第1章砂石材料.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,土 木 工 程 系,*,广西工学院土 木 工 程 系,第一章 石料与集料,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第一章 石料与集料,第一章 砂石材料,砂石材料是道路与桥梁建筑中用量最大的一种建筑材料，按照用途不同，砂石材料可以分为石料、集料和矿质混合料。,1.1,石料、集料的技术性质,1.2,矿质混合料,1,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,及主要,评价方法和评价指标,；讨论,集料的级配概念,和,级配理论,，,并以此为基础，学习,矿料的配合比设计方法,。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。,2,一、石料的技术性质,石料,通常指由天然岩石经机械加工制成的，或者由直接开采得到的具有一定形状和尺寸的石料制品。,石料的技术性质,物理性质,力学性质,化学性质,3,砌筑用石材,拌合混凝土用石材,装饰用石材,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,5,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,6,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,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。,8,1.,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。,（,1,）,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。,矿物实体,闭口孔隙,开口孔隙,三部分组成,9,石料体积组成示意图,m,0,V,n,M,m,S,V,i,V,s,V,V,0,开口孔隙,闭口孔隙,物矿实体,10,1,）（密度）真实密度,石料在规定条件（,105,土,5,烘干至恒重，温度,20,）下，单位实体体积（闭口孔隙,+,矿质实体的体积）的质量。,公式：,式中：,t,石料的真实密度，,g/cm,3,；,m,s,石料矿质实体的质量，,g,；,v,s,石料矿质实体的体积，,cm,3,。,在空气中称量石料质量，,m,0,=0,，,m,s,=M,1,1,11,2,）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/cm,3,；,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，,cm,3,。,1,2,12,3,）毛体积密度,指在规定条件下，石料单位毛体积（矿质实体,+,孔隙的,体积）的质量。,公式：,式中：,h,石料的毛体积密度，,g/cm,3,；,m,s,、,v,s,意义同前式；,v,i,石料开口孔隙的体积，,cm,3,；,v,n,石料闭口孔隙的体积，,cm,3,。,V,石料的毛体积，,cm,3,。,1,3,13,4,）孔隙率,石料的孔隙体积占其总体积的百分率。,定义式为：,式中：,n,石料的孔隙率，；,V,0,石料的孔隙（开口,+,闭口孔隙）的体积，,cm,3,；,V,石料的总体积，,cm,3,。,计算式：,1,4,1,5,14,（,2,）,吸水性,石料在规定的条件下吸水的能力。,工程上常采用,吸水率,和,饱水率,这两项指标表征。,1,）吸水率,吸水率是指在室内常温和大气压条件下，石料试件最大的吸水质量占烘干（,105,土,5,干燥至恒重）石料试件质量的百分率。,式中：,W,石料吸水率，；,m,1,石料烘干至恒量时的质量，,g,；,m,2,石料试件吸水至恒量时的质量，,g,。,1,6,15,2,）饱水率,在,内,常温（,202,）,和,真空（真空度为,2.67kPa,）,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。,计算方法与吸水率相似，但饱水率,吸水率。,16,（,3,）,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。,1,）抗冻性,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。,(1),直接冻融法,表征指标：,抗冻损失率,（质量损失率）,按下式计算：,式中：,Q,fr,抗冻质量损失率；,m,1,试验前烘干试件质量,g,；,m,2,试验后烘干试件质量,g,。