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道路建筑材料道路建筑材料第一章第一章 绪绪 论论【学习目标学习目标】了解道路建筑材料在路桥工程中的地位；了解道路建筑材料在路桥工程中的地位；掌握道路建筑材料的分类；掌握道路建筑材料的分类；掌握建筑材料在路桥工程中应具备的性质；掌握建筑材料在路桥工程中应具备的性质；熟悉道路建筑材料质量的技术标准。熟悉道路建筑材料质量的技术标准。1.1 1.1 本课程的研究内容和任务本课程的研究内容和任务 一、建筑材料的定义一、建筑材料的定义 广义：所有构筑物或建筑物所用材料及制品的统称。广义：所有构筑物或建筑物所用材料及制品的统称。包括各种材料、围墙、脚手架、模板等。包括各种材料、围墙、脚手架、模板等。狭义：本课程所讨论的建筑材料，是指用于道路与狭义：本课程所讨论的建筑材料，是指用于道路与 桥梁工程中的所有材料。桥梁工程中的所有材料。大桥桥墩施工桥梁满堂支架法施工二、道路建筑材料的分类二、道路建筑材料的分类 1 1、按化学成分分类、按化学成分分类：有机材料：木材、沥青、塑料、涂料、橡胶等有机材料：木材、沥青、塑料、涂料、橡胶等无机材料：钢筋、水泥、石灰、混凝土、石材等无机材料：钢筋、水泥、石灰、混凝土、石材等复合材料：钢筋混凝土等复合材料：钢筋混凝土等2 2、按材料使用功能分类：、按材料使用功能分类：结构材料：指用作承重构件的材料。结构材料：指用作承重构件的材料。如梁、板、柱所用的材料。如梁、板、柱所用的材料。功能材料：指具有某些特殊功能的材料。功能材料：指具有某些特殊功能的材料。如防水、隔热材料等。如防水、隔热材料等。三、本课程主要讲述的建筑材料：三、本课程主要讲述的建筑材料：砂石材料（第二章）砂石材料（第二章）无机结合料及其制品（第三、四章）无机结合料及其制品（第三、四章）有机结合料及其混合料（第六章）有机结合料及其混合料（第六章）高分子聚合物材料（第八章）高分子聚合物材料（第八章）建筑钢材和木材（第七章）建筑钢材和木材（第七章）1 1、砂石材料、砂石材料 岩石岩石 岩石自然风化得到的砂石料岩石自然风化得到的砂石料 人工开采或轧制的集料，工业冶金矿渣集料人工开采或轧制的集料，工业冶金矿渣集料 用用 途：直接铺筑路面，砌筑各种桥梁结构物，途：直接铺筑路面，砌筑各种桥梁结构物，作为配制水泥混凝土或沥青混合料的矿质集料。作为配制水泥混凝土或沥青混合料的矿质集料。碎石路基施工石拱桥2 2、无机结合料及其制品、无机结合料及其制品 石灰石灰 水泥水泥 混凝土，砂浆，钢筋混凝土混凝土，砂浆，钢筋混凝土用用 途：途：石灰、水泥广泛用于道路基层和底基层，如灰土可石灰、水泥广泛用于道路基层和底基层，如灰土可用作底基层，水泥稳定碎石用于基层；用作底基层，水泥稳定碎石用于基层；水泥是水泥混凝土和预应力混凝土结构的主要材料；水泥是水泥混凝土和预应力混凝土结构的主要材料；水泥砂浆是各种桥梁圬工结构物砌筑的重要结合料。水泥砂浆是各种桥梁圬工结构物砌筑的重要结合料。左图：水泥混凝土路面施工左图：水泥混凝土路面施工下图：高架路立交下图：高架路立交左图：灰土施工左图：灰土施工 3 3、有机结合料及其混合料、有机结合料及其混合料主要是含主要是含C C、H H、O O元素的沥青材料和沥青混合料。元素的沥青材料和沥青混合料。用用 途：铺筑沥青混凝土路面，房屋建筑中还可以用于途：铺筑沥青混凝土路面，房屋建筑中还可以用于屋面防水。屋面防水。黑色沥青路面黑色沥青路面黑色沥青路面黑色沥青路面彩色沥青路面彩色沥青路面彩色沥青路面彩色沥青路面4 4、高分子聚合物材料、高分子聚合物材料用途用途：（：（1 1）橡胶弹簧，减震橡胶垫；橡胶弹簧，减震橡胶垫；（2）土工格栅：增大地基承载力，防止路面塌陷或产生裂纹；）土工格栅：增大地基承载力，防止路面塌陷或产生裂纹；（3）塑料可用于塑料可用于生产排水管道（聚氯乙烯），制作土工膜（防渗生产排水管道（聚氯乙烯），制作土工膜（防渗基材），配制涂料（交通标线用）等。基材），配制涂料（交通标线用）等。合成橡胶合成橡胶 纤纤 维维 塑塑 料料土工格栅的使用土工格栅的使用土工膜的使用土工膜的使用5 5、钢材和木材、钢材和木材 用用 途途：（1 1）钢材主要用于钢结构、钢筋混凝土结钢材主要用于钢结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构中；构和预应力混凝土结构中；（2）木材主要）木材主要用作混凝土工程的拱架和模用作混凝土工程的拱架和模板板等。