土质与土力学砂石材料

AIV 值越小，抗冲击能力越强。
土木工程系
17
第三章 砂石材料
（5）集料磨耗值（道瑞试验） 磨耗值：（Aggregate Abrasion Value）简称AAV。
意义：评定抗滑表层粗集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。
AAV 值越小，抗撞击及磨耗能力越强。
土木工程系
18
第三章 砂石材料
3、其他性质 （1）坚固性 （2）针片状 粗集料中细长的针状颗粒与扁平的片状颗粒。
土木工程系
24
① 分计筛余百分率（ai）
——各号筛的筛余量除以试样总量的百分率。
ai
mi M
100
② 累计筛余百分率（Ai） 大于的概念
——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。
Ai a4.75 a2.36 ai ai
③ 质量通过百分率（Pi） 小于的概念
Pi 100 Ai
3、计算细度模数
MX
( A0.16 A0.3 A0.6 A1.18 100 A4.75
A2.36 ) 5 A4.75
意义：评价细集料粗度（即细集料的粗细程度）。
细度模数越大，表示细集料越粗。
按我国现行标准，规定砂的粗度按Mx
可分为三级： Mx= 3.7～3.1 为粗砂 Mx= 3.0～2.3 为中砂 Mx= 2.2～1.6 为细砂
碱性石料
52
65
中性石料
酸性石料
第三章 砂石材料
4、沥青混合料常用的石料 （1）石灰岩 （2）玄武岩 （3）花岗岩
二、冶金矿渣材料—高炉矿渣或钢渣（自学）
土木工程系
7
2.2 集 料 ★
一、 集料的分类 集料包括岩石天然风化而成的砾石（卵石）和
砂等、岩石经机械和人工轧制的各种尺寸的碎石， 以及工业冶金矿渣。
观点：矿质混合料的级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大。
当矿质混合料的级配 曲线为抛物线时，具有最 大密实度。
理想最大密度 级配曲线
最大密度级配曲线公式： 可用矿料颗粒粒径（d）与通过量（p）表示 。
p2 kd ①
式中：d ——矿质混合料各级颗粒粒径，mm；
p ——各级颗粒粒径集料的通过量，%；
k ——常数。 当 d=D时，p=100%，代入①式，得
第2章 砂石材料
第2章 砂石材料
砂石材料是土木工程建筑中用量最大的一种建筑 材料，按照用途不同，砂石材料可以分为石料、集料 和矿质混合料。
2.1 石料 2.2 集料 2.3 级配 2.4 矿质混合料
2.1 石 料
2.1.1 石料的技术性质 2.1.2 石料的技术标准
一、概述 1、岩石及分类 具有一定结构改造的天然矿物集合体
（石灰石矿粉、消石灰粉、水泥、粉煤灰）
二、集料的技术性质和技术要求 1.粗集料的物理性质 ★ （1）密度 ★
集料的物理常数，要考虑到集料颗粒中的孔隙 （开口孔隙或闭口孔隙），以及颗粒间的间隙。
主要有：表观密度（简称视密度）、表干密度、 毛体积密度、堆积密度、。
第三章 砂石材料
孔 隙
间隙Vv
体
积
开口孔隙Vi
筛孔尺寸 /mm
材料名称 16.O 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
通过百分率 /%
碎 石 100 94 26 O O O O O O O
石 屑 100 100 100 80 40 17 O O O O
砂
100 100 100 100 94 90 76 38 17 O
根据集料在工程混合料中的不同作用，按粒径 可将其划分为粗集料和细集料两种。
集料
粗集料
细集料
在混合料中起骨架作用
在混合料中起填充作用
（碎石、砾石等）
（天然砂、人工砂和石屑）
粒径
在水泥混凝土中，为4.75mm 在沥青混合料中，为2.36mm
填料
起填充作用，粒径＜0.075mm的矿物质粉末。
主要在沥青混合料中应用。
堆 积 体毛 积体
积表 观 体 积
闭口孔隙Vn 矿质实体Vs、Ms
土木工程系
11
第三章 砂石材料
①毛体积密度=矿质实体质量/毛体积
f
ms
vs vn vi
②表观密度=矿质实体质量/表观体积
a
ms vs vn
③饱和面干密度=矿质实体表干质量/毛体积
土木工程系
12
第三章 砂石材料
④堆积密度=矿质实体质量/堆积体积 自然堆积、振实堆积、捣实堆积
