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道路建筑材料,第一章 砂石材料 第一节 砂石材料的技术性质,一、石料的技术性质,1物理性质 1)物理常数 石料的内部组成结构主要是由矿物实体和孔隙(包括与外界连通的开口孔隙和不与外界连通的闭口孔隙)所组成，可示意如图1-1a)。各部分的质量与体积的关系可示意如图l-1b)。,(1)真实密度 石料的真实密度(简称密度)是石料在规定条件(105±5烘干至恒重，温度20)下，单位真实体积(不含孔隙的矿质实体的体积)的质量。真实密度用t表示。,测定方法，将石料样品粉碎磨细后，在105±5条件下烘至恒重，称得其质量。然后在密度瓶中加水经沸煮后，使水充分进入闭口孔隙中，通过“置换法”测定其真实体积。已知真实体积和质量即可求得真实密度。,(2)毛体积密度 石料的毛体积密度是石料在规定条件下，单位毛体积(包括矿质实体和孔隙的体积)的质量。毛体积密度用h表示，由图1-1b)体积与质量的关系可表示为式(1-2)：,(3)孔隙率 石料的孔隙率是石料的孔隙体积占其总体积的百分率，由图1-1可表示为式(1-3)：,2)吸水性 (1)吸水率 石料吸水率是指在室内常温(20±2)和大气压条件下，石料试件最大的吸水质量占烘干(105±5干燥至恒重)石料试件质量的百分率。,(2)饱水率 石料饱水率是在室内常温(20±5)和真空抽气的条件下，石料试件最大吸水的质量占烘干石料试件质量的百分率。饱水率较吸水率为大。饱水率的计算方法与吸水率相似。,3)耐候性 抗冻性:采用直接冻融法。将石料加工为规则的块状试样，在常温条件下(20±5)，采用逐渐浸水的方法，使开口孔隙吸饱水分，然后置于负温(-15)的冰箱中冻结4h，最后在常温条件下融解，如此为一冻融循环。采用质量损失百分率表征其抗冻性。此外，抗冻性亦可采用未经冻融的石料试件抗压强度与冻融循环后的石料试件抗压强度比值(称为耐冻系数)表示。,2力学性质,1)单轴抗压强度 将石料(岩块)制备成50mm×50mm×50mm的正方体(或直径和高度均为50mm的圆柱体)试件，经吸水饱和后，在单轴受压并按规定的加载条件下，达到极限破坏时单位承压面积的强度。,2)磨耗性,磨耗性是石料抵抗撞击、剪切和摩擦等综合作用的性能。磨耗试验采用洛杉矶式磨耗试验,又称搁板式磨耗试验。试验用的试样是按一定规格组成的级配石料。当试样加入磨耗鼓的同时，加入直径为46.8mm的钢球。磨耗鼓以3033r/min的转速旋转。,经旋转500次（水泥混凝土用粗集料）后，将石料试样取出，用1.7mm方孔筛筛去石屑，并洗净烘干称其质量。石料磨耗率为其质量损失百分率。石料磨耗率按式（1-5）计算：,3化学性质,石料与沥青粘附性测定方法 沥青与石料的粘附性可采用水煮(水浸)法测定。水煮法是将13.219mm的碎石用线缚好烘干后浸于规定温度的沥青中，使沥青包裹在石料表面，冷却15min后挂于煮沸的蒸馏水中3min，根据沥青膜的剥落程度，分为5个等级来评价石料的粘附性。小于13.2mm的石料可采用水浸法。,二、集料的技术性质,不同粒径的集料在水泥(或沥青)混合料中所起的作用不同，因此对它们的技术要求不同。为此将集料分为两种：凡粒径小于4.75mm（方孔筛）者称为细集料，大于4.75mm者称为粗集料。沥青路面用2.36mm为界。,(一)粗集料的技术性质,1物理性质 1)物理常数 在计算集料的物理常数时，不仅要考虑到集料颗粒中的孔隙(开口孔隙或闭口孔隙)，还要考虑颗粒间的空隙集科的体积和质量的关系如图1-2所示：,(1)表观密度 粗集料的表观密度(简称视密度)是在规定条件（105±5烘干至恒重）下，单位表观体积的质量。 集料表观密度以a表示,(2)毛体积密度 粗集料的毛体积密度是在规定的条件下，单位毛体积(包括矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙)的质量。 (3)堆积密度 粗集料的堆积密度是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。,(4)空隙率 粗集料空隙率是集料试样在自然堆积(或紧密堆积)时的空隙占总体积的百分率。 粗集料空隙率可按式计算：,2路用粗集料的力学性质 1)压碎性,用于测定碎石或砾石抗压碎能力。将9.519.0mm（方孔筛）的集料试样3000g，分二层装入圆模（内径152mm，装料高度100mm左右）内，每装完一层试样后，在底盘下面垫放一直径为10mm的圆钢，将筒按住，左右交替颠击地面各25次。将试模移于压力机上，加荷至200kN，并稳定5s，然后卸荷，测定通过2.36mm（方孔）筛孔的碎屑的质量占原集料总质量的百分率。,2)集料磨光值,磨光值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摩擦系数值。 选取（圆孔筛）1015mm（相当于方孔筛9.513.2mm）集料试样，密排于试模中，先用砂填密集料间空隙，然后再用环氧树脂砂浆固结，经养护24h后，制成试件。将备好的试件安装于加速磨光机的道路轮上(如图1-4)，道路轮旋转，在两轮之间加入水和金刚砂。先用30号金刚砂磨3h，然后用280号金刚砂磨3h。冲洗去金刚砂，用摆式仪测定试件的摩擦系数值，乘以折算系数及按标准试件磨光平均值换算后，即可得到石料磨光值。,（二）细集料的技术性质,细集料的技术性质与粗集料的技术性质基本相同，但是由于细度的特点，亦有不同之处。 1物理常数 细集料的表观密度、堆积密度和空隙率等物理常数的含意与粗集料完全相同，但是由于它的粒径较小，所需试样数量可以减少，测定精度亦可提高，因之测定与计算的方法亦稍有不同。,2级配 级配是集料各级粒径颗粒的分配情况，砂的级配可通过砂的筛分试验确定。,(1)分计筛余百分率 在某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率，可按式(1-11)求得：,(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可按式求得： Ai=a1+a2+ai,(3)通过百分率 通过某筛的质量占试样总质量的百分率，亦即100与累计筛余百分率之差，按式求得： Pi=100-Ai,3粗度 粗度是评价砂粗细程度的一种指标。通常用细度模数(或称细度模量)表示，它是各号筛的累计筛余百分率之和除以100之商。按式计算：,细度模数愈大，表示细集料愈粗。砂的粗度按细度模数可分为下列三级： f=3.73.1为粗砂； f=3.02.3为中砂； f=2.21.6为细砂。,第二节 矿质混合料的组成设计,一、矿质混合料的级配理论和级配曲线范围 (一)矿质混合料的级配理论 1级配曲线 (1)连续级配 这种由大到小，逐级粒径均有，并按比例互相搭配组成的矿质混合料，称为连续级配矿质混合料。 (2)间断级配 间断级配是在矿质混合料中剔除其一个(或几个)分级，形成一种不连续的混合料。这种混合料称为间断级配矿质混合料。,2级配理论,1）最大密度曲线理论 富勒(Fuller)认为：认为：“矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大”。 (1)最大密度曲线公式 根据上述理论，当矿质混合料的级配曲线为抛物线时，最大密度理想曲线可用颗粒粒径(d)与通过量(P)表示如式(1-15)： p2=kd （1-15） 当颗粒粒径d等于最大粒径D时，则通过量p=100。即d=D时，p=100。 当希望求任一级颗粒粒径d的通过量p时，可用式(1-16)代入式(1-15)得：,(2)最大密度曲线n幂公式 在实际应用中,这一公式的指数不应固定为0.5。美国，提出了更实用的0.45次方的级配关系，已经广泛应用于沥青混合料的配合比设计，当n=0.45（泰勒曲线）时密度最大；有的研究认为在水泥混凝土中应用，当n=0.250.45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 幂常在0.30.7之间。