等。鸟巢鸟巢 2007.12007.1鸟巢鸟巢：总用钢量约：总用钢量约5.5万吨万吨卢浦大桥卢浦大桥 上海卢浦大桥是当今世界第一钢结构拱桥，是上海卢浦大桥是当今世界第一钢结构拱桥，是世界上跨度最大的拱形桥。世界上跨度最大的拱形桥。四、本课程主要任务：四、本课程主要任务：（1 1）了解道路、桥梁建筑常用材料的技术性质及检验方法；）了解道路、桥梁建筑常用材料的技术性质及检验方法；（2 2）各种材料的内部组成结构及其技术性能之间的关系；）各种材料的内部组成结构及其技术性能之间的关系；（3 3）产源或加工工艺对其性能的影响；）产源或加工工艺对其性能的影响；（4 4）合理选用、保管、运输材料等问题。）合理选用、保管、运输材料等问题。1.2 1.2 建筑材料在路桥工程中应具备的性质建筑材料在路桥工程中应具备的性质力学性质力学性质物理性质物理性质化学性质化学性质工艺性质工艺性质耐久性能耐久性能一、力学性质一、力学性质 指道路建筑材料抵抗车辆荷载等复杂力系综合作用的性能。指道路建筑材料抵抗车辆荷载等复杂力系综合作用的性能。主要从下面几个方面体现：主要从下面几个方面体现：材料的强度：抗压强度、抗拉强度、抗弯强度等。材料的强度：抗压强度、抗拉强度、抗弯强度等。弹性和塑性：反应材料在外力作用下抵抗变形的能力。弹性和塑性：反应材料在外力作用下抵抗变形的能力。脆性和韧性：脆性表示材料突然破坏，没有明显变形；脆性和韧性：脆性表示材料突然破坏，没有明显变形；韧性表示材料产生变形而不破坏的能力。韧性表示材料产生变形而不破坏的能力。硬度和耐磨性：硬度表示抵抗较硬物体压入或刻划的能力；硬度和耐磨性：硬度表示抵抗较硬物体压入或刻划的能力；耐磨性表示物体表面抵抗磨损的能力。耐磨性表示物体表面抵抗磨损的能力。二、物理性质二、物理性质 主要指标：主要指标：材料的物理常数：密度、堆积密度、孔隙率等。材料的物理常数：密度、堆积密度、孔隙率等。与水有关的性质：吸水性、吸湿性、耐水性、抗冻性等，与水有关的性质：吸水性、吸湿性、耐水性、抗冻性等，统称水稳定性。统称水稳定性。与热有关的性质：热容性、导热性、热变形性等，与热有关的性质：热容性、导热性、热变形性等，统称温度稳定性。统称温度稳定性。三、化学性质三、化学性质 指材料抵抗各种周围环境对其化学作用的能力。指材料抵抗各种周围环境对其化学作用的能力。举例举例：（1 1）化学侵蚀会导致材料强度降低）化学侵蚀会导致材料强度降低抗侵蚀性抗侵蚀性（2 2）空气中水和氧的综合作用，引起材料）空气中水和氧的综合作用，引起材料“老化老化”沥青的抗老化性沥青的抗老化性（3 3）空气中的）空气中的COCO2 2和混凝土中的和混凝土中的CaCa（OHOH）2 2反应，会反应，会降低碱度，减弱混凝土对钢筋的保护，还会增加降低碱度，减弱混凝土对钢筋的保护，还会增加混凝土的体积收缩，导致表面出现裂缝混凝土的体积收缩，导致表面出现裂缝混凝混凝土的抗碳化性土的抗碳化性 四、工艺性质四、工艺性质 指材料适用于按照一定工艺流程进行加工的性能。指材料适用于按照一定工艺流程进行加工的性能。举例举例：水泥混凝土拌合物应具备一定的和易性，才能水泥混凝土拌合物应具备一定的和易性，才能浇筑成各种形状。浇筑成各种形状。五、耐久性能五、耐久性能 指材料在环境的各种因素影响下，能长久地保持其使用性指材料在环境的各种因素影响下，能长久地保持其使用性能的性质。能的性质。举例举例：钢筋锈蚀会导致强度降低；钢筋锈蚀会导致强度降低；水泥混凝土受各种酸、碱、盐的侵蚀也会导致水泥混凝土受各种酸、碱、盐的侵蚀也会导致强度降低；强度降低；沥青路面的老化等。沥青路面的老化等。1.3 1.3 道路建筑材料的检测方法及技术标准道路建筑材料的检测方法及技术标准 一、道路材料的一般验证方法一、道路材料的一般验证方法 1 1、物理性能试验、物理性能试验如测定砂石的密度和孔隙率等。如测定砂石的密度和孔隙率等。2 2、力学性质试验、力学性质试验如测定钢筋抗拉强度、混凝土的如测定钢筋抗拉强度、混凝土的抗压强度等。抗压强度等。3 3、化学性质试验、化学性质试验如测定石灰的如测定石灰的CaOCaO和和MgOMgO的含量，的含量，它们是评定石灰质量的主要指标。它们是评定石灰质量的主要指标。4 4、工艺性质试验、工艺性质试验如测定新拌混凝土的流动性，测如测定新拌混凝土的流动性，测钢筋的冷弯性能。钢筋的冷弯性能。