公路工程试验.ppt

1.砂石材料砂石材料 砂石材料分砂石材料分类类 主要内容主要内容 砂石材料的技砂石材料的技术术性能性能 矿质矿质混合料的混合料的级级配理配理论论 矿质矿质混合料配合比混合料配合比设计设计方法方法 石料与集料在道路工程中的石料与集料在道路工程中的应应用用1.砂石材料分砂石材料分类类按来源分按来源分类类天然砂石材料：卵石、天然砂石材料：卵石、砾砾石、漂石；砂石、漂石；砂(海砂、河砂、山砂等海砂、河砂、山砂等)人工人工轧轧制的砂石料：制的砂石料：块块料、碎石集料料、碎石集料工工业业冶金冶金矿矿渣集料：渣集料：钢钢渣、高炉渣、煤渣、粉煤灰等渣、高炉渣、煤渣、粉煤灰等按尺寸和用途分按尺寸和用途分类类石料石料集料：粗集料集料：粗集料粒径粒径d4.75mm（2.36mm）细细集料集料粒径粒径d4.75mm（2.36mm）2.1.2砂石材料的技砂石材料的技术术性能性能1.2.1石料的技石料的技术术性性质质1.2.1.1物理性物理性质质物理常数物理常数吸水性吸水性抗抗冻冻性性3.1.2.1石料的技石料的技术术性性质质1）物理常数）物理常数图图1-1石料体石料体积组积组成示意成示意图图密度：密度：真真实实密度密度（真（真实实体体积积vs矿矿物物实实体体体体积积）表表观观密度密度（表（表观观体体积积vsvn含含闭闭口孔隙）口孔隙）毛毛体体积积密密度度(毛毛体体积积vs+vn+vi闭闭口口与与开开口口孔孔隙隙)孔隙率：孔隙率：4.石料体石料体积组积组成示意成示意图图m0VnMmSViVsVV0开口孔隙开口孔隙闭闭口孔隙口孔隙矿矿物物实实体体5.2）吸水性）吸水性：材料吸入水分的能力：材料吸入水分的能力吸水率吸水率：常温（：常温（202）、）、标标准大气准大气压压（101.325kPa)饱饱水率水率：常温、真空抽气（：常温、真空抽气（2.67kPa）6.3）抗抗冻冻性性：石石料料在在水水饱饱和和状状态态下下，能能经经受受反反复复冻冻融融而而不不破破坏坏，并不并不严严重降低重降低强强度的能力度的能力直接直接冻冻融法融法（冻冻融循融循环试验环试验：-15冰冰冻冻4h常温融解常温融解）循循环环若干次若干次(15、25、50次次)质质量量损损失失强强度度损损失：失：强强度降低不大于度降低不大于25，耐，耐冻冻系数系数0.75坚坚固性法固性法（硫酸（硫酸钠钠Na2SO4结结晶、体晶、体积涨积涨大）大）7.1.2.1.2力学性力学性质质1）抗）抗压压强强度度道路道路试试件件:505050mm立方体立方体50H50mm的的圆圆柱体柱体图图1-2石料抗石料抗压压强强度度试试件件桥桥梁梁试试件件:200200200mm立方体立方体8.图图1-2 石料抗石料抗压压强强度度试试件件影响石料抗影响石料抗压压强强度的因素：度的因素：内因：材料的内因：材料的矿矿物成分物成分 结结构和构造构和构造外因：外因：试试件尺寸件尺寸 加荷速率加荷速率 湿度等湿度等9.2)磨耗率磨耗率搁搁板式（洛杉板式（洛杉矶矶法）法）:试样为试样为5000g有有级级配的集料，加配的集料，加入入钢钢球球12个个48mm，5000g。转转速速3033r/min，转转500转转图图1-4搁搁板式磨耗板式磨耗仪仪双筒式（狄法双筒式（狄法尔尔法）法）:50块块石料（石料（5075mm），），质质量量5000g左右，左右，转转速速3033r/min，转转10,000转转（5.55.0h）图图1-3双筒式磨耗双筒式磨耗仪仪磨耗率磨耗率计计算公式算公式：式中：式中：m2试验试验后后2mm筛筛上烘干石料上烘干石料试样质试样质量；量；m1试验试验前烘干石料前烘干石料试样质试样质量。量。10.