第1章石料与集料

1、河北工业大学 肖庆一 石料 集料 矿质混合料的组成设计 石料与集料的工程应用 一、石料的岩石学特性 1、造岩矿物 造岩矿物是具有一定好 学成分和结构特征的天然化 合物或单质，简称矿物。主 要的造岩矿物有：石英、长 石、云母、角闪岩、方解石 、白云石、黄铁矿、石膏、 菱镁矿、磁铁矿和赤铁矿。 全面系统掌握这些矿物的物 理力学性质，并能够正确识 别，对于将来工作中快速判 断石料集料的力学性质、识 别石料品种有着重要意义。 一、石料的岩石学特性 2、岩石的分类 （1）岩浆岩：是岩浆冷却形 成的岩石。根据冷却条件不同 又分为深成岩、喷出岩及火成 岩三类。 （2）沉积岩：是由母岩（岩 浆岩、变质岩和早已

2、形成的沉 积岩）在地表经风化剥蚀而产 生的物质，经过搬运、沉积和 硬结成岩作用而形成的岩石， 因其多数是经过水流搬运、沉 积而成，又称为水成岩。 （3）变质岩：是 原生的岩浆 岩或沉积岩经过地质上的变质 作用而形成的岩石。 一、石料的岩石学特性 3、常用岩石及其性质 项目花岗岩玄武岩辉长岩石灰岩砂岩石英岩片麻岩 类型岩浆岩喷出岩？沉积岩变质岩变质岩 组成矿物 石英、长石、 云母、暗色 矿物等 暗色矿物 斜长石、辉 石、上狼橄 榄石 方解石，少量粘土、 白云石、氧化铁、 氧化硅、碳酸镁及 少量有机质 石英，少量 长石、方解 石、白云石、 云母 结晶氧化 硅 石英、长石、 云母、暗色 矿物等 颜色

3、 深青、浅灰、 黄、紫红 灰黑色黑绿色 灰色、黄色、浅红， 有机质多呈黑色 浅灰色、白 色、灰色、 红色、黄色 ？ 结晶构造 细晶粒、密 实 玻璃质隐晶质 斑状，气孔状 或杏仁状 等粒结晶质 结构和块状 结构 散粒、多孔及致密 碎屑结构， 层状构造 均匀致密 等粒或斑状， 层状构造 密度2.52.82.93.52.93.32.02.61.52.2？ 抗压强度120250100500200350201205200250400120250 一、石料的岩石学特性 2、岩石的主要化学组成 从表中可以看出岩石的化学成分主要有氧化硅、氧化 钙、氧化铁、氧化铝和氧化镁以及少量的氧化锰、 三氧化硫等。 一、石

4、料的岩石学特性 2、岩石的主要化学组成 早年的研究认为矿质集料是一种惰性 材料，它在混合料(各种矿质集料与水泥 和沥青组成)中起着物理作用。随着科学 发展，科学家们根据物化一力学的研究， 认为矿质集料在混合料中与结合料起着物 理一化学作用。岩石的化学性质将影响着 混合料的物理一力学性质。 克罗斯分类法通常石料的酸碱性按照 其化学组成中SiO2的含量来划分，分为酸 性石料（含量大于65%）、中性石料（含 量为52%65%）和碱性石料（含量小于 52%）。大部分硅质石料，在水中带有负 电荷，亲水性较大（亲水系数大），而石 灰岩等钙质石料在水中带正电荷，亲水性 较弱（亲水系数小）。 二、石料的物理性

5、质 1、物理常数 常用的物理常数是密度和孔隙率。 （1）密度 真实密度：是指在规定 条件下，烘干石料矿质实体 单位真是体积的质量。 二、石料的物理性质 1、物理常数 常用的物理常数是密度和孔隙率。 （1）密度 表观密度：是指在规定条 件下，烘干石料矿质实体包 括闭口孔隙在内的单位表观 体积的质量。 二、石料的物理性质 1、物理常数 常用的物理常数是密度和孔隙率。 （1）密度 毛体积密度：在规定条 件下，烘干石料矿质实体 包括孔隙（开口、闭口孔 隙）体积在内的单位毛体 积的质量。 二、石料的物理性质 1、物理常数 常用的物理常数是密度和孔隙率。 （2）孔隙率 是指石料孔隙体积站石料 总体积（包括

