道路工程材料 课件 模块1 岩石与集料

——

集料的基本概念与粒径划分道路工程材料分类1.集料的基本概念定义：是不同粒径的碎石、砾石、砂等粒状材料的总称。在各种混合料中起骨架和填充作用。砾石碎石河砂石屑分类矿料：粗集料、细集料、填料。填料：采用碱性石灰岩或碱性基性岩加工磨细的粉状材料。填料粒径小于0.075mm，包括矿粉、水泥、石灰、粉煤灰等，常用于沥青混合料。工地上常见的填料主要为矿粉。矿粉分类2.集料的粒径划分沥青混合料水泥混凝土粗细粒径划分界限：4.75mm粗细粒径划分界限：2.36mm【说明】沥青玛蹄脂碎石混合料（简称：SMA），粗细粒径划分随该混合料中粗集料的粒径大小，采用不同粗细划分界限。SMA-13、SMA-16和SMA-20的界限：4.75mmSMA-10的划分界限：2.36mmSMA-5的划分界限：1.18mm分类集料的最大颗粒的两个概念：(1)集料最大粒径：指集料颗粒能够100%通过的最小标准筛筛孔尺寸。(2)集料公称最大粒径：指集料可能全部通过或允许有少量筛余(筛余量不超过10%)的最小标准筛筛孔尺寸。分类【例题1】下面为两种集料的筛分结果，请分别指出1号料和2号料的最大粒径和公称最大粒径。解答：1号料的最大粒径为26.5mm，公称最大粒径为19mm。2号料的最大粒径为26.5mm，公称最大粒径为26.5mm。本节主要学习了集料2个方面的内容。（1）集料的基本概念（2）集料的粒径划分重点：水泥混凝土和沥青混合料的粗细划分界限；公称最大粒径的概念本节小结谢谢

——

细集料的技术性质道路工程材料分类1.级配参数（1）分计筛余率定义：指某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率，准确至0.01%。分类（2）筛余率定义：指某号筛的分计筛余率和大于该号筛的各号筛的分计筛余率之和，准确至0.01%。分类（3）通过率定义：指各号筛的通过率等于100减去该号筛的筛余率，准确至0.1%。分类3个级配参数示意图筛余率分计筛余率通过率分类2.粗度定义：评价天然砂粗细程度的一种指标，通常可用细度模数Mx表示，精确至0.01。分类细度模数越大，表示天然砂越粗。砂按细度模数分为粗、中、细三种规格，其相应的细度模数为：粗砂：Mx=3.1~3.7中砂：Mx=2.3~3.0细砂：Mx=1.6~2.2【注意】细度模数虽能表示砂的粗细程度，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。分类【例题-1】某水泥混凝土用天然河砂，取试样500g进行筛分试验，各号筛上的筛余质量如表1所示，试计算其级配参数和细度模数Mx。表1：已知筛分条件筛孔尺寸（mm）9.54.752.361.180.60.30.150.075筛余质量（g）02535901401157025分类解答：（1）砂的三个级配参数计算列于表2。筛孔尺寸（mm）9.54.752.361.180.60.30.150.075筛余质量（g）02535901401157025分计筛余（%）057182823145筛余率（%）051230588195100通过率（%）100958870421950表2：细集料筛分试验的计算示例【说明】此例题简单演示计算过程，未严格保留数据精度。分类（2）砂的细度模数计算：由于细度模数在2.3～3.0之间，所以此砂为中砂。分类【作业】某水泥混凝土用天然河砂，取试样500g进行筛分试验，各号筛上的筛余质量如表1所示，试计算其级配参数和细度模数Mx。要求：3个级配参数画表计算，分计筛余率和筛余率保留2位小数，通过率保留1位小数。表1：已知筛分条件筛孔尺寸（mm）9.54.752.361.180.60.30.150.075筛余质量（g）01661951121248012谢谢

