道路工程材料第一章 砂石材料

道路工程材料第一章石料与集料道路工程材料道路工程材料第一章石料与集料第一章石料与集料1.1石料1.2集料1.3矿质混合料的组成设计1.4石料与集料的工程应用道路工程材料第一章石料与集料1.1石料石料的物理力学性质在很大程度上取决于天然岩石的矿物成分，以及这些矿物在岩石中的结构与构造。石料是天然岩石经机械加工制成的，或者直接开采得到具有一定形状和尺寸的石料制品。一、石料的岩石学特性1造岩矿物造岩矿物岩石地质作用石英、云母、长石；角闪石、方解石、白云石、黄铁矿、石膏、菱镁矿、赤铁矿灯。道路工程材料第一章石料与集料1.1石料2岩石的分类一、石料的岩石学特性按成岩条件分岩浆岩沉积岩变质岩——片理状岩、块状岩深成岩喷出岩火山岩花岗岩、正长岩、辉长石玄武岩、安山岩、辉绿岩石灰岩、页岩、砂岩、石膏，散粒状的粘土、砂、卵石道路工程材料第一章石料与集料1.1石料二、石料的物理性质物理常数吸水性抗冻性道路工程材料第一章石料与集料1.1石料二、石料的物理性质物理常数石料的物理常数是反映材料矿物组成、结构状态和特征的参数。常用物理常数是密度和孔隙率。m0VnMmSViVsVV0闭口孔隙矿物实体开口孔隙图1-1石料组成部分的质量与体积关系示意图1道路工程材料第一章石料与集料1.1石料二、石料的物理性质物理常数——1规定条件下，石料矿质实体单位体积的质量。真实密度表观密度毛体积密度道路工程材料第一章石料与集料1.1石料规定条件下，烘干石料矿质实体单位真实体积的质量。stVms二、石料的物理性质物理常数133;;/cmVgmcmgSst石料矿质实体的体积，—石料矿质实体的质量，—石料的真实密度，———真实密度m0VnMmSViVsVV0闭口孔隙矿物实体开口孔隙道路工程材料第一章石料与集料1.1石料nsVVmsa二、石料的物理性质物理常数1333;;/cmVcmVgmcmgnSsa隙的体积，石料矿质实体中闭口孔—；石料矿质实体的体积，—石料矿质实体的质量，—石料的表观密度，———表观密度规定条件下，烘干石料矿质实体单位表观体积（包括闭口孔隙）的质量。m0VnMmSViVsVV0闭口孔隙矿物实体开口孔隙道路工程材料第一章石料与集料1.1石料inshVVVms二、石料的物理性质物理常数13333;;;/cmVcmVcmVgmcmginSsh隙的体积，石料矿质实体中开口孔—隙的体积，石料矿质实体中闭口孔—；石料矿质实体的体积，—石料矿质实体的质量，—石料的表观密度，———毛体积密度规定条件下，烘干石料矿质实体单位毛体积（包括闭口、开口孔隙）的质量。道路工程材料第一章石料与集料%100)1(thinhVVVn1.1石料二、石料的物理性质物理常数——1石料孔隙体积占石料总体积（包括开口孔隙和闭口孔隙体积）的百分率。333;;%;cmVcmVcmVnhin孔隙体积）实体、开口孔隙和闭口石料的毛体积（含矿质—隙的体积，石料矿质实体中开口孔—隙的体积，石料矿质实体中闭口孔—石料的空隙率，—道路工程材料第一章石料与集料①吸水率：常温（20±2℃）、标准大气压（101.325kPa)，最大的吸水质量占干燥试样质量的百分比。②饱水率：常温、真空抽气（2.67kPa），最大吸水质量占干燥试样质量的百分比。gmgmmmmxx试样质量，吸水（饱水）至恒重时—量，烘干至恒重时的试样质—水率；石料试样的吸水率或饱—干燥试样质量最大吸水质量吸水率（饱水率）＝21112;%1001.1石料二、石料的物理性质吸水性2材料吸入水分的能力。包括吸水率和饱水吸水率。道路工程材料第一章石料与集料1.1石料直接冻融法坚固性法二、石料的物理性质抗冻性3石料在水饱和状态下，能经受反复冻融而不破坏，并不严重降低强度的能力。孔隙构造、吸水性道路工程材料第一章石料与集料1.1石料直接冻融法（冻融循环试验：吸水饱和，-15℃冰冻←→常温融解）循环若干次(15、25、50次)gmgmQmmmQ质量，冻融试验后烘干试样的—，试验前烘干试样的质量—；石料的质量损失率，—冻冻21121;%%100二、石料的物理性质抗冻性3。