6、开口孔隙和 闭口孔隙体积）的百分率。 二、石料的物理性质 2、吸水性 石料吸入水分的能力称为吸水性，其大小可以用吸水率和饱水 吸水率来表示。石料吸水性的大小与其孔隙率的大小及孔隙构造特征 有关。石料的吸水性能够有效的反应岩石裂隙的发育程度，并用于判 断岩石的抗冻性和抗风化能力。 二、石料的物理性质 2、抗冻性 抗冻性是指石料在饱水状态下，能够经受反复冻结和融化而不 破坏，并不快严重降低强度的能力。 （1）直接冻融法：是测定石料在饱水状态下，抵抗反复冻融性能 的直接方法。我国现行抗冻性的试验方法是采用直接冻融法。该方法 是将岩石加工为规则的块状试样，在常温条件下(205)，采用逐渐 浸水的方法，

7、使开口孔隙吸饱水分，然后置于负温（通常采用-15) 的冰箱中冻结4h，最后在常温条件下融解，如此为一冻融循环。经 过10、15、25或50次循环后，观察其外观破坏情况并加以记录。 二、石料的物理性质 2、抗冻性 （2）坚固性试验 坚固性试验是评定石料试样经饱和硫酸盐 溶液多次浸泡与烘干 后，不发生显著破坏或强度降低的性能。将烘干岩石试件置入饱和硫 酸钠溶液中浸泡20h后，将试件取出置于105土5的烘箱中烘烤4h ，至此完成第1个循环。待试样冷却至2025后，即开始第2个循 环。从第2个循环起，浸泡和烘烤时间均为4h。完成5次循环后，仔 细观察试件有无破坏现象，将试件洗净烘至恒重，准确称出其质量

8、， 按式(1-5)计算坚固性试验质量损失率。 三、石料的力学性质 1、石料的抗压强度 （1）测试方法：采用单轴加荷的方法对规则形状的石料试 验进行抗压强度试验。 （2）影响因素 内因：石料的矿物组成、结构及孔隙构造；外因：石 料试件的尺寸和形状。 三、石料的力学性质 2、磨耗率 砂石材料的磨耗率是指其抵抗撞击、摩擦的 联合作用的能力，常采用洛杉矶磨耗试验或狄法 尔磨耗试验测定。 （1）洛杉矶磨耗试验（搁板式试验法） 将一定质量且有一定级配的石料试样和钢球置于搁 板式试验机中，以3033r/min的转速转动直至 要求次数后停止，取出试验样过称重，石料的磨 耗率： 三、石料的力学性质 2、磨耗率

9、（2）狄法尔式磨耗试验（双筒式磨耗试验 ） 狄法尔式磨耗试验：在磨耗机的两个 圆桶中分别放入单一粒径碎石或砾石试样 ，磨耗机以3033r/min转速转动10000 转后停机，去除试样过筛并称量，计算公 式同洛杉矶磨耗试验计算式。狄法尔式试 验与洛杉矶试验相比，与实际情况相关性 差，且区分度小，而且费时。 四、石料的技术标准 五、石料种类 道路路面建筑用岩石制品：包括直接铺砌路面面层用的整齐块石、半 整齐块石和不整齐块石三类；用作路面基层用的锥形块石、片石等。 各种岩石制品的技术要求和规格简要分述如下：高级铺砌用整齐块石 、路面铺砌用半整齐块石、铺砌用不整齐块石、锥形块石。 桥梁建筑所用岩石主要

10、制品：片石、块石、方块石、粗料石、镶面石 等。 一、集料的定义 集料：是由不同粒径矿质颗粒组成的混合料，它包括各种天然砂、人工砂、卵 石和碎石，以及多种工业废渣。 天然砂：是经过自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的粒径小于4.75mm的 岩石砂砾，包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。 人工砂：是指经除土处理的机制砂、混合砂的统称。机制砂是由机械破碎、筛 分支撑的粒径小于4.75mm的岩石颗粒。混合砂是由机制砂和天然砂混合制 成的砂。 卵石：是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的粒径大于4.75mm的岩石 颗粒。 碎石：是将天然岩石或卵石经机械破碎、筛分支撑的粒径大于4.75mm的岩石 颗粒。 工

