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第一篇基础篇第一章石料和集料石料和集料是道路与桥梁建设中用量最大的一种建筑材料，它们可以用作道路与桥梁工程的圬工材料，也是沥青混合料和水泥混凝土中最重要的基本原料。
因此，全面的认识、合理的选择以及正确的使用石料和集料，对于保证道路建筑工程质量有着重要的意义。
1.1 岩石与石料1.1.1岩石分类与鉴别1.岩石的组成及分类岩石是组成地壳及地幔的主要物质，是指在各种地质作用下按一定方式组合而成的矿物集合体。
由单一矿物组成的岩石称为单矿岩，如石灰岩等；由多种矿物组成的岩石称为复矿岩，如花岗岩等。
岩石按其成因可分为沉积岩、岩浆岩和变质岩三大类。
（1）岩浆岩岩浆岩是岩浆冷凝而成的岩石，它是所有岩石中最原始的岩石。
岩浆岩按冷却条件可分为深成岩（如花岗岩、正长岩等）、喷出岩（如玄武岩、安山岩等）和火山岩（如火山凝灰岩等）。
岩浆岩具有优良的工程性质，在道路工程中用途广泛。
深成岩具有密度大、抗压强度高、吸水性和抗冻性好的优点；火山岩多孔、质轻，是良好的保温建筑材料和水泥混合材料；喷出岩的物理力学性质介于岩浆岩与火山岩之间。
（2）沉积岩沉积岩是由母岩（岩浆岩、变质岩和已形成的沉积岩）在地表风化剥蚀，经过搬运、沉积和石化等作用而形成的岩石，它占地表的66%，是地表的主要岩类。
沉积岩可分为碎屑岩类（如凝灰岩、砾岩等）、粘土岩类（如页岩、泥岩等）和化学及生物化学岩类（如石灰岩、白云岩等）。
沉积岩的物理力学性质与矿物、岩屑的成分以及胶结物质的性能有很大关系，通常表现出各向异性的特点。
与深成岩相比，沉积岩密度小、孔隙率和吸水率大、强度低、耐久性差。
（3）变质岩变质岩是原生的岩浆岩或沉积岩经过地质上的变质作用而形成的岩石。
变质岩可分为片理状岩类（如片岩、千枚岩等）和块状岩类（如大理岩、石英岩等）。
变质岩的物理力学性质不仅与原岩性质有关，而且与变质作用条件及变质程度有关。
由沉积岩的得到的变质岩受高压和重结晶作用，比原岩更加坚固耐久；由深成岩得到的变质岩经变质作用后产生片状结构，耐久性降低。
（1），石材加工而成集料。
（2），集料是混合料中起骨架和填充作用的粒料，包括碎石、砾石、机制砂、石屑、砂等。
碎石砾石（>2.36mm)破碎砾石粗集料筛选砾石矿渣钢渣河砂天然砂-由自然风化、水流冲涮、堆积而成。
按生存环境海砂山砂机制砂人工砂-矿渣砂细集料煅烧砂(<2.36mm)石屑经过水洗得到的细集料。
机制砂-石屑-采石场加工碎石时通过最小筛孔的筛下部分，亦称筛屑混合砂-由天然砂，人工砂，机制砂或石屑等按一定比例混合而成填料 矿粉-通常是石灰岩等碱性石料加工磨细得到的。
主要成分CaCO 3（<0.075mm) 一些矿物质，如水泥、消石灰、粉煤灰等。
（4）,粗集料的技术性质：物理性质；力学性质。
一，物理性质表观密度-简称视密度，单位体积（包括矿质实体和闭口孔隙体积）物质颗粒的干质量。
毛体积密度-单位体积（包括矿质实体，开口孔隙，闭口孔隙）物质颗粒的干质量A密度表干密度-单位体积（包括矿质实体，开口及闭口孔隙在内的饱和面）的干质量堆积密度-是集料装填于容器中单位体积（包括集料空隙及颗粒内部孔隙）的质量*由此衍生的相对密度均指该密度与同温度水的密度之比值。
其中表观相对密度又叫视比重。
B，含水率：粗集料在自然状态下含水量的大小，含水量与干质量之比。
C，吸水率：粗集料在饱水状态下吸水量的大小，吸水量与干质量之比。
D，标准筛：对颗粒材料进行筛分试验用的符合标准形状和尺寸规格要求的系列样品筛。
标准筛筛孔为正方形称方孔筛，筛孔尺寸依次为75、63、53、37.5、31.5、26.5、19、16、 13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15、0.075（一共17个）E，集料最大粒径：指集料100%都要求通过的最小的标准筛筛孔尺寸。
F，集料的公称最大粒径：指集料全部通过或允许有少量不通过（一般容许筛余不超过10%）的 最小标准筛筛孔尺寸。
通常比集料最大粒径小一个粒级。
*在我国往往将公称最大粒径直接简称为最大粒径，没有严格的区分。
G，级配级配是指粗集料中各个组成颗粒的分级和搭配。
