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1、道路工程材料 第一章 石料與集料,第一章 石料與集料,道路工程材料,道路工程材料 第一章 石料與集料,第一章 石料與集料,1.1,石料,1.2,集料,1.3,礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì),1.4,石料與集料的工程應(yīng)用,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.1 石料,石料的物理力學(xué)性質(zhì)在很大程度上取決于天然巖石的礦物成分，以及這些礦物在巖石中的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造。,石料是天然巖石經(jīng)機(jī)械加工制成的，或者直接開(kāi)采得到具有一定形狀和尺寸的石料制品。,一、石料的巖石學(xué)特性,1,造巖礦物,造巖礦物,巖石,石英、云母、長(zhǎng)石；角閃石、方解石、白云石、黃鐵礦、石膏、菱鎂礦、赤鐵礦燈。,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.1

2、石料,2,巖石的分類,一、石料的巖石學(xué)特性,按成巖條件分,巖漿巖,沉積巖,變質(zhì)巖片理狀巖、塊狀巖,深成巖噴出巖火山巖,花崗巖、正長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)石,玄武巖、安山巖、輝綠巖,石灰?guī)r、頁(yè)巖、砂巖、石膏，散粒狀的粘土、砂、卵石,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.1 石料,二、石料的物理性質(zhì),物理常數(shù)吸水性抗凍性,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.1 石料,二、石料的物理性質(zhì),物理常數(shù),石料的物理常數(shù)是反映材料礦物組成、結(jié)構(gòu)狀態(tài)和特征的參數(shù)。常用物理常數(shù)是密度和孔隙率。,圖1-1 石料組成部分的質(zhì)量與體積關(guān)系示意圖,1,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.1 石料,二、石料的物理性質(zhì),物理常數(shù),1

3、,密度,規(guī)定條件下，石料礦質(zhì)實(shí)體單位體積的質(zhì)量。真實(shí)密度表觀密度毛體積密度,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.1 石料,規(guī)定條件下，烘干石料礦質(zhì)實(shí)體單位真實(shí)體積的質(zhì)量。,二、石料的物理性質(zhì),物理常數(shù),1,密度,真實(shí)密度,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.1 石料,二、石料的物理性質(zhì),物理常數(shù),1,密度,表觀密度,規(guī)定條件下，烘干石料礦質(zhì)實(shí)體單位表觀體積（包括閉口孔隙）的質(zhì)量。,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.1 石料,二、石料的物理性質(zhì),物理常數(shù),1,密度,毛體積密度,規(guī)定條件下，烘干石料礦質(zhì)實(shí)體單位毛體積（包括閉口、開(kāi)口孔隙）的質(zhì)量。,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.1

4、石料,二、石料的物理性質(zhì),物理常數(shù),1,石料孔隙體積占石料總體積（包括開(kāi)口孔隙和閉口孔隙體積）的百分率。,孔隙率,道路工程材料 第一章 石料與集料, 吸水率：常溫（202）、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325kPa) ，最大的吸水質(zhì)量占干燥試樣質(zhì)量的百分比。 飽水率：常溫、真空抽氣（2.67 kPa），最大吸水質(zhì)量占干燥試樣質(zhì)量的百分比。,1.1 石料,二、石料的物理性質(zhì),吸水性,2,材料吸入水分的能力。包括吸水率和飽水吸水率。,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.1 石料,直接凍融法堅(jiān)固性法,二、石料的物理性質(zhì),抗凍性,3,石料在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受反復(fù)凍融而不破壞，并不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的能力。,孔隙

5、構(gòu)造、吸水性,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.1 石料,直接凍融法（凍融循環(huán)試驗(yàn)： 吸水飽和，-15冰凍常溫融解） 循環(huán)若干次(15、25、50次),二、石料的物理性質(zhì),抗凍性,3,凍融系數(shù),4h,石料直徑、高50mm圓柱體試件，50mm正方體試件，在1055烘干。,質(zhì)量損失率,道路工程材料 第一章 石料與集料, 道路試件: 505050 2mm立方體 50H50 2mm的圓柱體 橋梁試件:707070 2 mm立方體,1.1 石料,三、石料的力學(xué)性質(zhì),石料的抗壓強(qiáng)度,1,試件類型,圖1-2石料抗壓試件,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.1 石料,材料的礦物成分結(jié)構(gòu)和構(gòu)造,P試驗(yàn)時(shí)石