图图1-3 双筒式磨耗双筒式磨耗仪仪示意示意图图 耗耗时长时长达达5h以上以上 试试件尺寸件尺寸单单一（一（5075mm），与路用），与路用实际实际情况不符合情况不符合 石料石料间间相互作用，不同性相互作用，不同性质质石料的磨耗率相差不大石料的磨耗率相差不大11.图图1-4 搁搁板式磨耗板式磨耗仪仪示意示意图图 省省时时：15min左右左右 使石料受到更使石料受到更严严峻的冲峻的冲击击、剪切、摩擦作用，石料剪切、摩擦作用，石料级级差大差大 试样级试样级配配较较符合路用状况符合路用状况12.物理性物理性物理性物理性质质质质物理常数：密度（表物理常数：密度（表观观密度、毛体密度、毛体积积密度）、空隙率密度）、空隙率吸水性：吸水率、吸水性：吸水率、饱饱水率水率抗抗冻冻性性力学性力学性力学性力学性质质质质抗抗压压强强度：度：单单位面位面积积上所能承受的最大荷上所能承受的最大荷载载磨耗率：石料抵抗撞磨耗率：石料抵抗撞击击、剪切和摩擦、剪切和摩擦综综合作用的能力合作用的能力石料的技石料的技术术性性质质13.1.分分类类：按照成岩条件、：按照成岩条件、风风化程度等化程度等岩岩浆浆岩岩类类（火成岩）（火成岩）石灰岩石灰岩类类（沉（沉积积岩）岩）砂岩与片麻岩砂岩与片麻岩类类（变质变质岩）岩）砾砾石岩（天然石岩（天然风风化）化）2.分分级级指指标标：饱饱水抗水抗压压强强度和磨耗率度和磨耗率最最坚坚强强坚坚强强中等中等坚坚强强较较弱弱软软1.3.2 石料的技石料的技术标术标准准14.1.2.2 集料的技集料的技术术性性质质图图1-5 碎石集料碎石集料 1.2.2.1 物理性物理性质质1）物理常数）物理常数图图1-6集料的体集料的体积组积组成成密度：表密度：表观观密度、毛体密度、毛体积积密度、装填密度密度、装填密度装填密度装填密度堆堆积积（松装）密度（松装）密度集料按自由下落方式装集料按自由下落方式装样样图图1-7细细集料堆集料堆积积密度密度试验仪试验仪具示意具示意图图振振实实（紧紧装）密度装）密度集料振集料振摇摇方式装方式装样样捣实捣实密度密度集料振集料振摇摇方式装方式装样样空隙率空隙率VG：集料空隙体：集料空隙体积积占集料占集料总总体体积积的百分比的百分比不含开口孔隙不含开口孔隙含开口孔隙含开口孔隙颗颗粒之粒之间间的的空空间间体体积积15.图图1-5 碎石集料碎石集料不同粒径、尺寸不同粒径、尺寸较较小的石料小的石料颗颗粒的集合体粒的集合体16.图图1-6 集料的体集料的体积组积组成成孔隙：孔隙：矿矿物之物之间间的空的空间间Vn+Vi空隙：集料空隙：集料颗颗粒之粒之间间的空的空间间Vv颗颗粒之粒之间间的的空空间间体体积积17.图图1-7 细细集料堆集料堆积积密度密度试验仪试验仪具示意具示意图图18.2）级级配：配：指集料中不同尺寸指集料中不同尺寸颗颗粒的比例粒的比例反映了粒径大小不同的反映了粒径大小不同的矿质颗矿质颗粒的相互搭配情况粒的相互搭配情况级级配的几种情况配的几种情况筛筛析析试验试验套套筛筛圆圆孔孔筛筛(直径直径)：40、20、10、5、2.5、1.25、0.63、0.3方孔方孔筛筛(边长边长)：13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3筛筛分分试验试验参数参数分分计筛计筛余百分率余百分率ai：某号：某号筛筛上的上的筛筛余余质质量占量占试样总质试样总质量的百分率量的百分率累累计计筛筛余余百百分分率率Ai：等等于于或或大大于于某某号号筛筛上上筛筛余余质质量量之之和和占占总总质质量量的百分率的百分率通通过过百分率百分率Pi：通：通过过某号某号筛筛的集料的集料质质量占量占试试件件总质总质量的百分率量的百分率级级配曲配曲线线的的绘绘制制图图1-10级级配曲配曲线线制表制表19.