集料

循环若干次(15、25、50次)

◇质量损失 ◇强度损失：强度降低不大于25％，耐冻系数＞0.75 ② 坚固性法（硫酸钠Na2SO4结晶、体积涨大）

1.2.1.2 力学性质
1）抗压强度
① 道路试件: 50×50×50 mm立方体 φ50×H50mm的圆柱体
图1-2 石料抗压强度试件

② 桥梁试件:200×200×200 mm立方体

图1-7 细集料堆积密度试验仪具示意图

2）级配：指集料中不同尺寸颗粒的比例 反映了粒径大小不同的矿质颗粒的相互搭配情况
级配的几种情况
来自百度文库
⑴ 筛析试验套筛 圆孔筛(直径)：…40、20、10、5、2.5、1.25、0.63、0.3… 方孔筛(边长)：…13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3… ⑵ 筛分试验参数

混合料M

筛孔i的分计筛余/% 在混合料中的比例/%
⑵ 计算方程：

aA(i) X

aB(i) Y

aC(i) Z

aM(i) 100

X＋Y＋Z＝100 d=i时： X .aA(i) + Y .aB(i) +Z .aC(i) ＝aM(i)

(1) (2)

⑶ 确定各集料用量
步骤①： 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：由表 A集料中含量占优势粒径 i=4.75mm: aA(4.75) =49.9%

图1-4 搁板式磨耗仪示意图
① 省时：15min左右 ② 使石料受到更严峻的冲击、 剪切、摩擦作用，石料级差大 ③ 试样级配较符合路用状况

石料的技术性质
物理性质

物理常数：密度（表观密度、毛体积密度）、空隙率
吸水性：吸水率、饱水率 抗冻性 力学性质 抗压强度：单位面积上所能承受的最大荷载

磨耗率：石料抵抗撞击、剪切和摩擦综合作用的能力
式中：m2——试验后2mm筛上烘干石料试样质量； m1——试验前烘干石料试样质量。 ② 搁板式（洛杉矶法）:试样为~5000g有级配的集料，加 入钢球12个φ48mm，~5000g。转速30～33r/min，转 500转 图1-4 搁板式磨耗仪

图1-3 双筒式磨耗仪示意图
① 耗时长达5h以上 ② 试件尺寸单一（50～75mm），与路用实际情况不符合 ③ 石料间相互作用，不同性质石料的磨耗率相差不大

C料用量Z为：

Z

aM(j) aZ(j)

100% 

aM( 0.075) a Z(0.075)

6.0 100%  100%  7.0% 83.5

步骤③： 计算B集料在矿质混合料中的用量Y 由公式(2) ：Y＝100－(X＋Z）＝100－(42.1＋7.0）＝50.9%

⑷ 校核调整
计算合成矿质混合料的通过百分率PM(i) ——合成级配
① 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) ② 注意：坐标单位 注明不同曲线意义 ③ 判断集料级配是否符合要求

3）粗度→细度模数→评价砂（0.16～4.75mm）粗细程度

( A2.36  A1.18  A0.6  A0.3  A0.15 )  5 A4.75 细度模数 U i  100 A4.75

忽略其它集料在此粒径含量 aB(i) =0、aC(i) =0，代入式（1）
A集料用量X为：

步骤②： 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 aZ(<0.075mm) =85.3% 忽略A、C集料同一粒径含量: aA(j) =0、aB(j) =0
f VG  (1  ) 100% ——不含开口孔隙 h  VG  (1  f ) 100% ——含开口孔隙  t

