第一章砂石材料

第一章砂石材料本章重点：

砂石材料的技术性质和技术要求；矿质混合料的级配理论和组成设计方法。本章要求：

要求学生掌握评价砂石材料技术性质的主要指标；学会应用级配理论设计矿质混合料配合组成的方法。第一节砂石材料的技术性质按形状分类按来源分类砂石材料的分类块状石料(石料)粒状石料(集料)天然岩石人工轧制的集料工业冶金矿渣常见岩石石英岩花岗岩玄武岩石灰岩砂岩一、岩石的技术性质单轴抗压强度磨耗性岩石酸碱性化学性质力学性质物理常数吸水性抗冻性物理性质技术性质1、物理性质1）物理常数

岩石可由各种矿物形成不同排列的各种结构，但是从其质量和体积的物理观点出发，岩石的内部组成结构主要是由矿质实体和孔隙（包括与外界连通的开口孔隙和不与外界连通的闭口孔隙）所组成（如图1—1所示）。天然花岗岩的SEM人工水泥石SEM

（1）真实密度：

—定义：烘干（105℃±5℃下烘至恒重，温度20℃±2℃），岩石矿质实体单位真实体积的质量。

公式：

测定：密度瓶法

（２）毛体积密度：

—定义：规定条件下，烘干岩石矿质实体包括孔隙(开口、闭口孔隙)体积在内的单位毛体积的质量。

公式：

测定：量积法、水中称量法、蜡封法

（3）孔隙率

ｎ

：

—定义：岩石孔隙体积占岩石总体积(包括开口、闭口孔隙体积)的百分率。

公式：

—定义：岩石在规定条件下吸水的能力。工程上常采用吸水率和饱水吸水率两项指标表征。吸水性越大，沥青粘附性越差。2）吸水性（1）吸水率：

—定义：在规定条件下，岩石试样最大吸水质量与烘干岩石试件质量的百分率。

第二章砂石材料逐步加入水淹没石料细砂公式：测定：

自由吸水法

（2）饱水吸水率：—定义：在强制条件下，岩石试样最大吸水质量与烘干岩石试件质量的百分率。

公式：

第二章砂石材料加入水淹没石料细砂抽真空通常计算的饱和吸水率>吸水率测定：

煮沸法、真空抽气法吸水率与饱和吸水率之比称为饱水系数，用KW表示。

它是评价岩石抗冻性的一种指标。一般来说，岩石的饱水系数为0.5～0.8，饱水系数愈大，说明常压下吸水后留余的空间有限，岩石愈容易被冻胀破坏，抗冻性差。

试件饱水，-15℃冻4h，20±5℃解冻4h，

如此循环规定次数；测

定实验前后试件质量和

饱水抗压强度。3）抗冻性—定义：岩石在吸水饱和状态下，经受规定次数的冻融循环后抵抗破坏的能力。

第二章砂石材料测定：

直接冻融法、坚固性简易快速测定法直接冻融法—

硫酸钠浸泡20h，105℃烘箱烘4h，如此循环规定次数；测定实验前后试件质量。

评估岩石饱和硫酸钠多次浸泡与烘干循环后，不发生显著破坏或强度降低的性能。

有条件者均采用直接冻融坚固性简易快速测定法—在不同的工程环境气候下，对岩石的抗冻性有不同的要求。《公路工程岩石试验规程》（JTGＥ41—2005）规定：在严寒地区（最冷月的月平均气温低于-15℃）岩石的冻融循环次数为25次；在寒冷地区（最冷月的月平均气温低于-15℃～-5℃）为15次；寒冷、严寒地区应采用直接冻融法进行岩石的抗冻性试验。对于桥涵工程用岩石，《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61—2005）规定：累年最冷月平均气温低于或等于-10℃的地区，所用的石材抗冻性指标应符合表1-2的要求，即试件在饱水状态下经过-15℃的冻结与20℃的融化，达到表1-2中所要求的冻融循环次数后，无明显的损伤（裂缝、脱层），同时冻融系数不低于0.75，则认为抗冻性合格。

