02讲—砂石材料技术性质

第一章 石料与集料
两种方法比较： （1）狄法尔试验采用单一粒径试验，与实际使用情况
不符，等级级差较小且费时； （2）两种方法对石料施加的作用效果与石料在道路结
构中实际经受的磨耗作用有较大差别；
交通工程专业 5
第一章 石料与集料
（三）、石料的技术标准
《公路工程石料试验规程》（ JTG E41－2005 ）
路路面表层，可以提高路表的抗滑能力，保障车辆的安全
行驶。以试验测出的磨光值表示，该值越大，表明集料的
抗磨光性能越好。
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第一章 石料与集料
试验方法：
将9.5－13.2mm干净石料颗粒单层紧密地排 列在试模中，并用环氧树脂砂浆固定，制成试件， 养护后拆模。同种石料制备四个试件，顺序安装在 道路轮上，先用30号金刚砂对试件磨蚀3h，再用 280号金刚砂磨蚀3h停机，取出试件用摆式摩擦 系数测定仪测定试件的摩擦系数。
（1）集料最大粒径：指集料100%都要求通过的 最小标准筛筛孔尺寸。 （2）集料公称最大粒径:指集料可能全部通过或 允许有少量不通过(一般容许筛余不超过10%)的最 小标准筛筛孔尺寸。
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第一章 石料与集料
这两个定义涉及的粒径有着明显区别，通常集 料公称最大粒径比最大粒径要小一个粒级。但在 实际使用过程中、甚至在一些书本资料上也经常 不加严格区别，容易引起混淆。
能力，也是集料强度的相对指标，用以鉴定集料 品质。压碎值是对石料的标准试样在标准条件下 进行加荷，测试石料被压碎后，标准筛通过质量 的百分率。
压碎指标仪
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第一章 石料与集料
（1）水泥混凝土粗集料压碎试验
Qa=(m0-m1)/m0×100％
m0 ——试样质量 m1 ——试验后2.36mm筛上的筛余质量
a ——集料的表观密度,g/cm3。
小结：石料和集料涉及多种密度，现将这些密度归纳在下表中。
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第一章 石料与集料
密度类型 定义
表
真密度
石料矿 质实体 单位真 实体积 的质量
砂石材料密度概念小结
表观密度 毛体积密度
表干密度
装填密度
石料矿质 实体包括 闭口孔隙 在内的单 位表观体 积的质量
s
= Vs
ma Vn Vi
体积：矿质实体＋闭口孔隙体积＋开口孔隙体积
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第一章 石料与集料
（3）装填密度 装填密度根据装样方法的不同可为堆积密度、振实密度或 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，按下式计算。
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第一章 石料与集料
2．粗细集料粒径的界限
工程上以粒径的大小为界，通常将集料分粗集料 及细集料；
沥青混合料用集 料粗细界限尺寸 为2.36mm
水泥混凝土用集料 的粗细界限尺寸为 4.75mm
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第一章 石料与集料
3．最大粒径 这是一个较为重要但又容易引起混淆的概念，集 料的最大粒径这一概念由两个不同定义构成，即 集料最大粒径和集料公称最大粒径。
DAOLU JIANZHU CAILIAO
道路建筑材料
主讲教师：李慧
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第一章 石料与集料
（二）、砂石材料的力学性质
1、石料的抗压强度
《公路工程石料试验规程》（JTG E41－ 2005），采用单轴加荷的方法对规则形状 的石料试样进行抗压强度试验。
试验条件要求：
（1）路面工程：50±2mm立方体或直径 与高均为50±2mm的圆柱体。
——由机制砂和天然砂混合制成的砂；
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第一章 石料与集料
（3）卵石砂： 由自然风化、流水搬运、分选、堆积形成的粒
径大于4.75mm的岩石颗粒；
（4）碎石： 将天然岩石或卵石经机械破碎、筛分制成的粒
径大于4.75mm的岩石颗粒。
（5）工业冶金矿渣： 指金属冶炼过程中排出的非金属溶渣。 高炉矿渣、钢渣。
实际上工程中所指的最大粒径往往是指公称最大 粒径，这一点在今后的应用中要加以区分。
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第一章 石料与集料
4．标准筛 统一规定筛孔规格及筛孔大小变化要求的套筛
称为标准筛。 对集料颗粒大小的划分和相应筛分试验都要依
靠标准筛来进行，标准筛由一组多个不同大小孔 径的套筛组成。一直以来，我国按不同使用目的 采用不同套筛的方法确定标准筛的规格和组成。
M=80g
vs=n×v=0.89×31.55 =28.1 cm3
t
=
ms vs
=80/28.1=2.84g/cm3
