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第一章 石料与集料 1本章主要内容与目的：本章主要内容与目的：介绍石料的岩石学特征、阐述石料与集料的主要技术性能石料与集料的主要技术性能及主要评价方评价方法和评价指标法和评价指标；讨论集料的级配概念集料的级配概念和级配理级配理论论，并以此为基础，学习矿料的配合比设计方矿料的配合比设计方法法。通过学习，要求学生了解石料和集料的技术性质和技术标准，掌握级配理论和组成设计方法。第1页/共115页第一章 石料与集料 2一、一、石料的技术性质石料的技术性质 石石料料通通常常指指由由天天然然岩岩石石经经机机械械加加工工制制成成的的，或或者者由由直直接接开开采采得得到到的的具具有有一一定定形形状状和和尺尺寸寸的的石石料料制制品。品。石料的技术性质石料的技术性质物理性质物理性质力学性质力学性质化学性质化学性质第2页/共115页第一章 石料与集料 3v砌筑用石材v拌合混凝土用石材v装饰用石材第3页/共115页第一章 石料与集料 4几种代表性造岩矿物矿物名称化学组成外观特征特性常见岩石代表石英结晶二氧化硅白色、乳白色或灰色质地非常坚硬花岗岩、砂岩长石结晶碳酸岩白、浅灰、红色、青、暗灰质地较石英偏低，易风化成高龄土花岗岩云母结晶片状含水铝硅酸盐无色透明、黑色易解离成片状，降低岩石的耐久性、强度花岗岩方解石结晶碳酸钙白色易溶于含二氧化碳的水中，被酸分解石灰岩第4页/共115页第一章 石料与集料 5岩石分类岩石分类岩石的性质除了与构成岩石的矿物有关之外，还取决于不同的成岩条件。根据成岩条件将岩石分成三类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。三种岩石种类的特征类型成因矿物结构与构造常见代表岩石岩浆岩深成岩由地壳深处的岩浆冷凝而成结晶体和块状构造、结构致密花岗岩、正长岩喷出岩由岩浆喷出地面后凝结而成呈隐晶质或玻璃质结构玄武岩、安山岩沉积岩母岩风化后的物质经水流搬运、沉积、硬结而成颗粒物质和胶结物质组成，大多呈现层理构造石灰岩、砂岩、石膏变质岩经地壳内部高温、高压等多种过程综合作用，岩石矿物重新再结晶变质后而形成结构与变质经历有关如受到高压作用再结晶后的变质岩将质地紧密；相反则变质后形成片状结构大理岩、石英岩、片麻岩第5页/共115页第一章 石料与集料 6常见岩石种类常见岩石种类路桥工程中常用岩石类型见表13。常用岩石类型类型矿物组成外观色泽性能用途花岗岩石英、长石、云母多种色泽，如深青、浅灰、黄、红等结构密实、密度大、抗压强高、耐久性好优质石料，广泛用于砌筑、装饰工程和集料玄武岩暗色矿物硬度高、脆性大、耐久性好作为承重和饰面材料石灰岩方解石，少量白云石、粘土大多呈浅灰色质地细密、坚硬、抗风化砌筑工程、轧制成集料、烧制石灰砂岩石英，少量长石、方解石、云母等灰色、白色或红色硅质砂岩密实、坚硬耐久性好；其它砂岩性能较差质地坚硬的砂岩用做建筑材料石英岩结晶氧化硅色泽较浅质地坚硬、强度高砌筑工程第6页/共115页第一章 石料与集料 7另外，根据石料组成中二氧化硅成分含量的多少，将岩石分成不同酸碱性石料。岩石的酸碱性类型氧化硅含量（%）代表岩石亲水系数酸性石料65石英岩1.06中性石料5265闪长岩碱性石料52石灰岩0.79表中的亲水系数表明石料对水亲和力的大小。亲水系数越大，说明石料与水的结合程度越高，相对应与沥青的结合力就越弱，所以石料的酸碱性直接影响到石料和沥青构成的混合料的性质。第7页/共115页第一章 石料与集料 8 1.1.物理性质物理性质 石料的物理性质包括：物理常数、吸水性，以及耐候性。石料的物理性质包括：物理常数、吸水性，以及耐候性。（1 1）物理常数物理常数 石料的物理常数是石料矿物组成结构状态的反映。石料的物理常数是石料矿物组成结构状态的反映。矿物实体矿物实体闭口孔隙闭口孔隙开口孔隙开口孔隙三部分组成三部分组成第8页/共115页第一章 石料与集料 9石料体积组成示意图石料体积组成示意图m0VnMmSViVsVV0开口孔隙开口孔隙闭口孔隙闭口孔隙物矿实体物矿实体第9页/共115页第一章 石料与集料 10 1 1）（密度）真实密度）（密度）真实密度 石石料料在在规规定定条条件件（105105土土55烘烘干干至至恒恒重重，温温度度2020）下，单位实体体积（闭口孔隙下，单位实体体积（闭口孔隙+矿质实体的体积）的质量。矿质实体的体积）的质量。公式：公式：式中：式中：t t石料的真实密度，石料的真实密度，g/cmg/cm3 3；m ms s石料矿质实体的质量，石料矿质实体的质量，g g；v vs s石料矿质实体的体积，石料矿质实体的体积，cmcm3 3。