石料与集料讲解课件

2023/7/241重点掌握石料和集料的技术性质、评价方法；重点掌握矿质混合料的级配理论；一般了解石料的岩石学特征本章学习要点第二章石料与集料2023/7/242第二章石料与集料石料岩石学特征：造岩矿物、岩石的分类、常见的岩石石料与集料的技术性质－物理性质、力学性质集料的技术性质－物理性质、力学性质集料的级配与级配理论2023/7/243第一节石料石料的岩石学特征1.造岩矿物2.岩石的分类3.常见的岩石类型2023/7/244包括地壳和地幔的顶部岩石圈2023/7/245岩石的化学元素2023/7/246造岩矿物定义：具有一定化学成分和结构特征的天然化合物或单质，矿物种类：石英、长石、云母、角闪石、方解石、白云石、黄铁矿、石膏、赤铁矿等；石英、长石——耐磨、坚硬、抗磨光性好如：花岗岩、砂岩方解石、白云石——软、易磨光如石灰岩2023/7/247主要成分为结晶SiO2

。颜色：白、乳白色、浅灰色纯净的石英无色透明，称为水晶；含杂质时呈各种色调。如含Fe+3呈紫色，称为紫水晶；含有细小分散的气态或液态物质呈乳白色者，称为乳石英。玛瑙也是石英的一种。特点：坚硬、稳定2023/7/248长石是铝硅酸盐最广的一类矿物，约占地壳质量的50%。颜色：白、浅灰、桃红、红、青和灰暗色；包括三个基本类型：钾长石

K[AlSi3O8]钠长石

Na[AlSi3O8]钙长石

Ca[AlSi3O8]强度<石英易风化——高岭土长石2023/7/249结晶、片状含水铝硅酸盐颜色：随含Fe量的增高而变暗，具有珍珠光泽。易撕成薄片云母含量高，耐久性、强度降低2023/7/2410主要成分为结晶CaCO3。颜色：纯净的方解石无色透明；因含杂质而常呈白、灰、黄、浅红、绿、蓝等色。常分裂为菱面体。强度中；易被酸分解；微溶于水2023/7/2411为结晶的FeS2，常为致密的块状、鳞片状、豆状或土状集合体，常为暗红色，有的具有金属光泽。不透明。硬度随含铁量的增加而增高。黄铁矿2023/7/2412纯方解石为大理石2023/7/2413岩石的分类1、岩浆作用和岩浆岩的概念造岩矿物按一定的结构集合而成的地质体称为岩石，依据其成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三类。岩浆是在地壳深处或上地幔天然形成的、富含挥发组分的高温粘稠的硅酸盐熔浆流体，是形成各种岩浆岩和岩浆矿床的母体。2023/7/2414岩石的分类岩浆岩：岩浆冷凝形成不同条件：深成岩、浅成岩、喷出岩沉积岩：母岩风化剥蚀，经搬运、沉积硬结成岩岩石经变质作用形成岩石侵入型岩浆岩2023/7/2415花岗岩：我国的黄山、华山、衡山等都是花岗岩分布区玄武岩：如我国东北的五大连池2023/7/2416岩浆岩：深成岩（侵入岩）、浅成岩1）深成岩：岩浆在地表深处受上部覆盖层的压力作用，缓慢冷却而成常见岩石：花岗岩、正长岩、辉长岩（一）岩浆岩2023/7/2417岩浆岩：深成岩（侵入岩）、浅成岩2）浅成岩：岩浆侵入到离地表较浅处冷却形成的火成岩体。常见岩石：辉绿岩（一）岩浆岩2023/7/24183）喷出岩：岩浆喷出地表，压力、温度急剧降低时形成的，又称“火山岩”；常见岩石：玄武岩、安山岩2023/7/24193）火山岩：火山喷发，岩浆喷到空中急剧冷却而成；火山凝灰岩多孔、轻保温，隔音2023/7/2420（二）沉积岩沉积岩是在地表或近地表不太深的地方形成的一种岩石类型。它是由风化产物、火山物质、有机物质等碎屑物质在常温常压下经过搬运、沉积和石化作用，最后形成的岩石。2023/7/2421可分为碎屑岩、粘土岩和生物沉积岩、化学沉积岩等。砾岩（碎屑岩类）常见岩石：石灰岩、页岩、砂岩、砾岩、硅藻土按照粘结物质的不同分类形成材料不同，具有明显的层理2023/7/2422砂岩2023/7/2423垂直层理和平行层理方向的性能不同2023/7/24242023/7/2425（三）变质岩固态原岩因温度、压力及化学活动性流体的作用而导致矿物成分、化学结构与构造的变化，统称变质作用，其形成的岩石即为变质岩。温度、压力与化学活动性流体是控制变质作用的三个主要因素。

