《砂石材料》PPT课件.ppt

第一章第一章 砂石材料砂石材料目录第一节 石料 岩石的物理、力学性质及技术标准第二节 集料 集料的物理、力学性质及技术标准第三节 矿质混合料的组成设计 矿质混合料的级配、配合比设计方法•重点内容：石料的基本状态参数、石料的抗压强度、磨耗率•难 点：石料的物理常数•要 求：石料的基本状态参数                     石料与水有关的性质                      掌握石料的力学性质第一节    石料•中国现存最早，并且保存良好的是隋代赵州安济桥又称赵州桥桥为敞间圆弧石拱石拱，净跨37.02m1.1.造岩矿物造岩矿物矿物具有一定化学成分和结构特征的天然化合物或单质主要的造岩矿物：石 英：结晶的二氧化硅,最坚硬的矿物之一长 石：结晶的铝硅酸盐，易风化成高岭土云 母：结晶的、片状的含水铝硅酸盐角闪石、辉岩、橄榄石：结晶的铁、镁硅酸盐方解石：结晶的碳酸钙白云石：结晶的碳酸钙镁复盐黄铁矿：结晶的二硫化铁一、石料的岩石学特征一、石料的岩石学特征•(1)岩浆岩（又称火成岩岩浆岩（又称火成岩 ））–①①①①深成岩深成岩深成岩深成岩     如：花岗岩、正长岩、辉长岩如：花岗岩、正长岩、辉长岩如：花岗岩、正长岩、辉长岩如：花岗岩、正长岩、辉长岩–②②②②喷出岩喷出岩喷出岩喷出岩     如：玄武岩、安山岩、辉绿岩如：玄武岩、安山岩、辉绿岩如：玄武岩、安山岩、辉绿岩如：玄武岩、安山岩、辉绿岩–③③③③火山岩火山岩火山岩火山岩     如：火山灰、火山砂、浮石如：火山灰、火山砂、浮石如：火山灰、火山砂、浮石如：火山灰、火山砂、浮石•(2)沉积岩沉积岩–①①①①机械沉积岩机械沉积岩机械沉积岩机械沉积岩–②②②②化学沉积岩化学沉积岩化学沉积岩化学沉积岩          如：石灰岩、砂岩如：石灰岩、砂岩如：石灰岩、砂岩如：石灰岩、砂岩–③③③③生物沉积岩生物沉积岩生物沉积岩生物沉积岩•(3)变质岩变质岩  –如：片麻岩（由花岗岩变质而成）如：片麻岩（由花岗岩变质而成）如：片麻岩（由花岗岩变质而成）如：片麻岩（由花岗岩变质而成）2、岩石的分类（根据生成条件，按地质分类法）3、常见岩石种类 4 4、矿物的主要化学组成、矿物的主要化学组成 （1）石料的化学组成通常以石料的化学组成通常以氧化物氧化物的形式给出。

的形式给出 （氧化硅、氧化钙、氧化铁、氧化铝、氧化（氧化硅、氧化钙、氧化铁、氧化铝、氧化镁镁等）等） （（2 2）道路工程中，石料根据）道路工程中，石料根据SiOSiO2 2含量分为：含量分为： 　　　　n亲水系数表明石料对水亲和力的大小亲水系数越大，说明亲水系数表明石料对水亲和力的大小亲水系数越大，说明石料与水的结合程度越高，相对应与沥青的结合力就越弱，所石料与水的结合程度越高，相对应与沥青的结合力就越弱，所以石料的酸碱性直接影响到石料和沥青构成的混合料的性质以石料的酸碱性直接影响到石料和沥青构成的混合料的性质   岩石的物理性质：物理常数、吸水性和耐候性岩石的物理性质：物理常数、吸水性和耐候性 1 1．．物理常数物理常数反映反映岩石矿物组成结构状态岩石矿物组成结构状态 2 2．．吸水性吸水性反映反映岩石在规定的条件下吸水的能力岩石在规定的条件下吸水的能力 3 3．．耐候性耐候性反映反映道桥所用的岩石抵抗大气自然因素道桥所用的岩石抵抗大气自然因素作用的能力作用的能力二、石料的物理性质1.物理常数（（1）密度）密度 在规定条件下，烘干石料矿质实体单位体积的质量。

路桥工程所用的石料通常用路桥工程所用的石料通常用真实密度、表观密度和毛体积密真实密度、表观密度和毛体积密度度来表征可以预测岩石的有关物理和力学性质在混合料组成设计计算时，是重要的原始资料矿质实体矿质实体闭口孔隙闭口孔隙开口孔隙开口孔隙石 材 的 结 构矿质实体m0msMViVnVsV0Vh石料结构的质量与体积关系示意图 闭口孔隙开口孔隙不含孔隙的矿质实体的体积 a. 真实密度真实密度ρt      指石料在规定的条件（指石料在规定的条件（105℃±5℃下烘干至恒重，下烘干至恒重，冷却至冷却至20℃）下，单位真实体积的质量下，单位真实体积的质量 ρt =ms/Vs        式中：式中：ρt——石料的真实密度（石料的真实密度（g/cm3）；）；             ms——石料矿质实体的质量（石料矿质实体的质量（g）；）；              Vs——石料矿质实体的体积（石料矿质实体的体积（cm3）b、表观密度（视密度）        指指在规定条件下，烘干石料单位表观体积的质量，在规定条件下，烘干石料单位表观体积的质量， 式中：式中：ρρa a——石料的表观密度，ｇ／ｃｍ石料的表观密度，ｇ／ｃｍ３３；； 　　 ｍｍs s、Ｖ、Ｖs s——意义同前；意义同前； m m1 1试样在水中的质量试样在水中的质量 　　 ＶＶn n——石料闭口孔隙的体积，ｃｍ石料闭口孔隙的体积，ｃｍ３３。

或或矿质实体体积+闭口孔隙体积 c.毛体积密度ρh 指石料在规定的条件下，单位毛体积的质量指石料在规定的条件下，单位毛体积的质量 式中：式中： ρρh h ————石料的毛体积密度（石料的毛体积密度（g/cmg/cm3 3）；）； m ms s————石料矿质实体的质量（石料矿质实体的质量（g g）；）； V Vs s————石料矿质实体的体积（石料矿质实体的体积（cmcm3 3））; ; V Vi i————石料开口孔隙的体积（石料开口孔隙的体积（cmcm3 3））; ; V Vn n————石料闭口孔隙的体积（石料闭口孔隙的体积（cmcm3 3）表观体积+开口孔隙体积相同点：单位体积的质量相同点：单位体积的质量(m(ms s) ) 不同点：不同点： V= Vi +Vs+Vn V0= Vi+ Vs※ 计算ρt、ρa、ρh →如何测定体积Vs—李氏瓶法不含水溶性石粉—排水法含水溶性石粉—排油法 如煤油Vs+VnVs+Vn Vs+Vn+VVs+Vn+Vi i测定方法规则的：用精密量具量取规则的：用精密量具量取不规则的：蜡封法，静水称重不规则的：蜡封法，静水称重法法法法 李氏瓶法：将石料磨细至全部过李氏瓶法：将石料磨细至全部过0.25mm0.25mm的筛孔，然后的筛孔，然后将其装入比重瓶中，利用已知比重的液体置换石料的将其装入比重瓶中，利用已知比重的液体置换石料的体积体积 静水称量法：将石料浸入水中，使之吸水饱和后，静水称量法：将石料浸入水中，使之吸水饱和后，用静用静水天平法水天平法称其在水中的质量称其在水中的质量m mw w，取出轻轻擦干表面（饱，取出轻轻擦干表面（饱和面干状态），称量其质量和面干状态），称量其质量m mf f。

（（2 2）材料的孔隙）材料的孔隙 孔隙对材料的影响：孔隙对材料的影响：a a、孔隙的多少（孔隙率）、孔隙的多少（孔隙率） b b、孔隙的特征、孔隙的特征ØØ孔隙率定义：指材料内部所有孔隙体积占材料总体积的百分率公式：开口孔隙和闭口孔隙孔隙的特征 a、孔隙尺寸大小，分为微孔、细孔和大孔 b、孔隙之间是否相互贯通，分为孤立孔、连通孔 c、孔隙与外界之间是否连通，分为开口孔、封闭孔孔隙对于材料的性能有何影响例例1：经试验测得某石料试样在空气中重：经试验测得某石料试样在空气中重80g ，封蜡后空气中，封蜡后空气中重重86g ，水中重，水中重48 g，，孔隙率为孔隙率为11 %试计算该试样的毛体试计算该试样的毛体积密度是多少？真实密度是多少？积密度是多少？真实密度是多少？(蜡的密度为蜡的密度为0.93g/cm3)解：解： V=(86-48)/1-(86-80)/0.93 =38-6/0.93=31.55 cm3真实密度、毛体积密度与孔隙率之间的关系         M=80g    Vs=(1-P)×V=0.89×31.55 =28.1 cm3                                                                 =80/28.1=2.84g/cm3=2.54 g/cm32.吸水性 吸水性：石料在水中吸收水分的能力，采用吸水率和饱水率两项指标来表征。