在空气中称量石料质量，在空气中称量石料质量，m m0 0=0=0，m ms s=M=M11第10页/共115页第一章 石料与集料 112）表观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，孔隙在内的单位表观体积的质量，由公式（1-2）计算石料的表观密度，g/cm3；石料矿质实体的体积，g；石料矿质实体的质量,cm3；石料矿质实体中闭口孔隙的体积，cm3。12第11页/共115页第一章 石料与集料 12 3 3）毛体积密度）毛体积密度 指在规定条件下，石料单位毛体积（矿质实体指在规定条件下，石料单位毛体积（矿质实体+孔隙的孔隙的 体积）的质量。体积）的质量。公式：公式：式中：式中：h h石料的毛体积密度，石料的毛体积密度，g/cmg/cm3 3；m ms s、v vs s意义同前式；意义同前式；v vi i石料开口孔隙的体积，石料开口孔隙的体积，cmcm3 3；v vn n石料闭口孔隙的体积，石料闭口孔隙的体积，cmcm3 3。V V石料的毛体积，石料的毛体积，cmcm3 3。13第12页/共115页第一章 石料与集料 13 4 4）孔隙率）孔隙率 石料的孔隙体积占其总体积的百分率。石料的孔隙体积占其总体积的百分率。定义式为：定义式为：式中：式中：n n石料的孔隙率，；石料的孔隙率，；V V0 0石料的孔隙（开口石料的孔隙（开口+闭口孔隙）的体积，闭口孔隙）的体积，cmcm3 3；V V石料的总体积，石料的总体积，cmcm3 3。计算式：计算式：1415第13页/共115页第一章 石料与集料 14（2 2）吸水性吸水性 石料在规定的条件下吸水的能力。石料在规定的条件下吸水的能力。工程上常采用工程上常采用吸水率吸水率和和饱水率饱水率这两项指标表征。这两项指标表征。1 1）吸水率）吸水率 吸水率是指在室内常温和大气压条件下，石料试件最大吸水率是指在室内常温和大气压条件下，石料试件最大的吸水质量占烘干（的吸水质量占烘干（105105土土55干燥至恒重）石料试件质量的干燥至恒重）石料试件质量的百分率。百分率。式中：式中：W W石料吸水率，；石料吸水率，；m m1 1石料烘干至恒量时的质量，石料烘干至恒量时的质量，g g；m m2 2石料试件吸水至恒量时的质量，石料试件吸水至恒量时的质量，g g。16第14页/共115页第一章 石料与集料 15 2 2）饱水率）饱水率 在在内内常温（常温（202202）和和真空（真空度为真空（真空度为2.67kPa2.67kPa）条件条件下，石料试件的最大吸水质量占烘干石料试件质量的百分率。下，石料试件的最大吸水质量占烘干石料试件质量的百分率。计算方法与吸水率相似，但饱水率计算方法与吸水率相似，但饱水率吸水率。吸水率。第15页/共115页第一章 石料与集料 16（3 3）耐候性耐候性 石料抵抗大气等自然因素作用的性能称为耐候性。石料抵抗大气等自然因素作用的性能称为耐候性。试验方法：抗冻性和坚固性。试验方法：抗冻性和坚固性。1 1）抗冻性）抗冻性 石料在饱水状态下，能抵抗多次冻结和融化作用而石料在饱水状态下，能抵抗多次冻结和融化作用而 不破坏的性能。不破坏的性能。(1)(1)直接冻融法直接冻融法 表征指标：表征指标：抗冻损失率抗冻损失率（质量损失率）（质量损失率）按下式计算：按下式计算：式中：式中：Q Qfrfr抗冻质量损失率；抗冻质量损失率；m m1 1 试验前烘干试件质量试验前烘干试件质量,g,g；m m2 2 试验后烘干试件质量试验后烘干试件质量,g,g。17第16页/共115页第一章 石料与集料 17 耐冻系数耐冻系数 计算公式：计算公式：式中：式中：K Kfrfr试件的耐冻系数；试件的耐冻系数；f fscsc试验前石料试件饱水抗压强度，试验前石料试件饱水抗压强度，MPaMPa；f fsc(fr)sc(fr)经冻融循环试验后石料试件饱水抗压强度，经冻融循环试验后石料试件饱水抗压强度，MPaMPa。公路工程用石料技术要求公路工程用石料技术要求：一一般般要要求求其其耐耐冻冻系系数数大大于于0.750.75；质质量量损损失失率率不不大大于于5%5%。同时试件应无明显缺损同时试件应无明显缺损(包括剥落、裂缝和边角损坏等情况包括剥落、裂缝和边角损坏等情况)18第17页/共115页第一章 石料与集料 18 2 2）坚固性）坚固性 测测定定方方法法：采采用用硫硫酸酸钠钠坚坚固固性性法法，将将硫硫酸酸钠钠饱饱和和溶溶液液浸浸入入石石料料孔孔隙隙后后，经经烘烘干干、硫硫酸酸钠钠结结晶晶体体积积膨膨胀胀，产产生生有有如如水水结结冻冻相相似似的的作作用用，使使石石料料孔孔隙隙周周壁壁受受到到张张应应力力，经经过过多多次次循循，引引起石料破坏。