,1,7,17,耐冻系数,计算公式,：,式中：,K,fr,试件的耐冻系数；,f,sc,试验前石料试件饱水抗压强度，,MPa,；,f,sc(fr,),经冻融循环试验后石料试件饱水抗压强度，,MPa,。,公路工程用石料技术要求,：,一般要求其耐冻系数大于,0.75,；质量损失率不大于,5%,。同时试件应无明显缺损,(,包括剥落、裂缝和边角损坏等情况,),1,8,18,2,）坚固性,测定方法：,采用硫酸钠坚固性法，将硫酸钠饱和溶液浸入石料孔隙后，经烘干、硫酸钠结晶体积膨胀，产生有如水结冻相似的作用，使石料孔隙周壁受到张应力，经过多次循，引起石料破坏。,坚固性,是测定石料耐候性的一种,简易,、,快速,的方法。,有条件者均应采用直接冻融法。,19,二,.,力学性质,主要讨论确定石料等级的,抗压强度,和,磨耗率,两项性质。,（,1,）,单轴抗压强度,(,饱水,),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,单轴抗压强度,按下式计算：,式中：,f,sc,石料的抗压强度，,MPa,；,F,max,极限破坏时的荷载，,N,；,A,试件的截面积，,mm,2,。,1,9,20,50mm,.,mm,立方体或圆柱体,21,万能材料试验机,22,抗压,抗拉,23,抗剪,抗弯,24,（,2,）,磨耗性,石料抵抗,冲击、边缘剪切和摩擦,等的联合作用的性能。,也是评定石料等级的依据之一。,测定方法：可采用,洛杉矶试验法,或,狄法尔试验法,确定。,1,）洛杉矶试验法,石料磨耗率计算公式：,式中：,Q,磨,石料的磨耗率,；,m,1,装入磨耗机的试样质量，,g,；,m,2,试验后洗净烘干,的,试样质量，,g,。,通过,2mm,圆孔筛或,1.6mm,方孔筛,1-10,25,试样为,5000g,有一定级配的集料，加入钢球,12,个,48mm,，,5000g,。,转速,30,33r/min,，,转,500,转。,磨耗率,洛杉矶法（搁板式）,式中：,m,2,试验后,2mm,筛上烘干石料试样质量；,m,1,试验前烘干石料试样质量。,26,搁板式磨耗仪示意图,省时：,15min,左右,使石料受到更严峻的冲击、,剪切、摩擦作用，石料级差大,试样级配较符合路用状况,27,2,）狄法尔试验法,石料的磨耗率同样是以通过,2mm,圆孔筛或,1.6mm,方孔筛的质量损失百分率来表示。,计算公式同上。,28,式中：,m,2,试验后,2mm,筛上烘干石料试样质量；,m,1,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（,50,75mm,），单一粒径，质量,5000g,左右，转速,30,33r/min,，转,10,000,转（,5.5,5.0h,）,磨耗率计算公式,：,1-11,29,图,1-3,双筒式磨耗仪示意图,耗时长达,5h,以上,试件尺寸单一（,50,75mm,），,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,单一粒径材料,30,三、,化学性质,（,1,）,石料化学性质,石料按,SiO,2,的含量划分为：,酸性石料：,SiO,2,65%,中性石料：,SiO,2,=52%,65%,碱性石料：,SiO,2,52%,（,2,）石料与沥青粘附性测定方法,按照我国现行标准，可采用,水煮法,和,水浸法,。,31,四、石料的技术标准,1.,石料的技术分级,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：,2.,石料的技术标准,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：,类,岩浆岩类,类,石灰岩类,类,砂岩和片岩类,类,砾石类,1,级,最坚硬岩石,2,级,坚硬岩石,3,级,中等强度的岩石,4,级,较软的岩石,32,公路工程用石料的技术标准,33,二、集料的技术性质,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,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,分为,粗集料,和,细集料,两种,。,34,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,（,以圆孔筛计）,在,沥青混合料,中，粒径,2.36mm,（,以方孔筛计）,在,水泥混凝土,中，粒径,4.75mm,（,以圆孔筛计）,在,沥青混合料,中，粒径,2.36mm,（,以方孔筛计）,35,图,1-5,碎石集料,不同粒径、尺寸较小的石料颗粒的集合体,36,(,一,).,粗集料的技术性质,1,、,物理性质,1,）,物理常数,集料的物理常数，要考虑到集料颗粒中的孔隙（开口孔隙或闭口孔隙），以及颗粒间的空隙。