图1-5 碎石集料 不同粒径、尺寸较小的石料颗粒的集合体

图1-6 集料的体积组成 孔隙：矿物之间的空间—Vn+Vi 空隙：集料颗粒之间的空间—Vv
颗粒之间的 空间体积
试验集料

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

2) 磨光值：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力
图1-13磨光值

3) 磨耗值：石料抵抗磨擦、剪切的能力
道瑞 Dorry（英国）磨耗仪

磨耗值 AAV 

（m1  m2） 3  t

<0.075

—

9.5

85.3

100 AC-20上限 90 AC-20下限 80 级配S2(粗) 70 60 50 40 30 20 10 0 0.08 0.15 0.3 0.6

1.4.2 矿质混合料的组成设计
1.4.2.1 数解法——试算法
需要根据集料的分计筛余进行计算

1）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

2）计算过程
已知：集料 A + B + ⑴ 准备工作：Pi→Ai→ai ; 参数 C

→

M

混合料

集料A 集料B 集料C

集料的性能及评价指标
物理性质 物理常数：密度、空隙率 吸水性：吸水率、饱水率 抗冻性

粗集料的力学性能
压碎值：石料抵抗压碎的能力 磨光值：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力

磨耗值：石料抵抗磨擦、剪切的能力
冲击值：石料抵抗多次连续的重复冲击荷载的能力

1.2.2.2 粗集料力学性质
1）压碎值：石料抵抗压碎的能力
粗砂：Mf ＝3.7～3.1 中砂：Mf ＝3.0～2.3 细砂：Mf ＝2.2～1.6

4）集料的颗粒形状与表面特征
⑴ 颗粒形状：蛋圆形、棱角形、针状、片状
 针状：长度大于其平均粒径2.4倍的颗粒  片状：厚度小于其平均粒径0.4倍的颗粒

⑵ 表面特征：表面的粗糙程度及孔隙特征等

砾石受压

碎石受压

图1-2 石料抗压强度试件

影响石料抗压强度的因素：
内因：材料的矿物成分 结构和构造

外因：试件尺寸 加荷速率 湿度等

2) 磨耗率
① 双筒式（狄法尔法）: 50块石料（50～75mm），质量 5000g左右，转速30～33r/min，转10,000转（5.5～5.0h）
图1-3 双筒式磨耗仪

m1 m2 100% 磨耗率计算公式： Qab＝ m1

磨光机

图1-15道瑞 Dorry（英国）磨耗仪

图1-16 冲击值仪
10～15mm集料，1kg分三次夯实。 冲击锤至380±5mm处自由落下，重复15次。 将受冲击后的集料过筛（2.36mm），称重。

1.4 矿质混合料的组成设计
 矿质混合料的级配理论

 矿质混合料的组成设计

1.4 矿质混合料的组成设计

式中：m1——磨耗前的试件质量（g） m2——磨耗后的试件质量（g） 't——集料的饱和面干密度

4）冲击值：石料抵抗多次连续的重复冲击荷载的能力
冲击值仪

m1 冲击值LSV  100% m0

式中：m0——冲击前试样质量； m1——冲击后粒径小于2.36mm集料试样质量

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
1.4.1 矿质混合料的级配理论
级配研究意义： 探讨级配对集料性能——密度和内摩阻力的影响

 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。

1.4.1.1 级配曲线类型
图1-17 级配类型示意图

1）连续级配：级配曲线光滑，每一种尺寸的集料都有
1）物理常数图1-6 集料的体积组成
⑴ 密度：表观密度、毛体积密度、装填密度
装填密度  f 
ms vs  vn  vi  vv
颗粒之间的 空间体积

① 堆积（松装）密度——集料按自由下落方式装样
图1-7 细集料堆积密度试验仪具示意图

② 振实（紧装）密度——集料振摇方式装样 ③ 捣实密度——集料振摇方式装样 ⑵ 空隙率VG：集料空隙体积占集料总体积的百分比

1.2 砂石材料的技术性能
1.2.1石料的技术性质 1.2.1.1 物理性质

物理常数 吸水性 抗冻性

1.2.1石料的技术性质
1）物理常数 图1-1 石料体积组成示意图 ⑴ 密度： ① 真实密度  t  （真实体积 vs —矿物实体体积） ② 表观密度  h  
m （表观体积 vs ＋ vn —含闭口孔隙） vs  v n

① 压碎指标值（适用于水泥混凝土用集料）
图1-11 压碎值测试仪具尺寸图

② 压碎值（沥青混合料用集料）
图1-12 压碎值测试仪

m0  m1 压碎值Qa  100% m0
式中：m0—试验前风干试件的质量 m1—试验后2.36mm筛上集料质量

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
2）间断级配：剔除一个或几个分级，曲线形成折线形 3）单粒径：