起石料破坏。坚固性坚固性是测定石料耐候性的一种是测定石料耐候性的一种简易简易、快速快速的方法。的方法。有条件者均应采用直接冻融法。有条件者均应采用直接冻融法。第18页/共115页第一章 石料与集料 19 二二.力学性质力学性质 主要讨论确定石料等级的主要讨论确定石料等级的抗压强度抗压强度和和磨耗率磨耗率两项性质。两项性质。（1 1）单轴抗压强度单轴抗压强度(饱水饱水)石料的工程用途不同，抗压强度的测试方法也不相同。石料的工程用途不同，抗压强度的测试方法也不相同。道路工程、建筑工程用石料的道路工程、建筑工程用石料的单轴抗压强度单轴抗压强度按下式计算：按下式计算：式中：式中：f fscsc石料的抗压强度，石料的抗压强度，MPaMPa；F Fmaxmax极限破坏时的荷载，极限破坏时的荷载，N N；A A 试件的截面积，试件的截面积，mmmm2 2。19第19页/共115页第一章 石料与集料 2050mm.mm立方体或圆柱体立方体或圆柱体第20页/共115页第一章 石料与集料 21万能材料试验机第21页/共115页第一章 石料与集料 22抗压抗拉第22页/共115页第一章 石料与集料 23抗剪抗弯第23页/共115页第一章 石料与集料 24 （2 2）磨耗性磨耗性 石料抵抗石料抵抗冲击、边缘剪切和摩擦冲击、边缘剪切和摩擦等的联合作用的性能。等的联合作用的性能。也是评定石料等级的依据之一。也是评定石料等级的依据之一。测定方法：可采用测定方法：可采用洛杉矶试验法洛杉矶试验法或或狄法尔试验法狄法尔试验法确定。确定。1 1）洛杉矶试验法）洛杉矶试验法 石料磨耗率计算公式：石料磨耗率计算公式：式中：式中：Q Q磨磨石料的磨耗率石料的磨耗率,；m m1 1装入磨耗机的试样质量，装入磨耗机的试样质量，g g；m m2 2试验后洗净烘干试验后洗净烘干的的试样质量，试样质量，g g。通过通过2mm圆孔筛或圆孔筛或1.6mm方孔筛方孔筛1-10第24页/共115页第一章 石料与集料 25试样为5000g有一定级配的集料，加入钢球12个48mm，5000g。转速3033r/min，转500转。磨耗率洛杉矶法（搁板式）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。第25页/共115页第一章 石料与集料 26搁板式磨耗仪示意图搁板式磨耗仪示意图省时：省时：15min左右左右使石料受到更严峻的冲击、使石料受到更严峻的冲击、剪切、摩擦作用，石料级差大剪切、摩擦作用，石料级差大试样级配较符合路用状况试样级配较符合路用状况第26页/共115页第一章 石料与集料 27 2 2）狄法尔试验法）狄法尔试验法 石料的磨耗率同样是以通过石料的磨耗率同样是以通过2mm2mm圆孔筛或圆孔筛或1.6mm1.6mm方孔方孔筛的质量损失百分率来表示。筛的质量损失百分率来表示。计算公式同上。计算公式同上。第27页/共115页第一章 石料与集料 28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。磨耗率狄法尔法（双筒式）50块石料（5075mm），单一粒径，质量5000g左右，转速3033r/min，转10,000转（5.55.0h）磨耗率计算公式：1-11第28页/共115页第一章 石料与集料 29图图1-3双筒式磨耗仪示意图双筒式磨耗仪示意图耗时长达耗时长达5h以上以上试件尺寸单一（试件尺寸单一（5075mm），与路用实际情况不符合），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石料间相互作用，不同性质石料的磨耗率相差不大单一粒径材料单一粒径材料第29页/共115页第一章 石料与集料 30三、三、化学性质化学性质（1 1）石料化学性质）石料化学性质 石料按石料按SiOSiO2 2的含量划分为：的含量划分为：酸性石料：酸性石料：SiOSiO2 2 65%65%中性石料：中性石料：SiOSiO2 2=52%=52%65%65%碱性石料：碱性石料：SiOSiO2 2 52%52%（2 2）石料与沥青粘附性测定方法）石料与沥青粘附性测定方法 按照我国现行标准，可采用按照我国现行标准，可采用水煮法水煮法和和水浸法水浸法。第30页/共115页第一章 石料与集料 31四、四、石料的技术标准石料的技术标准 1.1.