11、业冶金矿渣：一般是指金属冶炼过程中排出的非金属熔渣，常指高炉矿渣和 钢渣等，为一类具有独特性能的人造石料。 一、集料的定义 沥青混合料沥青混合料 中粗细集料中粗细集料 的分界尺寸的分界尺寸 二、集料的物理性质二、集料的物理性质 1 1、物理常数、物理常数 （1 1）密度）密度 包括：表观密度、毛体积密度、表干密度及堆积密度。包括：表观密度、毛体积密度、表干密度及堆积密度。 表观密度、毛体积密度和表观密度、毛体积密度和表干密度表干密度 表干密度又称作饱和面干毛体积密度，其计算体积与计算毛体积表干密度又称作饱和面干毛体积密度，其计算体积与计算毛体积 密度相同，但计算质量为集料颗粒的表干质量（饱和面

12、干状态，包括密度相同，但计算质量为集料颗粒的表干质量（饱和面干状态，包括 了吸入开口孔隙中的水的质量）。了吸入开口孔隙中的水的质量）。 二、集料的物理性质二、集料的物理性质 1 1、物理常数、物理常数 （1 1）密度）密度 堆积密度堆积密度 堆积密度是指烘干集料颗粒矿质堆积密度是指烘干集料颗粒矿质 实体的单位装填体积（包括集料颗粒实体的单位装填体积（包括集料颗粒 间空隙体积、集料矿质实体及其闭口间空隙体积、集料矿质实体及其闭口 、开口孔隙体积）的质量。、开口孔隙体积）的质量。 二、集料的物理性质二、集料的物理性质 1 1、物理常数、物理常数 （2 2）空隙率）空隙率 孔隙率是指在某种堆积状态下

13、的孔隙率是指在某种堆积状态下的 空隙体积（含开口孔隙）占堆积体积空隙体积（含开口孔隙）占堆积体积 的百分率。的百分率。 二、集料的物理性质二、集料的物理性质 1 1、物理常数、物理常数 （3 3）粗集料骨架间隙率）粗集料骨架间隙率VCAVCA VCAVCA通常指通常指4.75mm4.75mm以上粗集料在以上粗集料在 捣实状态下颗粒间的空隙体积的百分捣实状态下颗粒间的空隙体积的百分 含量。含量。 二、集料的物理性质二、集料的物理性质 1 1、物理常数、物理常数 （4 4）细集料的棱角性）细集料的棱角性 细集料的棱角性可由一定条件下细集料的棱角性可由一定条件下 测定的空隙率表征。当空隙率较大时测定

14、的空隙率表征。当空隙率较大时 ，意味着细集料有着较大的内摩擦角，意味着细集料有着较大的内摩擦角 。 二、集料的物理性质二、集料的物理性质 2 2、集料的级配、集料的级配 级配是指集料中个中粒径颗粒的搭配比例或分布情况。级配对级配是指集料中个中粒径颗粒的搭配比例或分布情况。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，级配设计也是水泥混凝土及沥青混合料配合比设计的重要组影响，级配设计也是水泥混凝土及沥青混合料配合比设计的重要组 成部分。成部分。 集料的筛分试验确定。粗集料：对水泥混凝土用粗集料可采用集料的筛分试

15、验确定。粗集料：对水泥混凝土用粗集料可采用 干筛法筛分，对沥青混合料及基层用粗集料必须采用水洗法；细集干筛法筛分，对沥青混合料及基层用粗集料必须采用水洗法；细集 料：对水泥混凝土用细集料可采用干筛法，如果需要也可采用水洗料：对水泥混凝土用细集料可采用干筛法，如果需要也可采用水洗 法筛分；对沥青混合料及基层用细集料必须用水洗法筛分。法筛分；对沥青混合料及基层用细集料必须用水洗法筛分。 有关级配的理论及计算等内容将在下一节具体介绍。有关级配的理论及计算等内容将在下一节具体介绍。 二、集料的物理性质二、集料的物理性质 3 3、集料的形状与表面特征、集料的形状与表面特征 （1 1）颗粒表面形状）颗粒表