二、道路材料质量的标准化和技术标准二、道路材料质量的标准化和技术标准各种标准代号各种标准代号 ：1 1、国家标准、国家标准 GB GB GB/T GB/T：表示国家推荐性标准：表示国家推荐性标准2 2、交通部行业标准、交通部行业标准 JT JT 专业标准专业标准 ZB ZB JT/T:JT/T:表示交通行业推荐性标准表示交通行业推荐性标准 JTJJTJ：表示交通行业建设行业标准：表示交通行业建设行业标准 JTGJTG：表示交通行业公路工程行业标准：表示交通行业公路工程行业标准3 3、地方标准、地方标准 DB DB 4 4、企业标准、企业标准 QB QB 1.4 1.4 道路建筑材料与路桥工程的关系道路建筑材料与路桥工程的关系 一、材料是工程结构物的物质基础一、材料是工程结构物的物质基础二、材料的使用与工程造价密切相关二、材料的使用与工程造价密切相关 材料的费用一般占总工程费用的材料的费用一般占总工程费用的30%-50%30%-50%，某些重要工程，某些重要工程甚至可达甚至可达70%-80%70%-80%，所以节约工程投资，降低工程造价，合理，所以节约工程投资，降低工程造价，合理选配和应用材料很重要。选配和应用材料很重要。三、材料科学的进步可以促进工程技术发展三、材料科学的进步可以促进工程技术发展1.5 1.5 道路建筑材料的发展趋势道路建筑材料的发展趋势 一、产品性能上，要求高强、轻质、高耐久性、高耐一、产品性能上，要求高强、轻质、高耐久性、高耐火性、高性能、绿色环保等。火性、高性能、绿色环保等。例如：现代大跨度的桥梁要求采用高强、轻质的材料。例如：现代大跨度的桥梁要求采用高强、轻质的材料。二、制品形式上，部分道路建筑材料向预制化、构件二、制品形式上，部分道路建筑材料向预制化、构件化、大尺寸方向发展。化、大尺寸方向发展。例如：大型桥梁预制构件，可节省工期。例如：大型桥梁预制构件，可节省工期。三、生产工艺上，采用现代技术，提高生产效率，降三、生产工艺上，采用现代技术，提高生产效率，降低生产能耗，采用新型节能材料。低生产能耗，采用新型节能材料。吊装预制块四、资源利用上，充分利用工业废弃物，保护环境，节约资源。四、资源利用上，充分利用工业废弃物，保护环境，节约资源。例如：例如：利用火力发电场烧煤的煤渣利用火力发电场烧煤的煤渣粉煤灰，用于道路基层中，如石灰粉煤灰，用于道路基层中，如石灰粉煤灰基层，简称二灰。粉煤灰基层，简称二灰。利用钢铁厂炼钢剩余的钢渣利用钢铁厂炼钢剩余的钢渣高炉渣，用于道路基层和底基层中。高炉渣，用于道路基层和底基层中。主要是由于上述物质中含有较多的主要是由于上述物质中含有较多的SiO2、CaO和和Al2O3等活性物质，等活性物质，与与H2O和和CO2反应生成硅酸钙和铝酸钙，具有水硬性，稳定性较好。反应生成硅酸钙和铝酸钙，具有水硬性，稳定性较好。THE END 道路建筑材料道路建筑材料第二章第二章 砂石材料砂石材料【学习目标学习目标】掌握评价砂石材料技术性质的主要指标；掌握评价砂石材料技术性质的主要指标；学会检验砂石材料技术性质的方法；学会检验砂石材料技术性质的方法；学会应用级配理论设计矿质混合料配合组成的方法。学会应用级配理论设计矿质混合料配合组成的方法。2.1 2.1 砂石材料的技术性质砂石材料的技术性质 天然岩石天然岩石 集集 料料（粗、细集料）（粗、细集料）岩石天然风化而成的砾石（卵石）和砂岩石天然风化而成的砾石（卵石）和砂岩石经人工轧制的碎石、砂、石屑等岩石经人工轧制的碎石、砂、石屑等砂石材料砂石材料一、一、岩石的技术性质岩石的技术性质（一）物理性质（一）物理性质 1 1、物理常数、物理常数 （1 1）真实密度）真实密度 （2-12-1）（2 2）毛体积密度）毛体积密度 （2-22-2）或或 （2-32-3）以上三个物理常数可以间接反映石料的力学性质。以上三个物理常数可以间接反映石料的力学性质。（3 3）孔隙率）孔隙率 （2-32-3）（2 2）饱和吸水率）饱和吸水率 （2-2-5 5）吸水率、饱和吸水率能有效反映岩石小裂隙的发育程度。吸水率、饱和吸水率能有效反映岩石小裂隙的发育程度。吸水率越大，说明材料孔隙率吸水率越大，说明材料孔隙率n n越大，抗压强度就越小，抗冻越大，抗压强度就越小，抗冻性和抗风化等性能越差。性和抗风化等性能越差。2 2、吸水性、吸水性 指岩石在规定条件下吸收水分的能力，通常用吸水率表示。指岩石在规定条件下吸收水分的能力，通常用吸水率表示。（1 1）吸水率）吸水率 （2-42-4）3 3、抗冻性、抗冻性 指材料在吸水饱和状态下，经受规定次数的冻融指材料在吸水饱和状态下，经受规定次数的冻融循环后抵抗破坏的能力。