2砂石材料-土木工程材料讲课教案

• （2）间断级配是在矿质混合料中剔除其一个 （或几个）分级，形成一种不连续的混合料。 称为间断级配矿质混合料。
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2.3 矿质混合料的组成设计
• 2、级配理论 • 发源于我国的垛积理论 • 最大密度曲线理论和粒子干涉理论 • 1）最大密度曲线理论 • W.B.富勒（Fuller）和他的同事研究认为：固
2.1 石料
• （5）砂岩 • 主要矿物是石英、有时含有少量长石、方解
石、白云石及云母。 • 硅质砂岩 • 钙质砂岩 • 铁质砂岩 • 粘土质砂岩
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2.1 石料
• （6）辉绿岩 • 高强混凝土的集料、道路路面的抗滑表层。 • （7）火山灰、浮石 • 火山灰是颗粒粒径小于5mm的粉状火山岩，
• 一、矿质混合料的级配理论 • 1、级配曲线 • 各种不同粒径的集料，按照一定比例搭
配起来，以达到较高的密实度（和/或 较大摩擦力），可以采用下列两种级配 组成。
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2.3 矿质混合料的组成设计
• （1）连续级配是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，具有连续的（不间断的）性质， 相邻粒径的粒料之间，有一定的比例关系 （按质量计）。这种由大到小，逐级粒径均 有，并按比例互相搭配组成的矿质混合料， 称为连续级配矿质混合料。
冲击韧性。 • 采用集料冲击值（AIV）表示。
AIV m1 100% m2
• 式中：m1-原试样质量，g； • m2-冲击试验后，通过2.36mm筛的石屑质量，g。
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2.2 集料
• 4、集料道瑞磨耗值 • 磨耗值（AAV）用于确定石料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。 AAV3(m1m2)
• 3、化学性质
• （1）石料的酸碱性
• SiO2含量 >65%
酸性石料
• SiO2含量 65%~52% 中性石料
• SiO2含量 <52%
碱性石料
• （2）石料与沥青的粘附性
• （3）评价方法
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2.1 石料
• 沥青与粗集料粘附性试验方法有水煮法和水 浸法。
• 水煮法：选取粒径为13.2~19mm，形态接近 立方体的规则集料5个，经沥青裹覆后，在蒸 馏水中沸煮3min，按沥青膜剥落的情况分为 五个等级来评价沥青与集料的粘附性。
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2.2 集料
• Mx=3.7~3.1 粗砂 • Mx=3.0~2.3 中砂 • Mx=2.2~1.6 细砂 • （5）级配曲线 • 集料级配可以用级配曲线直观地表示出来。
见图2.3
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2.2 集料
• 二、粗集料的力学性质 • 1、粗集料的压碎值 • 粗集料压碎值是粗集料在连续增加的荷 载作
石粉含量是指人工砂中小于0.075mm的颗粒含量。 • 采用砂当量试验或甲基蓝MB值试验
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2.2 集料
• （2）泥块含量 • 泥块含量是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。 • 4、坚固性 • 坚固性试验采用硫酸钠侵蚀法。 • 5、级配 • 集料中各组成颗粒的分级和搭配称为级配。
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2.2 集料
• 集料包括岩石天然风化而成的砾石（卵石） 和砂，以及岩石经轧制而成的各种尺寸的碎 石和石屑等。也称骨料。
• （1）对于水泥混凝土用集料，粒径大于 4.75mm者称为粗集料，粒径小于4.75mm者 称为细集料。
• （2）对于沥青混合料用集料，粒径大于 2.36mm者称为粗集料，粒径小于2.36mm者 称为细集料。
• 水浸法：选取料径9.5~13.2mm的集料80g， 与5.5g的沥青在规定温度条件下拌和成混合 料，冷却后浸入80℃的蒸馏水中保持30min， 然后评价。
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2.1 石料
• 三、石料的技术标准 • 按其造岩矿物的成分、含量以及组织结构来
确定岩石名称；再按其物理-力学性质（主要 为饱水状态的抗 压强度和磨耗率）分为下列 4种等级（表2.1） • 1级-最坚强的岩石 • 2级-坚强的岩石 • 3级-中等强度的岩石 • 4级-较软的岩石