16、面形状 （2 2）表面特征）表面特征 定义：是指集料表面粗糙程度及孔隙特征等，它与定义：是指集料表面粗糙程度及孔隙特征等，它与 集料的材质、岩石结构、矿物组成及其受冲刷、集料的材质、岩石结构、矿物组成及其受冲刷、 受腐蚀程度有关。受腐蚀程度有关。 类型类型颗粒形状特点颗粒形状特点集料品种集料品种 蛋圆形较光滑表面，无明显棱角， 颗粒浑圆 天然砂及各种砾石、 陶粒 棱角形粗糙的表面积明显的棱边碎石、石屑、破碎 的矿渣 针状长度方向明显大于其他方 向的尺寸 砾石、碎石中均存 在 片状厚度防线明显大于其他方 向 砾石、碎石中均存 在 顎式破碎机 反击式破碎机垂式破碎机 二、集料的物理性质二、集料的物

17、理性质 4 4、含泥量和泥块含量、含泥量和泥块含量 含泥的危害：存在于集料中或包裹在集料颗粒表面的泥土会降低水 泥的水化反应速度，也会妨碍集料与水泥（或沥青）间的粘结能力 ，显著影响混合料的整体强度与耐久性，应对其含量加以限制。 （1 1）含泥量与石粉含量）含泥量与石粉含量 含泥量是指集料中粒径小于0.075mm的颗粒含量，石粉含量是指 人工砂中小于0.075mm的颗粒含量，两者均按照式（1-14）计算 。 式中：Qa集料的含泥量和石粉含量（%） m0试验前烘干集料试样的质量（g） m1经筛洗后，0.075mm筛上烘干试样的质量（g） 01 0 100 n mm Q m 二、集料的物理性质二、

18、集料的物理性质 4 4、含泥量和泥块含量、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 砂当量砂当量SESE 用于测定天然砂、人工砂、石屑等各种细集料中所含的粘性土或杂质用于测定天然砂、人工砂、石屑等各种细集料中所含的粘性土或杂质 的含量，以评定集料的洁净程度。的含量，以评定集料的洁净程度。 甲基蓝甲基蓝MBMB值值 用于确定细集料中是否存在膨胀性粘性土，并测定其含量，以评定集用于确定细集料中是否存在膨胀性粘性土，并测定其含量，以评定集 料的洁净程度。料的洁净程度。 式中：MB甲基蓝，g/kg，表示1kg人工砂试样所吸附的甲基蓝克数 ； G试样质量；V所加入的甲基蓝溶液的总量

19、，ml。 1 0 V M B G 二、集料的物理性质二、集料的物理性质 4 4、含泥量和泥块含量、含泥量和泥块含量 （2 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1.18mm)，但经水 浸洗、手捏后小于2.36mm（细集料中0.6mm）的颗粒含量，按照 式(1-16)计算。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、石屑与泥组成的团块；包裹在集料颗粒表面的泥。 式中：Qb集料的含泥量（%）； G1粗集料为4.75mm(细集料 为1.18mm)筛上试样的质量（g）；G2粗集料为4.75mm(细集料 为1.18mm)筛上试样经水洗后，粗集料为2.36mm（细

20、集料为 0.6mm）筛上烘干试样的质量（g） 12 2 1 0 0 % b GG Q G 三、粗集料的力学性质三、粗集料的力学性质 1 1、压碎值、压碎值 压碎值：按规定的方法测得岩石抵抗压碎的能力也是集料强度的相 对指标，以鉴定集料品质。按公路工程集料试验规程(JTG E422005)的规定，水泥混凝土用粗集料压碎值试验是将 9.519.0mm集料试样3kg装入压碎值测定仪的钢质圆筒内，放在 压力机上，在35min内均匀地加荷至200kN立即卸载，称其通过 2.36mm的筛余质量： 式中：Qa 集料的压碎值（%）；m0 试样的质量(g )；m1 试验后通过2.36mm筛孔的细料质量（g）。