试验室通过筛分试验确定粗集料级配。
与级配有关的三个重要参数:分计筛余百分率，累计筛余百分率，通过百分率。
*注意，具体计算时应考虑由于筛分而造成的损耗。
第1页小于2.36mm 的人工砂.集料（3），在沥青混合料中：以粒径2.36mm 为分界筛孔。
（注意：它是混合料用以粗细型分类的关键性筛孔之一，另一个关键性筛孔是4.75mm。
水泥混凝土就是以4.75mm为粗细集料分界经人为加工处理得到的符合规格要求的细集料广义上分类石料加工过程中采取真空抽吸等方法除去大部分土和细料；集料二，力学性质* 在粗集料的质量指标中，我国特别重视压碎值，其实世界上使用最多的是洛杉矶磨耗值，B，集料磨耗值愈高，表示集料的耐磨性愈差。
粒的干质量。
D，针片状含量一般用来评价集料的形状和抗压碎的能力，以评定粗集料在工程中的适用性。
E，破碎砾石含量主要是为了保证沥青混合料具有较高的内摩阻角和抵抗永久变形能力。
F，粗集料碱值主要为了增加集料与沥青之间的粘结特性。
* 由于沥青属于偏酸性材料，如果集料属于酸性，那么集料与沥青之间的粘结力将较差。
5、19、16、超过10%）的第2页土木工程用粗集料的力学性质，主要是压碎值和磨耗度，其次是磨光值、道瑞磨耗值和冲击值。
另外针片状含量、破碎砾石含量以及碱值、碱活性。
A ，压碎值是集料在逐渐增加的荷载下（压力机在10分钟内加荷至400KN)抵抗压碎的能力。
它作为衡量石料强度的一个相对的指标,用以评价公路路面和基层用集料的质量。
C ，集料磨光值主要是针对高速及一级公路的表面层作抗滑表层用而提出的，磨光值愈高，表示其抗滑性能愈好。
的适用性。
2，*破碎砾石应采用粒径大于50mm、含泥量不大于1%的砾石轧制。
3，*粘附性指标是我国特有的，它仅仅是初选集料品种的参考性指标，不能看得太重。
第3页1，*当单一规格集料质量指标达不到表中要求，而按照集料配合比计算符合要求时，工程上允许使用。
4，*当混合料粘结性不足而掺加消石灰或水泥后，由于其比表面要比石粉大得多，所以设计的最佳沥青用量通常需要增加0.2-0.4%左右，并为此需要重新进行配合比设计。
关于粗集料的技术指标须认识以下几点问题：1，关于密度视密度和吸水率是集料的综合指标，石质坚硬致密，吸水率小的集料比较耐磨、耐久性好。
但这并不是说集料密度越大越好。
因为过分致密的集料其破碎面可能比较光滑，缺乏粗糙的凹凸表面，不能吸附更多的沥青结合料，使沥青膜厚度变薄，影响混合料的耐久性。
同时也影响集料之间的内摩擦力，降低抗高温稳定性能。
2，关于级配规格购买集料首先要讲究规格，粒径规格不符合规范要求，进行配合比试配时，很难调到理想的级配曲线，使生产的混合料难以达到规范要求；集料料源力求稳定，因为同一石场生产的料，其筛网规格不会频繁更换，其生产的集料粒径规格相对稳定，从而使根据其设计的配合比级配与实际级配不会太大变异。
3，关于集料的技术性质（集料技术性质可分为两类）一类是资源特性--它反映材料来源或称它为料源特性、天然特性。
它是由石料产地所决定，如密度、压碎值、磨光值等。
它受产地和成本的制约，变更余地不大。
另一类是加工特性--它反映加工水平，如级配组成、针片状含量、棱角性含泥量等。
* 应用最多的石料：德国辉绿岩；日本砂岩；美国花岗岩应用广泛（石灰岩有用于高速公路表面层）第3页第4页（5），关于细集料的技术性质含有少量大于2.36mm颗粒的一般用容量瓶法（JTG E42-2005 T0328)测其表观密度。
不含有大于2.36mm颗粒的一般用坍落筒法（JTG E42-2005 T0330)测其毛体积密度等密度自然堆积密度-它是反映细集料棱角性的重要指标。
自然状态下空隙率越大棱角性越好紧装密度--分两层装，每层各颠击25次。
是集料各级颗粒的分配情况，可通过筛分试验确定。
粗度：是评价细集料粗细程度的一种指标。
用细度模数表示。
（新规范已取消此指标）Mx=（A0.15+A0.3+A0.6+A1.18+A2.36)/(100-A4.75)细度模数愈大表示细集料愈粗。
粗砂 3.7-3.1中砂 3.0-2.3细砂 2.2-1.6*注意：公式中A是代表各号筛的累计筛余，所以细度模数的数值主要决定于累计筛余量，由于累计筛余的总和中，粗颗粒分计筛余的“权”比细颗粒大，所以他的数值很大程度上决定于粗集料含量。