试件的饱水抗压强度，冻融循环作用后，石料—；抗压强度，试验前石料试件的饱水—系数，冻融循环后石料的耐冻—aa%%1002112MPRMPRKRRK冻融系数4h石料——直径、高50mm圆柱体试件，50mm正方体试件，在105±5℃烘干。质量损失率道路工程材料第一章石料与集料①道路试件:50×50×50±2mm立方体φ50×H50±2mm的圆柱体②桥梁试件:70×70×70±2mm立方体1.1石料三、石料的力学性质石料的抗压强度1图1-2石料抗压试件道路工程材料第一章石料与集料1.1石料材料的矿物成分结构和构造APRP——试验时石料试件破坏的极限荷载，NA——石料试件的受力截面积，mm2三、石料的力学性质石料的抗压强度1试件尺寸加荷速率湿度等对试件饱水处理后施加荷载直至破坏。道路工程材料第一章石料与集料1.1石料三、石料的力学性质磨耗率2石料抵抗撞击、摩擦的联合作用的能力。洛杉矶磨耗试验狄法尔磨耗试验道路工程材料第一章石料与集料%100121abmmmQ＝式中：m2——试验后2mm筛上烘干石料试样质量；m1——试验前烘干石料试样质量。1.1石料三、石料的力学性质磨耗率——狄法尔法（双筒式）250块石料（50～75mm），单一粒径，质量5000g左右，转速30～33r/min，转10,000转（5.5～5.0h）磨耗率计算公式：道路工程材料第一章石料与集料图1-3双筒式磨耗仪示意图①耗时长达5h以上②试件尺寸单一（50～75mm），与路用实际情况不符合③石料间相互作用，不同性质石料的磨耗率相差不大狄法尔法（双筒式）道路工程材料第一章石料与集料试样为~5000g有一定级配的集料，加入钢球12个φ48mm，~5000g。转速30～33r/min，转500转。1.1石料三、石料的力学性质磨耗率——洛杉矶法（搁板式）2%100121abmmmQ＝式中：m2——试验后2mm筛上烘干石料试样质量；m1——试验前烘干石料试样质量。道路工程材料第一章石料与集料图1-4搁板式磨耗仪示意图①省时：15min左右②使石料受到更严峻的冲击、剪切、摩擦作用，石料级差大③试样级配较符合路用状况洛杉矶法（搁板式）道路工程材料第一章石料与集料1.分类：按照成岩条件、风化程度等①岩浆岩类（火成岩）②石灰岩类（沉积岩）③砂岩与片麻岩类（变质岩）④砾石岩（天然风化）2.分级指标：饱水抗压强度和磨耗率①最坚强②坚强③中等坚强④较弱软1.1石料四、石料的技术标准道路工程材料第一章石料与集料物理性质物理常数：密度（真实密度、表观密度、毛体积密度）、孔隙率吸水性：吸水率、饱水率抗冻性力学性质抗压强度：单位面积上所能承受的最大荷载磨耗率：石料抵抗撞击、剪切和摩擦综合作用的能力1.1石料道路工程材料第一章石料与集料1.2集料集料是由不同粒径矿质颗粒组成的混合料。包括各种天然砂、人工砂、卵石、碎石以及各类工业冶金矿渣。天然砂、人工砂——粒径4.75mm卵石、碎石——粒径4.75mm粗集料细集料分界尺寸：4.75mm(水泥混凝土)2.36mm(沥青混凝土)道路工程材料第一章石料与集料1.2集料一、集料的物理性质物理常数密度空隙率集料的级配集料的颗粒形状与表面特征含泥量和泥块含量道路工程材料第一章石料与集料图1-5集料的体积组成孔隙：矿物之间的空间—Vn+Vi空隙：集料颗粒之间的空间—Vv颗粒之间的空间体积道路工程材料第一章石料与集料(1)密度：表观密度、毛体积密度、表干密度、装填密度inssVVVma1.2集料一、集料的物理性质1物理常数密度——表干密度道路工程材料第一章石料与集料①堆积（松装）密度——集料按自由下落方式装样②振实（紧装）密度——集料振摇方式装样③捣实密度——集料振摇方式装样vinssVVVVm1.2集料一、集料的物理性质1物理常数密度——装填密度道路工程材料第一章石料与集料⑵空隙率n：集料空隙体积(含开口孔隙)占集料总体积的百分比。