6、料試件破壞的極限荷載，NA石料試件的受力截面積，mm2,三、石料的力學(xué)性質(zhì),石料的抗壓強(qiáng)度,1,影響因素,試件尺寸加荷速率濕度等,內(nèi)因,外因,對(duì)試件飽水處理后施加荷載直至破壞。,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.1 石料,三、石料的力學(xué)性質(zhì),磨耗率,2,石料抵抗撞擊、摩擦的聯(lián)合作用的能力。,洛杉磯磨耗試驗(yàn)狄法爾磨耗試驗(yàn),道路工程材料 第一章 石料與集料,式中：m2試驗(yàn)后2mm篩上烘干石料試樣質(zhì)量； m1試驗(yàn)前烘干石料試樣質(zhì)量。,1.1 石料,三、石料的力學(xué)性質(zhì),磨耗率狄法爾法（雙筒式）,2,50塊石料（5075mm），單一粒徑，質(zhì)量5000g左右，轉(zhuǎn)速3033r/min，轉(zhuǎn)10,000轉(zhuǎn)（

7、5.55.0h）,磨耗率計(jì)算公式：,道路工程材料 第一章 石料與集料,圖1-3 雙筒式磨耗儀示意圖, 耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)5h以上 試件尺寸單一（5075mm），與路用實(shí)際情況不符合 石料間相互作用，不同性質(zhì)石料的磨耗率相差不大,狄法爾法（雙筒式）,道路工程材料 第一章 石料與集料,試樣為5000g有一定級(jí)配的集料，加入鋼球12個(gè)48mm，5000g。轉(zhuǎn)速3033r/min，轉(zhuǎn)500轉(zhuǎn)。,1.1 石料,三、石料的力學(xué)性質(zhì),磨耗率洛杉磯法（擱板式）,2,式中：m2試驗(yàn)后2mm篩上烘干石料試樣質(zhì)量； m1試驗(yàn)前烘干石料試樣質(zhì)量。,道路工程材料 第一章 石料與集料,圖1-4 擱板式磨耗儀示意圖, 省時(shí)：15mi

8、n左右 使石料受到更嚴(yán)峻的沖擊、 剪切、摩擦作用，石料級(jí)差大 試樣級(jí)配較符合路用狀況,洛杉磯法（擱板式）,道路工程材料 第一章 石料與集料,1. 分類：按照成巖條件、風(fēng)化程度等 巖漿巖類（火成巖） 石灰?guī)r類（沉積巖） 砂巖與片麻巖類（變質(zhì)巖） 礫石巖（天然風(fēng)化）2. 分級(jí)指標(biāo)：飽水抗壓強(qiáng)度和磨耗率 最堅(jiān)強(qiáng) 堅(jiān)強(qiáng) 中等堅(jiān)強(qiáng) 較弱軟,1.1 石料,四、石料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),道路工程材料 第一章 石料與集料,物理性質(zhì)物理常數(shù)：密度（真實(shí)密度、表觀密度、毛體積密度）、孔隙率吸水性：吸水率、飽水率抗凍性力學(xué)性質(zhì)抗壓強(qiáng)度：?jiǎn)挝幻娣e上所能承受的最大荷載磨耗率：石料抵抗撞擊、剪切和摩擦綜合作用的能力,1.1 石料,