石料的技术分级石料的技术分级根据公路工程对岩石的不同要求，根据公路工程对岩石的不同要求，自然界的岩石可划分为四个岩类：自然界的岩石可划分为四个岩类：2.2.石料的技术标准石料的技术标准道路建筑用石料按其技术性质（饱水后道路建筑用石料按其技术性质（饱水后的抗压强度和磨耗率）划分为四个等级：的抗压强度和磨耗率）划分为四个等级：类类岩浆岩类岩浆岩类类类石灰岩类石灰岩类类类砂岩和片岩类砂岩和片岩类类类砾石类砾石类1 1级级最坚硬岩石最坚硬岩石2 2级级坚硬岩石坚硬岩石3 3级级中等强度的岩石中等强度的岩石4 4级级较软的岩石较软的岩石第31页/共115页第一章 石料与集料 32公路工程用石料的技术标准公路工程用石料的技术标准第32页/共115页第一章 石料与集料 33二、二、集料的技术性质集料的技术性质 集料的分类集料的分类 集料包括岩石天然风化而成的砾石（卵石）和砂等、岩石集料包括岩石天然风化而成的砾石（卵石）和砂等、岩石 经机械和人工轧制的各种尺寸的碎石，以及工业冶金矿渣。经机械和人工轧制的各种尺寸的碎石，以及工业冶金矿渣。根据集料在工程混合料中的不同作用，可以按粒径将其划根据集料在工程混合料中的不同作用，可以按粒径将其划 分为分为粗集料粗集料和和细集料细集料两种两种。第33页/共115页第一章 石料与集料 34集料集料粗集料：粗集料：在混合料中起骨架作用在混合料中起骨架作用（碎石、砾石等）（碎石、砾石等）细集料：细集料：在混合料中起填充作用在混合料中起填充作用（天然砂、人工砂和石屑）（天然砂、人工砂和石屑）在在水泥混凝土水泥混凝土中，粒径中，粒径4.75mm（以圆孔筛计）（以圆孔筛计）在在沥青混合料沥青混合料中，粒径中，粒径2.36mm2.36mm（以方孔筛计）（以方孔筛计）在在水泥混凝土水泥混凝土中，粒径中，粒径4.75mm4.75mm（以圆孔筛计）（以圆孔筛计）在在沥青混合料沥青混合料中，粒径中，粒径2.36mm2.36mm（以方孔筛计）（以方孔筛计）第34页/共115页第一章 石料与集料 35图图1-5碎石集料碎石集料不同粒径、尺寸较小的石料颗粒的集合体不同粒径、尺寸较小的石料颗粒的集合体第35页/共115页第一章 石料与集料 36(一一).).粗集料的技术性质粗集料的技术性质 1 1、物理性质、物理性质 1 1）物理常数物理常数 集集料料的的物物理理常常数数，要要考考虑虑到到集集料料颗颗粒粒中中的的孔孔隙隙（开开口口孔孔隙隙或或闭口孔隙），以及颗粒间的空隙。闭口孔隙），以及颗粒间的空隙。表观密度表观密度（简称视密度）（简称视密度）指在规定条件（指在规定条件（10551055烘干至恒重）下，单位表观体烘干至恒重）下，单位表观体 积（包括矿质实体和闭口孔隙的体积）的质量。积（包括矿质实体和闭口孔隙的体积）的质量。第36页/共115页第一章 石料与集料 37由右图体积与质量的关系，由右图体积与质量的关系，可表示为：可表示为：式中：式中：t粗集料的表观密度，粗集料的表观密度，g/cm3；ms矿质实体质量，矿质实体质量，g；Vs矿质实体体积，矿质实体体积，cm3；Vn矿质实体中闭口孔隙体积，矿质实体中闭口孔隙体积，cm3。1-12第37页/共115页第一章 石料与集料 38测定瓶+砂+水的质量m1测定瓶+水的质量m2工程中砂石材料，直接用排水法测定其表观体积第38页/共115页第一章 石料与集料 39表干密度(表干表干毛体积毛体积)粗粗集集料料的的毛毛体体积积密密度度指指在在规规定定的的条条件件下下，单单位位毛毛体体积积（包包括括矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙）的质量。可由下式求得：矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙）的质量。可由下式求得：式中：式中：h h粗集料的毛体积密度，粗集料的毛体积密度，g/cmg/cm3 3；m ma a矿质实体矿质实体表干质量表干质量,即饱和面干状态，包括了吸即饱和面干状态，包括了吸入开口孔隙中的水的质量入开口孔隙中的水的质量，g g；v vs s、v vi i、v vn n分别为粗集料矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙分别为粗集料矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙 体积，体积，cmcm3 3 。1-13第39页/共115页第一章 石料与集料 40装填密度装填密度装填密度根据装样方法的不同可为装填密度根据装样方法的不同可为堆积密度、振实密堆积密度、振实密度和捣实密度度和捣实密度。