吸湿性：在空气中吸收水分的能力，用含水率表示  (1)吸水率 在常温（20℃±2℃）常压下，石料试件吸水饱和时吸收水的质量占干燥质量的百分率 式中：式中：W Wx x————石料的吸水率（石料的吸水率（% %）；）； m m1 1————石料试件烘干至恒重时的质量（石料试件烘干至恒重时的质量（g g）；）； m m2 2————石料试件吸水至恒重时的质量（石料试件吸水至恒重时的质量（g g） (2)(2) 饱水率：饱水率： 在在常常温温（（20℃20℃±±2℃2℃））真真空空（（残残压压2.67kPa2.67kPa））条条件件下下，，石石料料试试件件吸吸水水饱饱和和时时吸吸收收水水的的质质量量占占干干燥燥质质量的百分率量的百分率 在在常常压压时时，，水水分分并并非非充充满满孔孔隙隙当当抽抽真真空空后后，，内部空气基本被排除，内部空气基本被排除，水充满孔隙水充满孔隙 饱饱水水率率更更能能有有效效地地反反映映岩岩石石微微裂裂纹纹的的发发育育程程度度，，可用来判断岩石的可用来判断岩石的抗冻和抗风化抗冻和抗风化等性能。

等性能 (3)含水率 石料在天然状态下含有水的质量占干燥质量的百分率 式中：式中：W W————石料的石料的含含水率水率（（% %）；）； m m————石料试件烘干至恒重时的质量（石料试件烘干至恒重时的质量（g g）；）； m m1 1————石料石料天然状态下天然状态下的质量（的质量（g g）3.耐久性 自然因素导致石料结构的破坏：首先是温度自然因素导致石料结构的破坏：首先是温度的升降，产生的温度应力而引起石料的破坏，其的升降，产生的温度应力而引起石料的破坏，其次是石料在潮湿条件下，受到正、负气温的交替次是石料在潮湿条件下，受到正、负气温的交替冻融作用，引起石料内部组织结构的破坏在大冻融作用，引起石料内部组织结构的破坏在大多数地区，后者即多数地区，后者即抗冻性占主导地位抗冻性占主导地位•抗冻性：材料在含水状态下，能经受多次冻溶循抗冻性：材料在含水状态下，能经受多次冻溶循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。

    机理：当石料的开口孔隙大部分充满水时，在达机理：当石料的开口孔隙大部分充满水时，在达到到0℃0℃以后，由于孔隙中的水结冰而移动困难，同以后，由于孔隙中的水结冰而移动困难，同时体积膨胀，从而对孔壁施加张应力，在多次冻时体积膨胀，从而对孔壁施加张应力，在多次冻融循环后，石料就会逐渐产生裂缝、掉边、缺角融循环后，石料就会逐渐产生裂缝、掉边、缺角或表面松散等破坏现象或表面松散等破坏现象常用检测方法：直接冻融法和硫酸钠坚固性法常用检测方法：直接冻融法和硫酸钠坚固性法采用的试件：直径和高均为采用的试件：直径和高均为50mm50mm的圆柱体或边长为的圆柱体或边长为50mm50mm的立方体试件的立方体试件•直接冻融法直接冻融法 将试件放入烘箱（将试件放入烘箱（105℃105℃±±5℃5℃）烘至恒重，冷却后称其）烘至恒重，冷却后称其质量，试件浸水至吸水饱和，然后取出擦去表面水分，置于质量，试件浸水至吸水饱和，然后取出擦去表面水分，置于冰箱（－冰箱（－15℃15℃）冻结４ｈ，然后取出放入）冻结４ｈ，然后取出放入20℃20℃±±5℃5℃的水中的水中4 4ｈ，然后进行下一次冻融循环，反复至规定次数为止，并ｈ，然后进行下一次冻融循环，反复至规定次数为止，并检检查试件是否有查试件是否有无无剥落、裂缝、分层及掉边剥落、裂缝、分层及掉边等等现象，现象，再烘干至再烘干至恒重，并称其质量。

恒重，并称其质量          冻融次数规定：在严寒地区（最冷月的月平均气温低于冻融次数规定：在严寒地区（最冷月的月平均气温低于 -15℃-15℃）为）为2525次；在寒冷地区（最冷月的月平均气温低于次；在寒冷地区（最冷月的月平均气温低于-15-15～～-5℃-5℃）为）为1515次   a.a.质量损失率和抗冻系数质量损失率和抗冻系数 ＱＱfrfr ——试件冻融后的质量损失率和耐冻系数，％；试件冻融后的质量损失率和耐冻系数，％； ｍｍ１１——试验前烘干试件的质量，ｇ；试验前烘干试件的质量，ｇ； 　　 ｍｍ２２——试验后烘干试件的质量，ｇ试验后烘干试件的质量，ｇ R R2 2 ——经冻融循环后的试件饱水抗压强度，经冻融循环后的试件饱水抗压强度，MPaMPa；； R R1 1 ——未经冻融试验的试件饱水抗压强度，未经冻融试验的试件饱水抗压强度，MPaMPa。

• •公路工程，一般要求石料的耐冻系数大于公路工程，一般要求石料的耐冻系数大于0.750.75；质；质量损失率不大于５％同时，试件应量损失率不大于５％同时，试件应无明显缺损无明显缺损（包括（包括剥落、裂缝和边角损坏剥落、裂缝和边角损坏等情况）等情况）• •桥梁工程石料，对一月份平均气温桥梁工程石料，对一月份平均气温低于低于-10℃-10℃的地的地区，要进行抗冻性试验区，要进行抗冻性试验      ２）硫酸钠坚固性法２）硫酸钠坚固性法 将试件烘干后置于饱和硫酸钠溶液中将试件烘干后置于饱和硫酸钠溶液中20h20h后，再放入后，再放入105105－－110℃110℃的烘箱中的烘箱中4h4h，完成第一个循环，待试样冷却后，完成第一个循环，待试样冷却后再开始第二个循环，浸泡和烘干时间变为再开始第二个循环，浸泡和烘干时间变为4h4h，完成，完成5 5次循次循环后环后，看试件是否，看试件是否破坏破坏，将试件洗净烘干至恒重，称其质，将试件洗净烘干至恒重，称其质量，算出质量损失率量，算出质量损失率吸水率大于5％时，石料的抗冻性变差 试验原理：试验原理： 硫酸钠饱和溶液浸入石料孔隙后，经烘干，硫硫酸钠饱和溶液浸入石料孔隙后，经烘干，硫酸钠结晶同时体积发生膨胀，产生有如水结冻相似酸钠结晶同时体积发生膨胀，产生有如水结冻相似的作用，使石料孔隙周壁受到张应力，经过多次循的作用，使石料孔隙周壁受到张应力，经过多次循环，引起石料破坏。

环，引起石料破坏 无条件做抗冻性时，可采用此法桥涵用石料抗冻性指标结构物部位冻融循环次数大、中桥小桥及涵洞镶面的或表面层的石料5025 思考题：1.1.孔隙的特征与吸水率的关系孔隙的特征与吸水率的关系2.2.什么条件下要对石料进行抗冻性试验？什么是什么条件下要对石料进行抗冻性试验？什么是冻融循环？冻融循环？3.3.如何判定石料抗冻性是否合格？如何判定石料抗冻性是否合格？三、石料的力学性质1.1.强度强度１１) )．抗压强度．抗压强度 （１）公路工程（１）公路工程 一般仅采用单轴抗压强度试验，每组一般仅采用单轴抗压强度试验，每组6 6个试件 a a、建筑地基采用圆柱体试件，直径为、建筑地基采用圆柱体试件，直径为50mm50mm±±2mm2mm、高、高/ /径径=2=2 b b、桥梁工程采用立方体试件，边长为、桥梁工程采用立方体试件，边长为70mm70mm±±2mm2mm c c、路面工程采用圆柱体或立方体试件，其直径或边长和高均、路面工程采用圆柱体或立方体试件，其直径或边长和高均为为50mm50mm±±2mm2mm注：作边坡验算要进行三轴抗压强度试验非标准圆柱体试件，测得抗压强度值按右式转换 公式：公式： 式中：式中： f fscsc ————石料的抗压强度，石料的抗压强度，MPaMPa；； F Fmaxmax————试件极限破坏时的荷载，试件极限破坏时的荷载，N N；； ＡＡ————试件的截面积，试件的截面积，mmmm２２。

