：表干密度：堆积密度：nssaVVm总结水中重mmmssainssVVVm表干水中重表干表干mmmsinssbVVVm水中重表干mmmsbsstVm水中重mmmsstipssfVVVm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412.级配组成设计：(1)级配三参数：①分计筛余百分率：ai=mi/m×100②累计筛余百分率：Ai=a1+a2+…ai③通过百分率：pi=100-Ai(2)数解法原理：)()()(aMiXiaijj总结)()(P)(PMiXiijj42思考题：P341-1—P351-8；作业：P351-12；第二章砂石材料