《砂石材料》PPT课件.ppt

第一章 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，净跨37.02m。,1.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,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、矿物的主要化学组成 （1）石料的化学组成通常以氧化物的形式给出。 （氧化硅、氧化钙、氧化铁、氧化铝、氧化镁等） （2）道路工程中，石料根据SiO2含量分为：,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。 1物理常数反映岩石矿物组成结构状态。 2吸水性反映岩石在规定的条件下吸水的能力。 3耐候性反映道桥所用的岩石抵抗大气自然因素作用的能力。,二、石料的物理性质,1.物理常数 （1）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真实密度、表观密度和毛体积密度来表征。,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,闭口孔隙,开口孔隙,石 材 的 结 构,矿质实体,m0,ms,M,Vi,Vn,Vs,V0,Vh,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t 指石料在规定的条件（1055下烘干至恒重，冷却至20）下，单位真实体积的质量。 t =ms/Vs 式中：t石料的真实密度（g/cm3）； ms石料矿质实体的质量（g）； Vs石料矿质实体的体积（cm3）。,b、表观密度（视密度）,指在规定条件下，烘干石料单位表观体积的质量， 式中：a石料的表观密度，； s、s意义同前； m1试样在水中的质量 n石料闭口孔隙的体积，。,或,矿质实体体积+闭口孔隙体积,c.毛体积密度h,指石料在规定的条件下，单位毛体积的质量。 式中： h 石料的毛体积密度（g/cm3）； ms石料矿质实体的质量（g）； Vs石料矿质实体的体积（cm3）; Vi石料开口孔隙的体积（cm3）; Vn石料闭口孔隙的体积（cm3）。,表观体积+开口孔隙体积,相同点：单位体积的质量(ms) 不同点： V= Vi +Vs+Vn V0= Vi+ Vs, 计算t、a、h 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+Vn,Vs+Vn+Vi,测定方法,规则的：用精密量具量取 不规则的：蜡封法，静水称重法,李氏瓶法：将石料磨细至全部过0.25mm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体积 静水称量法：将石料浸入水中，使之吸水饱和后，用静水天平法称其在水中的质量mw，取出轻轻擦干表面（饱和面干状态），称量其质量mf。,（2）材料的孔隙 孔隙对材料的影响：a、孔隙的多少（孔隙率） b、孔隙的特征,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1：经试验测得某石料试样在空气中重80g ，封蜡后空气中重86g ，水中重48 g，孔隙率为11 %。试计算该试样的毛体积密度是多少？真实密度是多少？(蜡的密度为0.93g/cm3) 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=0.8931.55 =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（202）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：Wx石料的吸水率（%）； m1石料试件烘干至恒重时的质量（g）； m2石料试件吸水至恒重时的质量（g）。,(2) 饱水率： 在常温（202）真空（残压2.67kPa）条件下，石料试件吸水饱和时吸收水的质量占干燥质量的百分率。 在常压时，水分并非充满孔隙。当抽真空后，内部空气基本被排除，水充满孔隙。 饱水率更能有效地反映岩石微裂纹的发育程度，可用来判断岩石的抗冻和抗风化等性能。,(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：W石料的含水率（%）； m石料试件烘干至恒重时的质量（g）； m1石料天然状态下的质量（g）。,3.耐久性 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。在大多数地区，后者即抗冻性占主导地位。,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，在达到0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。,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50mm的圆柱体或边长为50mm的立方体试件,直接冻融法 将试件放入烘箱（1055）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，置于冰箱（15）冻结，然后取出放入205的水中4，然后进行下一次冻融循环，反复至规定次数为止，并检查试件是否有无剥落、裂缝、分层及掉边等现象，再烘干至恒重，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 -15）为25次；在寒冷地区（最冷月的月平均气温低于-15-5）为15次。,a.质量损失率和抗冻系数 fr 试件冻融后的质量损失率和耐冻系数，； 试验前烘干试件的质量，； 试验后烘干试件的质量，。 R2 经冻融循环后的试件饱水抗压强度，MPa； R1 未经冻融试验的试件饱水抗压强度，MPa。,公路工程，一般要求石料的耐冻系数大于0.75；质量损失率不大于。同时，试件应无明显缺损（包括剥落、裂缝和边角损坏等情况）。 桥梁工程石料，对一月份平均气温低于-10的地区，要进行抗冻性试验。,）硫酸钠坚固性法 将试件烘干后置于饱和硫酸钠溶液中20h后，再放入105110的烘箱中4h，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4h，完成5次循环后，看试件是否破坏，将试件洗净烘干至恒重，称其质量，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： 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。,无条件做抗冻性 时，可采用此法,桥涵用石料抗冻性指标,思考题： 1.