确定岩石等级的两项指标抗压强度和磨耗性1）单轴抗压强度R：试验条件要求：试件形状、尺寸、吸水饱和、加荷速度等。

公式：2）磨耗性Q

：—岩石抵抗撞击、边缘剪力和摩擦的联合作用的性能；采用洛杉矶磨耗试验测定。

2、力学性质公式：(1)岩石酸碱性：酸性岩石：>65%SiO2含量中性岩石：65%～52%碱性岩石：<52%(2)岩石与沥青粘附性测定方法：

水煮法：13.2～19mm的碎石，5颗石料，热沥青裹附，沸水煮3min

水浸法：9.5～13.2mm的碎石100g与5.5g沥青拌合，冷后在80℃水中30min3、化学性质

集料是指在混合料中起骨架或填充作用的粒料。来源分类：天然砂(0.75～2mm)碎石(>4.75mm)

天然集料砾石(2～60mm)人工集料人工砂(<2.36mm)

卵石(60～200mm)石屑(2.36或4.75筛下)

颗粒尺寸分类（工程）：

粗集料：指集料的粒径>4.75mm(水泥混凝土中)或>2.36mm(沥青混合料中）的碎石、砾石。

细集料：指集料的粒径<4.75mm(水泥混凝土中)或<2.36mm(沥青混合料中）的天然砂、人工砂和石膏。

第二章砂石材料二、集料的技术性质在计算粗集料的物理常数时，不仅要考虑到粗集料颗粒中的孔隙（开口孔隙和闭口孔隙），还要考虑颗粒间的空隙。工程中常用的粗集料密度包括表观密度、毛体积密度、堆积密度。

第二章砂石材料1、物理性质1）物理常数（一）粗集料的技术性质矿质实体msm0mVsVnVVi质量m体积VVo开口孔隙闭口孔隙空隙Vv（1）表观密度：

—定义：规定条件（105℃±5℃烘干至恒重）下，单位表观体积（包括集料矿质实体和闭口孔隙的体积）的质量；

公式：

测定：网篮法

第二章砂石材料（2）毛体积密度：

—定义：规定条件下，单位毛体积（包括矿质实体、闭口和开口孔隙体积）的质量。

公式：

测定：将已知质量的干燥粗集料经24h饱水后，用湿毛巾擦干而求得饱和面干质量。然后用排水法求得水中的体积，即求得粗集料毛体积密度。

第二章砂石材料（3）堆积密度ρ：

—定义：单位体积（包括矿质实体、闭口和开口孔隙及颗粒间空隙体积）物质颗粒的质量。

公式：

按堆积的松紧程度不同分为：自然堆积密度振实堆积密度捣实堆积密度

测定：容量筒法（4）空隙率n

：

—定义：指粗集料颗粒之间空隙体积占粗集料总体积的百分率。

公式：

区别：

空隙：指集料中颗粒间的空隙孔隙：指单一石料中的孔隙

测定：容量筒法2）级配—定义：指粗集料中各组成颗粒的分级和搭配，通过筛分试验确定。有关参数：①分计筛余百分率②累计筛余百分率③通过百分率

水泥混凝土用粗集料干筛法沥青混合料及基层用粗集料水洗法坚固性也称安定性，是指集料在自然风化和其他外界物理化学因素作用下抵抗碎裂的能力。集料长期受到各种自然因素的综合作用，其物理力学性能会逐渐下降。自然因素主要包括温度变化、干湿变化和冻融循环等，其中冻融循环的破坏作用占主导地位。《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）规定，坚固性的检验采用硫酸盐浸泡法：试样经饱和硫酸钠溶液多次浸泡与烘干循环，承受硫酸钠结晶压，检验5次循环后试样的表面破坏情况，并用质量损失百分率来计算其坚固性。3）坚固性2、力学性质

—主要是压碎值、磨耗率，其次是抗滑表层用集料的三项试验，即磨光值、磨耗值和冲击值。

第二章砂石材料1)压碎值—指集料在逐渐增加的荷载下，抵抗压碎的能力。2)磨光值压碎指标仪测定方法：先将试样磨光，再测定摆值，经换算后得磨光值PSV磨光值愈高，表示其抗滑性愈好3）冲击值

—抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能。4）磨耗值

—指评定抗滑表层的集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差沥青混合料中的细集料是指粒径—小于2.36mm水泥混凝土中的细集料是指粒径—小于4.75mm

按来源砂可以分为：

天然砂：由岩石在自然条件下风化形成的。（1）河砂：性质较好，多用（2）山砂：含泥量及有机杂质多（3）海砂：混有贝壳和盐分等有害杂质人工砂：由岩石轧碎而成的颗粒，表面有棱角，较洁净，但价格较高，无特殊情况多不采用。上述几种细集料中，一般工程上多使用河砂（二）细集料的技术性质细集料的技术性质物理性质颗粒级配粗度用筛分