     （（２）桥梁工程２）桥梁工程                    桥用石料以抗压强度为基准，其他力学指标桥用石料以抗压强度为基准，其他力学指标（如抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度等）一般可采（如抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度等）一般可采用与抗压强度的大约比值用与抗压强度的大约比值 抗压强度试验是采用边长为抗压强度试验是采用边长为7070±±2mm2mm的正方体的正方体试件，经试件，经吸水饱和吸水饱和后，进行单轴抗压强度试验后，进行单轴抗压强度试验      公式：公式：•影响石料抗压强度的主要因素：• •材料的组成、构造、缺陷材料的组成、构造、缺陷• •孔孔 隙隙 率率 • •含含 水水 率率 • •温温 度度• •试件尺寸试件尺寸 • •加荷速度加荷速度强度强度强度2）单轴压缩变形（）单轴压缩变形（T0222-2005））意义：意义：测定岩石试件在单轴压缩应力条件下的轴向及径向应变值，据此计算岩石的弹性模量和泊松比。

测试方法：测试方法：将石料制成规定圆柱体标准试件后采用电阻应变仪或千分表进行测定3）劈裂强度（）劈裂强度（T0223-1994））意义：意义：岩石的抗拉能力较弱，并且在工程实践中拉断破坏是            工程岩体的主要破坏方式之一，因此需对其进行测定测试方法：测试方法：将圆柱体石料试件置于万能                    试验机上，采用劈裂法在规                    定条件下加压，直至试件劈                    裂破坏4）抗剪强度（）抗剪强度（T0224-2005））意义：抗剪强度是指石料在剪切面上所能承受的极限剪应力，            它是岩体基础设计的基本参数测试方法：利用直剪仪对岩石试件施加法向                    荷载和剪切荷载直至试件破坏，                    并观察破坏形状5）点荷载强度（）点荷载强度（T0225-1994））意义意义：点荷载强度反映了石料各向异性的特点，为岩体分级和            抗拉强度计算提供设计参数测试方法测试方法：将岩石钻芯取样，利用点荷                    载试验仪对岩芯试样进行径                    向和轴向加载直至破坏，以                    点荷载强度指数表征。

6）抗折强度（）抗折强度（T0226-1994））意义意义：抗折强度是石料在荷载作用下受弯至折断时的极限弯曲            应力，它评价岩石板材、条石基础和条石路面等建材     主要力学指标测试方法测试方法：将石料制成规定的标准长                    方体试件，并在规定条件                    下施加荷载直至试件折断                    破坏 ２、磨耗率２、磨耗率 石料的磨耗率是指石料抵抗冲击、剪力和摩石料的磨耗率是指石料抵抗冲击、剪力和摩擦等联合作用的能力，可采用洛杉矶试验法或狄擦等联合作用的能力，可采用洛杉矶试验法或狄法尔试验法测定，以法尔试验法测定，以质量损失百分率质量损失百分率来评价 a. a.洛杉矶磨耗试验法洛杉矶磨耗试验法 采用洛杉矶（或搁板）式磨耗试验机是将石料试样采用洛杉矶（或搁板）式磨耗试验机是将石料试样洗净烘干，称出标准规定的级配石料，连同钢球一起放在洗净烘干，称出标准规定的级配石料，连同钢球一起放在洛杉矶磨耗机，以洛杉矶磨耗机，以3030～～3333ｒｒ/min/min的转速转动的转速转动500500转后。

转后过过2mm2mm圆孔筛或圆孔筛或1.7mm1.7mm方孔筛方孔筛，将筛子上的试样洗净烘干，称，将筛子上的试样洗净烘干，称其质量计算出质量损失百分率计算出质量损失百分率 公式：公式：   b.b.狄法尔试验法狄法尔试验法 将石料将石料破碎破碎后过筛，后过筛，选出选出5050～～75mm75mm的试样的试样5050±±2 2块，共约块，共约5kg5kg，分两份，分别洗净烘干，装，分两份，分别洗净烘干，装入狄法尔磨耗机的两圆筒中，以入狄法尔磨耗机的两圆筒中，以3030～～33r/min33r/min的转的转速转动速转动1000010000转，通过转，通过2mm2mm筛孔（筛孔（碎石碎石) )或或2.5mm2.5mm筛筛孔（孔（砾石砾石），计算质量损失百分率计算质量损失百分率 两种方法的比较：两种方法的比较： 狄法尔法采用狄法尔法采用单一粒径单一粒径，而洛杉矶法采用，而洛杉矶法采用不不同的级配同的级配，更能反映实际情况，所以一般以，更能反映实际情况，所以一般以洛杉洛杉矶试验法为准矶试验法为准 注：这两种方法与道路实际经受的磨耗还有很注：这两种方法与道路实际经受的磨耗还有很大差别。

需用以后将学的道瑞法进一步验证需用以后将学的道瑞法进一步验证决定因素决定因素：氧化硅和氧化钙在岩石组份中比例的多少决定了石料的酸碱性n分类分类： ①酸性岩 SiO2>65%（例花岗岩、石英岩等）②中性岩 SiO2含量在52%~65%③碱性岩 SiO2<52%（例石灰岩、玄武岩等）n意义意义：石料与沥青的粘接性能不良而造成的沥青混合料剥离是沥青路面常见的破坏形式之一n试验方法试验方法：水煮法或水浸法四、化学性质五、道路和桥梁用石料制品 ( (一）路面用石料制品一）路面用石料制品 1.1.高级铺砌用整齐块石高级铺砌用整齐块石 2.2.路面铺砌用半整齐块石路面铺砌用半整齐块石 3.3.铺砌用不整齐块石铺砌用不整齐块石 4.4.锥形块石锥形块石 （二）桥梁用石料制品（二）桥梁用石料制品 1.1.片石片石 2. 2. 块石块石 3.3.方块石方块石 4.4.粗料石粗料石 5.5.细料石细料石 6.6.镶面石镶面石常用石料制品的特点、规格尺寸和用途名称名称特特 点点规规 格格 尺尺 寸寸用途用途片石片石由爆破或人工开采直由爆破或人工开采直接得到的不规则的石接得到的不规则的石料。

料边长ａ边长ａ≥≥15cm15cm，Ｖ，Ｖ≤≤0.01m0.01m3 3，ｍ，ｍ≥≥30Kg30Kg砌筑挡土墙、护砌筑挡土墙、护坡、边沟和混凝坡、边沟和混凝土基础等土基础等块石块石由成层岩石中爆破开由成层岩石中爆破开采形状大体方正，采形状大体方正，有两个较大的平行面，有两个较大的平行面，边角可不加工边角可不加工H≮20cmH≮20cm，宽度为，宽度为1.51.5Ｈ，Ｈ，长度为长度为1.51.5－－3 3Ｈ桥涵基础桥涵基础料石料石人工或机械开采的较人工或机械开采的较规则的六面体或其它规则的六面体或其它形状经过加工琢凿而形状经过加工琢凿而成有三对平行面有三对平行面按表面平整度分为粗料按表面平整度分为粗料石和细料石粗料石：石和细料石粗料石：表面凹凸不大于表面凹凸不大于10mm10mm，，细料凹凸不大于细料凹凸不大于5mm5mm砌筑拱圈、纪念砌筑拱圈、纪念碑和石柱等碑和石柱等•重点内容：集料的基本状态参数、集料的抗压                      强度、磨耗值、冲击值•难 点：集料的物理常数•要 求：集料的基本状态参数      掌握集料的力学性质第二节第二节 集集 料料1 1 1 1．集料分类．集料分类．集料分类．集料分类（（1 1）来源：天然砂、人工砂、卵石、碎石、工业冶金矿渣。

来源：天然砂、人工砂、卵石、碎石、工业冶金矿渣2 2）加工过程：卵石（又称砾石）和碎石；）加工过程：卵石（又称砾石）和碎石；（（3 3）粒径：粗集料和细集料）粒径：粗集料和细集料2 2 2 2．粗细集料粒径的界限．粗细集料粒径的界限．粗细集料粒径的界限．粗细集料粒径的界限 ≥ ≥4.75mm4.75mm（（2.36mm2.36mm）为粗集料）为粗集料 ≤ ≤4.75mm4.75mm（（2.36mm2.36mm）为细集料为细集料水泥混凝土以水泥混凝土以4.75mm4.75mm为界为界沥青混合料以沥青混合料以2.36mm2.36mm为界为界一、集料的来源与分类 3 3 3 3．最大粒径．最大粒径．最大粒径．最大粒径 （（1 1）集料最大粒径：指集料）集料最大粒径：指集料全部通过全部通过的最小标的最小标准筛筛孔尺寸准筛筛孔尺寸 （（2 2）集料公称最大粒径）集料公称最大粒径: :指集料有指集料有≤≤10%10%筛余的筛余的最小标准筛筛孔尺寸最小标准筛筛孔尺寸工程中所指的最大粒径工程中所指的最大粒径一般指公称最大粒径一般指公称最大粒径集料结构示意图空隙空隙开口孔隙开口孔隙闭口孔隙闭口孔隙矿质实体矿质实体VvViVnVsVoVmomsM二、集料的物理性质1.1.物理常数物理常数 （（1 1））表表观观密密度度( (视视密密度度) )：：在在规规定定条条件件（（105℃105℃±±5℃)5℃)下下烘烘干干至恒重，单位表观体积的质量。