%100fivVVVn1.2集料一、集料的物理性质1物理常数n_——集料的空隙率，%Vf——集料颗粒的堆积体积，Vs+Vn+Vi+Vv，cm3Vv——集料颗粒孔隙，cm3Vi——矿质实体中开口孔隙体积，cm3道路工程材料第一章石料与集料集料中各种粒径颗粒的搭配比例或分布情况。1.2集料一、集料的物理性质2集料的级配道路工程材料第一章石料与集料⑴颗粒形状：蛋圆形、棱角形、针状、片状1.2集料集料的颗粒形状与表面特征一、集料的物理性质3⑵表面特征：表面的粗糙程度及孔隙特征等类型颗粒形状的特点集料品种蛋圆形具有较光滑的表面，无明显棱角，颗粒浑圆天然砂及各种砾石、陶粒棱角形具有粗糙的表面及明显棱边碎石、石屑、破碎矿渣针状长度方向尺寸远大于其他方向尺寸而呈细条形砾石、碎石中均存在片状厚度方向尺寸远小于其他方向而呈薄片形砾石、碎石中均存在道路工程材料第一章石料与集料含泥量：集料中粒径小于0.075mm的颗粒含量。1.2集料一、集料的物理性质4含泥量和泥块含量泥块含量：粗集料中原尺寸大于4.75mm，但经水浸洗、手捏后小于2.36mm的颗粒含量。存在类型：由纯泥组成的团块；由砂、石屑与泥组成的团块；包裹在集料颗粒表面的泥。道路工程材料第一章石料与集料1.2集料二、集料的力学性质压碎值磨光值冲击值磨耗值道路工程材料第一章石料与集料①压碎指标值（适用于水泥混凝土用集料）②压碎值（沥青混合料用集料）式中：m0—试验前风干试件的质量，gm1—试验后通过2.36mm筛孔的细集料质量，g%10001'mmQa压碎值1.2集料二、集料的力学性质压碎值：石料抵抗压碎的能力。1道路工程材料第一章石料与集料图1-6压碎指标值测试仪具尺寸图10～20mm集料分二层夯实，在3～5min加荷至Pmax=200kN，恒压5s后，脱膜后过2.36mm筛。试验集料压碎值的测试道路工程材料第一章石料与集料图1-7压碎值测试仪将12～16mm碎石分三层夯实，在0～10min加压至400kN，立即卸载，过2.36mm筛。试验集料容器压碎值的测试道路工程材料第一章石料与集料1.2集料磨光值：石料抵抗轮胎磨光作用能力的，即保持其原有粗糙的能力。二、集料的力学性质2braraPSVPSVPSV49PSV——石料的磨光值；PSVra——试验试件的摩擦系数；PSVbra——标准试件的摩擦系数；道路工程材料第一章石料与集料式中：m0——冲击前试样质量，g；m1——冲击试验后，通过2.36mm筛的石屑质量，g%10001mmLSV冲击值二、集料的力学性质3冲击值：石料抵抗多次连续的重复冲击荷载的能力。1.2集料道路工程材料第一章石料与集料式中：m1——磨耗前的试件质量（g）m2——磨耗后的试件质量（g）s——集料的表干密度g/cm3s213）（磨耗值mmAAV二、集料的力学性质4磨耗值：石料抵抗表面磨损的能力。1.2集料道路工程材料第一章石料与集料粗集料的力学性能压碎值：石料抵抗压碎的能力磨光值：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力磨耗值：石料抵抗磨擦、剪切的能力冲击值：石料抵抗多次连续的重复冲击荷载的能力物理性质物理常数：密度、空隙率等级配颗粒形状与表面特征含泥量，泥块含量1.2集料道路工程材料第一章石料与集料1.3矿质混合料的组成设计矿质混合料：两种或两种以上的集料混合而成，简称矿料。组成设计的目的：根据目标级配范围要求，确定各种集料在矿质混合料中的合理比例。图1-11级配的几种情况道路工程材料第一章石料与集料1.3矿质混合料的组成设计一、矿质混合料的级配1集料级配的表示方法⑴筛分试验一定数量的集料试样，在标准筛上进行筛分试验。。试验后分别称量集料试样存留在各筛上的筛余质量并计算相关的级配参数。道路工程材料第一章石料与集料圆孔筛(直径)：…40、20、10