,表观密度,（简称视密度）,指在规定条件（,105,5,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。,37,由右图体积与质量的关系，,可表示为：,式中：,t,粗集料的表观密度，,g,/,cm,3,；,m,s,矿质实体质量，,g,；,V,s,矿质实体体积，,cm,3,；,V,n,矿质实体中闭口孔隙体积，,cm,3,。,1-12,38,测定瓶,+,砂,+,水的质量,m,1,测定瓶,+,水的质量,m,2,工程中砂石材料，直接用排水法测定其表观体积,39,表干密度,(,表干,毛体积,),粗集料的毛体积密度指在规定的条件下，单位毛体积（包括矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙）的质量。可由下式求得：,式中：,h,粗集料的毛体积密度，,g,/,cm,3,；,m,a,矿质实体,表干质量,即饱和面干状态，包括了吸,入开口孔隙中的水的质量,，,g,；,v,s,、,v,i,、,v,n,分别为粗集料矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙,体积，,cm,3,。,1-13,40,装填密度,装填密度根据装样方法的不同可为,堆积密度、振实密度和捣实密度,。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、集料矿质实体及其闭口、开口孔隙体积）的质量，按式（,1-14,）计算。,矿质集料的装填密度,g/cm3,；,集料颗粒矿质实体的质量，,g,；,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隙和开口孔隙的体积，,cm3,；,集料颗粒间的空隙体积，,cm,3,；,1,14,41,装填密度,-,堆积密度,将集料装填于容器中包括集料空隙（颗粒之间的）和孔隙（颗粒内部的）在内的单位体积的质量。,计算公式：,式中：,f,粗集料的堆积密度，,g,/,cm,3,；,m,s,矿质实体质量，,g,；,v,s,、,v,p,、,v,v,分别为粗集料矿质实体、孔隙和空隙的体积,cm,3,。,按堆积的松紧程度不同分类：,自然堆积密度,与,振实堆积密度,。,1,14,42,图,1-5,集料的体积组成,孔隙：矿物之间的空间,V,n,+,V,i,空隙：集料颗粒之间的空间,V,v,颗粒之间的空间体积,43,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,44,空隙率,指集料在自然堆积（或紧密堆积）时空隙体积,(,含开口孔隙,),占总体积的百分率。,计算公式：,式中：,n,粗集料的空隙率,；,Vf,集料颗粒的堆积体积，,Vs+Vn+Vi+Vv,，,cm3,Vv,集料颗粒空隙体积，,cm3,Vi,矿质实体中开口孔隙体积，,cm3,1,15,45,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,V,V,0,计算公式,应用,判断材料性质,用量计算、体积计算,46,各种密度比较,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,(,全部为矿质材料的体积，不计任何内部孔隙,),的质量，也叫真密度。,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,(,规干,),为准时，称绝干毛体积密度，即通常所称的毛体积密度。,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,(,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,),为准时，称表干毛体积密度，即通常所称的表干密度。,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。,47,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,48,2,）,级配,指粗集料中各组成颗粒的分级和搭配。,可通,过筛析试验,来确定。,级配的三参数：,分计筛余百分率；,累计筛余百分率；,通过百分率。,3,）,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,采用规定级配的各粒级集料试验。,49,50,51,2,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。