至恒重，单位表观体积的质量式中：式中：ρρa a——集料的表观密度（集料的表观密度（g/cmg/cm3 3）；）； m ms s————集料矿质实体的质量（集料矿质实体的质量（g g）；）； V Vs s————集料矿质实体的体积（集料矿质实体的体积（cmcm3 3）；）； V Vn n————集料闭口孔隙的体积（集料闭口孔隙的体积（cmcm3 3））矿质实体+闭口孔隙（（2 2）毛体积密度）毛体积密度ρρh h 定义：集料在规定的条件下，单位毛体积的质量定义：集料在规定的条件下，单位毛体积的质量 式中：式中：ρρh h ————集料的毛体积密度（集料的毛体积密度（g/cmg/cm3 3）；）； m ms s————集料矿质实体的质量（集料矿质实体的质量（g g）；）； V Vs s————集料矿质实体的体积（集料矿质实体的体积（cmcm3 3））; ; V Vi i 、、V Vn n————集料开、闭口孔隙的体积（集料开、闭口孔隙的体积（cmcm3 3））; ;矿质实体矿质实体+ +开口开口+ +闭口孔隙闭口孔隙测定方法：测定方法：ρρa a（静水天平法）（静水天平法） ：将已知质量的干燥粗集料装：将已知质量的干燥粗集料装在金属吊篮中浸水在金属吊篮中浸水24h24h，使之吸水饱和，然后在静，使之吸水饱和，然后在静水天平上称出粗集料在水中的质量，按排水法可水天平上称出粗集料在水中的质量，按排水法可计算出包括闭口孔隙在内的体积。

计算出包括闭口孔隙在内的体积ρρh h：将已知质量的干燥集料经：将已知质量的干燥集料经24h24h饱水后，用湿毛饱水后，用湿毛巾擦干而求得饱和面干质量，然后用排水法求得巾擦干而求得饱和面干质量，然后用排水法求得在水中的质量，按此测得集料质量和饱和面干体在水中的质量，按此测得集料质量和饱和面干体积3 3））堆积密度堆积密度：指烘干集料颗粒之间单位填充体积的质量指烘干集料颗粒之间单位填充体积的质量式中：式中：ρρ——集料的堆积密度（集料的堆积密度（g/cmg/cm3 3）；）； m ms s——集料矿质实体的质量（集料矿质实体的质量（g g）；）； V Vs s——集料矿质实体的体积（集料矿质实体的体积（cmcm3 3）；）； V Vn n——集料闭口孔隙的体积（集料闭口孔隙的体积（cmcm3 3）；）； V Vi i——集料开口孔隙的体积（集料开口孔隙的体积（cmcm3 3）；）； V VV V——集料空隙的体积（集料空隙的体积（cmcm3 3） 矿质实体矿质实体+ +开开/ /闭口闭口孔隙孔隙+ +颗粒间的空颗粒间的空隙隙•堆积密度分为自然堆积密度，震实密度和捣实密度。

堆积密度分为自然堆积密度，震实密度和捣实密度 自然堆积密度（又称松装密度）：以自由落入方式堆积所自然堆积密度（又称松装密度）：以自由落入方式堆积所测的密度测的密度 震实密度：将集料分三层装入，在容器底部放一根直径震实密度：将集料分三层装入，在容器底部放一根直径25mm25mm的钢筋（每次钢筋的位置垂直），每装一层，将容器的钢筋（每次钢筋的位置垂直），每装一层，将容器左右交替颠击地面左右交替颠击地面2525下水泥混凝土下水泥混凝土) ) 捣实密度：将集料分装三层，每层用捣棒捣捣实密度：将集料分装三层，每层用捣棒捣2525下 (沥青沥青混合料）混合料）测定方法：容积升（容量筒）测定方法：容积升（容量筒）（5）空隙率 定定义义：：集集料料在在自自然然堆堆积积下下空空隙隙的的体体积积（（或或紧紧密密堆堆积积））占占总总体体积积的的百百分分率率反反映映集集料料颗颗粒粒间间相相互互填填充程度 式中：式中：式中：式中：ρρρρ——集料的堆积密度或紧装密度（集料的堆积密度或紧装密度（集料的堆积密度或紧装密度（集料的堆积密度或紧装密度（g/cmg/cmg/cmg/cm3 3 3 3）；）；）；）； ρρρρa a a a——集料的表观密度（集料的表观密度（集料的表观密度（集料的表观密度（g/cmg/cmg/cmg/cm3 3 3 3）；）；）；）； V V V Vi i i i——集料开口孔隙的体积（集料开口孔隙的体积（集料开口孔隙的体积（集料开口孔隙的体积（cmcmcmcm3 3 3 3）；）；）；）； V V V VV V V V——集料空隙的体积（集料空隙的体积（集料空隙的体积（集料空隙的体积（cmcmcmcm3 3 3 3）；）；）；）； V V V V——集料的总体积（集料的总体积（集料的总体积（集料的总体积（cmcmcmcm3 3 3 3）。

水泥混凝土：振实堆积密度；水泥混凝土：振实堆积密度；沥青混合料：捣实堆积密度沥青混合料：捣实堆积密度（6）粗集料骨架间隙率 定义：指粗集料在定义：指粗集料在捣实状态捣实状态下颗粒间的空隙体下颗粒间的空隙体积所占的百分率用来确定混合料中细集料和积所占的百分率用来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结合料的数量，评价集料的骨架结构 ρρc c——粗集料的堆积密度（粗集料的堆积密度（g/cmg/cm3 3），）， ρρb b——粗集料的表观密度（粗集料的表观密度（g/cmg/cm3 3）；）； （7）细集料的棱角性• •以一定条件测定以一定条件测定细集料细集料细集料细集料的空隙率表征，对于沥青混合料的空隙率表征，对于沥青混合料的内摩擦角和抗流变性及水泥混凝土的和易性有显著的的内摩擦角和抗流变性及水泥混凝土的和易性有显著的影响 ρρc c——细集料的堆积密度（细集料的堆积密度（g/cmg/cm3 3）；）； ρρs s——细集料的表观密度（细集料的表观密度（g/cmg/cm3 3）；）；对于混凝土的细集料用震实密度，对于混凝土的细集料用震实密度，沥青混合料的细集料用捣实密度沥青混合料的细集料用捣实密度；；2. 级 配 p定义：定义：是指集料中各种粒径颗粒的搭配比例或分布情况。

p意义：意义：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 测定：测定：筛分析试验•沥青路面及各类基层集料用标准筛均以方孔筛方孔筛为准（相应的筛孔尺寸依次为75mm、63mm、53mm、37.5mm、31.5mm、26.5mm、19mm、16mm、13.2mm13.2mm、、9.5mm9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、 0.15mm、0.075mm3. 集料的颗粒形状与表面特征（1）颗粒形状类型颗粒形状的特点蛋圆形具有光滑表面，无明显棱角，颗粒浑圆棱角形具有粗糙的表面及明显的棱边针状长度方向的尺寸远大于其他方向的尺寸而成细条形片状厚度方向的尺寸远小于其他方向而呈薄片状            针片状颗粒：用游标卡尺测定的粗集料的最大长针片状颗粒：用游标卡尺测定的粗集料的最大长度（或宽度）与最小厚度（或直径）方向的尺寸之度（或宽度）与最小厚度（或直径）方向的尺寸之比大于比大于3 3的颗粒JTG E42-2005)JTG E42-2005)（2）表面特征            表面特征主要是指集料表面的粗糙程度及孔隙特表面特征主要是指集料表面的粗糙程度及孔隙特征。