该密度是指烘干集料颗粒矿质实体的单位。该密度是指烘干集料颗粒矿质实体的单位装填体积（包括集料颗粒间空隙体积、集料矿质实体及其装填体积（包括集料颗粒间空隙体积、集料矿质实体及其闭口、开口孔隙体积）的质量，按式（闭口、开口孔隙体积）的质量，按式（1-14）计算。）计算。矿质集料的装填密度矿质集料的装填密度,g/cm3；集料颗粒矿质实体的质量，集料颗粒矿质实体的质量，g；集料颗粒矿质实体的体积，集料颗粒矿质实体的体积，cm3；分别为集料颗粒矿质实体中闭口孔分别为集料颗粒矿质实体中闭口孔隙和开口孔隙的体积，隙和开口孔隙的体积，cm3；集料颗粒间的空隙体积，集料颗粒间的空隙体积，cm3；114第40页/共115页第一章 石料与集料 41 装填密度装填密度-堆积密度堆积密度 将将集集料料装装填填于于容容器器中中包包括括集集料料空空隙隙（颗颗粒粒之之间间的的）和和孔孔隙（颗粒内部的）在内的单位体积的质量。隙（颗粒内部的）在内的单位体积的质量。计算公式：计算公式：式中：式中：f f粗集料的堆积密度，粗集料的堆积密度，g/cmg/cm3 3 ；m ms s矿质实体质量，矿质实体质量，g g；v vs s、v vp p、v vv v分别为粗集料矿质实体、孔隙和空隙的体积分别为粗集料矿质实体、孔隙和空隙的体积,cm,cm3 3。按堆积的松紧程度不同分类：按堆积的松紧程度不同分类：自然堆积密度自然堆积密度与与振实堆积密度振实堆积密度。114第41页/共115页第一章 石料与集料 42图1-5集料的体积组成孔隙：矿物之间的空间孔隙：矿物之间的空间Vn+Vi空隙：集料颗粒之间的空间空隙：集料颗粒之间的空间Vv颗粒之间的颗粒之间的空间体积空间体积第42页/共115页第一章 石料与集料 43v砂堆积密度的测定砂堆积密度的测定将容量筒内材料刮平，容量筒的容积即为材料堆积体积第43页/共115页第一章 石料与集料 44 空隙率空隙率 指指集集料料在在自自然然堆堆积积（或或紧紧密密堆堆积积）时时空空隙隙体体积积(含开口孔隙)占占总体积的百分率。总体积的百分率。计算公式：计算公式：式中：式中：n n 粗集料的空隙率粗集料的空隙率,；VfVf集料颗粒的堆积体积，集料颗粒的堆积体积，Vs+Vn+Vi+VvVs+Vn+Vi+Vv，cm3cm3 Vv Vv集料颗粒空隙体积，集料颗粒空隙体积，cm3cm3 Vi Vi矿质实体中开口孔隙体积，矿质实体中开口孔隙体积，cm3cm3115第44页/共115页第一章 石料与集料 45比较项目实际密度表观密度体积密度堆积密度材料状态绝对密实近似绝对密实状态自然状态堆积状态材料体积VV0计算公式应用判断材料性质用量计算、体积计算第45页/共115页第一章 石料与集料 46各种密度比较v真实密度：矿粉的密度接近于真实密度，它是规定条件下，材料真实密度：矿粉的密度接近于真实密度，它是规定条件下，材料单位体积单位体积(全部为矿质材料的体积，不计任何内部孔隙全部为矿质材料的体积，不计任何内部孔隙)的质量，的质量，也叫真密度。也叫真密度。v毛体积密度：其计算单位体积为表面轮廓线范围内的全部毛体积，毛体积密度：其计算单位体积为表面轮廓线范围内的全部毛体积，包含了材料实体、开口及闭口孔隙。当质量以干质量包含了材料实体、开口及闭口孔隙。当质量以干质量(规干规干)为准为准时，称绝干毛体积密度，即通常所称的毛体积密度。时，称绝干毛体积密度，即通常所称的毛体积密度。v表干密度：其计算单位体积与毛体积密度相同，但计算质量以表表干密度：其计算单位体积与毛体积密度相同，但计算质量以表干质量干质量(饱和面干状态，粗集料表面干燥，而开口孔隙中吸饱水饱和面干状态，粗集料表面干燥，而开口孔隙中吸饱水时的质量时的质量)为准时，称表干毛体积密度，即通常所称的表干密度。为准时，称表干毛体积密度，即通常所称的表干密度。v表观密度：材料单位体积中包含了材料实体及不吸水的闭口孔隙，表观密度：材料单位体积中包含了材料实体及不吸水的闭口孔隙，但不包括能吸水的开口孔隙在内，也称视密度。但不包括能吸水的开口孔隙在内，也称视密度。第46页/共115页第一章 石料与集料 47砂石材料密度概念小结砂石材料密度概念小结密度类型真密度表观密度毛体积密度表干密度装填密度定义石料矿质实体单位真实体积的质量石料矿质实体包括闭口孔隙在内的单位表观体积的质量石料矿质实体包括孔隙（闭口、开口孔隙）体积在内的单位毛体积的质量单位毛体积（包括集料矿质实体体积及全部孔隙体积）的饱和面干质量集料颗粒矿质实体的单位装填体积（包括集料颗粒间空隙体积、集料矿质实体及全部孔隙体积）的质量计算公式主要用途确定石料、水泥及矿粉的密度，计算石料的孔隙率和混合料的配合比确定粗细集料的密度，用于混合料的配合比和空隙率的计算计算石料的孔隙率和集料的骨架间隙率可用于集料磨耗值计算计算集料的空隙率第47页/共115页第一章 石料与集料 48 2 2）级配级配 指粗集料中各组成颗粒的分级和搭配。