细度模数在一定程度上反映砂的粗细概念，但并不能全面反映筛的粒径分布情况，应为不同级配的砂可以具有相同的细度模数。
洁净指标细集料的质量要求中最重要的是它的洁净程度。
JTG F40-2004 第20页4.9.2规定：1，天然砂以小于0.075mm含量的百分数表示；2，0-4.75mm的石屑和机制砂以砂当量（SE)表示；*砂当量试验测定细集料中小于0.075mm颗粒部分的塑性特性，以确定含泥量的多少。
3，0-0.15mm或0-2.36mm石屑和机制砂以亚甲蓝值表示。
*亚甲蓝试验主要评价细集料中是否含有膨胀性粘土矿物，以评价细集料的洁净程度。
JTG F40-2004 第20页天然砂宜采用粗、中砂；热拌密级配沥青混合料中天然砂用量不宜超过集料总量的20%。
SMA和OGFC混合料不宜使用天然砂。
关于石屑1，石屑是采石场破碎石料时通过4.75mm或2.36mm的筛下部分。
2，高速公路和一级公路沥青混合料宜将S14和S16组合使用，S15可在沥青稳定碎石基层或其他等级公路使用。
3，石屑中的细粉含量太多会严重影响粗糙度(甚至不如天然砂中粗砂的棱角性）。
JTG F40-2004 第21页三种主要细集料的特点：机制砂：宜采用专用制砂机制造，并选用优质石料，其级配应符合S16要求。
粗糙、洁净、棱角性好，能保证细集料质量，大量推广使用将是方向。
价格较贵。
天然砂：大多呈浑圆状，与沥青的粘附性较差，使用太多对高温稳定性不利。
但使用天然砂在施工时容易压实，路面好成型。
石屑：一般来说棱角性较天然砂好，与沥青的粘附性较好，但石屑粉尘含量、扁片含量及碎土比例很大，强度很低；施工时不易压实，残留空隙率较大；由于它是石料破碎时表面剥落或撞下的棱角，在使用中还有继续细化的倾向。
* 细集料的棱角性指标对沥青混合料的施工性能和使用性能起着至关重要的作用。
细粉含量较多的石屑，其嵌挤能力未必比天然砂好试验证明：0.15-0.3mm，0.3-0.6mm部分的棱角性最小。
（国外忌讳这部分“驼峰”级配及Superpave设定级配限制区之主要原因）* 粗细集料的搭配问题：1，单从矿料级配是否合适的检验来看，需要用同一种岩石的粗细集料；2，但高速公路沥青路面表面层选用非碱性石料（包括玄武岩）作粗集料时，应选用石灰岩等碱性料的石屑作细集料。
如果也使用相同类型的石屑，而石屑中含有较多的0.075mm以下部分，那就相当于使用了非石灰岩成分的矿粉，那是不能允许的。
第6页（6），填料部分1，在沥青混合料中，矿质填料通常是指矿粉。
2，消石灰、水泥及粉煤灰等填料常作为抗剥落剂使用，但粉煤灰质量往往不稳定，一般不允许在高速公路上使用。
但高钙粉煤灰的性能还优于矿粉。
*粉煤灰作为填料使用时，用量不得超过填料总量的50%，烧失量应小于12%，与矿粉混合后的塑性指数应小于4%，其余质量要求同矿粉。
3，矿粉要适量，少了不足以形成足够的比表面吸附沥青，过多又会使胶泥成团，致使路面胶泥离析。
4，JTG F 40-2004第21页规定。
沥青混合料用的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，原石料中的泥土杂质应除净。
矿粉应干燥、洁净，能自由从矿粉仓流出。
5，拌和机粉尘可作为矿粉的一部分回收使用。
但每盘用量不得超过填料总量的25%，掺有粉尘填料的塑性指数不得大于4%。
6，填料具有下列作用：A，填充孔隙，由此减少最佳沥青含量；B，使集料级配满足要求；C，增加稳定度，但过多的填料会降低沥青混凝土的稳定性；D，改善沥青与集料的粘结力。
* 通常，增加填料，会降低沥青用量，增加密实度和稳定度。
*注意：当集料与沥青的粘附性不足，而掺加消石灰或水泥时，由于其比表面比石粉大得多，设计的最佳沥青用量通常需要增加0.2%-0.4%左右，为此需要重新进行配合比设计。
*用水泥作抗剥落剂时，可以用低标号水泥，用量可以是4-5%，可同时替代等量或全部矿粉，但水泥用量最好大于4%。
* 用消石灰作抗剥落剂时，其用量通常为1-2%。
但生石灰一般不能用作为抗剥落剂使用。
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