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=2.54 g/cm3
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课堂练习
本题突出重点： 真实密度与毛体积密度最关键的区别是什么？
毛体积密度 ：体积为石料的 总体积（包括孔隙体积）
真实密度：
体积为石料的 矿质实体的体积
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第一章 石料与集料
（一）物理常数
（1）表观密度 集料的表观密度是指在规定条件下，集料单位表观
体积（矿质实体体积＋闭口孔隙体积）
a
=
ms vs vn
=
m va
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第一章 石料与集料
（2）表干密度 集料的表干密度又称作饱和面干毛体积密度，它的计
算体积与毛体积密度相同，但计算质量为集料颗粒的 表干质量（饱和面干状态，包括了吸入开口孔隙中的 水），由下式计算。
积吸水率. 交通工程专业
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重点难点 强化
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第一章 石料与集料
二、集料的力学性质
在结构层或混合料中，粗集料起骨架作用，应具 备一定的强度、耐磨、抗磨耗和抗冲击性能等， 这些性能用压碎值、磨光值、磨耗值和冲击值等 指标表示。
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第一章 石料与集料
1．压碎值 压碎值是指按规定的方法测得石料抵抗压碎的
由自然风化、流水搬运、分选、堆积形成的 粒径小于4.75mm的岩石颗粒；
山砂、河砂、湖砂、海砂等，不包括软质岩 石、风化岩石颗粒。
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第一章 石料与集料
（2）人工砂： 经除土处理的机制砂、混合砂的统称。
机制砂： ——由机械破碎、筛分制成的粒径小于
4.75mm的岩石颗粒；不包括软质岩石、风化岩 石颗粒。 混合砂：
图中：m____集料的总质量（g）； m0____集料中矿质实体质量（g）； ms____集料中孔隙及空隙部分的质量（g）； V____集料的总体积（cm）； Vs____集料中矿质实体的体积（cm）； Vn____集料中闭口孔隙的体积（cm）； Vi____集料中开口孔隙的体积（cm）； Vv____集料中空隙的体积（cm）； V0____集料中孔隙的体积（cm）；
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难点 训 练
问题2： 干燥状态下的毛体积密度、吸水饱和状态下毛体积密度、 重量吸水率、体积吸水率有什么关系？ 例题： 有一石料试样，干燥状态下的质量250g,把它浸入装满水的 桶里吸水饱和，排出的水为100 cm3，然后把试件取出，擦干 表面第二次放入装满水的桶中，排出水量为125 cm3，求此石 料的干密度、吸水饱和状态下毛体积密度、质量吸水率、体
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第一章 石料与集料
（6）细集料的棱角性
细集料的棱角性由在一定条件下测定的空隙率表 征。天然砂、人工砂、石屑等细集料的棱角性对沥青 混合料的内摩擦角和抗流动性变形能力及对水泥混凝 土的和易性有显著影响。当空隙率大时，细集料有较 大的内摩擦角。
U
= ( 1-
ρc ρs
) * 100%
ρc
细集料的装填密度
（2）沥青路面粗集料压碎试验
Q m=m1/m0×100％
m0 试验前试样质量 m1 试验后通过3mm筛孔的细集料质量
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第一章 石料与集料
2．磨光值 磨光值是反映石料抵抗轮胎磨光作用能力的指标，它
是采用加速磨光机磨光石料，并用摆式磨擦系数测定仪测
得的磨光后集料的磨擦系数。用高磨光值的石料来铺筑道
=
ms
Vs Vn Vi Vv
体积： 矿质实体＋闭口孔隙体积＋开口孔隙体积＋空隙体积
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实验方法
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捣实密度
直径25mm 钢筋
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第一章 石料与集料
（4）空隙率 空隙率是指集料在某种装填状态下的空隙体积（含开口孔 隙）占装填体积的百分率，按下式计算。
n = Vv Vi 100 % Vf
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第一章 石料与集料
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第一章 石料与集料
交通工程专业 16
摇筛机