m1——试样中所含针状颗粒与片状颗粒的
总质量，g；
m0——试样总质量，g。
土木工程系
20
第三章 砂石材料
（3）含泥量和泥块含量（粒径小于 0.075mm) 泥、细沙、矿粉
砂当量：用于测定细集料中所含粘性土 和杂质含量，判定集料的洁净程度，对 集料中小于0.075mm的矿粉、细砂与泥 土加以区分，砂当量越高，表明小于 0.075mm部分所含矿粉和细砂比例越高。
4、绘制级配曲线
采用半对数坐标
横坐标——对数坐标（lgdi） di——筛孔尺寸（mm）
纵指标——常数坐标（Pi） Pi——通过百分率（%）
100
Pi
90 80
(%) 70 60
50
40
30
20
10
0.15 0.3
砂样 级配曲线 级配范围
0.6 1.18 2.36 4.75 di(mm)
2.4 矿质混合料
（不超过10%）的最小标准筛筛孔尺寸。
公称最大粒径往往是最大粒径的下一级筛孔
标准筛（方孔筛）大
小
75mm、63mm、53mm、37.5mm、31.5mm、 26.5mm、19mm、16mm、13.2mm、9.5mm、 4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、 0.15mm、0.075mm。
（3）将碎石、石屑、砂和矿粉的级配曲线绘于图中。 （4）从碎石、石屑、砂和矿粉四条级配曲线依次分析， 均为重叠的位置关系。在其重叠部分分别作垂线AA′、 BB′、CC′与对角线OO′依次相交于M、N、R；过M、N、R 分别引水平线，可以确定
碎石:石屑:砂:矿粉 = 36%:31%:25%:8%。
级配中值线
土木工程系
16
第三章 砂石材料
（3）集料磨光值 磨光值：（Polished Stone Value）简称PSV。
意义：石料磨光值愈高，表示其抗滑性愈好。 磨光值较高的集料：玄武岩、安山岩、砂岩和花岗岩 等。
（4）集料冲击值 冲击值：（Aggregate Impect Value）简称AIV。
意义：表示集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能。
一、级配的参数 1、级配 是指集料中各组成颗粒的分级 和搭配。 可以通过筛分试验来确定。 2、级配的三参数： ① 分计筛余百分率 ② 累计筛余百分率 ③ 通过百分率
第三章 砂石材料
集料最大粒径和公称最大粒径概念
最大粒径——集料100%都要求通过的最小标准筛筛孔尺寸。
公称最大粒径——集料可能全部通过、或允许有少量筛余
1
vs
ms vn vi
vv
土木工程系
13
第三章 砂石材料
（2）含水率 ①自然状态下含水量的大小 ②吸水率指在室内常温和常压条件下，最大吸水量 ③饱水率一定条件下，最大吸水量
计算方法一样，但饱水率＞吸水率＞含水率。
土木工程系
14
第三章 砂石材料
2、路用粗集料的力学性质
力学指标：主要有压碎值和磨耗率； 还有磨光值、道瑞磨耗值和冲击值。
70 ～ 88
48 ～ 68
36 ～ 53
24 ～ 41
18 ～ 30
12 ～ 22
8 ～ 16
～4 8
级配中值 100 98 79 57 45 33 24 17 12 6
2.设计步骤
（1）绘制级配曲线图，在纵坐标上按算术坐标绘出通过 百分率Pi，如下图。
（2）连对角线OO′作为级配范围通过率中值。在纵坐标 上找出各个筛孔通过率中值作水平线，通过与对角线OO′的 交点作垂线，与横坐标的交点，即为相应筛孔。
k 100 2 ②
D
将②式代入①式，得
p 100 d D
2.最大密度曲线n幂公式（泰波理论）
观点：最大密度曲线是一种理论的级配曲线，实际上，
级配曲线应该有一定的波动范围。
公式：
p
100
d
n
D
式中：n ——实验指数。
实际研究认为：
在沥青混合料中应用，当n=0.45时密度最大； 在水泥混凝土中应用，当n=0.25～0.45时工作性较好。
（1）集料压碎值
指集料在连续增加的荷载下，抵抗压碎的能力。
计算公式：Qa '
m1 m0
100
式中：m0——试验前试样质量，g ；
m1——试验后通过2.36mm筛孔细料质量，g。
土木工程系
15
第三章 砂石材料
（2）洛杉矶磨耗率
对于高速公路抗滑耐磨层要求的力学指标有： 磨光值、道瑞磨耗值、冲击值。
洛杉矾式磨耗 机
SE h2 100 h1
土木工程系
21