有火山灰活性，可作为水泥的混合材及混凝 土的掺合料。 • 浮石中粒径大于5mm，并具有多孔构造的火 山岩，可作轻质混凝土的集料。
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2.1 石料
• （8）片麻岩 • 用作碎石、块石及人行道石板。
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2.1 石料
• 2、工程上常用的石料制品 • （1）片石 • （2）块石 • （3）方块石 • （4）粗料石 • 表面凹凸相差不大于10mm。砌缝宽度小于
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2.2源自文库集料
• 集料的最大粒径分为集料最大粒径和集料公 称最大粒径。
• （1）集料最大粒径指集料100%都要求通过 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。
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2.2 集料
• 一、集料的物理性质 • 1、物理常数 • 集料的体积和质量的关系如图2.2 • （1）表观密度 • （2）堆积密度 • （3）空隙率
2.1 石料
• （2）玄武岩 • 由斜长石、辉石和橄榄石组成。 • 玄武岩体积密度大、硬度高、脆性大、耐久
性好、加工困难，一般用作筑路石材或混凝 土集料。 • （3）石灰岩 • 主要化学成分CaCO3,主要矿物成分是方解石。 • 石灰岩来源广，硬度低、易劈裂、便于开采， 具有一定强度和耐久性。
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2.1 石料
• ②坚固性
• 采用硫酸钠侵蚀法来测定。该法是将烘干并 以称量过的试件，浸入饱和的硫酸钠溶液中 经20h后，取出置于105℃±5℃的烘箱中烘 4h，取出冷却至室温，这样一循环。然后再 浸入饱和的硫酸钠溶液中4h，取出置于 105℃±5℃的烘箱中烘4h，如此循环。最后 用蒸馏水沸煮洗净，烘干称量，计算其质量 损失率。
ai
mi 100% m
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2.2 集料
• （2）累计筛余百分率
A i a 1 a 2 a i
• （3）通过百分率
Pi 100Ai
• 分计筛余、累计筛余和通过率的关系参见表 2.3
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2.2 集料
• （4）细集料的粗细程度 • 细集料的粗细程度用细度模数指标来评价。
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2.1 石料
• 2、力学性质 • （1）单轴抗压强度 • 50mm×50mm×50mm立方体试件 • 或直径和高度为50mm的圆柱体。吸水饱和
48h后的强度。 • （2）磨耗性 • 采用洛杉矶磨耗试验 • 石料磨耗率以通过2.36mm筛孔的质量百分率
来表示。
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2.1 石料
体颗粒按粒度大小，有规则地组合排列，粗 细搭配，可以得到密度最大、空隙最小的混 合料。
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2.3 矿质混合料的组成设计
• 初期研究的理想曲线是：细集料以下的颗粒 级配为椭圆形曲线，粗集料为椭圆曲线相切 的直线，由这两部分组成的级配曲线，可以 达到最大密度。
• 简化的“抛物线最大密度理想曲线”。该理 论认为：“矿质混合料的颗粒级配曲线愈接 近抛物线，则其密度愈大。
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2.3 矿质混合料的组成设计
• （1）最大密度曲线公式
p2 kd
• 式中：d-矿质混合料各级颗粒粒径 （mm）；
• p-各级颗粒粒径集料的通过量（%）； • k-常数。
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2.2 集料
• 方孔标准筛孔尺寸
• 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和0.075mm。
• （1）分计筛余百分率
用下抵抗压碎的能力。
• 用以评价公路路面和基层用集料的质量。
Qc
m1 m0
100%
• 式中：m0-加压试验前的试样质量，g； • m1-加压试验后通过2.36mm筛的试样质量，g。
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2.2 集料
• 《水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2003）规定的压碎值是以原T0315试验 方法为基准的，所以上述方法得到的压碎值 换算成原T0315方法得到的压碎值Q原。 Q 原0.81Q c65