图1-17 级配类型示意图
单粒径

1.4.1.2典型的级配理论—连续级配
1）最大密度曲线——富勒理论

p2=kd
当d=D时，p=100→1002=k· → D

式中：d — 欲计算通过百分率的粒径
D— 矿质混合料最大粒径

2）级配范围曲线——泰波公式（最大密度曲线n幂公式）

m vs

③ 毛体积密度  h 

m (毛体积 vs +vn+vi—闭口与开口孔隙) vs  v n  vi

⑵ 孔隙率： Pv  vn  vi  (1   h ) 100% V t

石料体积组成示意图

V0 V

Vi Vn

开口孔隙
闭口孔隙 矿物实体 m0 M

Vs

mS

2）吸水性：材料吸入水分的能力

1.3.2 石料的技术标准
1. 分类：按照成岩条件、风化程度等 ① 岩浆岩类（火成岩） ② 石灰岩类（沉积岩） ③ 砂岩与片麻岩类（变质岩） ④ 砾石岩（天然风化） 2. 分级指标：饱水抗压强度和磨耗率 ① 最坚强 ② 坚强 ③ 中等坚强 ④ 较弱软

1.2.2 集料的技术性质图1-5 碎石集料
1.2.2.1 物理性质
① 分计筛余百分率ai：某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率 ② 累计筛余百分率Ai：等于或大于某号筛上筛余质量之和占总质量 的百分率 ③ 通过百分率Pi：通过某号筛的集料质量占试件总质量的百分率

⑶ 级配曲线的绘制图1-10 级配曲线 ⑷ 制表

图1-8 级配的几种情况

筛析试验用套筛

图1-10 级配曲线示意图
1. 砂石材料
砂石材料分类

★ 主要内容
◇ 砂石材料的技术性能 ◇ 矿质混合料的级配理论 ◇ 矿质混合料配合比设计方法 ◇ 石料与集料在道路工程中的应用

砂石材料分类
☆按来源分类

① 天然砂石材料：卵石、砾石、漂石；砂(海砂、河砂、山砂等 ② 人工轧制的砂石料：块料、碎石集料 ③ 工业冶金矿渣集料：钢渣、高炉渣、煤渣、粉煤灰等 ☆按尺寸和用途分类 ① 石料 ② 集料：粗集料——粒径d＞4.75mm（ ＞2.36mm） 细集料——粒径d≤4.75mm（≤2.36mm）
式中：n——级配指数

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）

级配范围曲线

控制点

禁区

n=0.45

Superpave级配要求

控制点 禁区

1.4.2 矿质混合料的组成设计
目的：确定矿质混合料中各档集料的比例
已知条件： ① 各档集料级配 P~d ② 设计级配范围 P~d 方法： ① 数解法 ② 图解法
① 吸水率：常温（20±2℃）、标准大气压（101.325kPa) ② 饱水率：常温、真空抽气（2.67 kPa）
最大吸水质量 吸水率（保水率）＝ 干燥试样质量

3）抗冻性：石料在水饱和状态下，能经受反复冻融而不破坏， 并不严重降低强度的能力 ①直接冻融法（冻融循环试验： -15℃冰冻4h←→常温融解）

X .PA(i) + Y .PB(i) +Z .PC(i)＝PM(i)
要求：

①合成级配aM(i) 或PM(i) 应在规定的级配范围内
②调整配合比后还应重新进行校核，直至符合要求为止 ③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

所选择的粒径应在该集料中占有较大的优势
筛孔尺寸di （mm） 碎石分计筛余 aA(i) 石屑分计筛余 （%） aB(i) （%） 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 0.8 43.6 49.9 4.4 1.3 — — — — — — — 2.0 22.6 23.7 18.4 13.0 10.9 集料A 集料B 集料C 矿粉分计筛余 aC(i) （%） — — — — — — — 4.0 10.7