——

粗集料的技术性质道路工程材料分类1.粗集料的基本物理性质（1）物理常数集料集料体积与质量关系图①表观密度定义：指单位体积（含材料的实体矿物成分及闭口孔隙体积）物质颗粒的干质量。表达式：【说明】如开口孔隙不吸水，等同闭口孔隙。②毛体积密度定义：指单位体积（含材料的实体矿物成分及其闭口孔隙、开口孔隙等颗粒表面轮廓线所包围的毛体积）物质颗粒的干质量。表达式：【说明】表观密度>毛体积密度。③表干密度定义：又称饱和面干毛体积密度，它的计算体积与毛体积密度相同，但计算质量为表干质量（矿质实体质量+开口孔隙中的水）。表达式：【说明】表观密度>表干密度>毛体积密度。④堆积密度定义：指单位体积（含物质颗粒固体及其闭口、开口孔隙体积及颗粒间空隙体积）物质颗粒的质量。表达式：【说明】表观密度>表干密度>毛体积密度>堆积密度。⑤空隙率VV定义：指粗集料颗粒之间的空隙体积占总体积的百分率。表达式：【说明】水泥混凝土采用表观密度ρa，沥青混合料采用毛体积密度ρb。分类（2）级配定义：指集料中各种粒径颗粒的分级与搭配情况级配示意图（颗粒中有粗、有细）良好的级配：空隙率小，密实，总表面积小，节省水泥等分类级配的分析方法——筛分试验标准筛筛17个方孔筛：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分类2.粗集料的力学性质（1）压碎值是指集料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，以压碎试验后小于2.36mm的细料质量百分率表示。用途：反映集料强度。（2）磨耗率是指粗集料抵抗摩擦、撞击的能力。用途：反映集料强度。（3）磨光值反映集料抵抗轮胎磨光作用能力的指标。用途：判断粗集料能否用于路面表面层。分类压碎值仪洛杉矶磨耗仪加速磨光机本节主要学习了粗集料2个方面的内容。（1）粗集料的物理性质（2）粗集料的力学性质重点：表观密度、毛体积密度、表干密度、堆积密度的概念。本节小结谢谢

——

岩石道路工程材料分类1.岩石的分类岩浆岩或沉积岩在高温、高压等作用下经变质形成常见：石英岩、片麻岩、板岩变质岩由高温熔融的岩浆冷凝而形成常见：花岗岩、玄武岩岩浆岩先前存在的岩石经风化、搬运、沉积、压密等形成常见：石灰岩、页岩、砂岩沉积岩0201按岩石的形成条件03分类按二氧化硅含量，酸碱性分类岩石类型二氧化硅含量（%）常见岩石酸性岩石＞65花岗岩、石英岩中性岩石52～65辉绿岩、闪长岩碱性岩石＜52石灰岩、玄武岩【说明】碱性的石灰岩是一种理想的沥青路面材料。分类2.公路工程中常见的石料制品由岩石打眼放炮采得，其形状不受限制用途：砌筑挡土墙、基础、堤坝以及护坡等01片石在成层岩中打眼放炮开采。形状应大致方正，上下面应大致平整用途：砌筑桥涵、挡墙、护坡02块石采石场开采，手工或机械凿琢，比较规则，外形方正，成六面体用途：砌筑拱圈、墩台与镶面03粗料石挡土墙（片石）护坡（块石）石拱桥（料石）分类3.岩石的基本物理性质（1）物理常数岩石组成结构示意图岩石质量与体积关系图①真实密度定义：指在规定条件下，烘干岩石矿质实体单位体积（不包括开口与闭口孔隙体积）的质量。表达式：【说明】岩石的真实密度就是岩石粉粒的密度，与孔隙无关。②毛体积密度定义：烘干岩石包括孔隙在内的单位体积固体材料的质量。表达式：【说明】烘干岩石，分子中不含水的质量。毛体积密度小于真实密度。③孔隙率定义：指岩石孔隙体积占岩石总体积的百分率。表达式：孔隙率的计算式：【计算】经试验检测，某岩石的真实密度为2.836g/cm3，毛体积密度为2.617g/cm3，请问该岩石的孔隙率为多少？（保留1位小数）分类（2）吸水性吸水率指岩石在常温（202℃）、常压条件下，最大的吸水质量占烘干试样质量的百分率是指岩石在常温和强制饱和（真空抽气或煮沸）条件下，最大的吸水质量占烘干试样质量的百分率饱和吸水率分类4.耐久性定义：是指岩石抵抗大气自然因素作用的性能。分类抗冻性试验用来评估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。原理：水结冰体积膨胀约9%确定岩石试样经饱和硫酸钠溶液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。原理：硫酸钠结晶后体积膨胀。效果比水结冰好，5次循环坚固性试验分类5.岩石的抗压强度分类分类【例1】某桥梁工程所用石料单轴抗压强度试验数据如下表，试计算该石料的抗压强度及软化系数。计算结果如表所示。分类本节主要学习了岩石5个方面的内容。（1）岩石的分类（2）公路工程中常见的石料制品（3）岩石的基本物理性质★（4）耐久性（5）岩石的抗压强度★本节小结谢谢