9、道路工程材料 第一章 石料與集料,1.2 集料,集料是由不同粒徑礦質(zhì)顆粒組成的混合料。包括各種天然砂、人工砂、卵石、碎石以及各類工業(yè)冶金礦渣。,天然砂、人工砂粒徑4.75mm,卵石、碎石粒徑4.75mm,粗集料細(xì)集料分界尺寸： 4.75mm(水泥混凝土) 2.36mm(瀝青混凝土),道路工程材料 第一章 石料與集料,1.2 集料,一、集料的物理性質(zhì),物理常數(shù),密度空隙率,集料的級(jí)配,集料的顆粒形狀與表面特征,含泥量和泥塊含量,道路工程材料 第一章 石料與集料,圖1-5 集料的體積組成,孔隙：礦物之間的空間Vn+Vi空隙：集料顆粒之間的空間Vv,顆粒之間的空間體積,道路工程材料 第一章 石料與集

10、料,(1)密度：表觀密度、毛體積密度、表干密度、裝填密度,1.2 集料,一、集料的物理性質(zhì),1,物理常數(shù),密度表干密度,道路工程材料 第一章 石料與集料, 堆積（松裝）密度集料按自由下落方式裝樣 振實(shí)（緊裝）密度集料振搖方式裝樣 搗實(shí)密度集料振搖方式裝樣,1.2 集料,一、集料的物理性質(zhì),1,物理常數(shù),密度裝填密度,道路工程材料 第一章 石料與集料, 空隙率n：集料空隙體積(含開(kāi)口孔隙)占集料總體積的百分比。,1.2 集料,一、集料的物理性質(zhì),1,物理常數(shù),n_集料的空隙率，%Vf集料顆粒的堆積體積，Vs+Vn+Vi+Vv，cm3Vv集料顆?？紫?，cm3Vi礦質(zhì)實(shí)體中開(kāi)口孔隙體積，cm3,道路

11、工程材料 第一章 石料與集料,集料中各種粒徑顆粒的搭配比例或分布情況。,1.2 集料,一、集料的物理性質(zhì),2,集料的級(jí)配,道路工程材料 第一章 石料與集料, 顆粒形狀：蛋圓形、棱角形、針狀、片狀,1.2 集料,集料的顆粒形狀與表面特征,一、集料的物理性質(zhì),3, 表面特征：表面的粗糙程度及孔隙特征等,道路工程材料 第一章 石料與集料,含泥量：集料中粒徑小于0.075mm的顆粒含量。,1.2 集料,一、集料的物理性質(zhì),4,含泥量和泥塊含量,泥塊含量：粗集料中原尺寸大于4.75mm，但經(jīng)水浸洗、手捏后小于2.36mm的顆粒含量。存在類型：由純泥組成的團(tuán)塊；由砂、石屑與泥組成的團(tuán)塊；包裹在集料顆粒表面

12、的泥。,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.2 集料,二、集料的力學(xué)性質(zhì),壓碎值磨光值沖擊值磨耗值,道路工程材料 第一章 石料與集料, 壓碎指標(biāo)值（適用于水泥混凝土用集料） 壓碎值（瀝青混合料用集料） 式中：m0試驗(yàn)前風(fēng)干試件的質(zhì)量，g m1試驗(yàn)后通過(guò)2.36mm篩孔的細(xì)集料質(zhì)量，g,1.2 集料,二、集料的力學(xué)性質(zhì),壓碎值：石料抵抗壓碎的能力。,1,道路工程材料 第一章 石料與集料,圖1-6 壓碎指標(biāo)值測(cè)試儀具尺寸圖,1020mm集料分二層夯實(shí)，在35min加荷至 Pmax=200kN，恒壓5s后，脫膜后過(guò)2.36mm篩。,試驗(yàn)集料,壓碎值的測(cè)試,道路工程材料 第一章 石料與集料,圖1-7