图图1-8 级级配的几种情况配的几种情况20.筛筛析析试验试验用套用套筛筛21.图图1-10 级级配曲配曲线线示意示意图图 作作图图：纵纵坐坐标为标为通通过过百分率百分率P P()常数坐常数坐标标 横坐横坐标为筛标为筛孔尺寸孔尺寸(mm)(mm)注意：坐注意：坐标单标单位位 注明不同曲注明不同曲线线意意义义 判断集料判断集料级级配是否符合要求配是否符合要求22.3）粗度）粗度细细度模数度模数评评价砂（价砂（0.164.75mm）粗）粗细细程度程度细细度模数度模数粗砂：粗砂：Mf 3.73.1中砂：中砂：Mf 3.02.3细细砂：砂：Mf2.21.623.碎石受碎石受压压4）集料的）集料的颗颗粒形状与表面特征粒形状与表面特征颗颗粒形状：蛋粒形状：蛋圆圆形、棱角形、形、棱角形、针针状、片状状、片状针针状：状：长长度大于其平均粒径度大于其平均粒径2.4倍的倍的颗颗粒粒片状：厚度小于其平均粒径片状：厚度小于其平均粒径0.4倍的倍的颗颗粒粒表面特征：表面的粗糙程度及孔隙特征等表面特征：表面的粗糙程度及孔隙特征等砾砾石受石受压压24.粗集料的力学性能粗集料的力学性能压压碎碎值值：石料抵抗：石料抵抗压压碎的能力碎的能力磨光磨光值值：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力磨耗磨耗值值：石料抵抗磨擦、剪切的能力：石料抵抗磨擦、剪切的能力冲冲击值击值：石料抵抗多次：石料抵抗多次连续连续的重复冲的重复冲击击荷荷载载的能力的能力集料的性能及集料的性能及评评价指价指标标物理性物理性物理性物理性质质质质物理常数：密度、空隙率物理常数：密度、空隙率吸水性：吸水率、吸水性：吸水率、饱饱水率水率抗抗冻冻性性25.1）压压碎碎值值：石料抵抗：石料抵抗压压碎的能力碎的能力压压碎指碎指标值标值（适用于水泥混凝土用集料）（适用于水泥混凝土用集料）图图1-11压压碎碎值测试仪值测试仪具尺寸具尺寸图图压压碎碎值值（沥沥青混合料用集料）青混合料用集料）图图1-12压压碎碎值测试仪值测试仪式中：式中：m0试验试验前前风风干干试试件的件的质质量量 m1试验试验后后2.36mm筛筛上集料上集料质质量量1.2.2.2 粗集料力学性粗集料力学性质质26.压压碎指碎指标值测试仪标值测试仪具尺寸具尺寸图图1020mm集料分二集料分二层层夯夯实实，在，在35min加荷至加荷至Pmax=200kN，恒，恒压压5s后，脱膜后后，脱膜后过过2.36mm筛筛试验试验集料集料27.压压碎碎值测试仪值测试仪将将1216mm碎石分三碎石分三层层夯夯实实，在，在010min加加压压至至400kN，立即卸，立即卸载载，过过2.36mm筛筛试验试验集料容器集料容器28.2)磨光磨光值值：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力图图1-13磨光磨光值值3)磨耗磨耗值值：石料抵抗磨擦、剪切的能力：石料抵抗磨擦、剪切的能力道瑞道瑞Dorry（英国）（英国）磨耗磨耗仪仪式中：式中：m1磨耗前的磨耗前的试试件件质质量（量（g）m2磨耗后的磨耗后的试试件件质质量（量（g）t集料的集料的饱饱和面干密度和面干密度4）冲）冲击值击值：石料抵抗多次：石料抵抗多次连续连续的重复冲的重复冲击击荷荷载载的能力的能力冲冲击值仪击值仪式中：式中：m0冲冲击击前前试样质试样质量；量；m1冲冲击击后粒径小于后粒径小于2.36mm集料集料试样质试样质量量29.磨光机磨光机磨光磨光值试值试件件试试件件（金（金刚刚砂），砂），经经6h磨光后，磨光后，用用摆摆式式仪测仪测摩擦系数（摩擦系数（BPN）磨光磨光值值30.