指粗集料中各组成颗粒的分级和搭配。可通可通过筛析试验过筛析试验来确定。来确定。级配的三参数：级配的三参数：分计筛余百分率；分计筛余百分率；累计筛余百分率；累计筛余百分率；通过百分率。通过百分率。3 3）坚固性坚固性 可参照石料的抗冻性和坚固性试验。对已碎石或卵石，可可参照石料的抗冻性和坚固性试验。对已碎石或卵石，可采用规定级配的各粒级集料试验。采用规定级配的各粒级集料试验。第48页/共115页第一章 石料与集料 49第49页/共115页第一章 石料与集料 50第50页/共115页第一章 石料与集料 512集料的颗粒形状与表面特征集料的颗粒形状与表面特征集料的性质除了与形成集料的岩石特征和孔隙集料的性质除了与形成集料的岩石特征和孔隙结构等有直接关系之外，还与集料的颗粒形状和表结构等有直接关系之外，还与集料的颗粒形状和表面特征有一定的关系。因为集料的形状和表面特征面特征有一定的关系。因为集料的形状和表面特征都将影响集料颗粒间的内摩阻力、集料颗粒与结合都将影响集料颗粒间的内摩阻力、集料颗粒与结合料粘结性及吸附性等方面。料粘结性及吸附性等方面。（1）理想的集料颗粒形状是）理想的集料颗粒形状是球状或立方体球状或立方体，而扁平、，而扁平、薄片、细长状的颗粒不仅增加集料的空隙率，还对薄片、细长状的颗粒不仅增加集料的空隙率，还对施工的和易性和混凝土强度造成不利影响；施工的和易性和混凝土强度造成不利影响；针片状：最小厚度与最大长度只比小于针片状：最小厚度与最大长度只比小于1：3第51页/共115页第一章 石料与集料 52（2）集料表面特征指集料的粗糙程度和孔隙特征。）集料表面特征指集料的粗糙程度和孔隙特征。表面粗糙的集料颗粒有较显著的表面粗糙的集料颗粒有较显著的摩阻力摩阻力，同时也会影响集，同时也会影响集料的施工和易性；粗糙且有吸收水泥浆和沥青轻组分的孔料的施工和易性；粗糙且有吸收水泥浆和沥青轻组分的孔隙特征的集料与结合料的粘结能力较强。隙特征的集料与结合料的粘结能力较强。（3）含泥量和泥块含量）含泥量和泥块含量存在于集料中或包裹在集料颗粒表面的泥土会降低水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。含量加以限制。泥是指砂中粒径小于泥是指砂中粒径小于0.075mm的颗粒，泥块是指粗集的颗粒，泥块是指粗集料原尺寸大于料原尺寸大于4.75mm（或细集料大于（或细集料大于1.18mm），但经），但经水浸洗、手捏后小于水浸洗、手捏后小于2.36mm（细集料小于（细集料小于0.6mm）的颗）的颗粒含量。粒含量。第52页/共115页第一章 石料与集料 53碎石和卵石技术要求（GB/T14685-2001）技术指标技术要求级级级碎石压碎指标（%）102030卵石压碎指标（%）121616针片状颗粒含量（%）51525含泥量（%）0.51.01.5泥块含量（%）00.50.7有机物含量（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐含量（按SO3质量计）（%）0.51.01.0坚固性（%）2500kg/m3；松散堆积密度1350kg/m3；空隙率47%碱集料反应经碱集料反应试验后，由卵石、碎石、碎卵石配制的试件无裂缝，酥裂、胶体溢等现象，在规定试验龄期的膨胀率应小于0.10%第53页/共115页第一章 石料与集料 54细集料技术要求（GB/T14684-2001）项目技术要求级级级人工砂压碎指标（%）202530甲基蓝试验MB值1.4或合格石粉含量（%）3.05.07.0泥块含量（%）01.02.0MB值1.4或不合格石粉含量（%）1.03.05.0泥块含量（%）01.02.0天然砂含泥量（%）1.02.05.0泥块含量（%）01.02.0有害杂质含量（%）氯化物含量（按氯离子质量计）0.010.020.06母含量1.02.02.0有机物含量（比色法）（%）合格合格合格硫化物及硫酸盐（按SO3质量计）0.50.50.5物质含量1.01.01.0坚固性（%）2500kg/m3；松散堆积密度1350kg/m3；空隙率47%第54页/共115页第一章 石料与集料 553 3、粗集料的力学性质、粗集料的力学性质 主主要要是是压压碎碎值值和和磨磨耗耗度度；其其次次磨磨光光值值、道道瑞瑞磨磨耗耗值值和和冲冲击击值。