循环后抵抗破坏的能力。评价材料耐久性能的重要指标。评价材料耐久性能的重要指标。抗冻性用抗冻性用抗冻等级抗冻等级来表示。来表示。抗冻等级是以试件在吸水饱和状态下，经冻融循抗冻等级是以试件在吸水饱和状态下，经冻融循环作用，质量损失（环作用，质量损失（5%）和强度下降（）和强度下降（25%）均）均不超过规定数值的最大冻融循环次数来表示。不超过规定数值的最大冻融循环次数来表示。抗冻等级表示方法：抗冻等级表示方法：F15F15，F25F25，F50F50，F100F100，F150F150，F200F200 例如：例如：F50F50表示材料在抵抗表示材料在抵抗5050次冻融循环后，次冻融循环后，而未超过规定的损失程度。而未超过规定的损失程度。一次冻融循环为：试件在饱和状态下，在一次冻融循环为：试件在饱和状态下，在-15-15时冻结时冻结4h4h后，放入后，放入20 5 20 5 水中溶解水中溶解4h4h，此为一，此为一次冻融循环。次冻融循环。（2-62-6）2 2、磨耗性、磨耗性 指岩石抵抗撞击、剪切和摩擦等综合作用的性能，用指岩石抵抗撞击、剪切和摩擦等综合作用的性能，用磨磨耗率耗率来表示：来表示：（2-72-7）（二）力学性质（二）力学性质 岩岩石石应应具具备备抗抗拉拉、抗抗压压、抗抗折折等等强强度度，还还应应具具备备抗抗磨磨光光、抗抗冲冲击击和和抗抗磨耗等力学性质，下面主要讨论抗压强度和磨耗性两方面的力学性质。磨耗等力学性质，下面主要讨论抗压强度和磨耗性两方面的力学性质。1 1、单轴抗压强度、单轴抗压强度评定岩石力学性质的主要指标评定岩石力学性质的主要指标 （三）化学性质（三）化学性质 根据岩石中根据岩石中SiOSiO2 2的含量，将岩石分为：的含量，将岩石分为：SiOSiO2 2含量含量 65%65%酸性岩石酸性岩石SiOSiO2 2含量含量 52%-65%52%-65%中性岩石中性岩石SiOSiO2 2含量含量 52%52%碱性岩石碱性岩石 应用：在选择路面沥青混合料中的碎石时，应优应用：在选择路面沥青混合料中的碎石时，应优先选择碱性石料，提高沥青与石料的黏结性。先选择碱性石料，提高沥青与石料的黏结性。二、集料的技术性质二、集料的技术性质 工程上根据集料的粒径大小将集料分为工程上根据集料的粒径大小将集料分为粗集粗集料料和和细集料细集料两类。两类。粗集料：在沥青混合料中，粒径粗集料：在沥青混合料中，粒径2.36mm2.36mm，或在，或在 水泥混凝土中，粒径水泥混凝土中，粒径4.75mm4.75mm的碎石、砾石等。的碎石、砾石等。细集料：在沥青混合料中，粒径细集料：在沥青混合料中，粒径2.36mm2.36mm，或在，或在 水泥混凝土中，粒径水泥混凝土中，粒径 4.75mm4.75mm的天然砂、机制砂等。的天然砂、机制砂等。天然砂天然砂机制砂机制砂由机械破碎、筛分而成，表面多棱角，较洁净，但造价高，由机械破碎、筛分而成，表面多棱角，较洁净，但造价高，如无特殊情况，多不采用。如无特殊情况，多不采用。河砂河砂表面圆滑，洁净，质地较好，产源广，表面圆滑，洁净，质地较好，产源广，优先选用优先选用山砂山砂表面粗糙有棱角，但含泥和有机杂质较多表面粗糙有棱角，但含泥和有机杂质较多海砂海砂虽具有河砂的特点，但常混有贝壳、碎片和盐分虽具有河砂的特点，但常混有贝壳、碎片和盐分其中，砂按来源可分为：其中，砂按来源可分为：（一）粗集料（一）粗集料 1 1、物理性质、物理性质 （1 1）物理常数）物理常数 表观密度（简称视密度）表观密度（简称视密度）（2-82-8）毛体积密度毛体积密度 （2-92-9）考虑一下这两个公式的分母项如何测定？考虑一下这两个公式的分母项如何测定？堆积状态有三种情况：堆积状态有三种情况：自然堆积状态自然堆积状态振实状态振实状态捣实状态捣实状态 堆积状态下的总外观体积堆积状态下的总外观体积V V可用已知容积的容量瓶测得。可用已知容积的容量瓶测得。堆积密度堆积密度（2-102-10）（2-112-11）推导过程：推导过程：空隙率空隙率 指粗集料颗粒之间的空隙体积（指粗集料颗粒之间的空隙体积（包括颗粒之间包括颗粒之间的空隙和开口孔孔隙体积的空隙和开口孔孔隙体积）占粗集料总外观体积的）占粗集料总外观体积的百分比。（参见图百分比。（参见图2-2）（2 2）级配）级配 指粗集料中各种组成颗粒的指粗集料中各种组成颗粒的分级分级和和搭配搭配情况。情况。通过通过筛分试验筛分试验来确定。来确定。