图图1-15道瑞道瑞 Dorry（英国）磨耗（英国）磨耗仪仪31.图图1-16 冲冲击值仪击值仪1015mm集料，集料，1kg分三次夯分三次夯实实。冲冲击锤击锤至至3805mm处处自由落下，重复自由落下，重复15次。次。将受冲将受冲击击后的集料后的集料过筛过筛（2.36mm），称重。），称重。32.1.4 矿质矿质混合料的混合料的组组成成设计设计v 矿质矿质混合料的混合料的级级配理配理论论v 矿质矿质混合料的混合料的组组成成设计设计33.1.4 矿质矿质混合料的混合料的组组成成设计设计1.4.1 矿质矿质混合料的混合料的级级配理配理论论级级配研究意配研究意义义：探探讨级讨级配配对对集料性能集料性能密度和内摩阻力的影响密度和内摩阻力的影响 最小空隙率：达到最大密最小空隙率：达到最大密实实度度 最大摩阻力：最大摩阻力：*增加集料的增加集料的稳稳定性和定性和强强度；度；*互相嵌互相嵌紧紧、互不干涉，、互不干涉，紧紧密密多多级级空空间间网网络络骨架骨架结结构。构。34.1.4.1.1 级级配曲配曲线类线类型型图图1-17 级级配配类类型示意型示意图图 1）连续级连续级配：配：级级配曲配曲线线光滑，每一种尺寸的集料都有光滑，每一种尺寸的集料都有 2）间间断断级级配：剔除一个或几个分配：剔除一个或几个分级级，曲，曲线线形成折形成折线线形形 3）单单粒径：粒径：35.图图1-17 级级配配类类型示意型示意图图 单单粒径粒径36.1.4.1.2典型的典型的级级配理配理论论连续级连续级配配1）最大密度曲最大密度曲线线富勒理富勒理论论p2=kd当当d=D时时，p=1001002=kD式中：式中：d 欲欲计计算通算通过过百分率的粒径百分率的粒径D矿质矿质混合料最大粒径混合料最大粒径2）级级配范配范围围曲曲线线泰波公式（最大密度曲泰波公式（最大密度曲线线n幂幂公式）公式）式中：式中：n级级配指数配指数37.级级配范配范围围曲曲线线 n=0.450.5，密，密实实度最大度最大n=0.30.7，密，密实实度尚可度尚可n=0.350.45，工作性，工作性较较好（工好（工艺艺性能）性能）38.Superpave级级配要求配要求控制点控制点禁区禁区禁区禁区控制点控制点n=0.4539.1.4.2矿质矿质混合料的混合料的组组成成设计设计目的目的：确定：确定矿质矿质混合料中各档集料的比例混合料中各档集料的比例已知条件已知条件：各档集料各档集料级级配配Pd设计级设计级配范配范围围Pd方法方法：数解法数解法图图解法解法40.1.4.2矿质矿质混合料的混合料的组组成成设计设计1.4.2.1数解法数解法试试算法算法需要根据集料的分需要根据集料的分计筛计筛余余进进行行计计算算1）基本假定）基本假定某某一一粒粒径径的的颗颗粒粒由由一一种种集集料料提提供供，其其它它集集料料中中不不含含此此粒径的粒径的颗颗粒粒该该粒径的粒径的颗颗粒在粒在该该集料中是占集料中是占优势优势的的41.2）计计算算过过程程已知：集料已知：集料混混合料合料准准备备工作：工作：PiAiai;参数参数集料集料A集料集料B集料集料C混合料混合料M筛筛孔孔i的分的分计筛计筛余余/%aA(i)aB(i)aC(i)aM(i)在混合料中的比例在混合料中的比例/%XYZ100计计算方程：算方程：XYZ100(1)d=i时时：X.aA(i)+Y.aB(i)+Z.aC(i)aM(i)(2)ABCM+42.确定各集料用量确定各集料用量步步骤骤：计计算算A集料在集料在矿质矿质混合料中的用量混合料中的用量X确定确定A集料中占集料中占优势优势含量的粒径：含量的粒径：由表由表 A集料中含量占集料中含量占优势优势粒径粒径i=4.75mm:aA(4.75)=49.9%忽略其它集料在此粒径含量忽略其它集料在此粒径含量 aB(i)=0、aC(i)=0，代入式（，代入式（1）A集料用量集料用量X为为：43.