孔隙的特征与吸水率的关系。 2.什么条件下要对石料进行抗冻性试验？什么是冻融循环？ 3.如何判定石料抗冻性是否合格？,三、石料的力学性质,1.强度 )抗压强度 （）公路工程 一般仅采用单轴抗压强度试验，每组6个试件。 a、建筑地基采用圆柱体试件，直径为50mm2mm、高/径=2。 b、桥梁工程采用立方体试件，边长为70mm2mm。 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为50mm2mm。,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： 式中： fsc 石料的抗压强度，MPa； Fmax试件极限破坏时的荷载，N； 试件的截面积，mm。,（）桥梁工程 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）一般可采用与抗压强度的大约比值。 抗压强度试验是采用边长为702mm的正方体试件，经吸水饱和后，进行单轴抗压强度试验。 公式：,影响石料抗压强度的主要因素： 材料的组成、构造、缺陷 孔 隙 率 含 水 率 温 度 试件尺寸 加荷速度,强度,强度,2）单轴压缩变形（T0222-2005） 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：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（T0223-1994） 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：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（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（T0225-1994） 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：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（T0226-1994） 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：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。,、磨耗率 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法尔试验法测定，以质量损失百分率来评价。,a.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3033/min的转速转动500转后。过2mm圆孔筛或1.7mm方孔筛，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。 公式：,b.狄法尔试验法 将石料破碎后过筛，选出5075mm的试样502块，共约5kg，分两份，分别洗净烘干，装入狄法尔磨耗机的两圆筒中，以3033r/min的转速转动10000转，通过2mm筛孔（碎石)或2.5mm筛孔（砾石），计算质量损失百分率。,两种方法的比较： 狄法尔法采用单一粒径，而洛杉矶法采用不同的级配，更能反映实际情况，所以一般以洛杉矶试验法为准。 注：这两种方法与道路实际经受的磨耗还有很大差别。需用以后将学的道瑞法进一步验证。,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。 分类： 酸性岩 SiO265%（例花岗岩、石英岩等） 中性岩 SiO2含量在52%65% 碱性岩 SiO252%（例石灰岩、玄武岩等） 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。 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 1.高级铺砌用整齐块石 2.路面铺砌用半整齐块石 3.铺砌用不整齐块石 4.锥形块石 （二）桥梁用石料制品 1.片石 2. 块石 3.方块石 4.粗料石 5.细料石 6.镶面石,常用石料制品的特点、规格尺寸和用途,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 集 料,1集料分类 （1）来源：天然砂、人工砂、卵石、碎石、工业冶金矿渣。 （2）加工过程：卵石（又称砾石）和碎石； （3）粒径：粗集料和细集料 2粗细集料粒径的界限 4.75mm（2.36mm）为粗集料 4.75mm（2.36mm）为细集料。,水泥混凝土以4.75mm为界 沥青混合料以2.36mm为界,一、集料的来源与分类,3最大粒径 （1）集料最大粒径：指集料全部通过的最小标准筛筛孔尺寸。 （2）集料公称最大粒径:指集料有10%筛余的最小标准筛筛孔尺寸。,工程中所指的最大粒径 一般指公称最大粒径,集料结构示意图,二、集料的物理性质,1.物理常数,（1）表观密度(视密度)：在规定条件（1055)下烘干至恒重，单位表观体积的质量。 式中：a集料的表观密度（g/cm3）； ms集料矿质实体的质量（g）； Vs集料矿质实体的体积（cm3）； Vn集料闭口孔隙的体积（cm3）。,矿质实体+闭口孔隙,（2）毛体积密度h,定义：集料在规定的条件下，单位毛体积的质量。 式中：h 集料的毛体积密度（g/cm3）； ms集料矿质实体的质量（g）； Vs集料矿质实体的体积（cm3）; Vi 、Vn集料开、闭口孔隙的体积（cm3）;,矿质实体+开口+闭口孔隙,测定方法： a（静水天平法） ：将已知质量的干燥粗集料装在金属吊篮中浸水24h，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，按排水法可计算出包括闭口孔隙在内的体积。 h：将已知质量的干燥集料经24h饱水后，用湿毛巾擦干而求得饱和面干质量，然后用排水法求得在水中的质量，按此测得集料质量和饱和面干体积。,3）堆积密度：指烘干集料颗粒之间单位填充体积的质量。 式中：集料的堆积密度（g/cm3）； ms集料矿质实体的质量（g）； Vs集料矿质实体的体积（cm3）； Vn集料闭口孔隙的体积（cm3）； Vi集料开口孔隙的体积（cm3）； VV集料空隙的体积（cm3）。,矿质实体+开/闭口孔隙+颗粒间的空隙,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25mm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25下。（水泥混凝土) 捣实密度：将集料分装三层，每层用捣棒捣25下。