2023/7/2426高温、高压变硬、变致密2023/7/2427片麻岩地貌景观（变质岩）花岗岩常温、常压变软、变松散2023/7/2428（四）地壳岩石类型的转换岩浆岩2023/7/2429常用岩石类型岩石种类岩类矿物颜色结构密度强度特点g/cm3MPa花岗岩深成岩石英长石灰白肉红色密实质地坚硬1.5-2.8100-300孔隙率小吸水率低耐久性好玄武岩喷出岩灰石长石橄榄石灰暗色细粒隐晶质气孔状或杏仁状大2.9-3.2大—小100-500耐久性好优质集料辉长岩深成岩长石辉石黑绿色等粒结晶质大2.8-3.1200-280耐久性好石灰岩沉积岩方解石、白云石灰色、浅黄深灰硅质2.0-2.620-120粘土多，抗冻、耐水差粘土质白云质2023/7/2430岩石种类岩类矿物颜色结构密度g/cm3强度MPa特点砂岩沉积岩石英长石硅质砂岩-淡灰色碎屑结构、层状构造密实1.5-2.2强度高坚硬、耐久，耐酸钙质砂岩-白色、灰色质地软、不耐酸铁质砂岩-红色性能差粘土质砂岩-灰黄色小易风化石英岩变质岩硅质砂岩结晶氧化硅均匀致密250-400耐久、加工困难片麻岩变质岩花岗岩石英长石结晶等粒或斑状片状构造120-2502023/7/2431岩石标本欣赏2023/7/2432上节内容总结了解石料的岩石学特征了解岩石的分类本节内容（13）

石料的化学成分及酸碱性；

石料的体积组成

石料的物理性质

石料的力学性质2023/7/2433石料的主要化学成分氧化硅SiO2氧化钙CaO氧化铁Fe2O3氧化铝Al2O3氧化镁MgO氧化锰MnO三氧化硫SO32023/7/2434石料的酸碱性石料分类：二氧化硅SiO2含量

碱性集料（钙质集料）中性集料酸性集料（硅质集料）

<52%52%—65%>65%

石灰岩辉绿岩花岗岩玄武岩闪长岩石英岩硅质石灰岩2023/7/2435冶金矿渣材料

含有较多的活性物质，且质量不够稳定1．矿渣的主要化学成分及活性2．矿渣集料的技术特性（1）物理力学特性（2）化学稳定性2023/7/2436矿质实体闭口孔隙

开口孔隙VsVnViVomsm0M连通封闭孔隙极细微孔隙细小孔隙粗大孔隙3.3石料的技术性质1.石料的物理性质石料的组成结构2023/7/24371.石料的物理性质A.密度1)真实密度-密度比重瓶法和李氏密度瓶法“置换法”2023/7/24381.石料的物理性质2)表观密度(视密度)浸水、保证开口孔隙吸饱水干燥质量与水中质量差排水法2023/7/24391.石料的物理性质3)毛体积密度浸水、保证开口孔隙吸饱水饱和面干质量与水中质量差2023/7/24401.石料的物理性质4)孔隙率开口孔隙+闭口孔隙所占体积比2023/7/24411.石料的物理性质B.吸水性：石料吸入水分的能力评价指标：吸水率和饱水吸水率吸水：自由吸水48h饱水：抽真空后饱水吸水率与孔隙率的关系，反应岩石裂隙发育程度2023/7/24421.石料的物理性质1.物理常数C.抗冻性：饱水状态下，经受反复冻融的能力；评价指标：直接冻融法和硫酸钠坚固性法1）直接冻融法饱水-15°C下4h20°C下4h10、15、25、50次冻融循环后的变化情况