,（,1,）理想的集料颗粒形状是,球状或立方体,，而扁平、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；,针片状：最小厚度与最大长度只比小于,1,：,3,52,（,2,）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,摩阻力,，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,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。,泥是指砂中粒径小于,0.075mm,的颗粒，泥块是指粗集料原尺寸大于,4.75mm,（或细集料大于,1.18mm,），但经水浸洗、手捏后小于,2.36mm,（细集料小于,0.6mm,）的颗粒含量。,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（,%,）,10,20,30,卵石压碎指标（,%,）,12,16,16,针片状颗粒含量（,%,）,5,15,25,含泥量（,%,）,0.5,1.0,1.5,泥块含量（,%,）,0,0.5,0.7,有机物含量（比色法）,合格,合格,合格,硫化物及硫酸盐含量（按,SO,3,质量计）（,%,）,0.5,1.0,1.0,坚固性（,%,）,2500kg/m,3,；松散堆积密度,1350kg/m,3,；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%,54,细集料技术要求（,GB/T 14684-2001,）,项,目,技,术,要,求,级,级,级,人,工,砂,压碎指标（,%,）,20,25,30,甲基蓝试验,MB,值,1.4,或合格,石粉含量（,%,）,3.0,5.0,7.0,泥块含量（,%,）,0,1.0,2.0,MB,值,1.4,或不合格,石粉含量（,%,）,1.0,3.0,5.0,泥块含量（,%,）,0,1.0,2.0,天,然,砂,含泥量（,%,）,1.0,2.0,5.0,泥块含量（,%,）,0,1.0,2.0,有害杂质含量（,%,）,氯化物含量（按氯离子质量计）,0.01,0.02,0.06,母含量,1.0,2.0,2.0,有机物含量（比色法）（,%,）,合格,合格,合格,硫化物及硫酸盐（按,SO,3,质量计）,0.5,0.5,0.5,物质含量,1.0,1.0,1.0,坚固性（,%,）,2500kg/m,3,；松散堆积密度,1350kg/m,3,；空隙率,47%,55,3,、粗,集料的力学性质,主要是压碎值和磨耗度；其次磨光值、道瑞磨耗值和冲击值。,1,）,集料压碎值,指集料在连续增加的荷载下，抵抗压碎的能力。,56,水泥混凝土路面：取试样：粒径,10mm20mm,；质量,2.5kg,；在,35min,内加压至,200kN,，保持,5s,，将试样过,2.36mm,筛，称其筛余质量。,压碎指标值计算公式如下：,式中：,Qa,压碎指标值,m0,试样总质量,m1,试样筛余质量,1,16,57,式中：,m,0,试验前试样质量，,g,；,m,1,试验后通过,2.36mm,筛孔,细料质量，,g,。,公路路面基层、沥青面层粗集料：,计算公式,1,17,58,压碎指标值测试仪具尺寸图,10,20mm,集料分二层夯实，在,3,5min,加荷至,Pmax,=200kN,，,恒压,5s,后，脱膜后过,2.36mm,筛,试验集料,59,压碎值测试仪,将,12,16mm,碎石分三层夯实，在,0,10min,加压至,400kN,，,立即卸载，过,2.36mm,筛,试验集料容器,60,2,）,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。,按我国现行试验规程，是采用石料,磨光值,（,Polished Stone Value,简称,PSV,）,来表示。,意义：,石料磨光值愈高，表示其抗滑性愈好。,抗滑面层应选用磨光值高的集料，如玄武岩、安山岩、砂岩和花岗岩等。,61,磨光机,磨光值试件,试件（金刚砂），经,6h,磨光后，用摆式仪测摩擦系数（,BPN,）,磨光值,62,磨光值：,PSV,石料的磨光值；,PSV,ra,试验试件的摩擦系数；,PSV,bra,标准试件的摩擦系数；,1,18,63,3,）,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。,指标：,冲击值。,计算公式：,式中：,LSV,集料的冲击值，,%,m,1,试验后通过,2.36mm,的试样质量，,g,；,m,原试样质量，,g,。,1,19,64,9.5,13.2mm,集料，,1kg,分三次夯实。,冲击锤至,3805mm,处自由落下，重复,15,次。