值。1 1）集料压碎值集料压碎值 指集料在连续增加的荷载下，抵抗压碎的能力。指集料在连续增加的荷载下，抵抗压碎的能力。第55页/共115页第一章 石料与集料 56v水泥混凝土路面：取试样：粒径水泥混凝土路面：取试样：粒径10mm20mm；质质量量2.5kg；在；在35min内加压至内加压至200kN，保持，保持5s，将，将试样过试样过2.36mm筛，称其筛余质量。筛，称其筛余质量。v压碎指标值计算公式如下：压碎指标值计算公式如下：v式中：式中：Qa压碎指标值压碎指标值m0试样总质量试样总质量m1试样筛余质量试样筛余质量116第56页/共115页第一章 石料与集料 57式中：式中：m m0 0试验前试样质量，试验前试样质量，g g；m m1 1试验后通过试验后通过2.36mm2.36mm筛孔筛孔 细料质量，细料质量，g g。公路路面基层、沥青面层粗集料：公路路面基层、沥青面层粗集料：计算公式计算公式117第57页/共115页第一章 石料与集料 58压碎指标值测试仪具尺寸图压碎指标值测试仪具尺寸图1020mm集料分二层夯实，在集料分二层夯实，在35min加荷至加荷至Pmax=200kN，恒压，恒压5s后，脱膜后过后，脱膜后过2.36mm筛筛试验集料试验集料第58页/共115页第一章 石料与集料 59压碎值测试仪压碎值测试仪将将1216mm碎石分三层夯实，在碎石分三层夯实，在010min加压至加压至400kN，立即卸载，过，立即卸载，过2.36mm筛筛试验集料容器试验集料容器第59页/共115页第一章 石料与集料 60 2 2）集料磨光值集料磨光值 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 高速公路要求的力学性质：集料的抗磨光性。高速公路要求的力学性质：集料的抗磨光性。按按我我国国现现行行试试验验规规程程，是是采采用用石石料料磨磨光光值值（Polished Polished Stone Stone ValueValue简称简称PSVPSV）来表示。）来表示。意义：意义：石料磨光值愈高，表示其抗滑性愈好。石料磨光值愈高，表示其抗滑性愈好。抗抗滑滑面面层层应应选选用用磨磨光光值值高高的的集集料料，如如玄玄武武岩岩、安安山山岩岩、砂砂岩岩和花岗岩等。和花岗岩等。第60页/共115页第一章 石料与集料 61磨光机磨光机磨光值试件磨光值试件试件试件（金刚砂），经（金刚砂），经6h磨光后，磨光后，用摆式仪测摩擦系数（用摆式仪测摩擦系数（BPN）磨光值磨光值第61页/共115页第一章 石料与集料 62磨光值：PSV石料的磨光值；石料的磨光值；PSVra试验试件的摩擦系数；试验试件的摩擦系数；PSVbra标准试件的摩擦系数；标准试件的摩擦系数；118第62页/共115页第一章 石料与集料 633 3）集料冲击值集料冲击值集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能，称为抗冲击韧性。集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能，称为抗冲击韧性。指标：指标：冲击值。冲击值。计算公式：计算公式：式中：式中：LSV LSV 集料的冲击值，集料的冲击值，%m m1 1试验后通过试验后通过2.36mm2.36mm的试样质量，的试样质量，g g；m m 原试样质量，原试样质量，g g。119第63页/共115页第一章 石料与集料 649.513.2mm集料，集料，1kg分三次夯实。分三次夯实。冲击锤至冲击锤至3805mm处自由落下，重复处自由落下，重复15次。次。将受冲击后的集料过筛（将受冲击后的集料过筛（2.36mm），称重。），称重。第64页/共115页第一章 石料与集料 654 4）集料磨耗值（道瑞试验）集料磨耗值（道瑞试验）用于评定抗滑表层所用粗集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。用于评定抗滑表层所用粗集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。磨耗值的磨耗值的计算公式：计算公式：式中：式中：AAV AAV 集料磨耗值；集料磨耗值；m m1 1磨耗前试件的质量，磨耗前试件的质量，g g；m m2 2磨耗后试件的质量，磨耗后试件的质量，g g；s s集料表干密度集料表干密度,g/cm,g/cm3 3。