征            主要影响集料与结合料之间的粘结性能主要影响集料与结合料之间的粘结性能 骨料品种 碎石 卵石性质 取决于母岩 坚固,密实形状 棱角形 鹅卵形 表面特征粗糙 光滑 与水泥粘结好差 砼拌合物 流动性差难捣实 流动性好 易密实 砼强度稍高 稍低­请观察图中A、B、C三种石子的形状有何差别，分析其对拌制混凝土性能会有哪些影响 观察与讨论分析答案C—卵石 A—碎石1B—碎石2分析：ØA为碎石1，针片状颗粒含量较多此针片状的碎石过多，表面积大，不仅会影响混凝土和易性，还会影响强度ØB为碎石2，表面较粗糙，多棱角，比表面积较碎石1小，拌制混凝土时的性能优于碎石1ØC为卵石，表面光滑、少棱角，空隙率及表面积较小故拌制混凝土时所需水泥量较小混凝土拌和物和易性较好但卵石与水泥石粘结力会较差在相同条件下，混凝土强度较低 4. 含泥量和泥块含量（（1 1）含泥量与石粉含量）含泥量与石粉含量 含泥量含泥量指集料中粒径小于指集料中粒径小于0.075mm0.075mm的颗粒含量；的颗粒含量； 石粉含量石粉含量指人工砂中小于指人工砂中小于0.075mm0.075mm的颗粒含量。

的颗粒含量　　a)a)砂当量砂当量SESE（（JTG F40-2004JTG F40-2004））用于测定细集料中用于测定细集料中所含粘土及杂质含量．所含粘土及杂质含量． b)b)甲基蓝甲基蓝MBMB值（值（GB/T14685-2011GB/T14685-2011）） 用于判别人工用于判别人工砂中小于砂中小于0.075mm0.075mm颗粒含量主要是泥土还是石粉．颗粒含量主要是泥土还是石粉．（2）泥块含量　　　　　　泥块含量泥块含量指粗集料中原尺寸大于指粗集料中原尺寸大于4.75mm4.75mm（细集（细集料中料中1.18 mm1.18 mm），但经水浸洗手捏后小于），但经水浸洗手捏后小于2.36mm(2.36mm(细细集料中集料中0.6mm)0.6mm)的颗粒含量的颗粒含量. .　　　　　　　　　集料中的泥块主要以三种类型存在：　　　集料中的泥块主要以三种类型存在：　　　　　　由纯泥组成的团块；　　　　　　由纯泥组成的团块；　　　　　　由砂、石屑与泥组成的团快；　　　　　　由砂、石屑与泥组成的团快；　　　　　　包裹在集料颗粒表面的泥　　　　　　包裹在集料颗粒表面的泥二.力学性质  1 1、粗集料压碎性：、粗集料压碎性：集料在连续集料在连续 荷载下，抵抗压碎的能力。

用压荷载下，抵抗压碎的能力用压 碎值表示碎值表示 ①①沥青路面用粗集料的压碎值沥青路面用粗集料的压碎值 将将9.5mm9.5mm－－13.2mm13.2mm集料试样集料试样3kg3kg，，三层装入三层装入三层装入三层装入（每层捣实（每层捣实2525下）压碎值测定仪的钢质圆筒内，放在压力机上，在下）压碎值测定仪的钢质圆筒内，放在压力机上，在10min10min内均匀地加荷至内均匀地加荷至400kN400kN，稳压，稳压5s5s然后卸载，称其通过然后卸载，称其通过2.36mm2.36mm的筛余质量的筛余质量压碎指标仪压碎指标仪 ② ②水泥混凝土用粗集料的压碎值水泥混凝土用粗集料的压碎值水泥混凝土用粗集料的压碎值水泥混凝土用粗集料的压碎值 将将将将9.5mm9.5mm9.5mm9.5mm－－－－19.5mm19.5mm19.5mm19.5mm集料试样集料试样集料试样集料试样3kg3kg3kg3kg，，，，两层装入两层装入两层装入两层装入（每层颠击（每层颠击2525次）次）压碎值测定仪的钢质圆筒内，放在压力机上，在压碎值测定仪的钢质圆筒内，放在压力机上，在压碎值测定仪的钢质圆筒内，放在压力机上，在压碎值测定仪的钢质圆筒内，放在压力机上，在3min3min3min3min－－－－5min5min5min5min均匀地加荷至均匀地加荷至均匀地加荷至均匀地加荷至200kN200kN200kN200kN，稳定荷载，稳定荷载，稳定荷载，稳定荷载5s5s5s5s，称其通过，称其通过，称其通过，称其通过2.36mm2.36mm2.36mm2.36mm的筛余质量。

的筛余质量的筛余质量的筛余质量 式中：式中：式中：式中：m m m m1 1 1 1----------------试验后筛余的试样质量试验后筛余的试样质量试验后筛余的试样质量试验后筛余的试样质量 m m m m0 0 0 0----------------试验前试样质量试验前试样质量试验前试样质量试验前试样质量 2、磨耗率 集料集料的磨耗率是指的磨耗率是指集料集料抵抗抵抗摩擦、撞击等摩擦、撞击等联合联合作用的能力作用的能力，，尤其是沥青混合料和基层材料，磨耗尤其是沥青混合料和基层材料，磨耗率与沥青路面的抗车辙能力、耐磨性、耐久性等密率与沥青路面的抗车辙能力、耐磨性、耐久性等密切相关 可采用洛杉矶试验法测定，以可采用洛杉矶试验法测定，以质量损失百分率质量损失百分率来评价 a. a.洛杉矶磨耗试验法洛杉矶磨耗试验法 采用洛杉矶（或搁板）式磨耗试验机是将石料试样采用洛杉矶（或搁板）式磨耗试验机。

是将石料试样洗净烘干，称出标准规定的级配石料，连同钢球一起放在洗净烘干，称出标准规定的级配石料，连同钢球一起放在洛杉矶磨耗机，以洛杉矶磨耗机，以3030～～3333ｒｒ/min/min的转速转动的转速转动500500转后过过2mm2mm圆孔筛或圆孔筛或1.7mm1.7mm方孔筛方孔筛，将筛子上的试样洗净烘干，称，将筛子上的试样洗净烘干，称其质量计算出质量损失百分率计算出质量损失百分率 公式：公式： 3 3、、粗集料磨光值（粗集料磨光值（粗集料磨光值（粗集料磨光值（PSVPSVPSVPSV）））） 经经经经过过过过一一一一段段段段时时时时间间间间的的的的车车车车辆辆辆辆荷荷荷荷载载载载作作作作用用用用后后后后，，，，公公公公路路路路最最最最后后后后向向向向汽汽汽汽车车车车提提提提供供供供抗抗抗抗滑滑滑滑能能能能力力力力是是是是以以以以粗粗粗粗集集集集料料料料为为为为主主主主所所所所以以以以，，，，必必必必须须须须检测粗集料磨光值检测粗集料磨光值检测粗集料磨光值检测粗集料磨光值 粗粗粗粗集集集集料料料料磨磨磨磨光光光光值值值值反反反反映映映映集集集集料料料料抵抵抵抵抗抗抗抗轮轮轮轮胎胎胎胎磨磨磨磨光光光光作作作作用用用用的的的的能能能能力即力即力即力即抗滑性抗滑性抗滑性抗滑性，以石料被磨光后的磨擦系数表示。

以石料被磨光后的磨擦系数表示以石料被磨光后的磨擦系数表示以石料被磨光后的磨擦系数表示 摆式摩擦系数测定仪 取取取取9.5mm-13.2mm9.5mm-13.2mm9.5mm-13.2mm9.5mm-13.2mm的的的的干干干干燥燥燥燥石石石石料料料料颗颗颗颗粒粒粒粒单单单单层层层层紧紧紧紧密密密密并并并并排排排排列列列列在在在在试试试试模模模模中中中中，，，，用用用用环环环环氧氧氧氧树树树树脂脂脂脂砂砂砂砂浆浆浆浆固固固固定定定定，，，，制制制制成成成成试试试试件件件件，，，，经经经经养养养养护护护护拆拆拆拆模模模模，，，，安安安安装装装装在在在在道道道道路路路路轮轮轮轮上上上上，，，，按按按按照照照照规规规规定定定定先先先先用用用用30303030号号号号金金金金刚刚刚刚砂砂砂砂对对对对试试试试件件件件磨磨磨磨蚀蚀蚀蚀3h3h3h3h，，，，再再再再用用用用280280280280号号号号金金金金刚刚刚刚砂砂砂砂磨磨磨磨蚀蚀蚀蚀3h3h3h3h，，，，然然然然后后后后用用用用摆摆摆摆式式式式摩摩摩摩擦擦擦擦系系系系数数数数测测测测定定定定仪仪仪仪测测测测定试件的摩擦系数定试件的摩擦系数定试件的摩擦系数定试件的摩擦系数PSVPSVPSVPSVrararara PSV PSV PSV PSV＝＝＝＝PSVPSVPSVPSVrararara＋＋＋＋49494949－－－－PSVPSVPSVPSVbrabrabrabra PSVPSVPSVPSVbrabrabrabra————试件未打磨时的摩擦系数试件未打磨时的摩擦系数试件未打磨时的摩擦系数试件未打磨时的摩擦系数 粗集料磨光值愈高，表示其粗集料粗集料磨光值愈高，表示其粗集料粗集料磨光值愈高，表示其粗集料粗集料磨光值愈高，表示其粗集料 在车轮作用下其在车轮作用下其在车轮作用下其在车轮作用下其抗滑性抗滑性抗滑性抗滑性愈好。