பைடு நூலகம்
第三章 砂石材料
亚甲蓝值：用于判别人工砂中小于0.075mm颗粒含量主要是泥土 还是矿粉。MBV值较小时表明小于0.075mm颗粒成分 是与母岩化学成分相同的石粉
MBV V 10 G
泥块含量：
Qa
m0 m1 m0
100%
土木工程系
22
2.3 集料的级配★
一、 矿质混合料的级配类型 砂石集料在土木工程中，主要以矿质混合料的
形式与结合料组配使用。 组配要求：多种集料按照一定的比例搭配起来，以
达到较高的密实度 和 较大的摩擦力。 可以采用的级配类型：连续级配 和 间断级配 两种。
Pi %
di /mm
二、 矿质混合料的级配理论 1.最大密度曲线理论（富勒理论）
筛孔尺寸/mm 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
级配中值/% 100 98 79 57 45 33 24 17 12 6
100
C′ B′
Pi 90 98 D
A′ 级配中值线
(%) 80 79
A
70
C
60 50
57
BM
A
40 45
B
30 33
通常使用的矿质混合料的级配范围：n=0.3～0.7
图中： n=0.5为最佳级配曲线 n=0.3—0.7为允许
波动范围
三、 矿质混合料的组成设计方法
目前主要设计方法有：数解法与图解法两大类。
2.图解法 （1）基本原理
通常级配曲线图采用半对数坐标图绘制，所绘出 的级配范围中值为一抛物线。
图解法中，为使要求级配中值呈一直线，采用纵 坐标的通过量（Pi）为算术坐标，而横坐标的粒径采 用(d/D)n表示，则绘出的级配曲线中值为直线。 如图：
半对数坐标——主要用于 绘制级配曲线
指数坐标——主要用于 图解设计
（2）计算步骤 1）绘制级配曲线坐标图 2）确定各种集料用量
① 两相邻级配曲线重叠，等分； ② 两相邻级配曲线相接，连分； ③ 两相邻级配曲线相离，平分。 3）校核
按图解所得的各种集料用量，校核计算所得 合成级配是否符合要求。如不能符合要求，即 超出级配范围，应调整各集料的用量，再重新计 算和复核配合比，经几次调整，直到符合要求为止。
C′矿粉 B′ 砂 A′石屑
Pi 100 98
(%) 90 80 79
70
60
M
50 57
40 45
N
30 33
20
24 17
10 12 06
R
C
B
A
0.075 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5
0.15
di（mm）
碎石 碎石 36%
石屑 31% 砂 25% 矿粉 8% 13.2 16.0
N
20 10
24 17 12
R
C
06
CB
D
0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 A 9.5 13.2 16.0
di（mm）
32%
44% 12% 12%
矿质混合料配合比设计工程实例
试采用图解法设计某高速公路用细粒式沥青混凝土的矿质 混合料配合比。
1.原始资料 （1）现有碎石、石屑、砂和矿粉四种矿质集料，筛分如下表：
影响：针片状颗粒是一种有害颗粒，由于它过于细长 或扁平，因此，施工中很容易折断，增大集料空隙， 影响混合料的技术性质。 测定方法：规准仪法 ——适于水泥混凝土用粗集料
游标卡尺法——适于沥青混合料用粗集料
土木工程系
19
第三章 砂石材料
计算公式：
Qe
m1 m0
100
式中： Qe——试样的针片状颗粒含量，%；
岩浆岩
喷出岩 侵入岩
岩石
沉积岩 变质岩
碎屑岩 粘土岩 化学岩
2、石料的矿物成分 石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、黄铁 矿、方解石、白云石、高岭土、蒙脱石等
3、石料的化学成分 氧化硅、氧化钙、氧化铁、三氧化二铝、氧化镁等
石料的酸碱性划分
石灰岩
硅质石灰岩 玄武岩
闪长岩
辉绿岩 斑岩 花岗岩
石英岩
矿 粉 100 100 100 100 100 100 100 100 100 83
（2）确定矿质混合料的工程级配范围如下表：
级配类型
筛孔尺寸(方孔筛) / mm
16.O 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
细粒式沥青混 凝土(AC-13)
100
9～5 100