冻融破坏机理2023/7/24431.石料的物理性质2023/7/24442）坚固性法：石料经饱和硫酸钠溶液多次浸泡和烘干循环后质量或强度变化。硫酸钠浸泡20h105°C下4h硫酸钠下4h5次循环后的变化情况影响因素：孔隙结构、吸水性1.石料的物理性质利用了硫酸钠结晶体积膨胀2023/7/2445BeforeAfter2023/7/24462.石料的力学性质A.石料的抗压强度(吸水饱和，单轴受压)与组成结构、试验条件有关2023/7/24472.石料的力学性质B.石料的磨耗性：抵抗撞击、剪切、摩擦联合作用的能力试验方法：洛杉机磨耗试验和狄法尔磨耗试验

500次，隔板式2023/7/2448狄法尔磨耗试验：双筒式，单粒径，100块（50-70mm,只有剪切和摩擦作用，磨耗率低，差别不大）2.石料的力学性质2023/7/24492.石料的力学性质C.石料的化学性质：以往研究：矿质集料为惰性材料，只其物理作用现在研究：化学性质对沥青混合料的物理－力学性质起到重要作用。2023/7/24502.石料的力学性质饱水状态下的抗压强度石料的等级磨耗率岩石等级分类等级I岩浆岩类II石灰岩类III砂岩片岩类IV砾石类岩石花岗岩辉绿岩玄武岩安山岩正长岩石灰岩石灰岩砂岩片麻岩砾岩2023/7/2451C.石料与沥青的粘附性：评价沥青与石料之间相互粘结能力。(1)力学理论-分子力的作用集料表面粗糙和高低不平的，增加了表面积；集料的表面存在着形状、取向与大小不同的孔隙和微裂缝，由于吸附与毛细作用，沥青渗入上述孔隙与裂缝，增加了两者结合的总内表面积，提高了总的粘结力。沥青在高温时以液相渗入骨料孔隙与微裂隙中，降温后，沥青在孔隙中发生胶凝硬化，这种锲入与锚固作用，增强了沥青与集料之间的机械结合力。2.石料的力学性质2023/7/2452(2)化学反应理论-沥青与集料表面发生化学反应沥青中含有大量酸性及碱性化合物。碱性集料如石灰岩表面存在碱性活性中心，容易与沥青中的酸性成分发生化学反应，生成不溶于水的化合物，故粘附性好。酸性集料如花岗岩表面缺乏这种碱性活性中心，故较少发生化学反应，沥青与集料之间只有机械力的作用，所以粘附性差。2.石料的力学性质2023/7/2453(3)分子定向理论-沥青中的表面活性物质对集料表面的定向吸附而形成的。沥青粘附在集料表面后，沥青在石料表面首先发生极性分子定向排列而形成吸附层沥青的极性是粘附的本性，是导致集料吸附沥青的根本原因。水是极性分子且含有氢键，比沥青的极性大，因此水分子易于从集料表面挤走被吸附的沥青分子而与集料的表面活性中心发生吸附。2.石料的力学性质2023/7/2454（4）表面能理论-能量作用原理，即沥青润湿集料沥青的润湿能力是指沥青与集料表面的紧密接触能力。沥青的润湿能力同其他液体一样，与其自身的内聚力有关。当沥青扩散并润湿集料表面时，会产生能量交换，这种交换是一种表面现象，它依靠沥青与集料的紧密接触和相互吸引而形成.水与集料的紧密接触能力比沥青与集料的紧密接触能力大，因此水就可侵入沥青－集料界面，形成沥青－水－集料的表面接触，从而破坏了沥青与集料之间的粘结。