具体试验方法及相关参数详见具体试验方法及相关参数详见“细集料的级配细集料的级配”。（2-122-12）式中：式中：各粒级颗粒的分计质量损失百分率（各粒级颗粒的分计质量损失百分率（%）；）；各粒级试样试验前的烘干质量（各粒级试样试验前的烘干质量（g g）；）；经硫酸钠溶液试验后各粒级筛余颗粒的烘干经硫酸钠溶液试验后各粒级筛余颗粒的烘干质量（质量（g g）。）。（3 3）坚固性）坚固性 对轧制成的碎石或者是天然卵石，选取规定数量，对轧制成的碎石或者是天然卵石，选取规定数量，分别装入金属网篮浸入硫酸钠溶液中进行干湿循环试分别装入金属网篮浸入硫酸钠溶液中进行干湿循环试验，完成五次循环后，观察其表面破坏情况，并用验，完成五次循环后，观察其表面破坏情况，并用质质量损失率量损失率来计算其坚固性。来计算其坚固性。压碎值压碎值磨耗率磨耗率磨光值磨光值道瑞磨耗值道瑞磨耗值冲击值冲击值（1 1）压碎值用于衡量集料在逐渐增加的荷载下，）压碎值用于衡量集料在逐渐增加的荷载下，抵抗压抵抗压碎碎的能力。它是衡量集料力学性质的一个指标，用以的能力。它是衡量集料力学性质的一个指标，用以评价其在公路工程中的适用性。评价其在公路工程中的适用性。（2 2）磨耗率同岩石磨耗率，反映粗集料）磨耗率同岩石磨耗率，反映粗集料抵抗撞击、剪切抵抗撞击、剪切和摩擦和摩擦等综合作用的性能。等综合作用的性能。2 2、力学性质、力学性质 （3 3）磨光值：是反映集料）磨光值：是反映集料抵抗轮胎磨光作用抵抗轮胎磨光作用能力的指标，能力的指标，是利用加速磨光机磨光集料并以摆式摩擦系数测定仪测是利用加速磨光机磨光集料并以摆式摩擦系数测定仪测得的磨光后集料的得的磨光后集料的摩擦系数摩擦系数值来确定。值来确定。集料磨光值愈高，表示路表的集料磨光值愈高，表示路表的抗滑性抗滑性愈好愈好，从而保，从而保障车辆的安全行驶。障车辆的安全行驶。（4 4）道瑞磨耗值：用于评定路面表层所用集料）道瑞磨耗值：用于评定路面表层所用集料抵抗车轮抵抗车轮撞击及磨耗撞击及磨耗的能力。的能力。集料磨耗值越高，表示集料集料磨耗值越高，表示集料耐磨性耐磨性愈差。愈差。（5 5）冲击值：反映集料）冲击值：反映集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能，可采用冲击试验仪测定。的性能，可采用冲击试验仪测定。（二）细集料的技术性质（二）细集料的技术性质 1 1、物理常数、物理常数 同同“粗集料粗集料”。2 2、级配、级配 级配是集料各级粒径颗粒的级配是集料各级粒径颗粒的分级分级与与搭配搭配，通过，通过筛分筛分试验试验确定。确定。称取烘干试样称取烘干试样500g500g，置于按筛孔大小顺序排列的一，置于按筛孔大小顺序排列的一组方孔筛上，分别求出存留在各筛上的质量，即筛余量，组方孔筛上，分别求出存留在各筛上的质量，即筛余量，然后求相关级配参数。然后求相关级配参数。（2-162-16）式中：式中：m mi i某号筛上的筛余质量（某号筛上的筛余质量（g g）；）；MM试样总质量（试样总质量（g g）。）。（2 2）累计筛余百分率）累计筛余百分率 （2-172-17）（3 3）通过百分率）通过百分率 （2-182-18）主要计算参数有：主要计算参数有：（1 1）分计筛余百分率）分计筛余百分率 （2-192-19）式中：式中：砂的细度模数；砂的细度模数；分别为边长分别为边长4.75mm4.75mm、2.36mm2.36mm 0.15mm 0.15mm筛的累计筛余百分率（筛的累计筛余百分率（%）。）。3 3、粗度、粗度 粗度是评价砂的粗度是评价砂的粗细程度粗细程度的一种指标。的一种指标。通常用通常用细度模数细度模数表示表示。细度模数越大，表示细集料愈粗。细度模数越大，表示细集料愈粗。我国现行标准我国现行标准建筑用砂建筑用砂（GB/T 14684-2001)GB/T 14684-2001)规定砂的粗细程度按细度模数可分为粗、中、细三种规定砂的粗细程度按细度模数可分为粗、中、细三种规格，其范围应符合下列规定：规格，其范围应符合下列规定：粗砂：粗砂：中砂：中砂：细砂：细砂：注：注：细度模数相同细度模数相同的砂，只能表示其粗细程度相同，的砂，只能表示其粗细程度相同，但很可能级但很可能级配不同配不同，所以要全面表征砂的颗粒性质，必须要，所以要全面表征砂的颗粒性质，必须要两者兼顾两者兼顾。