13、 壓碎值測(cè)試儀,將1216mm碎石分三層夯實(shí)，在010min加壓至400kN，立即卸載，過(guò)2.36mm篩。,試驗(yàn)集料容器,壓碎值的測(cè)試,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.2 集料,磨光值：石料抵抗輪胎磨光作用能力的，即保持其原有粗糙的能力。,二、集料的力學(xué)性質(zhì),2,PSV石料的磨光值；PSVra試驗(yàn)試件的摩擦系數(shù)；PSVbra標(biāo)準(zhǔn)試件的摩擦系數(shù)；,道路工程材料 第一章 石料與集料,式中：m0沖擊前試樣質(zhì)量，g； m1沖擊試驗(yàn)后，通過(guò)2.36mm篩的石屑質(zhì)量，g,二、集料的力學(xué)性質(zhì),3,沖擊值：石料抵抗多次連續(xù)的重復(fù)沖擊荷載的能力。,1.2 集料,道路工程材料 第一章 石料與集料,式中：m1

14、磨耗前的試件質(zhì)量（g） m2磨耗后的試件質(zhì)量（g） s集料的表干密度g/cm3,二、集料的力學(xué)性質(zhì),4,磨耗值：石料抵抗表面磨損的能力。,1.2 集料,道路工程材料 第一章 石料與集料,粗集料的力學(xué)性能 壓碎值：石料抵抗壓碎的能力 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 沖擊值：石料抵抗多次連續(xù)的重復(fù)沖擊荷載的能力,物理性質(zhì) 物理常數(shù)：密度、空隙率等 級(jí)配 顆粒形狀與表面特征 含泥量，泥塊含量,1.2 集料,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.3 礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì),礦質(zhì)混合料：兩種或兩種以上的集料混合而成，簡(jiǎn)稱礦料。組成設(shè)計(jì)的目的：根據(jù)目標(biāo)級(jí)

15、配范圍要求，確定各種集料在礦質(zhì)混合料中的合理比例。,圖1-11 級(jí)配的幾種情況,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.3 礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì),一、礦質(zhì)混合料的級(jí)配,1,集料級(jí)配的表示方法, 篩分試驗(yàn),一定數(shù)量的集料試樣，在標(biāo)準(zhǔn)篩上進(jìn)行篩分試驗(yàn)。試驗(yàn)后分別稱量集料試樣存留在各篩上的篩余質(zhì)量并計(jì)算相關(guān)的級(jí)配參數(shù)。,道路工程材料 第一章 石料與集料,圓孔篩(直徑)：40、20、10、5、2.5、1.25、0.63、0.3方孔篩(邊長(zhǎng))：13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15、0.075。,1.3 礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì),一、礦質(zhì)混合料的級(jí)配,1,集料級(jí)配的表示方法,

16、 篩分試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)篩,圖1-12 篩分試驗(yàn)用套篩,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.3 礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì), 分計(jì)篩余百分率ai：某號(hào)篩上的篩余質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分率 。,一、礦質(zhì)混合料的級(jí)配,1,集料級(jí)配的表示方法, 篩析試驗(yàn)級(jí)配參數(shù), 通過(guò)百分率pi：通過(guò)某號(hào)篩的集料質(zhì)量占試件總質(zhì)量的百分率。Pi=100-Ai, 累計(jì)篩余百分率Ai：等于或大于某號(hào)篩上篩余質(zhì)量之和占總質(zhì)量的百分率。Ai= a1+ a2+.+ a3,道路工程材料 第一章 石料與集料,評(píng)價(jià)細(xì)集料粗細(xì)程度。粗砂：Mf 3.73.1中砂：Mf 3.02.3細(xì)砂：Mf 2.21.6,一、礦質(zhì)混合料的級(jí)配,1,集料級(jí)配的表示方法,（2）細(xì)集料的細(xì)度模數(shù),1.3 礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì),道路工程材料 第一章 石料與集料,1.3 礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì),一、礦質(zhì)混合料的級(jí)配,1,集料級(jí)配的表示方法,（3）集料的級(jí)配曲線, 作圖：縱坐標(biāo)為通過(guò)百分率P ()常數(shù)坐標(biāo)；橫坐標(biāo)為篩孔尺寸(mm) 注意：坐標(biāo)單位；注明不同曲線意義 判斷集料級(jí)配是否符合要求,圖1-13 級(jí)配曲線,道路工程材料 第一章 石料與集料,1.3 礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)