2.石料的力学性质2023/7/24552.石料的力学性质C.石料与沥青的粘附性：评价沥青与石料之间相互粘结能力。评价方法：水煮法2023/7/2456

定义：不同粒径矿质颗粒组成的混合料，包括天

然砂、人工砂、卵石、碎石以及工业冶金

的矿渣

分类：粗集料和细集料

分界尺寸一般为4.75mm

作用：骨架和填充集料的定义(Aggregate)2023/7/2457集料的级配

工程中集料的规格10－15mm碎石5－10mm碎石0－5mm石屑0－5mm砂（包括:4.75；2.36;1.18；0.6；0.3；0.15；0.075）工程中集料的生产方式采用破碎的方法2023/7/2458集料的技术性质物理性质表观密度毛体积密度表干密度(饱和面干密度)堆积密度空隙率粗集料骨架间隙率细集料的棱角性2023/7/2459集料的体积组成矿质实体闭口孔隙

开口孔隙VsVnViVomsm0M空隙VvVf2023/7/2460物理常数：A.密度

1）表观密度（视密度）集料的物理性质2023/7/2461２）毛体积密度集料的物理性质2023/7/2462３）饱和面干密度，又称表干密度集料的物理性质2023/7/2463４）堆积密度，单位装填体积（颗粒间空隙、集料矿质实体、闭口和开口孔隙）的质量集料的物理性质2023/7/2464集料的堆积密度由于颗粒排列的松紧程度不一，其值也不相同，分为：自然堆积密度，松装密度振实密度，振动3min捣实密度，3次/25捣实紧装密度集料的物理性质2023/7/2465５）空隙率，某种堆积状态下的空隙体积（含开口孔隙）占堆积体积的百分率。颗粒间相互填充的致密程度集料的物理性质2023/7/2466６）粗集料骨架间隙率，4.75mm以上粗集料捣实状态下颗粒间空隙体积的百分率。

用途：估计细集料和结合料数量，评价骨架结构集料的物理性质2023/7/2467７）含水率，自然状态下含水量的大小。

用途：控制拌和温度集料的物理性质2023/7/24688）吸水率，饱水情况下，石料吸收水分的大小。集料的物理性质2023/7/24691）细集料棱角性，由在一定条件下测定的空隙率表征。

用途：反映沥青混合料的内摩擦角和抗流动变形能力

水泥砼的和易性集料的物理性质Ｂ.集料的颗粒形状流动性试验2023/7/2470集料的物理性质细集料棱角性对比2023/7/2471Ｂ.集料的颗粒形状集料的物理性质2023/7/2472针片状颗粒：颗粒形状中的诸方向中的最小厚度（直径）与最大长度（宽度）的尺寸指标小于规定值时。集料的物理性质试验方法2023/7/2473集料的物理性质C.集料的含泥量：粒径小于0.075mm的颗粒含量影响集料与沥青之间的粘结能力，影响沥青混合料的耐久性

采用筛洗法，粒径小于0.075mm颗粒包含矿粉、细砂和粘土等成分2023/7/2474C.集料的含泥量：

评价指标：砂当量SE和亚甲蓝MBV值

砂当量越大，细料中矿粉和细砂比例越大亚甲蓝值越大，细料中含泥量越大集料的物理性质2023/7/2475D.泥块含量：原尺寸大于4.75（1.18）mm，经水浸洗/手搓后小于2.36(0.6)mm的颗粒含量。集料的物理性质2023/7/2476集料的物理性质E.集料坚固性（安定性）：硫酸钠浸泡碎石或砾石经饱和硫酸钠溶液多次浸泡和烘干循环后质量或强度变化。硫酸钠浸泡20h105°C下4h硫酸钠下4h5次循环后的变化情况2023/7/2477粗集料(骨架)—强度、耐磨光、抗磨耗、抗冲击压碎值磨光值磨耗值冲击值指标高速、一级其它磨光值PSV，不小于4235道瑞磨耗值AAV，不大于1416冲击值AIV，不大于2830集料的力学性质抗滑表层技术要求2023/7/2478粗集料的力学性质A.压碎值：集料在连续增加的荷载下，抵抗压碎的能力，反映集料的强度。2.36mm10分钟加至400KN试样：9.5-13.2mm容器容积：1767cm32023/7/2479试样：9.5-13.2mm，密排于试模中，环氧树脂砂浆固结，养生24h转速：4km/h=640r/min时间：6h3h：30#金刚砂