,将受冲击后的集料过筛（,2.36mm,），,称重。,65,4,）,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。,磨耗值的,计算公式：,式中：,AAV,集料磨耗值；,m,1,磨耗前试件的质量，,g,；,m,2,磨耗后试件的质量，,g,；,s,集料表干密度,g/cm,3,。,1,20,66,道瑞,Dorry,（,英国）磨耗仪,67,意义：,磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差。,要求：,不同道路等级对抗滑表层集料的磨光值、道瑞磨耗值和冲击值的技术要求见下表。,抗滑表层用集料技术要求,指 标,高速公路、一级公路,其他公路,石料磨光值 不小于,42,35,道瑞磨耗值 不大于,14,16,集料冲击值 不大于,/,%,28,30,68,1,物理常数,2,集料级配的表示方法,（,1,）筛分试验,筛分试验：,将,500g,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，并计算其级配有关参数：,(,二,),细集料的技术性质,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,2.5mm,时，以圆孔筛为标准；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。,2003,年颁布并实施的新一版,公路水泥混凝土路面施工技术规范,就已开始采用方孔筛标准。,70,1,）,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。,计算公式：,式中：,a,i,某号筛的分计筛余，；,m,i,存留在某号筛上的质量，,g,；,M,试样总质量，,g,。,71,2,）,累计筛余百分率,某号筛的分计筛余百分率和大于某号筛的各筛分计筛余百分率之总和。,计算公式：,式中：,A,i,累计筛余，；,a,1,、,a,2,、,a,i,从,5mm,、,2.5mm,、,至计算的,某号筛的分计筛余（圆孔筛），,。,72,3,）,通过百分率,通过某筛的质量占试样总质量的百分率，即,100,与累计筛余百分率之差。,计算公式：,式中：,P,i,通过百分率，；,A,i,累计筛余，。,73,（,2,）,细度模数,细度模数,是评价砂粗细程度的一种指标。,指标：,细度模数（或细度模量），是各号筛的累计筛余百分率之和除以,100,之商。可按下式计算：,74,按细度模数可将砂分为下列三级：,M,x,=3.7,3.1,为粗砂,M,x,=3.0,2.3,为中砂,M,x,=2.2,1.6,为细砂,结论：,细度模数越大，表示细集料越粗。,75,矿质混合料：,两种或两种以上的集料混合而成，简称矿料。,组成设计的目的：,根据目标级配范围要求，确定各种集料在矿质混合料中的合理比例。,级配的几种情况,第二节 矿质混合料,76,砂石集料在土木工程中，主要以矿质混合料的形式与结合料组配使用。,组配要求：,多种集料按照一定的比例搭配起来，以达到,较高的密实度,和,较大的摩擦力,。,主要,级配类型：,有,连续级配,和,间断级配,两种。如图,所示,：,77,一、矿质混合料的级配,集料级配的表示方法,-,级配曲线,作图：纵坐标为通过百分率,P,(,),常数坐标；横坐标为筛孔尺寸,(mm),注意：坐标单位；注明不同曲线意义,判断集料级配是否符合要求,78,一、矿质混合料的级配,连续级配：级配曲线光滑，每一种尺寸的集料都有,间断级配：剔除一个或几个分级，曲线形成折线形,单粒径：,单,粒径,79,一、矿质混合料的级配,级配组成对矿料性能的影响,矿质混合料的级配组成与其密度及颗粒间内摩阻力有关，从而对水泥混凝土或沥青混凝土的强度、耐久性及施工和易性有显著影响。,最小空隙率,：达到最大密实度,最大摩阻力,：,增加集料的稳定性和强度；,互相嵌紧、互不干涉，紧密多级空间网络骨架结构。,80,级配类型,筛孔尺寸,(,方孔筛,)/mm,16.O,13.2,9.5,4.75,2.36,1.18,0.6,0.3,0.15,0.075,细粒式沥青混凝土（,AC-13,）,100,95,100,70,88,48,68,36,53,24,41,18,30,12,22,8,16,4,8,81,82,二、,矿质混合料的级配理论,1.,最大密度曲线理论（富勒理论）,观点：,矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大。,当矿质混合料的级配曲线为抛物线时，具有最大密实度。,a,）,b,）,a,）,常坐标；,b,）,半对数坐标,理想最大密度级配曲线,83,最大密度级配曲线公式：,可用矿料颗粒粒径,（,d,）,与通过量,（,p,）,表示。