步步骤骤：计计算算C集料在集料在矿质矿质混合料中的用量混合料中的用量Z确定确定C料中占料中占优势优势的粒径的粒径由表由表C集料中含量占集料中含量占优势优势粒径粒径为为:j0.075mm aZ(0.075mm)=85.3%忽略忽略A、C集料同一粒径含量集料同一粒径含量:aA(j)=0、aB(j)=0 C料用量料用量Z为为：步步骤骤：计计算算B集料在集料在矿质矿质混合料中的用量混合料中的用量Y由公式由公式(2)：Y100(XZ）100(42.17.0）50.9%44.校核校核调调整整计计算合成算合成矿质矿质混合料的通混合料的通过过百分率百分率PM(i)合成合成级级配配 X.PA(i)+Y.PB(i)+Z.PC(i)PM(i)要求：要求：合成合成级级配配aM(i)或或PM(i)应应在在规规定的定的级级配范配范围围内内调调整配合比后整配合比后还应还应重新重新进进行校核，直至符合要求行校核，直至符合要求为为止止经调经调整后仍不能整后仍不能满满足足级级配要求配要求时时，可，可掺掺加加单单粒粒级级集料或集料或调换调换集料集料45.筛筛孔尺寸孔尺寸di（mm）集料集料A集料集料B集料集料C碎石分碎石分计筛计筛余余aA(i)（%）石屑分石屑分计筛计筛余余aB(i)（%）矿矿粉分粉分计筛计筛余余 aC(i)（%）13.20.89.543.64.7549.92.364.42.01.181.322.60.623.70.318.40.1513.04.00.07510.910.70.0759.585.3所所所所选择选择选择选择的粒径的粒径的粒径的粒径应应应应在在在在该该该该集料中占有集料中占有集料中占有集料中占有较较较较大的大的大的大的优势优势优势优势46.47.1.4.2.2图图解法解法修正平衡面修正平衡面积积法法按通按通过过百分率百分率计计算并制算并制图图1）绘绘制制图图解法坐解法坐标图标图计计算算设计级设计级配范配范围围中中值值见见表表绘绘制制图图框并作框并作对对角角线线（为设计级为设计级配中配中值值）确定确定纵纵坐坐标标：通通过过百分率（）百分率（）算算术术坐坐标标确定横坐确定横坐标标：根据：根据设计级设计级配中配中值值，Pd，确定，确定筛筛孔尺寸位置孔尺寸位置将各种集料的将各种集料的级级配（通配（通过过量）量）绘绘在在图图中中见图见图2）确定各集料的用量）确定各集料的用量作作图图原原则则3）合成）合成级级配的校核与配的校核与调调整整计计算合成算合成级级配：配：Pm(i)=Pj(i)Xj调调整：合成整：合成级级配曲配曲线应线应尽可能光滑尽可能光滑靠近靠近级级配范配范围围中中值线值线48.筛筛孔尺寸孔尺寸(mm)16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075级级配范配范围围(mm)1009510070884868365324411830122281648级级配中配中值值(mm)100987957453324171269879574533241260.0759.513.24.752.360.61.180.30.1549.图图解法用解法用图图 相叠等分相叠等分纵纵距：两相距：两相邻级邻级配曲配曲线头线头尾重叠尾重叠a=a相接重相接重线连线连分；两相分；两相邻级邻级配曲配曲线头线头尾相离尾相离相离等分平距：两相相离等分平距：两相邻级邻级配曲配曲线头线头尾相分尾相分b=bX（A用量）用量）W（D用量）用量）Z（C用量）用量）Y（B用量）用量）50.谢谢观看！