砂石材料（道路建筑材料课件）.ppt

第一章砂石材料第一节砂石材料的基础知识第二节集料第三节矿质混合料的组成设计 第一章砂石材料本章重点：石料与集料的主要技术性能以及主要评价方法和评价标准；集料的级配概念和级配理论；矿质混合料的配合比设计方法。 第一节砂石材料的基础知识一、砂石材料的岩石学特性1、造岩矿物(1)定义：具有一定化学成分和结构特征的天然化合物或单质。(2)主要有：石英、长石、云母、方解石、白云石、石膏、黄铁矿等。 第一节砂石材料的基础知识一、砂石材料的岩石学特性(1)定义：具有一定化学成分和结构特征的天然化合物或单质。(2)主要有：石英、长石、云母、方解石、白云石、石膏、黄铁矿等。1、造岩矿物(3)何谓单矿岩、多矿岩？(4)石料的矿物组成和结构构造特征对其物理力学性质影响很大。 2、岩石的分类（1）岩浆岩深成岩喷出岩火山岩深成岩特点：结晶完整、结构致密、表观密度大、孔隙率和吸水率小、抗压强度高、抗冻性好。工程中常用的有：花岗岩、辉长岩、闪长岩等。 （1）岩浆岩深成岩特点：结晶完整、结构致密、表观密度大、孔隙率和吸水率小、抗压强度高、抗冻性好。工程中常用的有：花岗岩、辉长岩、闪长岩等。2、岩石的分类深成岩喷出岩火山岩 （1）岩浆岩火山岩有多孔玻璃质结构的散粒状火山岩，如火山灰、火山渣、浮石等；也有因覆盖层压力作用而凝聚成大块的胶结火山岩，如火山凝灰岩等。2、岩石的分类深成岩喷出岩火山岩 （1）岩浆岩喷出岩当喷出的岩浆形成较厚的岩层时，其结构与性质类似深成岩；当形成较薄的岩层时，易形成多孔构造，性质近似于火山岩。工程中常用的有玄武岩、安山岩、辉绿岩等。2、岩石的分类深成岩喷出岩火山岩 （1）岩浆岩（2）沉积岩沉积环境2、岩石的分类 （1）岩浆岩（2）沉积岩沉积环境沉积构造2、岩石的分类 （1）岩浆岩（2）沉积岩沉积岩多呈层状构造，表观密度小，孔隙率和吸水率较大，强度较低，耐久性较差。工程中常用的有石灰岩、砂岩、砾岩、页岩等。2、岩石的分类 （1）岩浆岩（2）沉积岩沉积岩多呈层状构造，表观密度小，孔隙率和吸水率较大，强度较低，耐久性较差。工程中常用的有石灰岩、砂岩、砾岩、页岩等。2、岩石的分类 （1）岩浆岩（2）沉积岩变质岩是岩浆岩或沉积岩经地质变质作用而生成。（3）变质岩2、岩石的分类 （1）岩浆岩（2）沉积岩变质岩与原来岩石相比，矿物成分和结构构造发生显著变化。工程中常用的有大理岩、石英岩、片麻岩、片岩等。（3）变质岩2、岩石的分类 3、矿物的主要化学组成主要化学成分为SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3、MgO等。石料按SiO2含量不同可分为酸性、中性、碱性集料。沥青混合料所用集料宜优选碱性石材轧制而成。水泥混凝土的集料选用应避免发生“碱－集料反应”。 矿物实体闭口孔隙开口孔隙三部分组成1、物理常数二、岩石的物理性质 二、岩石的物理性质1）密度（1）真实密度定义：在规定条件下，单位真实体积矿质实体的干质量。105土5℃烘干至恒重，温度20℃不含孔隙的矿质实体体积公式：测定方法：①比重瓶法②李氏密度瓶法1、物理常数 测定方法：①比重瓶法②李氏密度瓶法二、岩石的物理性质 1）密度（1）真实密度定义：在规定条件下，单位表观体积矿质实体的干质量。公式：（2）表观密度包括矿质实体和闭口孔隙的体积1、物理常数二、岩石的物理性质 1）密度（1）真实密度定义：在规定条件下，单位毛体积矿质实体的干质量。公式：（2）表观密度包括矿质实体和所有孔隙的体积（3）毛体积密度1、物理常数二、岩石的物理性质 1）密度定义：石料孔隙体积占石料总体积的百分率。公式：2）孔隙率1、物理常数二、岩石的物理性质 2、含水率1、物理常数含水率是指岩石在天然状态下的含水率。公式：可间接反映岩石中孔隙多少及致密程度软岩含水率对其力学性能影响很大二、岩石的物理性质1 2、含水率1、物理常数吸水率是指在室内常温和常压条件下，石料试样最大的吸水质量占烘干试样质量的百分率。