21、1 0 1 0 0 a m Q m 三、粗集料的力学性质三、粗集料的力学性质 1 1、压碎值、压碎值 压碎值：按规定的方法测得岩石抵抗压碎的能力也是集料强度的相 对指标，以鉴定集料品质。按公路工程集料试验规程(JTG E422005)的规定，水泥混凝土用粗集料压碎值试验是将 9.519.0mm集料试样3kg装入压碎值测定仪的钢质圆筒内，放在 压力机上，在35min内均匀地加荷至200kN立即卸载，称其通过 2.36mm的筛余质量： 式中：Qa 集料的压碎值（%）；m0 试样的质量(g )；m1 试验后通过2.36mm筛孔的细料质量（g）。 1 0 1 0 0 a m Q m 三、粗集料的力学性

22、质三、粗集料的力学性质 2 2、磨光值、磨光值 磨光值：反映岩石抵抗轮胎磨光作用能力的指标，它 是采用加速磨光机磨光岩石，并用摆式摩擦系数测定 仪测得的磨光后集料的摩擦系数。用高磨光值的岩石 来铺筑道路路面表层，可以提高路表抗滑能力，保障 车辆安全行驶。 磨光值试验的基本方法是将1015mm干净岩石 颗粒单层紧密地排列在试模之中，并用环氧树脂砂浆 固定，制成试件，经养护后拆模。同种岩石制备四个 试件，顺序安装在道路轮上。先用30号金刚砂对试件 磨蚀3h，再用280号金刚砂磨蚀3h后停机。取出试 件后，用摆式摩擦系数测定仪测定试件的摩擦系数， 将摩擦系数除以06即为集料的磨光值，以PSV表示 。

23、岩石磨光值愈高，表示其抗滑性愈好。 三、粗集料的力学性质三、粗集料的力学性质 3 3、冲击值、冲击值 冲击值：反映岩石抵抗多次连续重复冲击荷载作用的能力。按现行 规范公路工程集料试验规程(JTG E422005)中规定的试验方 法，集料的冲击值试验采用尺寸为9.513.2mm的干燥集料颗粒， 按标准方法分三层装入量筒中，称取集料试样质量。将称好质量的 集料装入圆形钢筒中后置于冲击试验仪上，用捣实杆单独捣实25次 。调整锤击高度，让锤从3805mm处自由落下，连续锤击集料15 次，每次间隔不少于1s。将击实试验后的集料用2.36 mm筛筛分， 称取通过2.36nm筛的石屑质量。 三、粗集料的力学

24、性质三、粗集料的力学性质 3 3、冲击值、冲击值 集料冲击值按式(1-22)计算： 式中：LSV 集料的冲击值（） m0 试样的总质量（g） m1 冲击试验后，通过 2.36mm 筛的石屑质量（g） 1 0 1 0 0 m L S V m 三、粗集料的力学性质三、粗集料的力学性质 4 4、磨耗值、磨耗值 磨耗值：用于确定岩石抵抗表面磨损的能力， 适用于对路面抗滑表层所用集料抵抗车轮磨耗 能力的评定。我国现行公路工程集料试验规 程（JTJ0582000)，采用道瑞磨耗试验机 测试岩石磨耗值。集料的磨耗值按式(1-23)计 算： 式中：AAV 集料的道瑞磨耗值；m1 磨耗前试样的质量（g）；m2

25、磨耗后试样 的质量（g）；s 集料表干密度 (g/cm3) 。 集料磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差。 12 3 100 s mm AAV 四、工业冶金矿渣集料的技术性质四、工业冶金矿渣集料的技术性质 1 1、定义、定义 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。高估炼铁时形成的 熔渣称为高炉矿渣，是在炼钢过程中得到的 氧化物。 工业冶金矿渣应用：高炉矿渣及钢渣经自然 冷却或经一定工艺处理，可用于修筑道路基 层，也可作为水泥混凝土或沥青混凝土路面 用的集料，其中粒化高炉矿渣还可以用作水 泥混凝土材料。 与天然矿质集料的区别：这类材料含有较多 的活性矿物。 四、工业冶金矿渣集料

26、的技术性质四、工业冶金矿渣集料的技术性质 1 1、矿渣的主要化学成分及活性、矿渣的主要化学成分及活性 高炉矿渣的主要化学成分：酸性氧化物，碱性氧化物，中性氧化物 ，硫化物等等。酸碱氧化物的比例对矿渣的性能影响较大。其的活 性，是指其与水、或与某些碱性溶液、或与硫酸溶液发生化学反应 的性质。通常用碱性系数M0和质量系数K反应活性。 钢渣的主要化学成分：炼钢排出的渣，依炉型分为转炉渣、 平炉渣 、 电炉渣。排出量约为粗钢产量的1520。主要的矿物相为硅 酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及硅 、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体等。钢渣的活性用碱度M 反映。 四、工业冶金矿渣集