(沥青混合料）,测定方法：容积升（容量筒）,（5）空隙率,定义：集料在自然堆积下空隙的体积（或紧密堆积）占总体积的百分率。反映集料颗粒间相互填充程度。 式中：集料的堆积密度或紧装密度（g/cm3）； a集料的表观密度（g/cm3）； Vi集料开口孔隙的体积（cm3）； VV集料空隙的体积（cm3）； V集料的总体积（cm3）。,水泥混凝土：振实堆积密度； 沥青混合料：捣实堆积密度,（6）粗集料骨架间隙率,定义：指粗集料在捣实状态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结合料的数量，评价集料的骨架结构。 c粗集料的堆积密度（g/cm3）， b粗集料的表观密度（g/cm3）；,（7）细集料的棱角性,以一定条件测定细集料的空隙率表征，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影响。 c细集料的堆积密度（g/cm3）； s细集料的表观密度（g/cm3）；,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；,2. 级 配,定义：是指集料中各种粒径颗粒的搭配比例或分布情况。 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：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为准（相应的筛孔尺寸依次为75mm、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、0.075mm,3. 集料的颗粒形状与表面特征 （1）颗粒形状,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）方向的尺寸之比大于3的颗粒。（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征。 主要影响集料与结合料之间的粘结性能。,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1,B碎石2,分析：,A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。 B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1。 C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）含泥量与石粉含量 含泥量指集料中粒径小于0.075mm的颗粒含量； 石粉含量指人工砂中小于0.075mm的颗粒含量。 a)砂当量SE（JTG F40-2004）用于测定细集料中所含粘土及杂质含量 b)甲基蓝MB值（GB/T14685-2011） 用于判别人工砂中小于0.075mm颗粒含量主要是泥土还是石粉,（2）泥块含量,泥块含量指粗集料中原尺寸大于4.75mm（细集料中1.18 mm），但经水浸洗手捏后小于2.36mm(细集料中0.6mm)的颗粒含量. 集料中的泥块主要以三种类型存在： 由纯泥组成的团块； 由砂、石屑与泥组成的团快； 包裹在集料颗粒表面的泥。,二.力学性质,1、粗集料压碎性：集料在连续 荷载下，抵抗压碎的能力。用压 碎值表示。 沥青路面用粗集料的压碎值 将9.5mm13.2mm集料试样3kg，三层装入（每层捣实25下）压碎值测定仪的钢质圆筒内，放在压力机上，在10min内均匀地加荷至400kN，稳压5s然后卸载，称其通过2.36mm的筛余质量。,压碎指标仪,水泥混凝土用粗集料的压碎值 将9.5mm19.5mm集料试样3kg，两层装入（每层颠击25次）压碎值测定仪的钢质圆筒内，放在压力机上，在3min5min均匀地加荷至200kN，稳定荷载5s，称其通过2.36mm的筛余质量。 式中：m1-试验后筛余的试样质量。 m0-试验前试样质量。,2、磨耗率 集料的磨耗率是指集料抵抗摩擦、撞击等联合作用的能力，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、耐久性等密切相关。 可采用洛杉矶试验法测定，以质量损失百分率来评价。,a.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3033/min的转速转动500转后。过2mm圆孔筛或1.7mm方孔筛，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。 公式：,3、粗集料磨光值（PSV） 经过一段时间的车辆荷载作用后，公路最后向汽车提供抗滑能力是以粗集料为主。所以，必须检测粗集料磨光值。 粗集料磨光值反映集料抵抗轮胎磨光作用的能力即抗滑性，以石料被磨光后的磨擦系数表示。,摆式摩擦系数测定仪,取9.5mm-13.2mm的干燥石料颗粒单层紧密并排列在试模中，用环氧树脂砂浆固定，制成试件，经养护拆模，安装在道路轮上，按照规定先用30号金刚砂对试件磨蚀3h，再用280号金刚砂磨蚀3h，然后用摆式摩擦系数测定仪测定试件的摩擦系数PSVra PSVPSVra49PSVbra PSVbra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 在车轮作用下其抗滑性愈好。 高速公路、一级公路PSV42， 其它公路PSV35。,4集料冲击值（LSV）： 反映集料抵抗多次重复荷载作用的能力（抗冲击韧性），可采用冲击试验仪测定。 粗集料冲击值试验用以测定路面用粗集料抗冲击的性能，以击碎后小于2.36mm部分的质量百分率表示。,冲击试验 选取9.5mm-13.2mm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25次使其初步压实，然后用质量为（13.750.05）kg冲击锤，沿导杆自380mm5mm处自由落下锤击集料，并连续锤击15次，最后将试验后的集料在2.36mm的筛上筛分并称量。冲击值： 式中：LSV- 粗集料的冲击值（%）; m- 试样总质量（g）； m1-试验后通过2.36mm的试样质量。,5集料磨耗值（AAV） 用于评定抗滑表层的集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。 将方孔筛为9.5mm13.2mm的集料单层紧密排列，用环氧树脂砂浆固定，养护24后，然后用道瑞磨耗机以2830r/min的转速磨500圈,测出试验前后的质量损失，粗集料磨耗值按下式计算 式中：AAV-集料的道瑞磨耗值, m1-磨耗前试验件的质量（g）, m2-磨耗后试件的质量（g）, s-集料表干密度（g/cm3）。,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AAV14，其它公路AAV16。