公式：饱水率在常温和真空条件下测试，真空度为2.67kPa。饱水率＞吸水率（1）吸水率（2）饱水率二、岩石的物理性质3、吸水性 三、岩石的抗压强度1、测试方法岩石工程用途不同，抗压强度的测试方法就不相同。道路、桥梁工程用石料采用饱水试件单轴抗压强度。 试件：规定尺寸的正方体或的圆柱体试件，饱水后单轴受压。公式：1、测试方法三、岩石的抗压强度岩石的矿物组成、结构构造、孔隙结构和含水状态等试验条件：试件形状、大小、加工精度、加荷速率等2、影响因素 定义：主要表现为岩石的抗冻性，即石料能够经受反复冻结和融化而不破坏，并不严重降低强度的能力。测定方法：①抗冻性试验（直接冻融法）②坚固性试验（硫酸钠坚固性法）坚固性试验是测定石料抗冻性的一种简易、快速的方法，有条件者均应采用直接冻融法。四、岩石的耐久性测定指标：冻融质量损失率试验前烘干试件质量试验后烘干试件质量耐冻系数试验前试件饱水抗压强度经若干次冻融循环试验后试件饱水抗压强度 公路工程用石料技术要求：（1）耐冻系数大于0.75（2）质量损失率小于2%（3）试件无明显缺损四、岩石的耐久性 五、岩石的技术标准1.岩石的技术分级2.岩石的技术标准Ⅰ类——岩浆岩类Ⅱ类——石灰岩类Ⅲ类——砂岩和片岩类Ⅳ类——砾石类1级——最坚硬岩石2级——坚硬岩石3级——中等强度岩石4级——较软岩石根据公路工程对岩石的不同要求，可划分为四个岩类：每一类岩石按其饱水极限抗压强度和磨耗率划分为四个等级： 公路工程岩石技术标准 第二节集料一、集料的来源与分类包括天然砂、砾（卵）石、人工砂和轧制碎石，以及各类工业冶金矿渣等。集料粗集料在混合料中起骨架作用（碎石、砾石等）细集料在混合料中起填充作用（天然砂、人工砂和石屑）在水泥混凝土中，粒径＞4.75mm在沥青混合料中，粒径＞2.36mm在水泥混凝土中，粒径＜4.75mm在沥青混合料中，粒径＜2.36mm 二、集料的物理性质1、物理常数（1）密度集料的表观密度和毛体积密度定义与石料相同，但测定方法不同。表干密度：也称饱和面干毛体积密度，计算体积与毛体积密度相同，但计算质量以表干质量为准。①表观密度、毛体积密度、表干密度 1、物理常数（1）密度②堆积密度定义：烘干集料颗粒矿质实体的单位装填体积的质量。公式：①表观密度、毛体积密度、表干密度包括集料矿质实体、所有孔隙及集料颗粒间空隙体积二、集料的物理性质 1、物理常数（1）密度②堆积密度自然堆积密度振实密度捣实密度三种装填密度①表观密度、毛体积密度、表干密度二、集料的物理性质 1、物理常数（1）密度（2）空隙率定义：集料在某种堆积状态下的空隙体积占堆积体积的百分率。公式：含开口孔隙堆积体积二、集料的物理性质 1、物理常数（1）密度（2）空隙率（3）沥青混合料粗集料骨架间隙率二、集料的物理性质粗集料空隙 1、物理常数（1）密度（2）空隙率定义：4.75mm以上粗集料在捣实状态下颗粒间空隙体积的百分含量。公式：粗集料捣实密度粗集料的毛体积密度（3）沥青混合料粗集料骨架间隙率二、集料的物理性质 1、物理常数2、级配：混合料中各种粒径集料颗粒的搭配比例或分布情况。二、集料的物理性质 1、物理常数2、级配较理想的集料颗粒形状是接近球体或立方体现行规范中对集料针、片状颗粒含量进行限制集料表面特征主要影响集料与结合料间的粘结性能表面粗糙、有破裂面的集料颗粒比表面光滑、无棱角的集料颗粒内摩阻力更大，与胶结料之间的粘结能力也较强，但混合料施工和易性相对较差。3、颗粒形状与表面特征二、集料的物理性质 1、物理常数2、级配3、颗粒形状与表面特征二、集料的物理性质定义：细集料颗粒在松散状态下的空隙率。细集料棱角性（空隙率法） 1、物理常数2、级配3、颗粒形状与表面特征二、集料的物理性质细集料棱角性（空隙率法）定义：细集料颗粒在松散状态下的空隙率。公式：细集料松装密度细集料毛体积密度 1、物理常数2、级配（1）含泥量与石粉含量4、含泥量和泥块含量砂当量甲基蓝MB值（2）泥块含量二、集料的物理性质3、颗粒形状与表面特征 三、粗集料的力学性质1、压碎值试验后通过2.36mm筛孔细料质量 2、磨耗率定义：石料抵抗撞击、边缘剪切和摩擦等综合作用的能力。