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标准砂筛
筛盖 4.75mm 2.36mm 1.18mm 600um 300um
150um 筛底
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二、集料物理性质
集料的质量与体积的 关系见图所示：
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第一章 石料与集料
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第一章 石料与集料
（5）粗集料骨架间隙率
指4.75mm以上粗集料在捣实状态下颗粒间的空隙 体积百分含量。
其大小用于确定混合料中细集料和结合料的数量，并 评价集料的骨架结构。
VCA = ( 1-
ρc ρa
) * 100%
ρc
水泥混凝土用粗集料振实密度，沥青混合料用捣实密度
ρa
交通工程专业
粗集料表观密度或毛体积密度。
交通工程专业
Q磨
=
m1 m2 m1
100
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第一章 石料与集料
②狄法尔法磨耗试验
试验要求： （1）碎石：75 mm、50mm、2mm标准筛；
砾石：50mm、35mm、25mm、2.5mm标准筛。
（2）转动速率： 30－33r/min，旋 转10000转。
Q磨
=
m1 m2 m1
100
交通工程专业 4
交通工程专业
Ρs
细集料毛体积密度。
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第一章 石料与集料
（二）集料的颗粒形状与表面特征 1、颗粒形状
理想的形状：接近球体或立方体；当扁平、薄片、细长的颗粒含量高时，
交通工集程专料业 空隙率会增加，有损和易性及混凝土强度
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第一章 石料与集料
2、表面特征 集料的表面特征主要是指集料表面的粗糙程度及孔隙 特征等，它与集料的材质、岩石结构、矿物组成及其 受到冲刷、受腐蚀程度有关。 表面特征影响： （1）影响集料与结合料的粘结力，从而影响混合料 强度，特别是抗折强度； （2）表面粗糙颗粒间摩擦力大，但影响和易性； （3）表面粗糙、具有吸收水泥浆或沥青中轻质组分 的孔隙特征的集料，与结合料粘结力强；
（2）桥梁工程： 70±2mm立方体
交通工程专业
R= P A
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第一章 石料与集料
2、磨耗率：
指石料抵抗撞击、边缘剪力和磨擦等联合作用的能力。
①洛杉矶试验法
试验要求： （1）2mm（圆孔筛）或 1.7mm(方孔筛) （2）钢球：直径46.8mm， 质量390－445g （3）回转速率：30－ 33r/min
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课堂练习
例1： 经试验测得某石料试样在空气中重80g,封蜡后
空气中重86g,水中重48 g，孔隙率为11 %。试计 算该试样的毛体积密度是多少？真实密度是多少？ (蜡的密度为0.93g/cm3 )
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课堂练习
解： V=(86-48)/1-(86-80)/0.93=38cm3-6/0.93=31.55 cm3
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
h
=
Vs
ms Vn
Vi
计算石料的孔隙 率和集料的骨架 间隙率
源自文库
s =
ma
Vs Vn Vi
=
ms
Vs Vn Vi Vv
可用于集料 计算集料的空隙 磨耗值计算 率
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 集料颗粒矿质实体
（包括集料矿 的单位装填体积
质实体体积及 （包括集料颗粒间
全部孔隙体积） 空隙体积、集料矿
的饱和面干质 质实体及全部孔隙
量
体积）的质量
计算公式 主要用途
交通工程专业
t
=
ms Vs
a
=
ms Vs Vn
PSV＝PSVra＋49－PSVbra
规定，路用石料按其所属岩石类型分为四类，每一类 石料又按其抗压强度及磨耗率指标分为四个等级。
Ⅰ级——最坚强的岩石 Ⅱ级——坚强的岩石 Ⅲ级——中等坚强的岩石 Ⅳ级——较软的岩石
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交通工程专业 7
第一章 石料与集料
一、集料
概述： 由不同粒径矿质颗粒组成的混合料。
1．集料分类 （1）天然砂：
n ——集料的空隙率，%；
V f ——集料颗粒的装填体积 V f = Vs Vn Vi Vv ，cm3；
VV Vi
交通工程专业
——分别为集料颗粒间空隙与矿质实体中开口孔隙的体积， cm3。
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第一章 石料与集料
同时，空隙率可用下式表示：
n = (1 ) 100 % a
——集料的装填密度，g/cm3；