第一章 石料与集料

破坏，并不严重降低强度的能力
运用工程系
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密度 物理常数 真实密度 ρ t 孔隙率 吸水率 毛体积密度 ρ
k
表观密度 ρ
a
直接冻融法
抗冻性 硫酸纳法
吸水性
饱水率
这些物理性质具体表现，在一定程度上都与石料的孔隙率有相应的关 系。当孔隙率高，特别是与外界相通且较粗大的开口孔隙发达时，使石料
的表观密度和毛体积密度减小，相应的吸水性加大，抗冻性能变差。因此
运用工程系
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最大粒径
最大粒径：集料的最大粒径这一概念由两个不同定义构成。
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。 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。
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。实际工程中所指的最 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。
石英岩
砂岩
石灰岩
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3
用箭头来表示类别关系
运用工程系
4
常见的岩石基本特征
类型 花岗岩 矿物组成 外观色泽 性能 用途 石英、长石、多种色泽，如深 云母 青、浅灰、黄、 红等 暗色矿物 方解石、少 量白云石、 粘土 石英、少量 长石、方解 石、云母等 结晶氧化硅 大多呈浅灰色 结构密实、密度大、优质石材，广泛 抗压强度高、耐久 应用于砌筑、装 性好 饰工程和集料 硬度高、脆性大、 耐久性好 质地细密、坚硬， 抗风化 作为承重和饰面 材料 砌筑工程、轧制 成集料、烧制石 灰
筛孔尺寸依次为：
100 80 63 0.315 50 0.63 40 31.5 1.25 2.5 25 5 20 10 16
11
单位(mm)
0.075
0.16
运用工程系
物理性质 物理常数 集料的级配 颗粒形状和表面特征 含泥量和泥块含量
1.表观密度、毛体积密度、毛体积密度与石料相应密度在概念 密度 上相同，仅在实际的密度测定方法上有所区别。 2.表干密度：又称作饱和面干毛体积密度 ρs 3.装填密度：装样方法不同可为堆积密度、振实密度和捣实密度 空隙率：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 物理常数 百分率 粗集料的骨架间隙率：通常指4.75mm以上粗集料颗粒间的空隙体积的百 分含量。其大小用于确定混合料中细集料和结合 料的数量，评价集料的骨架结构。 细集料的棱角性：由在一定条件下测定的空隙率表征。 石料和集料涉及多种密度，现将这些密度归纳在下页表中：
石 料
的矿物组成不同的岩石。 岩石学特性 岩石分类：根据成岩条件分为－－岩浆岩、沉积岩、变质岩 常见岩石种类&岩石的酸碱性 物理常数：主要指石料的密度和孔隙率，此类常数能够直 接影响到石料的力学性质，也是将石料用于混
合料配合比设计的参数之一。
物理学性质 吸水性：石料吸水能力的大小，用吸水率和饱水率形式表示 抗冻性：石料在饱水状态下，能够经受反复冻结和融化而不
细度模数愈大，表示细集料愈粗。砂按细度模数分为粗、 中、细三种规格，相应的细度模数分别为： 粗砂 Mf = 3.7～3.1；中砂Mf = 3.0 ～ 2.3；细砂Mf = 2.2～1.6
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集料的级配曲线
1.级配曲线的绘制
以通过量的百分率为纵坐标，筛孔尺寸（也表示矿料不同颗粒的粒 径）为横坐标，将各筛上的通过量绘制在坐标图中，然后用曲线将各点 连接起来，成为所谓的级配曲线。
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3.冲击值 ( LSV )
反映石料抵抗冲击荷载的能力。该值越小，表明集料
的抗冲击性能越好。由于路表集料直接承受车轮荷载的冲 击作用，这一指标对道路表层用集料非常重要。
4.磨耗值 ( AAV )
确定石料抵抗表面磨损的能力，适用于对路面抗滑表 层所用集料抵抗车轮磨耗值。该值越小，表明集料的抗磨 耗能力越好。
a
i
式中：mi —— 存留在某号筛上的试样质量，g；
M —— 集料风干试样的总质量，g。
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累计筛余百分率 A ：是指某号筛的分计筛余百分率和大于该号筛的各筛
i
分计筛余百分率之总和。
式中：a1， a2
….a1，…——
各筛的分计筛余百分率，%
通过百分率 p ：是指通过某号筛的试样质量占试样总质量的百分率，即
玄武岩 石灰岩
砂岩
灰色、白色或红 色 色泽较浅
硅质砂岩密实坚硬、质地坚硬的材料 耐久性好，其他砂 用作建筑材料 岩性能较差 质地坚硬、强度高 砌筑工程
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石英岩
运用工程系
定义：在建筑结构工程中，所使用的石料通常指由天然岩石经机械加 工制成的，或者由直接开采得到的具有一定形状和尺寸的石料制品。 造岩矿物：具有一定化学成分和结构特性的天然化合 物或单质，简称矿物，由一种或两种以上
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重 点
石料的主要物理常数与集料的主要物理常数有哪几项?它们 之间有何异同? 什么是集料的装填密度?什么是松装密度?什么是紧装密度?