,（二）级配曲线范围的绘制 在（JTJ 052 T 0725-2000）中，采用泰勒曲线的标准画法，其指数n=0.45，横坐标按X=d0.45计算如表1-3，纵坐标为普通坐标，级配范围曲线如图1-7。当n=0.45时，为级配曲线图的对角线，级配曲线愈接近对角线，混合料愈密实。,二、矿质混合料的组成设计方法,(一)数解法 用数解法解矿质混合料组成的方法很多，最常用的为“试算法”和“正规方程法”(或称“线性规划法”)。前者用于34种矿料组成，后者可用于多种矿料组成，所得结果准确，但计算较为繁杂。,1. 试算法 1)基本原理 设有几种矿质集料，欲配制某一种级配要求的混合料。先假定混合料中某种粒径的颗粒是由某一种对该粒径占优势的集料所组成，而其他各种集料不含这种粒径。 设有A、B、C三种集料，欲配制成级配为M的矿质混合料(如图1-8)，求A、B、C集料在混合料中的比例，即为配合比。 按题意作下列两点假设： (1)设A、B、C三种集料在混合料M中的用量比例为X、Y、Z，则 X+Y+Z=100,(2)又设混合料M中某一级粒径要求的含量为aM(i)，A、B、C三种集料在该粒径的含量为aA(i)、aB(i)、aC(i) 。则： aA(i)·X+aB(i)·Y+aC(i)·Z=aM(i),2)计算步骤 在上述两点假设的前提下，按下列步骤求A、B、C三种集料在混合料中的用量： (1)计算A料在矿质混合料中的用量 在计算A料在混合料中的用量时，按A料在优势含量的某一粒径计算，而忽略其它料在此粒径的含量。 设按粒径尺寸为i(mm)的粒径来进行计算，则B料和C料在该粒径的含量aB(i)和aC(i)均等于零。由式(1-19)可得： aA(i)·X = aM(i),即A料在混合料中的用量：,(2)计算C料在矿质混合料中的用量 同前理，在计算C料在混合料中的用量时，按C料占优势的某一粒径计算，而忽略其它集料在此粒级的含量。 设按C料粒径尺寸为j(mm)的粒径来进行计算，则A料和B料在该粒径的含量aA(j)和aB(j)均等于零。可得： aC(j)·Z = aM(j) 即C料在混合料中的用量：,(3)计算B料在矿质混合料中的用量 由式(1-20)和式(1-21)求得A料和C料在混合料中的含量X和Z后，由式(1-19)即可得： Y=100-(X+Z) 如为四种集料配合时，C料和D料仍可按其占优势粒级用试算法确定。 (4)校核调整,2. 正规方程法,多种集料采用数解法求算配合比，其基本原理是根据各种集料的筛分析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。,（二）图解法,称为“修正平衡面积法”（以下简称图解法）。 1计算步骤 1)绘制级配曲线坐标图 在设计说明书上按规定尺寸绘一方形图框。连对角线OO (如图1-10)作为要求级配曲线中值。纵坐标按算术标尺，标出通过量百分率(0100)。根据要求级配中值(举例如表1-8)的各筛孔通过百分率标于纵坐标上，则纵坐标引水平线与对角线相交，再从交点作垂线与横坐标相交，其交点即为各相应筛孔尺寸的位置。,2)确定各种集料用量 将各种集料的通过量绘于级配曲线坐标图上（如图111）。实际集料的相邻级配曲线可能有下列三种情况。根据各集料之间的关系，按下述方法即可确定各种集料用量。,(1)两相邻级配曲线重叠 ，在两级配曲线之间引一根垂坐标的直线(即a=a)线AA与对角线00交于点M，通过M作一水平线与纵坐标交于P点。OP即为集料A的用量。 (2)两相邻级配曲线相接 ，将前一集料曲线末端与后一集料曲线首端作垂线相联，垂线BB与对角线。00相交于点N。通过N作一水平线与纵坐标交于Q点。PQ即为集料B的用量。 (3)两相邻级配曲线相离 ，作一垂直平分相离开的距离(即b=b)，垂线CC与对角线OO相交于点R，通过R作一水平线与纵坐标交于S点，QS即为C集料的用量。剩余ST即为集料D用量。 3)校核,