愈好 高速公路、一级公路高速公路、一级公路高速公路、一级公路高速公路、一级公路PSV≮42PSV≮42PSV≮42PSV≮42，，，， 其它公路其它公路其它公路其它公路PSV≮35PSV≮35PSV≮35PSV≮35 4 4 4 4集料冲击值（集料冲击值（集料冲击值（集料冲击值（LSVLSVLSVLSV）：）：）：）： 反映集料抵抗多次反映集料抵抗多次反映集料抵抗多次反映集料抵抗多次重复荷载重复荷载重复荷载重复荷载作用的能力（抗作用的能力（抗作用的能力（抗作用的能力（抗冲击韧性），可采用冲击试验仪测定冲击韧性），可采用冲击试验仪测定冲击韧性），可采用冲击试验仪测定冲击韧性），可采用冲击试验仪测定 粗集料冲击值试验用以测定粗集料冲击值试验用以测定粗集料冲击值试验用以测定粗集料冲击值试验用以测定路面路面路面路面用粗集料抗用粗集料抗用粗集料抗用粗集料抗冲击的性能，以击碎后小于冲击的性能，以击碎后小于冲击的性能，以击碎后小于冲击的性能，以击碎后小于2.36mm2.36mm2.36mm2.36mm部分的质量百部分的质量百部分的质量百部分的质量百分率表示。

分率表示分率表示分率表示 冲击试验冲击试验 选取选取9.5mm-13.2mm9.5mm-13.2mm的集料试样，分三层装于冲击值试验的集料试样，分三层装于冲击值试验仪的盛样器中，每层用捣杆捣实仪的盛样器中，每层用捣杆捣实2525次使其初步压实，然后用次使其初步压实，然后用质量为（质量为（13.7513.75±±0.050.05））kgkg冲击锤，沿导杆自冲击锤，沿导杆自380mm380mm±±5mm5mm处处自自由落下锤击集料由落下锤击集料，，并连续锤击并连续锤击1515次，最后将试验后的集料在次，最后将试验后的集料在2.36mm2.36mm的筛上筛分并称量冲击值：的筛上筛分并称量冲击值：式中：式中：LSV-- LSV-- 粗集料的冲击值（粗集料的冲击值（% %））; ; m---- m---- 试样总质量（试样总质量（g g）；）； m m1 1--------试验后通过试验后通过2.36mm2.36mm的试样质量的试样质量5 5集料磨耗值（集料磨耗值（AAVAAV）） 用于评定抗滑表层的集料抵抗车轮用于评定抗滑表层的集料抵抗车轮撞击及磨耗撞击及磨耗的能力。

的能力  将方孔筛为将方孔筛为9.5mm9.5mm－－13.2mm13.2mm的集料单层紧密排列，用环氧的集料单层紧密排列，用环氧树脂砂浆固定，养护树脂砂浆固定，养护2424后，然后用道瑞磨耗机以后，然后用道瑞磨耗机以2828－－30r/min30r/min的转速磨的转速磨500500圈圈, ,测出试验前后的质量损失，粗集料磨耗值按测出试验前后的质量损失，粗集料磨耗值按下式计算下式计算 式中：式中：AAV--AAV--集料的道瑞磨耗值集料的道瑞磨耗值, , m m1 1----磨耗前试验件的质量（磨耗前试验件的质量（g g））, , m m2 2----磨耗后试件的质量（磨耗后试件的质量（g g））, , ρρs s----集料表干密度集料表干密度（（g/cmg/cm3 3）  粗集料磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈高高速公路、一级公路抗滑层AAV≯14，其它公路AAV≯16三、化学性质 <52%<52%：： 酸性石料酸性石料 与沥青与沥青粘附性差粘附性差 SiOSiO2 2 52%52%～～65%65%：： 中性石料中性石料 >65%>65%：： 碱性石料碱性石料 与沥青与沥青粘附性好粘附性好我国公路工程现行的主要我国公路工程现行的主要抗剥落试验抗剥落试验方法有：方法有： １）水煮法１）水煮法( (最大粒径最大粒径>13.2)>13.2) ２）水浸法２）水浸法( (最大粒径最大粒径<13.2 )<13.2 ) ３）亲水系数法３）亲水系数法坚硬坚硬 为保证沥青混合料的强度，在选为保证沥青混合料的强度，在选择集料时应择集料时应优先考虑采用碱性石料优先考虑采用碱性石料。

若当地缺乏碱性石料且必须采用若当地缺乏碱性石料且必须采用酸性酸性石料石料时，必须作时，必须作抗剥落性检验抗剥落性检验四.工业冶金矿渣的技术特性　　　工业冶金矿渣一般是指炼铁或炼钢过程中得到的高炉矿渣或钢渣１.矿渣的主要化学成分及活性 高炉矿渣中的主要化学成分有： 酸性氧化物 SiO2 2 FeO3 3 P2 2O5 5 TiO2 2 碱性氧化物 CaO MgO MnO BaO 中性氧化物 Al2 2O3 3 硫化物CaS MnS FeS　　　矿渣的活性　　　矿渣的活性是指与水、或与某些碱性溶液、是指与水、或与某些碱性溶液、或硫酸盐溶液发生化学反应的性质或硫酸盐溶液发生化学反应的性质　　　采用　　　采用碱性系数碱性系数MM0 0及及质量系数质量系数K K反映高炉矿渣反映高炉矿渣活性　　　　　　钢渣钢渣与高炉矿渣虽都是冶金矿渣，但它们的与高炉矿渣虽都是冶金矿渣，但它们的化学成分及矿物组成明显不同所以钢渣采用碱化学成分及矿物组成明显不同所以钢渣采用碱度系数度系数MM反映２.矿渣集料的技术特性１）物理力学特性　　受冷却加工方式的影响２）化学稳定性　　主要是矿渣中的某些成分与水发生化学反应，导致体积变化　a)游离的氧化钙（ f-Caf-CaOO ）的消解　　通常通常f-Caf-CaOO含量小于３％时方可应用于路含量小于３％时方可应用于路面结构中。

面结构中    b)铁和锰分解第三节 矿质混合料的组成设计•重点内容：矿质混合料级配、组成设计 •难 点：图解法求矿质混合料组成•要 求：用试算法、图解法求矿质混合料组成概 述•级配对混合料的影响： 矿质混合料的级配组成直接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，原因是级配直接决定矿质混合料的密实度和矿质混合料颗粒间内摩擦力级配的几种情况级配的几种情况概 述ü在混合料中是以结合料（水泥或沥青）来填充集料的空隙并包裹集料所以，集料空隙越大，填充集料颗粒空隙所需的结合料越多；集料的总表面积越大，包裹集料颗粒所需的结合料越多从节约结合料的角度考虑，最好采用空隙较小，总表面积也较小的集料ü若各种粒径的集料颗粒在相互排列时， 能够互相嵌锁又互相不干涉，形成紧 密多级嵌挤的空间骨架结构，则集料 颗粒间将具有较大的内摩擦力概 述•矿质混合料颗粒级配应满足的基本要求：矿质混合料颗粒级配应满足的基本要求： ü最小空隙率最小空隙率：使不同粒径的各级矿质集料按一定的比例搭：使不同粒径的各级矿质集料按一定的比例搭 配后，应有最大密实度。

配后，应有最大密实度ü最大摩擦力最大摩擦力：各级矿质集料在进行比例搭配时，应使各级：各级矿质集料在进行比例搭配时，应使各级 集料排列紧密，形成一个多级空间骨架结集料排列紧密，形成一个多级空间骨架结 构，且具有最大的摩擦力构，且具有最大的摩擦力 组成设计的目的：组成设计的目的： 选配一个具有足够密选配一个具有足够密实实度，并且有较高内度，并且有较高内摩擦摩擦力力的矿质混合料的矿质混合料            道桥用的砂石材料，大多数是以矿质混合料的形式与结合料（如水泥或沥青等）组成使用然而为使混合料具备优良的性能，除各种矿质集料的技术性质应符合要求外，矿质混合料还必须满足最小空隙率和最大摩擦力的基本要求，即级配良好 一、矿料的级配一、矿料的级配 1 1．集料级配的表示方法．集料级配的表示方法 （1）筛分试验 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,就是所谓筛分试验以细集料的筛分为例： 筛分试验：称量500g砂样过筛，称量筛子上残余的砂，计算出分计筛余、累计筛余、通过百分计筛余、累计筛余、通过百分率。