,三、化学性质,65%： 碱性石料 与沥青粘附性好 我国公路工程现行的主要抗剥落试验方法有： ）水煮法(最大粒径13.2) ）水浸法(最大粒径13.2 ) ）亲水系数法,坚硬,为保证沥青混合料的强度，在选择集料时应优先考虑采用碱性石料。若当地缺乏碱性石料且必须采用酸性石料时，必须作抗剥落性检验。,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。 .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 FeO3 P2O5 TiO2 碱性氧化物 CaO MgO MnO BaO 中性氧化物 Al2O3 硫化物CaS MnS FeS,矿渣的活性是指与水、或与某些碱性溶液、或硫酸盐溶液发生化学反应的性质。 采用碱性系数M0及质量系数K反映高炉矿渣活性。 钢渣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。所以钢渣采用碱度系数M反映。,.矿渣集料的技术特性,）物理力学特性 受冷却加工方式的影响 ）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-CaO ）的消解 通常f-CaO含量小于时方可应用于路面结构中。 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,概 述,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。 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： 最小空隙率：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。 最大摩擦力：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 构，且具有最大的摩擦力。 组成设计的目的： 选配一个具有足够密实度，并且有较高内摩擦力的矿质混合料。,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 1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、通过百分率。,振筛机,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。,）分计筛余ai（%） ：某号筛上的筛余量占试样总质量的百分率。 ）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。 ）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：3.73.1为粗砂 ；3.02.3为中砂；2.21.6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和级配两个指标。,重点难点强化训练,思考点：如何评价砂的粗细程度？ 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。,解：,重点难点强化训练,作 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。,级配曲线的绘制 理论级配曲线：以级配理论公式计算出的通过百分率（%）为纵坐标，以筛孔尺寸（mm）为横坐标绘制而成的曲线。 问题：由于筛孔尺寸以1/2递减，横坐标的位置前密后疏，图形很混乱。 筛孔尺寸取对数作为横座标 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： 1、先计算出各颗粒粒径的对数lgdi 2、以对数lgdi为横坐标，通过百分率为纵坐标。 3、将按计算所得的各颗粒粒径（di）的通过百分率（pi）绘于坐标图上，再将各点连接为光滑的曲线，即为级配曲线。,级配类型 ： 连续级配：是采用标准套筛对某一混合料进行试验，所得级配曲线平顺圆滑，具有连续性。这种由大到小，逐级粒径均有，按比例互相搭配组成的矿质混合料。 间断级配：在矿质混合料中剔除其一个分级或几个分级而形成一种不连续的矿质混合料。 单粒径,单粒径,2. 集料的级配对于矿料性能的影响,a、集料级配差，骨架空隙率大，填充所用的结合料越多。 b、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。 c、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。,级配优良的标准： a、空隙率最小：不同粒径的各级矿质集料按一定比例搭配，使其组成一种具有最大密实度（即最小空隙率）的矿质混合料。 b、最大摩擦力：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构且具有最大的摩擦力。,3、级配计算 （）（富勒）.uller理论 “级配曲线愈接近抛物线时，则其密度愈大”，因此，当级配曲线为抛物线时为最大密度曲线。 P通过率 d筛孔尺寸 K统计参数 当（集料最大粒径）时，P100，则：,T,（）（泰波）.albal理论 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n次幂的通式，即,n=0.450.5，密实度最大 n=0.30.7，密实度尚可 n=0.350.45，工作性较好,泰波理论可用来解决连续级配的级配范围问题，故具有很大的实用意义。,建立半对数坐标的方法： 先求出各颗粒粒径的对数，并将其确定为横坐标；以 P i（通过百分率）为纵坐标。 根据泰波公式 n=0.30.7 计算所得的各颗粒粒径(di)的通过百分率(Pi)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。 实际级配合成操作时，只要得出的合成级配结果位于要求的级配范围之间，则认为该合成级配基本满足设计级配的要求。,级配曲线范围的绘制,(3)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，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：,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单一集料的级配一般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。,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要