压碎值、磨耗值、磨光值及冲击值分别表征粗集料的什么
性质，对路面工程有何实用意义?
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第三节 矿质混合料的组成设计
矿质混合料的组成设计
力学性质
1.压碎值
指按规定的方法测得石料抵抗压碎的能力，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，标准筛上
筛余质量的百分率。 2.磨光值 ( PSV )
反映石料抵抗轮胎磨光作用能力的指标。该值越大，表
明集料的抗磨光性能越好。采用加速磨光机磨光石料，并用 摆式磨擦系数测定仪浊得的磨光后集料的磨擦系数。
通过石料物理指标的了解，可以在一定程度上预测石料一些工程性质的好 坏，认知石料力学性质的表现。
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力学性质：石料在工程应用中，所表现出的抗压、抗剪、抗 弯拉强度的能力，以及抵抗荷载冲击、剪切和摩擦作用的能
石 料
力。实践中石料的这一性质常用抗压强度和磨耗率两项指标 来表示。 技术标准：首先根据石料所属岩石类型，将石料分成四大 类——岩浆岩、石灰岩、砂岩或片麻岩以及砾岩；再依据石 料的抗压强度的高低和磨耗率的大小将每种类型岩石划分成 四个等级。
重点：1.石料应具备哪些力学性质，采用什么指标来反映这些性质? 2.简述道路工程用石料的分类和分级方法?
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第二节 集
料
概述：笼统的说集料就是粒状石质材料。 总分类：包括天然砂、人工砂、卵石、碎石，另有工业冶金矿渣 分类 集料形成的过程不同：分为卵石(又称砾石)和碎石 粒径大小的不同：分为粗集料和细集料
a）常数坐标 运用工程系
b）半对数坐标
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2.级配曲线类型
粗细不同的粒径按照一定的比例组合搭配在一起，以达到较高的密 实程度，根据搭配组成的结果，可得到以下几种不同级配形式。 连续级配：连续级配是某一矿料在标准套筛中进行筛分后，矿
料的颗粒由大到小连续分布，每一级都占有适当的比例。这种由大到小
逐级粒径都有，并按比例互相搭配组成的矿质混合料，称为连续级配混 合料。
矿质混合料就是能够满足级配要求的各种粒径材料的集合体，
简称矿料。确定几种集料混合时各自比例的过程就是矿料的组成
设计。
一、矿料的级配
集料级配的表示方法 级配组成对矿料性能的影响 矿料连续级配的计算
二、矿料配合比设计方法
矿料配合比设计就是根据实际工程中现有的各种集料的级配参数（即 筛分结果），针对设计要求或技术规范要求，采用一定的方法确定各规格
第一章 石料与集料
运用工程系
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第二章 石料与集料
第一节 第二节 第三节 第四节 石 料 集 料 矿质混合料的组成设计 小 结
通过本章的学习使学生了解砂石材料技术性质和技 术要求；掌握矿质混合料级配理论和组成设计方法，会 用图解法和试算法设计矿质混合料的配合比。
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第一节
石 料
花岗岩
玄武岩
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砂石材料密度概念小结
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集料的级配
级配是指集料中各种粒径颗粒的搭配比例或分布情况。级配对 水泥混凝土及沥青混合料的强度、稳定性及施工和易性有着显著 的影响，级配设计也是水泥混凝土和沥青混合料配合比设计的重 要组成部分。
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集料的颗粒形状与表面特征 集料的形状和表面特征将影响集料颗粒间的内摩阻力、集料颗 粒与结合料粘结性及吸附性等方面。 1.理想集料颗粒形状是球状或立方体。不取用扁平、薄片、细长状 的颗粒。 针片状颗粒的定义：最大长度与厚度之比大于3的颗粒。 2.集料表面特征指集料的粗糙程度和孔隙特征。表面粗糙的集料颗