27、料的技术性质四、工业冶金矿渣集料的技术性质 2 2、矿渣集料的技术特性、矿渣集料的技术特性 物理力学特性：酸矿质集料的矿物成分和组织致密程度存在着巨大 的差别，因此其物理力学性能变化范围大，分散性大。 化学稳定性：在自然条件下，工业冶金矿渣的某些成分会与水产生 化学反应，发生体积变化。 影响化学稳定性的原因 游离氧化钙消解游离氧化钙消解：体积膨胀12倍，产生内应力， 颗粒崩裂破坏。 铁和锰分解铁和锰分解：FeS和MnS可以与水反应生成氢氧化 铁和氢氧化锰，体积膨胀，引起体积安定性问题。 一、矿质混合料的级配 1、集料级配的表示方法 （1）集料通用表示方法 筛分试验筛分试验 矿质集料的级配采用筛

28、分试验确定，其方法就是取一定数量的集 料试样，在标准筛上进行筛分（标准筛是指形状和尺寸规格符合规范 要求的系列样品筛） 级配参数级配参数 在筛分试验中，分别称量集料试验存留在各筛上的筛余质量，然 后计算出反映该集料试验级配有关参数：分计筛余百分率ai、累计筛 余百分率Ai和通过百分率pi。 一、矿质混合料的级配 1、集料级配的表示方法 （1）集料通用表示方法 级配参数级配参数 分计筛余百分率 某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率，按式(1-9)计算： 式中：ai 某号筛上的分计筛余（%） mi 存留在某号筛上的质量（g） M 试样的总质量（g） 1 0 0 i i m a M 一、矿质混合料

29、的级配 1、集料级配的表示方法 （1）集料通用表示方法 级配参数级配参数 累计筛余百分率 某号筛的分计筛余百分率和大于某号筛的各筛的分计筛余百分率 之总和，可按式下计算： Ai = a1 + a2+ + ai 式中：Ai 累计筛余（%）；a1、a2、 、 ai 4.75mm、2.36 mm至计算的某号筛的分计筛余（%）。 通过百分率 通过某号筛的试样质量占试样总质量的百分率，即100与某号筛累计筛 余百分率之差，按式(1-11)计算： pi = 100-Ai 式中：pi 通过百分率（%）, Ai 累计筛余（）. 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 细度模数是用

30、于评价细集料粗细程度的指标，为细集料筛分试验中各号 筛上的累计筛余百分率之和，按下式计算 式中 ：MX 细度模数；A0.15、A0.30、A4.75 0.15mm 、 0.3mm、 、4.75mm各筛的累积筛余百分率（%） 例题1-1 0.150.300.601.182.364.75 4.75 5 100 x AAAAAA M A 一、矿质混合料的级配 1、集料级配的表示方法 （3）级配曲线 级配曲线的绘制 两种常见的类型。 一、矿质混合料的级配 1、集料级配的表示方法 （3）级配曲线 级配曲线类型 根据矿料级配曲线的形状，将其划分为连续级配和间断级配。 u连续级配特点连续级配特点：有大到小各

31、级粒径的颗粒都有，各级颗粒按照一 定的比例搭配，绘制出的级配曲线平滑不间断。 u间断级配的特点间断级配的特点：缺少一级或几个粒级的颗粒，大颗粒与小颗粒 间存在较大的空档，所得的曲线是非连续的、中间间断的曲线。 一、矿质混合料的级配 2、级配组成对矿质混合料性能的影响 矿质混合料的级配组成与沥青混合料的密实度以及颗粒间内摩阻 力有着密切的关系，因而对水泥混凝土或沥青混合料的强度、耐久性 以及施工和易性有着显著的影响。 一、矿质混合料的级配 3、连续级配的计算 （1）最大密度级配计算公式 最大密度曲线理论 最大密度曲线是通过试验提出的一种理想曲线(如 下页图所示)。该理论认为“矿质混合料的颗粒级配