例题例题 2-1 2-1 讲解讲解2.22.2 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 大多数砂石材料是以矿物混合料（粗细集料）的形式大多数砂石材料是以矿物混合料（粗细集料）的形式与各种结合料组成混合料使用。与各种结合料组成混合料使用。矿质混合料除了要满足各种技术要求外，还必须满足矿质混合料除了要满足各种技术要求外，还必须满足最最小空隙率小空隙率和和最大摩擦力最大摩擦力的基本要求。的基本要求。（1 1）最小空隙率）最小空隙率即最大密实度，各级矿质集料应按即最大密实度，各级矿质集料应按一定比例搭配；一定比例搭配；（2 2）最大摩擦力）最大摩擦力通过比例搭配，使各级集料紧密排通过比例搭配，使各级集料紧密排列，行程一个多级空间骨架，且具有最大的摩擦力。列，行程一个多级空间骨架，且具有最大的摩擦力。一、矿质混合料的级配理论一、矿质混合料的级配理论 1 1、级配类型、级配类型 （1 1）连续级配）连续级配 （2 2）间断级配）间断级配 图图 2-7 2-7 连续级配和间断级配曲线比较连续级配和间断级配曲线比较合适的级配均可以达到良好的密实度，但同一尺寸范围合适的级配均可以达到良好的密实度，但同一尺寸范围的单粒级最好不要使用，仅在调整级配时掺和使用。的单粒级最好不要使用，仅在调整级配时掺和使用。举例：举例：图（图（1 1）图（图（2 2）图（图（3 3）图（图（1 1）：连续型级配，但细料偏多，粗料偏少，强度上就偏弱；）：连续型级配，但细料偏多，粗料偏少，强度上就偏弱；图（图（2 2）：连续型级配，但粗料偏多，细料偏少。粗集料形成骨架）：连续型级配，但粗料偏多，细料偏少。粗集料形成骨架后，细集料不能填满其空隙，空隙率大；后，细集料不能填满其空隙，空隙率大；图（图（3 3）：间断级配，中间粒级较少。粗集料形成骨架后，相当数）：间断级配，中间粒级较少。粗集料形成骨架后，相当数量的细集料填满其空间，结构形式合理，满足一定的强度要求。量的细集料填满其空间，结构形式合理，满足一定的强度要求。2 2、级配理论、级配理论 （1 1）最大密度曲线理论（富勒理论）最大密度曲线理论（富勒理论）该理论认为：矿质混合料的颗粒级配曲线越接近抛物线时，则其该理论认为：矿质混合料的颗粒级配曲线越接近抛物线时，则其密度最大。密度最大。最大密度理想曲线的级配组成计算公式：最大密度理想曲线的级配组成计算公式：（2-222-22）式中：式中：PP欲计算的某级粒径欲计算的某级粒径d d（mmmm）的矿料通过百分率；）的矿料通过百分率；DD矿质混合料的最大粒径（矿质混合料的最大粒径（mmmm）；）；dd欲计算的某级矿质混合料的粒径（欲计算的某级矿质混合料的粒径（mmmm）。）。（2 2）最大密度曲线）最大密度曲线n n次幂公式（泰波理论）次幂公式（泰波理论）认为泰勒曲线是一种理想曲线，实际矿料的级配应允许有一定的认为泰勒曲线是一种理想曲线，实际矿料的级配应允许有一定的波动范围。波动范围。在前面的基础上将最大密度曲线改为在前面的基础上将最大密度曲线改为n n次幂的公式：次幂的公式：（2-232-23）式中：式中：P P，d d，DD意义同前；意义同前；n n 级配指数。级配指数。根据经验认为：根据经验认为：n=0.3n=0.30.70.7时，矿质混合料具有较好的密时，矿质混合料具有较好的密实度。实度。二、二、级配曲线范围的绘制级配曲线范围的绘制 矿质混合料按级配理论公式计算出各粒级的通过百分率，以粒级为横坐矿质混合料按级配理论公式计算出各粒级的通过百分率，以粒级为横坐标，以通过百分率为纵坐标，绘制理论级配曲线。标，以通过百分率为纵坐标，绘制理论级配曲线。最大密度曲线和级配范围最大密度曲线和级配范围三、三、矿质混合料的组成设计方法矿质混合料的组成设计方法 天然或人工轧制的单一集料的级配一般很难完全符合某一级配天然或人工轧制的单一集料的级配一般很难完全符合某一级配范围的要求，因此必须采用两种或两种以上的集料按照一定比例进范围的要求，因此必须采用两种或两种以上的集料按照一定比例进行搭配才能达到级配范围的要求，这就需要对矿质混合料进行配合行搭配才能达到级配范围的要求，这就需要对矿质混合料进行配合组成设计。组成设计。试算法试算法适用于适用于2 23 3种矿料组合种矿料组合图解法图解法适用于适用于3 3种以上多种集料的组合种以上多种集料的组合 1 1、试算法试算法 基本原理：现有几种矿质集料，欲配制成某一基本原理：现有几种矿质集料，欲配制成某一种符合一定级配要求的矿质混合料，在决定各组成种符合一定级配要求的矿质混合料，在决定各组成集料在混合料中的比例时，先假定混合料中某种粒集料在混合料中的比例时，先假定混合料中某种粒径的颗粒是由某一种对这一粒径占优势的集料组成，径的颗粒是由某一种对这一粒径占优势的集料组成，而其它各种集料中不含这种粒径。