• ρb-粗集料的表观密度或毛体积密度，g/cm3。
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2.2 集料
• 2、颗粒形状和表面构造 • （1）粗集料的颗粒形状 • 集料的颗粒形状可按表2.2分为四种类型 • （2）细集料的棱角性 • 3、含泥量和泥块含量 • （1）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，
通的开口孔隙和不与外界连通的闭口孔隙） 所组成。如图2.1。
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2.1 石料
• ①真实密度 • ②表观密度 • ③孔隙率 • （2）吸水性 • 吸水率 • 饱水率
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2.1 石料
• （3）耐候性 • ①抗冻性 • 直接冻融法。该方法是将石料加工为规则的
块状试样，在常温下（20℃±5℃）条件下， 采用逐渐浸水的方法，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，然后在常温条件下融解4h，如此循环， 观察其外观破坏情况并加以记录。 • a.抗冻质量损失率 • b.耐冻系数
第2章 砂石材料
南华大学杨建明教授
• 砂石材料是由岩石风化或加工而成。 • 重质致密的块体石材常用于砌筑基础、桥涵
挡土墙、护坡、沟渠与隧道衬砌。 • 散粒石材（如碎石、砾石、砂等）广泛用作
混凝土和沥青混合料的集料、道渣和筑路材 料。 • 天然石材具有抗压强度高、耐久性和耐磨性 良好，资源分布广，便于就地取材。 • 但岩石性质较脆，抗拉强度较低，表观密度 大，硬度高，开采和加工比较困难。
20mm。 • （5）细料石 • 表面凹凸不大于5mm。砌缝宽度小于15mm。
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2.1 石料
• （6）镶面石 • （7）碎石 • （8）石屑 • （9）矿粉 • （10）砾石 • （11）砂 • （12）砂砾
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2.1 石料
• 二、石料的技术性质 • 物理性质、力学性质和化学性质 • 1、物理性质 • （1）物理常数 • 石料主要由矿物实体和孔隙（包括与外界连
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2.1 石料
• 一、工程常用的岩石及其制品 • 1、工程常用的岩石 • （1）花岗岩 • 主要矿物组成为石英、长石及少量暗色矿物
和云母。 • 体积密度大、抗压强度高、吸水率小、耐磨
性好、耐久性相当高，且外观稳重大方。 • 适用于基础、柱子、地面，也是高档装修材
料。
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Mx A2.36A1.181A00.60A A40..735A0.155A4.75水泥混凝土 Mx A0.15A0.3A0.610A1.018A2.36A4.75沥青混合料
• 式中：Mx-砂的细度模数； • A0.15、A0.3、…、A4.75-分别为0.15mm、0.3mm、…、
4.75mm各号筛的累计筛余百分率，%。
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2.2 集料
• （4）粗集料骨架间隙率VCA • 粗集料骨架间隙率通常指4.75mm以上粗集料颗粒间的空隙体积
的百分含量。 • 粗集料骨架间隙率的大小用于确定沥青混合料中的细集料和沥
青结合料的数量，并评价集料的骨架结构。
VCA(1f )10% 0 b
• 式中：ρf-粗集料的装填密度，在沥青混合料中采用捣实密度， g/cm3；
s
• 式中：m1-磨耗前试样的质量，g； • m2-磨耗后试样的质量，g； • ρs-集料的表干密度，g/cm3。
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2.2 集料
• 三、岩石集料的技术要求 • 1、粗集料的技术要求 • 表2.5 • 2、细集料的技术要求 • 表2.6
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2.3 矿质混合料的组成设计
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2.2 集料
• 2、磨光值 • 作为路面用的集料，在车辆轮胎作用下，不
仅要求具有高的抗磨耗性，而且要求具有主 的抗磨光性。 • 采用石料磨光值（PSV）来表示。 • 典型集料磨光值如表2.4
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2.2 集料
• 3、集料冲击值 • 集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性质，称为抗