道路工程材料-砂石与集料课件

道路工程材料第一章石料与集料 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 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 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 密度 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 二 石料的物理性质 物理常数 1 密度 真实密度 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 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 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 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 1 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 孔隙率 道路工程材料第一章石料与集料 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 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 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 二 石料的物理性质 抗冻性 3 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 道路试件 50 50 50 2mm立方体 50 H50 2mm的圆柱体 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 试件类型 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 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 影响因素 试件尺寸加荷速率湿度等 内因 外因 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 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 2 50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 耗时长达5h以上 试件尺寸单一 50 75mm 与路用实际情况不符合 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 48mm 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 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 省时 15min左右 使石料受到更严峻的冲击 剪切 摩擦作用 石料级差大 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 岩浆岩类 火成岩 石灰岩类 沉积岩 砂岩与片麻岩类 变质岩 砾石岩 天然风化 2 分级指标 饱水抗压强度和磨耗率 最坚强 坚强 中等坚强 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 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 堆积 松装 密度 集料按自由下落方式装样 振实 紧装 密度 集料振摇方式装样 捣实密度 集料振摇方式装样 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 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 1 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 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 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 压碎指标值 适用于水泥混凝土用集料 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 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 2 PSV 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 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 cm3 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 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 5 2 5 1 25 0 63 0 3 方孔筛 边长 13 2 9 5 4 75 2 36 1 18 0 6 0 3 0 15 0 075 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 筛分试验 标准筛 图1 12筛分试验用套筛 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 分计筛余百分率ai 某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率 一 矿质混合料的级配 1 集料级配的表示方法 筛析试验 级配参数 通过百分率pi 通过某号筛的集料质量占试件总质量的百分率 Pi 100 Ai 累计筛余百分率Ai 等于或大于某号筛上筛余质量之和占总质量的百分率 Ai a1 a2 a3 道路工程材料第一章石料与集料 评价细集料粗细程度 粗砂 Mf 3 7 3 1中砂 Mf 3 0 2 3细砂 Mf 2 2 1 6 一 矿质混合料的级配 1 集料级配的表示方法 2 细集料的细度模数 1 3矿质混合料的组成设计 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 3 集料的级配曲线 作图 纵坐标为通过百分率P 常数坐标 横坐标为筛孔尺寸 mm 注意 坐标单位 注明不同曲线意义 判断集料级配是否符合要求 图1 13级配曲线 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 3 集料的级配曲线 连续级配 级配曲线光滑 每一种尺寸的集料都有间断级配 剔除一个或几个分级 曲线形成折线形单粒径 道路工程材料第一章石料与集料 图1 17级配类型示意图 单粒径 图1 14连续级配与间断级配曲线示意图 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 2 级配组成对矿料性能的影响 矿质混合料的级配组成与其密度及颗粒间内摩阻力有关 从而对水泥混凝土或沥青混凝土的强度 耐久性及施工和易性有显著影响 最小空隙率 达到最大密实度最大摩阻力 增加集料的稳定性和强度 互相嵌紧 互不干涉 紧密多级空间网络骨架结构 道路工程材料第一章石料与集料 p2 kd当d D时 p 100 1002 k D 式中 d 集料中颗粒的筛孔尺寸 mmD 矿质混合料最大粒径 mm 1 3矿质混合料的组成设计 一 矿质混合料的级配 3 连续级配的计算 1 最大密度级配计算 富勒理论 集料在某筛孔上的通过百分率和筛孔尺寸的关系越接近抛物线 该集料的密度越大 空隙率越小 道路工程材料第一章石料与集料 式中 n 级配指数 1 3矿质混合料的组成设计 一 矿质混合料的级配 3 连续级配的计算 2 级配曲线范围公式 泰波公式 道路工程材料第一章石料与集料 图1 15级配指数与级配曲线的关系图 n 0 45 0 5 密实度最大n 0 3 0 7 密实度尚可n 0 35 0 45 工作性较好 工艺性能 道路工程材料第一章石料与集料 目的 确定矿质混合料中各档集料的比例已知条件 各档集料级配P d 设计级配范围P d方法 数解法 图解法 1 3矿质混合料的组成设计 二 矿质混合料的配合比设计方法 道路工程材料第一章石料与集料 需要根据集料的分计筛余率进行计算 1 3矿质混合料的组成设计 二 矿质混合料的配合比设计方法 1 数解法 试算法 基本假定某一粒径的颗粒由一种集料提供 其它集料中不含此粒径的颗粒该粒径的颗粒在该集料中是占优势的 道路工程材料第一章石料与集料 计算过程已知 集料混合料 1 准备工作 Pi Ai ai 2 计算方程 X Y Z 100 1 d i时 X aA i Y aB i Z aC i aM i 2 矿质混合料的配合比设计方法 试算法 道路工程材料第一章石料与集料 确定各集料用量步骤 计算A集料在矿质混合料中的用量X确定A集料中占优势含量的粒径 A集料中含量占优势粒径i 4 75mm aA 4 75 49 9 忽略其它集料在此粒径含量aB i 0 aC i 0 代入式 2 A集料用量X为 矿质混合料的配合比设计方法 试算法 道路工程材料第一章石料与集料 步骤 计算C集料在矿质混合料中的用量Z 确定C料中占优势的粒径由表C集料中含量占优势粒径为 j 0 075mmaZ 0 075mm 85 3 忽略A B集料同一粒径含量 aA j 0 aB j 0C料用量Z为 矿质混合料的配合比设计方法 试算法 道路工程材料第一章石料与集料 步骤 计算B集料在矿质混合料中的用量Y由公式 1 Y 100 X Z 100 42 1 7 0 50 9 矿质混合料的配合比设计方法 试算法 道路工程材料第一章石料与集料 校核调整计算合成矿质混合料的通过百分率PM i 合成级配X PA i Y PB i Z PC i PM i 要求 合成级配aM i 或PM i 应在规定的级配范围内 调整配合比后还应重新进行校核 直至符合要求为止 经调整后仍不能满足级配要求时 可掺加单粒级集料或调换集料 矿质混合料的配合比设计方法 试算法 道路工程材料第一章石料与集料 所选择的粒径应在该集料中占有较大的优势 道路工程材料第一章石料与集料 道路工程材料第一章石料与集料 图解法 修正平衡面积法按通过百分率计算并制图 1 绘制图解法坐标图 计算设计级配范围中值 绘制图框并作对角线 为设计级配中值 确定纵坐标