32、曲线愈接近抛物线 ，则其密度愈大”。因此，当级配曲线为抛物线时其密实度最大。最 大密度理想曲线可用粒径(d)与通过量(p)表示如下： p2= k d 式中；p 各级颗粒粒径集料的通过量()； d 矿质混合料各级颗粒粒径(mm)； k 常数。 一、矿质混合料的级配 3、连续级配的计算 （1）最大密度级配计算公式 最大密度曲线的n幂公式最大密度曲线是一种理想的级配曲线。在实 际应用中，矿质混合料的级配曲线应该允许在一定范围内波动，级配 范围(包括密级配和开级配)n幂常在0.30.7之间，目前多采用n次幂 的通式表达如下）。不同n幂的级配曲线式如下页图所示。 式中：p、d、D 意义前式 n实验指数

33、100() n d p D 例题1-2 最大密度曲线和级配范围图最大密度曲线和级配范围图 二、矿质混合料的配合比设计方法 (一) 试算法 1)基本原理 试算法适用于2-3种矿料组成的混合料，是最简单的一种方法。 试算法的基本原理是，设有几种矿质集料，欲配制某一种一定级配要 求的混合料。在决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该粒径占优势的集料所组成，而其他 各种集料不含这种粒径。如此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。如果比例不合适，则稍加调整，这样逐步渐进， 最终达到符合混合料级配要求的各集料配合比例。 二、矿质混合料的配合比设计方法

34、(一) 试算法 2)试算法步骤 例如现有A、B、C三种集料，欲配制成某一级配要求的混合料M。确定 这三种集料在混合料M中的配合比例（即配合比），按题意作下列两 点假设。 设A、B、C三种集料在混合料M中的用量比例为X、Y、Z，则 X + Y +Z = 100 又设混合料M中某一级粒径（i）要求的含量为aM(i)，A、B、C三种集 料在该粒径的含量为aA(i) 、aB(i) 、 aC(i) 。则 aA(i) X + aB(i) Y + aC(i) Z = aM(i) 二、矿质混合料的配合比设计方法 (一) 试算法 计算A料在矿质混合料中的用量比例在计算A料在混合料中的用量时，按A料 在优势含量的

35、某一粒径计算，而忽略其它集料在此粒径的含量。设按粒径尺 寸为i(mm)的粒径来进行计算，则B料和C料在该粒径的含量aB(i)和aC(i)均等于 零。由式aA(i) X + aB(i) Y + aC(i) Z = aM(i)可得。即A料在混合料中的用量比例： 计算C料在矿质混合料中的用量比例同前理，在计算C料在混合料中的用量， 按C料占优势的某一粒径计算，而忽略其它集料在此粒级的含量。设按C料粒 径尺寸j(mm)的粒径来进行计算，则A料和B料在该粒径的含量aA(j) 和aB(j)均等 于零。即C料在混合料中的用量比例： ( ) ( ) 100% M i A i a X a ( ) ( ) 100

36、% Mj C j a Z a 二、矿质混合料的配合比设计方法 (一) 试算法 计算B料在矿质混合料中的用量比例 根据求得A料和C料在混合料中的含量X和Z后，由式X + Y +Z = 100即可得： Y = 100一 (X + Z ) 校核调整按上述步骤即可计算A、B、C三种集料组成矿质混合料的配合比X、Y 、Z。经校核，如不在要求的级配范围内，应调整配合比重新计算和复核。 二、矿质混合料的配合比设计方法 （一) 试算法 计算B料在矿质混合料中的用量比例 根据求得A料和C料在混合料中的含量X和Z后，由式X + Y +Z = 100即可得： Y = 100一 (X + Z ) 校核调整按上述步骤即

37、可计算A、B、C三种集料组成矿质混合料的配合比X、Y 、Z。经校核，如不在要求的级配范围内，应调整配合比重新计算和复核。 例题例题1-3 二、矿质混合料的配合比设计方法 （二) 图解法 通常采用“修正平衡面积法”确定矿质混合料的合成级配。在“修正平衡面积法”中， 将设计要求的级配中值曲线绘制成一条直线，纵坐标和横坐标分别代表通过百 分率和筛孔尺寸，这样，当纵坐标仍为算术坐标时，横坐标的位置将由设计级 配中值所确定。 1 . 绘制级配曲线坐标图 按照一定的尺寸绘制矩形图框，通常纵坐标通过量取10cm，横坐标筛孔尺寸 （或粒径）取15cm。连接对角线作为设计级配中值曲线，见下页图。按常数 标尺在纵