测定方法：①洛杉矶磨耗试验②狄法尔磨耗试验 2、磨耗率定义：石料抵抗撞击、边缘剪切和摩擦等综合作用的能力。测定方法：①洛杉矶磨耗试验②狄法尔磨耗试验 2、磨耗率定义：石料抵抗撞击、边缘剪切和摩擦等综合作用的能力。测定方法：①洛杉矶磨耗试验②狄法尔磨耗试验洛杉矶磨耗试验为标准方法，只有在不具备该磨耗试验条件时，方允许采用狄法尔磨耗试验代替。测定指标：质量磨耗率 1、压碎值2、磨耗率3、磨光值三、粗集料的力学性质 1、压碎值2、磨耗率3、磨光值三、粗集料的力学性质石料磨光值愈高，表示其抗滑性愈好。道路路面抗滑磨耗层应选用磨光值高的集料，如玄武岩、安山岩、砂岩等。几种典型集料磨光值岩石名称石灰岩角页岩石英岩花岗岩玄武岩砂岩磨光值平均值434558596272范围30-7040-5045-6745-7045-8160-82 1、压碎值2、磨耗率3、磨光值三、粗集料的力学性质4、冲击值集料冲击值试验后通过2.36mm筛石屑质量集料冲击值愈小，表明其抗冲击性愈好。AIV 1、压碎值2、磨耗率3、磨光值三、粗集料的力学性质4、冲击值5、磨耗值（道瑞试验）道瑞磨耗值道瑞磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差。集料表干密度 路面抗滑磨耗层用粗集料技术要求指标高速公路、一级公路其他公路石料磨光值（不小于）4235道瑞磨耗值（不大于）1416集料冲击值（不大于）/%2830 四、冶金矿渣集料1、何谓工业冶金矿渣？高炉矿渣钢渣 2、矿渣的主要化学成分及活性(1)主要化学成分酸性氧化物SiO2、Fe2O3、P2O5、TiO2碱性氧化物Ca0、MgO、MnO、BaO中性氧化物Al2O3硫化物CaS、MnS、FeS等矿渣化学成分复杂，酸碱氧化物含量比例对矿渣活性影响较大。活性高的矿渣宜用作水泥混和材料，低活性的矿渣主要在混凝土结构或道路结构中使用。 （2）矿渣活性检验高炉矿渣碱性系数质量系数钢渣碱度 （1）物理力学特性物理力学性能变化范围和分散性较大密度一般高于天然集料3、矿渣集料的技术特性（2）化学稳定性f-CaO消解铁和锰分解影响矿渣稳定性的因素路面结构中矿渣集料f-CaO含量应小于3％ 第三节矿质混合料的组成设计一、何谓矿质混合料？二、矿质混合料的级配1、集料级配的定义集料中各种粒径颗粒的分级和搭配情况 第三节矿质混合料的组成设计一、何谓矿质混合料？二、矿质混合料的级配1、集料级配的定义（1）筛分试验2、集料级配的表示方法①标准筛（方孔筛） 第三节矿质混合料的组成设计一、何谓矿质混合料？二、矿质混合料的级配1、集料级配的定义（1）筛分试验2、集料级配的表示方法①标准筛②级配参数分计筛余百分率累计筛余百分率通过百分率 第三节矿质混合料的组成设计分计筛余百分率累计筛余百分率通过百分率 第三节矿质混合料的组成设计 （2）细集料的细度模数砂Mf=3.7-3.1为粗砂Mf=3.0-2.3为中砂Mf=2.2-1.6为细砂结论：细度模数越大，表示细集料越粗。 （3）集料的级配曲线①级配曲线的绘制 ②级配曲线类型连续级配间断级配思考？集料级配对水泥混凝土和沥青混合料的性能有何影响？ 3、连续级配的计算（1）最大密度级配曲线 3、连续级配的计算（1）最大密度级配曲线（2）级配曲线范围0.45 三、矿质混合料的配合比设计方法1、何谓矿质混合料配合比设计？两个已知条件各种集料的级配参数矿质混合料目标级配范围两种设计方法数解法图解法试算法规划求解法 2、数解法（1）试算法设计步骤①建立基本计算方程②基本假设在矿质混合料中，某一粒径的颗粒是由一种集料提供的，在其它集料中不含这一粒径的颗粒。具体计算中，所选择的粒径应在该集料中占较大的优势。 ③计算各个集料在矿质混合料中的用量步骤1：计算A集料在矿质混合料中的用量X首先确定在A集料中占优势含量的某一粒径，忽略其它集料在此粒径的含量。