3h：280#金刚砂测定：摆式仪测摩擦系数PSV(PolishedStoneValue)PSV≮42B.磨光值：采用加速磨光机磨光集料，用摆式摩擦系数测定仪测定的集料磨光后的摩擦系数值，PSV。粗集料的力学性质2023/7/2480岩石名称石灰岩角页岩斑岩石英岩花岗岩玄武岩砂岩磨光值(PSV)平均值43455658596272范围30－7040－5043－7145－6745－7045－8160－82粗集料的力学性质B.磨光值常见岩石的磨光值2023/7/2481C.冲击值AIV：集料抵抗连续重复冲击荷载的作用试样：9.5-13.2mm捣实装于试样桶中，分三层捶击：连续15次评价：集料的力学性质2.36mm质量损失百分率：AIV=m1/m0*100%AIV≯2813.62kg380mm2023/7/24824.道瑞磨耗值：反映粗集料抵抗磨耗和撞击的能力试样：9.5-13.2mm试验：P=2000g转速：28-30r/min,水平转动石英砂转数：500圈AAV≯14道瑞磨耗机集料的力学性质2023/7/2483沥青混合料用粗集料质量技术要求，见表3.14沥青混合料用细集料质量技术要求，见表3.15P48-492023/7/2484集料的级配(Gradation)

级配设计的目的：根据目标级配范围要求，确定各种集料的合适比例。筛分试验：将集料通过一系列规定筛孔尺寸的标准筛，测定存留在各筛上的集料质量。

标准筛：圆孔筛：方孔筛：圆孔筛（mm）：40（35），30，25，20，15，10，5，2.5，1.25，

0.63，0.315，0.16，0.08方孔筛（mm）：31.5；26.5；19；16；13.2；9.5；4.75；2.36；

1.18；0.6；0.3；0.15；0.0751,2,32023/7/2485集料的级配级配参数（1）分计筛余百分率（ai）：在某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率；

（2）累计筛余百分率（Ai）：在某号筛的分计筛余和大于该号筛的各筛分计筛余之和；Ai=a1+a2+….+ai=Ai-1+ai;（3）通过百分率：通过某筛的质量占试样总质量的百分率；Pi=100-Ai;i12…i+1i+22023/7/2486集料的级配（4）筛分曲线0.0750.150.30.61.182.364.759.513.216.019.02023/7/2487例1现有某砂样经筛析试验结果如下，计算分计筛余、累计筛余和通过百分率；筛孔尺寸（mm）9.54.752.361.180.60.30.15<0.15存留在各筛质量（g）02535901401157025分计筛余百分率（％）057185823145累计筛余百分率（％）051230588195100通过百分率（％）10095787042195筛分曲线集料的级配2023/7/2488粒径（mm）13.29.54.752.361.180.60.30.150.075筛底总质量（g）筛余质量（g）57.0285250.8136.8136.868.468.445.645.645.61140.0分计筛余百分率（％）52522121266444

累计筛余百分率（％）53052647682889296100

通过百分率（％）95704836241812840

集料的级配例2：已知各筛的通过百分率，求累计筛余百分率，分计筛余百分率，筛余2023/7/2489砂的细度模数：评价细集料粗细程度的指标定义：各号筛的累计筛余百分率之和除以100；当砂中含>4.75mm颗粒时：0.150.300.601.182.364.75集料的级配2023/7/2490粗度等级：三级3.1-3.7粗砂；2.3-3.0中砂；1.6-2.2细砂。细度模数影响因素：（1）取决于0.15-2.36mm筛5个筛孔的累计筛余量；（2）取决于粗颗粒含量；（3）与<0.1５mm筛颗粒含量无关。集料的级配2023/7/2491矿质混合料的级配理论路用矿质混合料的要求最小空隙率——最大密实度最大摩擦力任务什么样的是最大密实度的级配——级配理论如何进行设计？2023/7/2492级配曲线半对数坐标P51图3.142023/7/2493级配曲线类型

连续级配（continuousGradation):某一矿质混合料在标准筛孔配成的套筛中进行筛析时，所得的级配曲线平顺圆滑，具有连续不间断的性质，相邻的粒径之间有一定比例关系；

由大到小，逐级粒径均有，并按一定比例互相搭配组成的矿质混合料——