这样即可根据各而其它各种集料中不含这种粒径。这样即可根据各个主要粒径去试算各种集料在混合料中的大致比例，个主要粒径去试算各种集料在混合料中的大致比例，再经过校核调整，最终获得满足混合料级配要求的再经过校核调整，最终获得满足混合料级配要求的各集料的配合比例。各集料的配合比例。例如例如:现有现有A A、B B、C C三种集料，欲配制成级配为三种集料，欲配制成级配为M M的矿质混合料，的矿质混合料，求这三种集料在混合料中的配合比例（即配合比），按题意作下列求这三种集料在混合料中的配合比例（即配合比），按题意作下列两点假设：两点假设：设设A A、B B、C C三种集料在混合料三种集料在混合料M M中的用量比例为中的用量比例为X X、Y Y、Z Z，则：，则：(2-24)(2-24)又设混合料又设混合料M M中某一级粒径中某一级粒径 要求的含量为要求的含量为 ,A,A、B B、C C三种集料在原来级配中此粒径三种集料在原来级配中此粒径 颗粒的含量分别为颗粒的含量分别为 、，则：，则：(2-25)(2-25)计算步骤：计算步骤：（1 1）计算）计算A A料在矿质混合料中的用量料在矿质混合料中的用量 混合料混合料M M中某一级粒径主要由中某一级粒径主要由A A集料所提供（即集料所提供（即A A料占优势），料占优势），而忽略其他集料在此粒径的含量，这样即可计算出而忽略其他集料在此粒径的含量，这样即可计算出A A料在混合料中料在混合料中的用量比例。按假设得的用量比例。按假设得 ，代入式（，代入式（2-252-25），得），得 ，故：，故：（2-262-26）（2 2）计算）计算C C料在矿质混合料中的用量料在矿质混合料中的用量 同前理，混合料同前理，混合料M M中某一粒径由中某一粒径由C C集料占优势，由假设，可计集料占优势，由假设，可计算出算出C C料在混合料中的用量比例，料在混合料中的用量比例，故：，故：（2-272-27）（3 3）计算）计算B B料在矿质混合料中的用量料在矿质混合料中的用量 由式（由式（2-262-26）和式（）和式（2-272-27）求得）求得A A料和料和C C料在混合料中的含量、料在混合料中的含量、后，由式（后，由式（2-242-24）可计算出）可计算出B B集料在混合料中的用量比例，即：集料在混合料中的用量比例，即：（2-282-28）（4 4）校核调整）校核调整 按上述步骤计算按上述步骤计算A A、B B、C C 三种集料组成矿质混合料的配比三种集料组成矿质混合料的配比 ，经校核如不在要求的级配范围内，应调配配合比，重，经校核如不在要求的级配范围内，应调配配合比，重新计算和复核，经几次调整，逐步接近，直到符合要求为止。如经新计算和复核，经几次调整，逐步接近，直到符合要求为止。如经计算确实不能满足级配要求时，可掺加某些单粒级集料，或调换其计算确实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。它原始集料。例题例题 2-2 2-2 讲解讲解2 2、图解法、图解法 我国现行规范推荐采用修正平衡面积法我国现行规范推荐采用修正平衡面积法（图解法）确定矿质混合料的合成级配。（图解法）确定矿质混合料的合成级配。由三种以上的多种集料进行组配时，采用由三种以上的多种集料进行组配时，采用此方法进行设计十分方便。此方法进行设计十分方便。图解法设计步骤：图解法设计步骤：（1 1）计算要求级配范围通过率的中值，作为设计依据。）计算要求级配范围通过率的中值，作为设计依据。AC-13 AC-13 沥青混合料用矿料级配范围沥青混合料用矿料级配范围 筛孔尺寸（筛孔尺寸（mmmm）16.016.0 13.2 13.2 9.5 9.5 4.75 4.75 2.36 2.36 1.18 1.18 0.6 0.6 0.3 0.3 0.15 0.15 0.075 0.075 级配范围（级配范围（mmmm）100 100 9595100 100 707088 88 484868 68 363653 53 242441 41 181830 30 121222 22 8 816 16 4 48 8 级配中值（级配中值（mmmm）100 100 98 98 79 79 58 58 45 45 33 33 24 24 17 17 12 12 6 6（2 2）绘制级配曲线坐标图）绘制级配曲线坐标图 图图2-11 2-11 图解法用级配曲线坐标图图解法用级配曲线坐标图（3 3）确定各种集料的用量比例）确定各种集料的用量比例图图2-12 2-12 确定各种集料配合比原理图确定各种集料配合比原理图（4 4）合成级配的计算与校核）合成级配的计算与校核 按图解所得各种集料的用量比例校核计算合成级配是按图解所得各种集料的用量比例校核计算合成级配是否符合要求，如超出级配范围要求，应调整各集料的比否符合要求，如超出级配范围要求，应调整各集料的比例，直至符合要求为止。