步骤2：计算C料在矿质混合料中的用量Z步骤3：计算B料在矿质混合料中的用量Y ④合成级配的计算、校核和调整计算出合成级配校核合成级配是否在级配范围内，否则应调整各集料的比例。调整配合比后还应重新进行校核，直至符合要求为止。如经计算后确不能满足级配要求，可掺加单粒级集料或调换其它集料。 例题：采用试算法设计某矿质混合料配合比解题步骤：（1）将矿质混合料设计级配范围中值换算为分计筛余中值 例题：采用试算法设计某矿质混合料配合比解题步骤： 例题：采用试算法设计某矿质混合料配合比解题步骤：（1）将矿质混合料设计级配范围中值换算为分计筛余中值（2）计算碎石在矿质混合料中用量X 例题：采用试算法设计某矿质混合料配合比解题步骤： 例题：采用试算法设计某矿质混合料配合比解题步骤：（1）将矿质混合料设计级配范围中值换算为分计筛余中值（2）计算碎石在矿质混合料中用量X（3）计算矿粉在矿质混合料中的用量Z 例题：采用试算法设计某矿质混合料配合比解题步骤： 例题：采用试算法设计某矿质混合料配合比解题步骤：（1）将矿质混合料设计级配范围中值换算为分计筛余中值（2）计算碎石在矿质混合料中用量X（3）计算矿粉在矿质混合料中的用量Z（4）计算石屑在混合料中用量Y(5)合成级配的计算与校核 合成级配的计算与校核 （2）规划求解法设计步骤 （2）规划求解法设计步骤 （2）规划求解法设计步骤 （2）规划求解法设计步骤 3、图解法（1）修正平衡面积法基本原理 （2）设计步骤步骤1：绘制级配曲线坐标图 步骤1：绘制级配曲线坐标图步骤2：确定各种集料用量①两相邻级配曲线重叠等分②两相邻级配曲线相接连分③两相邻级配曲线相离平分（2）设计步骤 步骤1：绘制级配曲线坐标图步骤2：确定各种集料用量步骤3：合成级配的计算与校核（2）设计步骤 例题：采用图解法设计某矿质混合料配合比1.原始资料（1）现有碎石、石屑、砂和矿粉四种矿质集料，现场取样进行筛分如下表：材料名称筛孔尺寸（方筛孔）/mm16.O13.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过百分率/%碎石1009426OOOOOOO石屑100100100804017OOOO砂1001001001009490763817O矿粉10010010010010010010010010083 例题：采用图解法设计某矿质混合料配合比（2）确定矿质混合料的工程级配范围如下表：级配类型筛孔尺寸(方孔筛)/mm16.O13.29.54.752.361.180.60.30.150.075细粒式沥青混凝土（AC-13）10095～10070～8848～6836～5324～4118～3012～228～164～8级配中值10098795745332417126 例题：采用图解法设计某矿质混合料配合比1009080706050403020100Pi(%)di（mm）9879574533241712616.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075碎石石屑砂矿粉碎石36%石屑31%砂25%矿粉8%AA′BB′CC′MNR级配中值线 例题：采用图解法设计某矿质混合料配合比对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内计算1-3组粗细不同的配合比，绘制设计级配曲线，分别位于工程设计级配范围的上方、中值及下方。设计合成级配不得有太多的锯齿形交错。当反复调整不能满意时，宜更换材料设计。配合比调整原则： 例题：采用图解法设计某矿质混合料配合比（1）计算合成级配结果表 例题：采用图解法设计某矿质混合料配合比（2）绘制级配曲线，并调整配合比 例题：采用图解法设计某矿质混合料配合比经调整，各种材料用量为碎石:石屑:砂:矿粉=41%:36%:15%:8%。绘图可见调整后的合成级配曲线光滑、平顺，且接近级配曲线的下限。结论