分率振筛机砂石标准筛砂石标准筛 标准方筛孔为：70mm、63mm、53mm、37.5mm、31.5mm、26.5mm、19mm、16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm １）分计筛余ai（%） ：某号筛上的筛余量占试样总质量的百分率２）累计筛余Ai（%） ：某号筛的分计筛余和大于某号筛的各筛分计筛余的总和３）通过百分率Pi（%） ：通过某号筛的质量占试样总质量的百分率，即100与某号筛的累计筛余之差分计筛余百分率、累计筛余百分率与通过百分率之间的关系•细度模数：评价砂粗细粗度的一种指标，按下式计算：•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：3.7~3.1为粗砂 ；3.0~2.3为中砂；2.2~1.6为细砂•细度模数虽然表示砂的粗细程度，但不能完全反映出砂的颗粒级配情况，因为相同细度模数的砂可有不同的颗粒级配因此，要全面表征砂的颗粒性质，必须同时使用细度模数细度模数和级配级配两个指标重点难点强化训练思考点思考点：如何评价砂的粗细程度？例：例：取500克砂做筛分试验，结果如表，试计算砂的细度模数，并评定砂的粗细程度。

筛孔孔 /mm9.54.752.361.180.60.30.15筛底底筛余量余量 /g010204510013515535•解：解：    筛孔孔 /mm9.54.752.361.180.60.30.15筛余量（筛余量（g ））0102045100135155分计筛余百分率（分计筛余百分率（%））0249202731累计筛余百分率（累计筛余百分率（%））02615356293通过百分率（通过百分率（%））10098948565387重点难点强化训练作作 业业•有一份残缺的砂子筛分记录如下表，根据现有的材料补全，并评定砂的粗细程度    筛孔筛孔 /mm4.752.361.180.60.30.15分计筛余百分率分计筛余百分率/%2020累计筛余百分率累计筛余百分率/%519通过百分率通过百分率  /%   45222 ① ①级配曲线的绘制级配曲线的绘制 理论级配曲线理论级配曲线：以级配理论公式计算出的通过：以级配理论公式计算出的通过百分率（百分率（% %）为纵坐标，以筛孔尺寸（）为纵坐标，以筛孔尺寸（mmmm）为横坐）为横坐标绘制而成的曲线。

标绘制而成的曲线 问题：由于筛孔尺寸以问题：由于筛孔尺寸以1/21/2递减，横坐标的位递减，横坐标的位置前密后疏，图形很混乱置前密后疏，图形很混乱 ∴ ∴ 筛孔尺寸取对数作为横座标筛孔尺寸取对数作为横座标 等间距排列等间距排列（3）级配曲线图1-3  集料级配曲线示意图a）常数坐标； b）半对数坐标绘制步骤：绘制步骤：1、先计算出各颗粒粒径的对数先计算出各颗粒粒径的对数lgdlgdi i2 2、以对数、以对数lgdlgdi i为横坐标，通过百分率为纵坐标为横坐标，通过百分率为纵坐标3 3、将按计算所得的各颗粒粒径（、将按计算所得的各颗粒粒径（d di i）的通过百分率）的通过百分率（（p pi i）绘于坐标图上，再将各点连接为光滑的曲）绘于坐标图上，再将各点连接为光滑的曲线，即为级配曲线线，即为级配曲线•级配类型级配类型 ：：ü连续级配：是采用标准套筛连续级配：是采用标准套筛对某一混合料进行试验，所对某一混合料进行试验，所得级配曲线平顺圆滑，具有得级配曲线平顺圆滑，具有连续性这种由大到小，连续性这种由大到小，逐逐级粒径均有级粒径均有，按，按比例比例互相搭互相搭配组成的矿质混合料。

配组成的矿质混合料ü间断级配：在矿质混合料中间断级配：在矿质混合料中剔除其一个分级或几个分级剔除其一个分级或几个分级而形成一种而形成一种不连续不连续的矿质混的矿质混合料ü单粒径单粒径单单粒径粒径2. 集料的级配对于矿料性能的影响   a a、、集料级配差，骨架空隙率大，填充所用的集料级配差，骨架空隙率大，填充所用的结合料越多结合料越多 b b、各级集料颗粒能互相嵌锁而不相互干涉，、各级集料颗粒能互相嵌锁而不相互干涉，则集料颗粒间具有较大的内摩擦力则集料颗粒间具有较大的内摩擦力 c c、接近球形或立方体的颗粒堆积密实度高；、接近球形或立方体的颗粒堆积密实度高；当扁平、细长颗粒多时，骨架空隙率增加当扁平、细长颗粒多时，骨架空隙率增加 级配优良的标准：级配优良的标准： a a a a、、、、空隙率最小空隙率最小空隙率最小空隙率最小：不同粒径的各级矿质集料按一定：不同粒径的各级矿质集料按一定：不同粒径的各级矿质集料按一定：不同粒径的各级矿质集料按一定比例搭配，使其组成一种具有比例搭配，使其组成一种具有比例搭配，使其组成一种具有比例搭配，使其组成一种具有最大密实度最大密实度最大密实度最大密实度（即最（即最（即最（即最小空隙率）的矿质混合料。

小空隙率）的矿质混合料小空隙率）的矿质混合料小空隙率）的矿质混合料 b b、、最大摩擦力最大摩擦力：各级矿质集料在进行比例搭配时，：各级矿质集料在进行比例搭配时，应使各级集料应使各级集料排列紧密排列紧密，形成一个多级空间骨架，形成一个多级空间骨架结构且具有最大的摩擦力结构且具有最大的摩擦力3 3、级配计算、级配计算（１）（富勒）Ｗ（１）（富勒）Ｗ. .ＢＢ. .ＦＦulleruller理论理论 “ “级配曲线愈接近抛物线时，则其密度愈大级配曲线愈接近抛物线时，则其密度愈大” ”，因此，，因此，当级配曲线为抛物线时为最大密度曲线当级配曲线为抛物线时为最大密度曲线 P P－通过率－通过率 d d－筛孔尺寸－筛孔尺寸 K K——统计参数统计参数 当ｄ＝Ｄ（集料最大粒径）时，当ｄ＝Ｄ（集料最大粒径）时，P P＝＝100100，则：，则：T（２）（泰波）Ａ（２）（泰波）Ａ. .ＮＮ. .ＴＴalbalalbal理论理论　　　　•实际矿料的级配应允许有一定的波动范围，故将实际矿料的级配应允许有一定的波动范围，故将富勒最大密度曲线应改为富勒最大密度曲线应改为n n次幂的通式，即次幂的通式，即n=0.45~0.5，密实度最大，密实度最大n=0.3~0.7，密实度尚可，密实度尚可n=0.35~0.45，工作性较好，工作性较好 •泰波理论可用来解决泰波理论可用来解决连续级配的级配范围连续级配的级配范围问题，故具有很大的问题，故具有很大的实用意义。

实用意义 A.建立半对数坐标的方法：建立半对数坐标的方法： 先求出各颗粒粒径的对数，并将先求出各颗粒粒径的对数，并将其确定其确定为为横坐标；以横坐标；以 P i（（通过百分率通过百分率）为纵坐标为纵坐标B.根据泰波公根据泰波公式式                                                      n=0.3~0.7      计算所得的各颗粒粒径计算所得的各颗粒粒径(di)的通过百分率的通过百分率(Pi)绘制在坐标图绘制在坐标图上，将确定的各点连接为光滑曲线，即为级配曲线范围上，将确定的各点连接为光滑曲线，即为级配曲线范围C.实际级配合成操作时实际级配合成操作时，只要得出的合成级配结果，只要得出的合成级配结果位于要求的位于要求的级配范围级配范围之间，则认为之间，则认为该合成级配该合成级配基本满足基本满足设计级配设计级配的要求级配曲线范围的绘制  (3) (3)魏茅斯粒子干涉理论魏茅斯粒子干涉理论                      颗粒之间的空隙，应由次小一级颗粒所填充；其余空颗粒之间的空隙，应由次小一级颗粒所填充；其余空颗粒之间的空隙，应由次小一级颗粒所填充；其余空颗粒之间的空隙，应由次小一级颗粒所填充；其余空隙由再次级小颗粒所填充，但填隙的颗粒不得大于其间隙隙由再次级小颗粒所填充，但填隙的颗粒不得大于其间隙隙由再次级小颗粒所填充，但填隙的颗粒不得大于其间隙隙由再次级小颗粒所填充，但填隙的颗粒不得大于其间隙之距离，否则大小颗粒粒子之间势必发生干涉现象。