合成级配的计算与校核方法与例，直至符合要求为止。合成级配的计算与校核方法与试算法相同。试算法相同。2.3 2.3 工业废渣工业废渣 一、一、粉煤灰粉煤灰 粉煤灰是火力发电厂燃烧煤粉后排放的一种工粉煤灰是火力发电厂燃烧煤粉后排放的一种工业废渣，呈灰色或浅灰色粉末状，是一种低活性火业废渣，呈灰色或浅灰色粉末状，是一种低活性火山灰质材料。它含有较多的山灰质材料。它含有较多的活性氧化硅活性氧化硅、活性氧化活性氧化铝铝，它们与氢氧化钙在常温下起化学反应生成稳定，它们与氢氧化钙在常温下起化学反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，这些成分有助于混合的水化硅酸钙和水化铝酸钙，这些成分有助于混合料的硬化，增加强度。料的硬化，增加强度。注：石灰或者水泥与水反应都会产生氢氧化钙，所以，注：石灰或者水泥与水反应都会产生氢氧化钙，所以，粉煤灰一般会和这些结合料搭配使用才能发挥作用。粉煤灰一般会和这些结合料搭配使用才能发挥作用。1 1、粉煤灰的物理性质、粉煤灰的物理性质 细度细度 粉煤灰颗粒愈细，表面积越大，活性增大，强度形成愈高。粉煤灰颗粒愈细，表面积越大，活性增大，强度形成愈高。密度密度 粉煤灰的密度与它的颗粒形状、铁质含量有关，粉煤灰的密度与它的颗粒形状、铁质含量有关，密度愈大粉煤灰的质量愈好。密度愈大粉煤灰的质量愈好。堆积密度堆积密度 一般在一般在555555700 700 之间。之间。烧失量烧失量 烧失量即粉煤灰中未烧尽的炭粉含量。含碳量越大，烧失量即粉煤灰中未烧尽的炭粉含量。含碳量越大，活性成分就越少，从而降低粉煤灰的活性，降低强度。活性成分就越少，从而降低粉煤灰的活性，降低强度。烧失量越小越好，路基路面烧失量不应超过烧失量越小越好，路基路面烧失量不应超过20%20%。含水量含水量 湿粉煤灰的含水率不宜超过湿粉煤灰的含水率不宜超过35%35%（路面基层）。（路面基层）。粉煤灰的物理性能指标详见表粉煤灰的物理性能指标详见表 2-72-7 2 2、粉煤灰的化学成分、粉煤灰的化学成分 主要化学成分：氧化硅、氧化铝、少量的氧化铁、主要化学成分：氧化硅、氧化铝、少量的氧化铁、氧化钙、氧化镁与三氧化硫等氧化物，其中，氧化硅、氧化钙、氧化镁与三氧化硫等氧化物，其中，氧化硅、氧化铝和氧化铁占总量的氧化铝和氧化铁占总量的70%70%以上。以上。氧化硅、氧化铝分别与氢氧化钙和水反应生成氧化硅、氧化铝分别与氢氧化钙和水反应生成水化水化硅酸钙硅酸钙和和水化铝酸钙水化铝酸钙火山灰反应火山灰反应，生成物具有水硬，生成物具有水硬性，决定了混合料的强度。性，决定了混合料的强度。反应过程如下：反应过程如下：3 3、粉煤灰在道路工程中的应用、粉煤灰在道路工程中的应用 （1 1）可在硅酸盐水泥中加入适量粉煤灰制成粉煤灰）可在硅酸盐水泥中加入适量粉煤灰制成粉煤灰质硅酸盐水泥；质硅酸盐水泥；（2 2）用作水泥混凝土路面掺合料，节省水泥用量；）用作水泥混凝土路面掺合料，节省水泥用量；（3 3）用作沥青混凝土路面的掺合料；）用作沥青混凝土路面的掺合料；（4 4）用粉煤灰加水泥或石灰稳定砂砾做路面基层、）用粉煤灰加水泥或石灰稳定砂砾做路面基层、底基层以及垫层；底基层以及垫层；（5 5）拌制建筑砂浆，代替部分石膏效果较好；）拌制建筑砂浆，代替部分石膏效果较好；（6 6）粉煤灰与黏土烧结粉煤灰砖用于建筑工程中；）粉煤灰与黏土烧结粉煤灰砖用于建筑工程中；（7 7）适用于受化学侵蚀水泥混凝土及灌浆，泵送水）适用于受化学侵蚀水泥混凝土及灌浆，泵送水泥混凝土中。泥混凝土中。1 1、矿渣的化学成分和矿物成分矿渣的化学成分和矿物成分主要有：主要有：及少量及少量 2 2、矿渣的物理力学性质矿渣的物理力学性质 矿渣的坚固性、强度、压碎值、冲击值、磨光值等一般矿渣的坚固性、强度、压碎值、冲击值、磨光值等一般均能符合路用要求。均能符合