,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。,当,d,=,D,时，,p,=100100,2,=,kD,式中：,d,集料中颗粒的筛孔尺寸，,mm,D,矿质混合料最大粒径，,mm,84,2.,最大密度曲线,n,幂公式（泰波理论）,观点：,最大密度曲线是一种理论的级配曲线，实际上，级配,曲线应该有一定的波动范围。,公式：,式中：,p,、,d,和,D,意义同前；,n,级配指数。,实际研究认为：,在沥青混合料中应用，当,n=0.45,时密度最大；,在水泥混凝土中应用，当,n=0.35,0.45,时工作性较好。,通常使用的矿质混合料的级配范围,（,包括密级配和开级配,）,n=0.3,0.7,85,级配指数与级配曲线的关系图,n,=0.45,0.5,，,密实度最大,n,=0.3,0.7,，,密实度尚可,n,=0.35,0.45,，,工作性较好（工艺性能）,86,级配类型,筛孔尺寸,(,方孔筛,)/mm,16.O,13.2,9.5,4.75,2.36,1.18,0.6,0.3,0.15,0.075,细粒式沥青混凝土（,AC-13,）,100,95,100,70,88,48,68,36,53,24,41,18,30,12,22,8,16,4,8,级配中值,100,98,79,57,45,33,24,17,12,6,87,3.,粒子干涉理论,式中：,t,前粒级的间隙距离，即等于次粒级的粒径；,D,前粒级的粒径；,0,次粒级的理论实积率（即堆积密度与表观密度之比）；,s,次粒级的实用实积率。,公式：,88,目的：确定矿质混合料中各档集料的比例,已知条件：,各档集料级配,P,d,设计级配范围,P,d,方法：,数解法,图解法,三、矿质混合料的配合比设计方法,89,目前矿质混合料的组成设计方法主要有,数解法,与,图解法,两大类。,1.,数解法,用数解法解矿质混合料组成的方法很多，最常用的方法有,试算法和正规方程法。,试算法适用于,3,4,种矿料组配，正规方程法可用于多种矿,料组成，所得结果准确，但计算较为繁杂，不如图解法简便。,下面,主要介绍试算法,。,基本假定,某一粒径的颗粒由一种集料提供，其它集料中不含此粒径的颗粒,该粒径的颗粒在该集料中是占优势的,90,（,1,）试算法,1,）按题意作下列,两点假设,：,设,A,、,B,、,C,三种集料在混合料,M,中的用量比例分别为,X,、,Y,、,Z,，,则,又设混合料,M,中某一级粒径（,i,）,要求的含量为,M,（,i,）,，,A,、,B,、,C,三种集料,中该粒径的含量分别为,A(i),、,B(i),、,C(i),。,则：,2,）,计算步骤,计算,A,集料在矿质混合料中的用量比例,首先，找出,A,集料占优势含量的某一粒径，如粒径（,i,），,而忽略,B,、,C,集料在此粒径的含量，即,B,集料和,C,集料该粒径的含量,a,B(i,),和,a,C(i,),均等于零。,A,集料在混合料中的用量：,91,计算,C,集料在矿质混合料中的用量比例,原理同前，设,C,集料的优势粒径为,j,（,mm,），则,A,集料和,B,集料在该粒径的,含量,a,A(j,),和,a,B(j,),均等于零。,C,集料在混合料中的用量：,计算,B,集料在矿质混合料中的用量比例,由前式得出,B,集料在矿质混合料中的用量：,校核调整,按以上计算的配合比计算合成级配，如不在要求的级配范围内，应调整。,重新计算和复核配合比，经几次调整，直到符合要求为止。,如经计算确不能满足级配要求时，可掺加某些单粒级集料，或调换其它,原始集料。,92,实例：,步骤：计算,A,集料在矿质混合料中的用量,X,确定,A,集料中占优势含量的粒径：,A,集料,中含量占优势粒径,i,=4.75mm:,a,A,(4.75)=49.9%,忽略其它集料在此粒径含量,a,B,(i,),=0,、,a,C,(i,)=0,，,代入式（,2,）,A,集料用量,X,为：,93,步骤：计算,C,集料在矿质混合料中的用量,Z,确定,C,料中占优势的粒径,由表,C,集料中含量占优势粒径为,:,j,0.075mm,a,Z,(0.075mm)=85.3%,忽略,A,、,B,集料同一粒径含量,:,a,A,(j,),=0,、,a,B,(j,)=0,C,料用量,Z,为：,94,步骤：计算,B,集料在矿质混合料中的用量,Y,由公式,(1),：,Y,100,(,X,Z,）,100,(42.1,7.0,）,50.9%,95,步骤,校核调整,计算合成矿质混合料的通过百分率,P,M(i),合成级配,X.P,A(i),+,Y.P,B(i),+,Z.P,C(i),P,M(i),要求：,合成级配,a,M(i,),或,P,M(i),应在规定的级配范围内,调整配合比后还应重新进行校核，直至符合要求为止,经调