38、坐标上标出通过量百分率位置，然后将设计级配中值要求的各筛孔通 过百分率，标于纵坐标上，并从纵坐标引水平线与对角线相交，再从交点作垂 线与横坐标相交，该交点即为各相应筛孔尺寸的位置。 设计级配范围中值曲线图 二、矿质混合料的配合比设计方法 （二) 图解法 2. 确定各种集料用量 以图为基础，将各种集料的级配曲线绘制于图上，结果见下页图，然后 根据两条级配曲线之间的关系确定各种集料的用量。 3. 合成级配的计算与校核 与试算法相同，在图解法求解过程中，各种集料用量比例也是根据部分筛 孔确定的，所以需要对矿料的合成级配进行校核，当超出级配范围时， 应调整各集料的用量。合成级配的计算与校核方法与试算法

39、相同。 图解法用图图解法用图 二、矿质混合料的配合比设计方法 （三) 规划求解法 规划求解法采用Excel软件电子表格中的规划求解工具进行，通过设置规 划求解中的约束条件，较为准确地计算出各种集料的用量，具体过程见 例题。 分析某水泥混凝土用细集料的级配组成并计算其细度模数。 筛孔尺寸（mm） 9.54.752.361.180.600.300.15底盘 筛余质量mi（g） 01563991051157528 分计筛余百分率ai(%) 0312.619.82123155.6 累计筛余百分率Ai(%) 0315.635.456.479.494.4100 通过百分率Pi(%) 1009784.464

40、.643.620.65.60 将0.154.75mm累计筛余百分率代入式（1-12）得该集料的细度模数为： MX = (15.6 + 35.4 + 56.4 + 79.4 + 94.4) 53/(100 3)=2.74 属于中砂。 连续级配和间断级配曲线图连续级配和间断级配曲线图 已知矿质混合料最大粒径为40mm，试用最大密度曲线公式计算其最大密度曲线 的各级粒径的通过百分率；并按n=0.30.7计算级配范围的各粒级的通过百分率 。（提示：矿质混合料各级粒径尺寸按1/2递减）。 解（1）按n幂公式 最大密度曲线：n=0.5， lgpi = (2-0.5lg40) + 0.5lgdi 级配范围曲

41、线：n1=0.3 ， lgpi1 = (2-0.3lg40) + 0.3lgdi n2=0.7 ， lgpi2 = (2-0.7lg40) + 0.7lgdi （2）按题意最大粒径D=40mm，各级粒径di按1/2递减，分别用D和di代入n幂 公式，计算结果列于下表中。 分级顺序 N 12345678910 粒径比 DD/2D/4D/8D/16D/32D/64D/128D/256D/512 理论粒径di(mm) 40201052.51.250.630.3150.160.08 最大密度级配曲线 通过百分率(%) 10070.7150.035.3625.0017.6812.558.876.324.

42、47 级配范围曲线 通过百分率（%） （上： 0.3，下：0.7） 10081.2365.9853.5943.5335.3628.7923.3819.0815.50 10061.5637.8923.3314.368.345.473.372.101.29 筛孔 尺寸 （mm） 原材料筛分试验结果（%）设计级配范围及中值（%） 粗集料细集料填料通过率通过率 中值 累计筛余 中值 分计筛余 中值 （1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8） 13.20.895-10097.52.52.5 9.543.678-88792118.5 4.7549.948-68584221 2.364.425.536-5344.555.513.5 1.181.322.624-4132.567.512 0.615.818-3024768.5 0.316.117-2219.580.54.5 0.158.948-1612887.5 0.07511.110.74-86946 0.0750.585.3-1006 通过观察发现，粗集料站绝对优势含量的粒径为4.75mm ，故假设矿质混合料中4.75mm颗粒全部由粗集料组成， 即aA(4.75)和aC(4.75)均为零。则将am(4.75)=21