因此，之距离，否则大小颗粒粒子之间势必发生干涉现象因此，之距离，否则大小颗粒粒子之间势必发生干涉现象因此，之距离，否则大小颗粒粒子之间势必发生干涉现象因此，大小粒子之间应按一定数量分配，并从临界干涉的情况下大小粒子之间应按一定数量分配，并从临界干涉的情况下大小粒子之间应按一定数量分配，并从临界干涉的情况下大小粒子之间应按一定数量分配，并从临界干涉的情况下可导出前分级粒度的间距计算公式：可导出前分级粒度的间距计算公式：可导出前分级粒度的间距计算公式：可导出前分级粒度的间距计算公式：              二、矿质混合料的配合比设计方法                        在生产中，天然的或人工轧制的在生产中，天然的或人工轧制的单一集料单一集料的级配的级配一般一般很难完全符合某一合适级配范围的要求很难完全符合某一合适级配范围的要求因此需要几种不同规格（粒度）进行搭配要几种不同规格（粒度）进行搭配•矿质混合料的组成设计就是根据实际工程中现有的各种集矿质混合料的组成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。

有比例的操作过程•设计依据设计依据 ① ① 各种集料的各种集料的筛分结果筛分结果 ② ② 按规范要求的级配范围即按规范要求的级配范围即标准级配标准级配•方法方法 ① ① 试算法试算法 ② ② 图解法图解法（一）试算法（一）试算法 (数解法）数解法）：：（适用于（适用于2~3种矿料组成的混合料）种矿料组成的混合料）（（1）基本原理：）基本原理：A.在确定各组成集料在混合料中的比例时，先假在确定各组成集料在混合料中的比例时，先假定混合料中某种粒径的颗粒是由某一种对这一定混合料中某种粒径的颗粒是由某一种对这一粒径占优势的集料组成，而其它各种集料中不粒径占优势的集料组成，而其它各种集料中不含有此粒径含有此粒径B.根据各个主要粒径去试算各种集料在混合料中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，再经过较核调整，最终获得满足的大致比例，再经过较核调整，最终获得满足混合料级配的各集料的配合比例混合料级配的各集料的配合比例（（2））计算过程计算过程    已知：集料已知：集料                                                               混合混合料料                     ⑴⑴ 准备工作：准备工作：Pi→Ai→ai;参参 数数集料集料A集料集料B集料集料C混合料混合料M筛孔筛孔i的分计筛余的分计筛余 /%aA(i)aB(i)aC(i)aM(i)在混合料中的比例在混合料中的比例 /%XYZ100⑵⑵ 计算方程：计算方程：                 X＋＋Y＋＋Z＝＝100                                             (1) d=i时：时：   X .aA(i) + Y .aB(i) +Z .aC(i) ＝＝aM(i)                      (2)ABCM+→+　　　　　　　　如如如如A A集料集料集料集料i i粒径占优，则粒径占优，则粒径占优，则粒径占优，则B B集料集料集料集料i i粒径假设为粒径假设为粒径假设为粒径假设为0 0：：：：                                                          a aA(i)A(i)X X= =a aM(iM(i) )                                            则则则则                                                          X= X= a aA(i)A(i)/a/aM(iM(i) )                                同理，同理，同理，同理，C C集料：集料：集料：集料：                                                                a aC(j)C(j)Z Z= =a aM(jM(j) )                                      即：即：即：即：                                                          Z=Z=a aM(jM(j) ) /  / a aC(jC(j) )                            则则B集料：集料：                             Y=100-X-Z            （3）校核调整       按以上各集料的含量得到的合成级配不一定在所要求的级配范围，应调整验算，直到满足为止。

如仍不能达到要求，可掺加单粒级集料或调换其它集料•【例题 】 某一级公路沥青混凝土路面 AC-20用矿质混合料，现拟用碎石、石屑和矿粉三种矿质材料组成，各矿料筛分结果按分计筛余及要求的设计混合料的级配范围列于下表 ，试求碎石、砂和矿粉三种集料在混合料中的含量原材料筛 孔 尺 寸 /mm26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075<0.075各种矿料分计筛余百分率（% ）碎石02.49.513.816.423.815.28.65.33.11.10.50.3砂----010.123.713.315.116.917.32.90.7矿粉- -- -- -- -- -- -- -0 3.05.05.53.283.3标准级配范围通过百分率 p10090～ 10078～ 9262～ 8050～ 7226～ 5616～ 4412～ 338～245～174～133～7- -三种集料的分计筛余和混合料要求的级配范围解：解：（（1 1）将表中矿质混合料要求的标准级配范围）将表中矿质混合料要求的标准级配范围通过百分率通过百分率p pi i换算为累计筛余换算为累计筛余A Ai i、级配范围累计、级配范围累计筛余中值及要求的分计筛余筛余中值及要求的分计筛余a aMM（（i i））。

原材料原材料筛筛 孔孔 尺尺 寸寸 /mm26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075<0.075要求通要求通过率过率10090-10078-9262-8050-7226-5616-4412- 338-245-174-133-7-通过率通过率中值中值1009585.071.061.041.030.022.516.011.08.55.00分计筛分计筛余中值余中值05.010.04.010.020.011.07.56.55.02.53.55.0累计筛累计筛余中余中值值05.015.029.039.059.070.077.584.089.091.595.0100（（2）由表中可知，碎石中）由表中可知，碎石中 4.75mm 粒径颗粒含量占优势，粒径颗粒含量占优势，假设混合料中假设混合料中 4.75m 的粒径全部由碎石提供，则：的粒径全部由碎石提供，则：   X =aM（（4.75））/aA（（4.75））×100% =20.0/23.8×100% =84.0%（（3））由表可知，矿粉中由表可知，矿粉中<0.075mm 粒径颗粒含量占优势，忽粒径颗粒含量占优势，忽略碎石和砂中此粒径的含量，则：略碎石和砂中此粒径的含量，则：   Z =aM（（<0.075））/aC（（<0.075））×100% =5.0/83.3×100% =6.0%（（4）则砂：）则砂：   Y=100-（（X+Z））=[100-（（84.0+6.0））]% =10.0%（（5）校核）校核 已知：碎石已知：碎石 X =84.0% ，砂，砂 Y =10.0% ，矿粉，矿粉 Z =6.0%原材料原材料筛筛 孔孔 尺尺 寸寸 /mm26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075<0.075各种各种矿料矿料分计分计筛余筛余(%)碎石碎石02.49.513.816.423.815.28.65.33.11.10.50.3砂砂----010.123.713.315.116.917.32.90.7矿粉矿粉-------03.05.05.53.283.3各种各种矿料矿料分在分在混合混合料中料中的用的用量量(%)碎石碎石84%02.08.011.613.820.012.87.24.42.60.90.40.3砂砂10%————0     1.02.41.31.51.71.70.30.1矿粉矿粉6%-------00.30.20.30.25.0设计设计矿质矿质混合混合料级料级配配ai02.08.011.613.821.015.28.56.14.62.90.95.4Ai02.010.021.635.456.471.680.186.290.893.794.6100Pi100989078.464.633.628.419.913.88.26.35.40要求要求通过通过率率Pi10090-10078-9262-8050-7226-5616-4412- 338-245-174-133-7-（二）图解法（二）图解法 —修正平衡面积法：修正平衡面积法：1）绘制图解法坐标图）绘制图解法坐标图    ⑴⑴ 计算设计级配范围中值计算设计级配范围中值    ⑵⑵ 绘制图框并作对角线（为设计级配中值）绘制图框并作对角线（为设计级配中值）    ⑶⑶ 确定纵坐标：确定纵坐标： 通过百分率（％）通过百分率（％）——算术坐算术坐标标    ⑷⑷ 确定横坐标：根据设计级配中值，确定横坐标：根据设计级配中值，P→d，，确确定筛孔尺寸位置定筛孔尺寸位置    ⑸⑸ 将各种集料的级配（通过量）绘在图中将各种集料的级配（通过量）绘在图中2）确定各集料的用量）确定各集料的用量筛孔尺寸筛孔尺寸(mm)16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075级配范围级配范围(mm)10095~10070~8848~6836~5324~4118~3012~228~164~8级配中值级配中值(mm)100987957453324171269879574533241260.0759.513.24.752.360.61.180.30.15ü相叠等分纵距：两相邻级配曲线头尾重叠相叠等分纵距：两相邻级配曲线头尾重叠a’=aü相接重线连分；两相邻级配曲线头尾相离相接重线连分；两相邻级配曲线头尾相离ü相离等分平距：两相邻级配曲线头尾相分相离等分平距：两相邻级配曲线头尾相分b’=bX (A用量用量)W (D用量用量)Z (C用量用量)Y (B用量用量)  3）合成级配的计算与校核）合成级配的计算与校核       根据求得的各集料用量比例，计算出合成级根据求得的各集料用量比例，计算出合成级配的结果有可能超出级配范围，这时要调整各集配的结果有可能超出级配范围，这时要调整各集料的用量，直到满足设计要求为止。

如经数次仍料的用量，直到满足设计要求为止如经数次仍不能达到要求，可掺加单粒级集料或调换其它集不能达到要求，可掺加单粒级集料或调换其它集料。