——

矿质混合料组成设计道路工程材料矿质混合料的定义与要求定义：矿质混合料（统称矿料）=粗集料+细集料+填料要求：各级矿料按比例搭配，符合一定的级配要求，使其①空隙率最小；②摩擦力最大。分类矿质混合料骨架作用粗集料填充作用细集料胶结与填充作用填料1.级配类型和级配曲线（1）级配类型分类指在矿质混合料中，颗粒的尺寸由大到小连续分级，每一级集料都占适当比例，绘制出的级配曲线平顺圆滑指在矿质混合料中，缺少一级或几个粒级的颗粒，形成的一种不连续的级配01连续级配02间断级配分类【问题】请问在连续级配曲线A中，4.75mm、9.5mm筛网的通过率、分计筛余率分别为多少？在间断级配曲线B中，4.75mm、9.5mm筛网的通过率、分计筛余率分别为多少？（2）级配曲线半对数坐标图：横坐标：对数坐标纵坐标：常数坐标分类级配曲线的横坐标（按x=di0.45计算）【说明】横坐标x表示各个筛网在横坐标轴上距离坐标0点的相对位置。2.矿料组成设计方法矿料组成设计的原因分类破碎机随机破碎出料筛分矿料分级堆放（单级配）混凝土对矿料级配有严格的要求分类矿质混合料组成设计的原因：计算几档单级配用料的比例，使其掺和一起，才能满足规范中混合料的合成级配要求。矿质混合料组成设计方法分类名称适合范围思路原理1.试算法2～3种集料手算。在确定混合料各组成集料的比例时，先假定矿质混合料中某种粒径的颗粒只是来源于该粒径占优势的集料，而忽略其他集料所含的这种粒径的颗粒。根据各个主要粒径去试算各种集料的大致比例，如果比例不合适，则加以调整，最终达到符合矿质混合料的级配要求2.计算机法多种集料EXCEL表格计算。充分利用数表的快速计算功能，实时调整配比。原理与试算法基本一样，但能同步呈现级配曲线，直观形象，效率明显【例题1】采用试算法计算某矿质混合料的配合比。（1）已知条件碎石、石屑和矿粉的筛分试验结果列于表1中第2～4列；设计级配范围列于表11中第5列。（2）计算要求按试算法确定碎石、石屑和矿粉在矿质混合料中所占比例，校核矿质混合料合成级配计算结果是否符合规范要求的级配范围。分类分类表1：集料的分计筛余和矿质混合料要求的级配范围分类解：（1）先将矿质混合料设计级配范围由通过百分率转换为分计筛余百分率，计算结果列于表1中第6～8列。（2）计算碎石在矿质混合料中的用量X分析表1中碎石的筛分结果可知，碎石中4.75mm粒径颗粒含量占优势。假设混合料中4.75mm粒径颗粒全部由碎石组成，则aB(i)=aC(i)=0，可得：分类（3）计算矿粉在矿质混合料中的用量Z同理，根据表1可知，矿粉中＜0.075mm粒径颗粒含量占优势，忽略碎石和石屑中此粒径颗粒的含量，即aA(