120第65页/共115页第一章 石料与集料 66道瑞道瑞Dorry（英国）磨耗仪（英国）磨耗仪第66页/共115页第一章 石料与集料 67 意义：意义：磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差。磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差。要要求求：不不同同道道路路等等级级对对抗抗滑滑表表层层集集料料的的磨磨光光值值、道道瑞瑞磨磨耗耗值值和冲击值的技术要求见下表。和冲击值的技术要求见下表。抗滑表层用集料技术要求抗滑表层用集料技术要求指指标标高速公路、一级公路高速公路、一级公路其他公路其他公路石料磨光值石料磨光值不小于不小于4235道瑞磨耗值道瑞磨耗值不大于不大于1416集料冲击值集料冲击值不大于不大于/%2830第67页/共115页第一章 石料与集料 68v1 1 物理常数物理常数v2集料级配的表示方法集料级配的表示方法v（1）筛分试验 筛分试验：筛分试验：将将500g500g试样，置于一套标准筛进行筛分，试样，置于一套标准筛进行筛分，分别称出试样存留在各筛上质量，并计算其级配有关分别称出试样存留在各筛上质量，并计算其级配有关参数：参数：(二二)细集料的技术性质细集料的技术性质第68页/共115页第一章 石料与集料 69沥青路面及各类基层集料用标准筛均以方孔筛为准，相应的筛孔沥青路面及各类基层集料用标准筛均以方孔筛为准，相应的筛孔尺寸依次为尺寸依次为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；水泥混凝土用集料标准筛的孔径当大于或等于水泥混凝土用集料标准筛的孔径当大于或等于2.5mm时，以圆孔时，以圆孔筛为标准；小于筛为标准；小于2.5mm时以方孔筛为准。相应标准筛的筛孔尺寸时以方孔筛为准。相应标准筛的筛孔尺寸依次为依次为100mm、80mm、63mm、50mm、40mm、31.5mm、25mm、20mm、16mm、10mm、5mm、2.5mm、1.25mm、0.63mm、0.315mm、0.16mm、0.075mm。不同用途采用不同规格标准套筛，是我国多年以来的一种特有的不同用途采用不同规格标准套筛，是我国多年以来的一种特有的做法。随着与国际通用方式的接轨，全部采用方孔筛成为一种必做法。随着与国际通用方式的接轨，全部采用方孔筛成为一种必然趋势。然趋势。2003年颁布并实施的新一版年颁布并实施的新一版公路水泥混凝土路面施工公路水泥混凝土路面施工技术规范技术规范就已开始采用方孔筛标准。就已开始采用方孔筛标准。第69页/共115页第一章 石料与集料 70 1 1）分计筛余百分率分计筛余百分率 某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率。某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率。计算公式：计算公式：式中：式中：a ai i某号筛的分计筛余，；某号筛的分计筛余，；m mi i存留在某号筛上的质量，存留在某号筛上的质量，g g；M M 试样总质量，试样总质量，g g。第70页/共115页第一章 石料与集料 71 2 2）累计筛余百分率累计筛余百分率 某某号号筛筛的的分分计计筛筛余余百百分分率率和和大大于于某某号号筛筛的的各各筛筛分分计计筛筛余百分率之总和。余百分率之总和。计算公式：计算公式：式中：式中：A Ai i累计筛余，；累计筛余，；a a1 1、a a2 2、a ai i从从5mm5mm、2.5mm2.5mm、至计算的至计算的 某号筛的分计筛余（圆孔筛），某号筛的分计筛余（圆孔筛），。第71页/共115页第一章 石料与集料 72 3 3）通过百分率通过百分率 通通过过某某筛筛的的质质量量占占试试样样总总质质量量的的百百分分率率，即即100100与与累累计计筛余百分率之差。筛余百分率之差。计算公式：计算公式：式中：式中：P Pi i通过百分率，；通过百分率，；A Ai i累计筛余，。累计筛余，。第72页/共115页第一章 石料与集料 73 （2 2）细度模数细度模数 细度模数细度模数是评价砂粗细程度的一种指标。是评价砂粗细程度的一种指标。指指标标：细细度度模模数数（或或细细度度模模量量），是是各各号号筛筛的的累累计计筛筛余百分率之和除以余百分率之和除以100100之商。可按下式计算：之商。可按下式计算：第73页/共115页第一章 石料与集料 74按细度模数可将砂分为下列三级：按细