整后仍不能满足级配要求时，可掺加单粒级集料或调换集料,96,筛孔尺寸,d,i,（,mm,）,集料,A,集料,B,集料,C,碎石分计筛余,a,A(i,),（,%,）,石屑分计筛余,a,B(i,),（,%,）,矿粉分计筛余,a,C(i,),（,%,）,13.2,0.8,9.5,43.6,4.75,49.9,2.36,4.4,2.0,1.18,1.3,22.6,0.6,23.7,0.3,18.4,0.15,13.0,4.0,0.075,10.9,10.7,0.075,9.5,85.3,所选择的粒径应在该集料中占有较大的优势,97,98,（,2,）正规方程法,基本原理：,根据各种集料的筛分数据和规范要求的级配中值,列出正规方程，然后用数学回归的方法或电算的方法求解。,方法：,设有,k,种集料,各集料在,n,级筛分的通过百分率为,P,i,（,j,）,欲配制为符合级配范围中值要求的矿质混合料。,设矿质混合料任何一级筛孔的通过率为,P,（,j,）,它等于,由各种组成集料在该级的通过百分率,P,i,乘各种集料在,混合料中的用量（,x,i,）,之和，即,式中,:,i,集料种类,=1,，,2,，,k,；,j,筛孔数,=1,，,2,，,n,。,99,按,下,式列出方程组,方程组可用数学回归法或电算法求解,100,2.,图解法,（,1,）基本原理,通常级配曲线图采用半对数坐标图绘制，所绘出的级配范围中值为一,抛物线。图解法中，为使要求级配中值呈一直线，采用纵坐标的通过量（,P,i,）,为算术坐标，而横坐标的粒径采用,(d/D),n,表示，则绘出的级配曲线中值为直线。,如,图：,a,）,b,）,图解法级配曲线坐标图,101,（,2,）,计算步骤,1,）,绘制级配曲线坐标图,2,）,确定各种集料用量,两相邻级配曲线重叠，等分；,两相邻级配曲线相接，连分；,两相邻级配曲线相离，平分。,3,）,校核,按图解所得的各种集料用量，校核计算所得合成级配是否,符合要求。如不能符合要求，即超出级配范围，应调整各集料,的用量。,102,矿质混合料配合比设计工程实例,试采用图解法设计某高速公路用细粒式沥青混凝土的矿质混合料配合比。,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）,/mm,16.O,13.2,9.5,4.75,2.36,1.18,0.6,0.3,0.15,0.075,通过百分率,/%,碎 石,100,94,26,O,O,O,O,O,O,O,石 屑,100,100,100,80,40,17,O,O,O,O,砂,100,100,100,100,94,90,76,38,17,O,矿 粉,100,100,100,100,100,100,100,100,100,83,103,（,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,)/mm,16.O,13.2,9.5,4.75,2.36,1.18,0.6,0.3,0.15,0.075,细粒式沥青混凝土（,AC-13,）,100,95,100,70,88,48,68,36,53,24,41,18,30,12,22,8,16,4,8,级配中值,100,98,79,57,45,33,24,17,12,6,104,105,2.,设计步骤,（,1,）绘制级配曲线图，在纵坐标上按算术坐标绘出通过百分率,P,i,，,如下图,。,（,2,）连对角线,OO,作为级配范围通过率中值。在纵坐标上找出各个筛孔通过率中值作水平线，通过与对角线,OO,的交点作垂线，与横坐标的交点，即为相应的筛孔在横坐标上的位置。,（,3,）将碎石、石屑、砂和矿粉四种集料的级配曲线绘于下图。,（,4,）从碎石、石屑、砂和矿粉四条级配曲线依次分析，均为重叠的位置关系。在其重叠部分分别作垂线,AA,、,BB,、,CC,与对角线,OO,依次相交于,M,、,N,、,R,；过,M,、,N,、,R,分别引水平线，可以确定,碎石,:,石屑,:,砂,:,矿粉,=36%:31%:25%:8%,。,106,100,90,80,70,60,50,40,30,20,10,0,Pi,(%),di,（,mm,）,98,79,57,45,33,24,17,12,6,16.0,13.2,9.5,4.75,2.36,1.18,0.6,0.3,0.15,0.075,碎石,石屑,砂,矿粉,碎石,36%,石屑,31%,砂,25%,矿粉,8%,A,A,B,B,C,C,M,N,R,级配中值线,107,相叠等分纵距：两相邻级配曲线头尾重叠,a=a,相接重线连分；两相邻级配曲线头尾相离 相离等分平距：两相邻级配曲线头尾相分,b=b,X,（,A,用量）,W,（,D,用量）,Z,（,C,用量）,Y,（,B,用量）,108,3.,校核,（,1,）计算得合成级配结果,