(1) 建立基本计算方程 (2) 基本假设 (3) 计算 (4) 校核调整
2.图解法设计步骤
(1) 准备工作 筛分并计算各自的通过量百分率、明确设计级配要求 (2) 绘制框图 (3) 确定各集料用量 (4) 合成级配的计算与校核
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1、级配理论 诸多学者提出了关于求得最佳级配的理论，目前常用的有： W· B· 富勒理论；A· N· 泰波公式；我国简化公式，此外还有 O· A· G· 魏茅斯理论等。 ［1］富勒最大密度曲线 W· B· 富勒认为：级配曲线越接 近抛物线时，则其密度越大，空隙率越小，是最理想的级配。 其矿质混合料的通过百分率与粒径的关系为下式
集料在合成矿料中所占有比例的操作过程。
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集料级配的表示方法 筛分试验 细集料的细度模数 集料的级配曲线
采用标准套筛对集料进行过筛分析，以确定集料粗细颗粒的分布即级
配就是所谓筛分试验。通过筛分试验，求得集料试样的级配参数。
以细集料的筛分为例： 在筛分试验中，分别称量500g砂样充分过筛，根据砂样存留在各筛上 的筛余质量，分别计算出分计筛余百分率、累计筛余百分率、通过百率。 分计筛余百分率：是指某号筛上的筛余质量占试样总质量百分率
间断级配：在矿料颗粒分布的整个区间里，从中间剔除一个或
连续几个粒级，形成一种不连续的级配，成为所谓的间断级配。 连续开级配：整个矿料颗粒分布范围较窄，从最大粒径到最小
粒径仅在数个粒级上以连续的形式出现，形成所谓的连续开级配。
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不同级配类型的级配曲线如下图所示
a）连续型密集配
b）连续型开级配
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1. 沥青路面及各类基层集料用标准筛均以方孔筛为准，相应的 筛孔尺寸依次为:
单位(mm) 单位(mm)
75 63 53 37.5 31.5 26.5 19 16
0.075
0.15
0.3
0.6
1.18
2.36
4.75
9.5
13.2
2.水泥混凝土用集料标准筛的孔径当大于或等于2.5mm时，以 圆孔筛为标准；小于2.5mm时以方孔筛为准。相应标准筛的
运用工程系
c）间断型密集配
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3、级配组成对矿料性能的影响
矿料的级配组成直接决定矿料的两Βιβλιοθήκη Baidu特点：矿料密实度和矿料颗粒
间内摹阻力。从而影响到水泥混凝土或沥青混合料的强度、耐久性和施 工和易性。
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矿料连续级配的计算
矿料配合比设计常用的方法有：
数解法、图解法（修正平衡面积法） 1.数解法——试算法设计步骤
集 料
粗细粒径的界限：水泥混凝土4.75mm，沥青混凝土2.36mm，大于或等于 该尺寸的颗粒为粗集料，余为细集料。 重要但又容易 引起混淆的概 最大粒径：集料最大粒径和集料公称最大粒径 念 物理性质 物理常数 集料的级配 颗粒形状和表面特征 含泥量和泥块含量
力学性质：在结构层或混合料中，粗集料起骨架作用，其性能用压碎值、 磨光值、磨耗值和冲击值等指标表示。 岩石集料的技术要求：以粗细两种类型的集料分别提出各自的技术要求。
i
100与某号筛累计筛余百分率之差。
式中：Ai —— 某号筛的累计筛余百分率，%
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细集料的细度模数
用于评价细集料粗细程度的指标，是细集料筛分试验中各号筛 上的累计筛余百分率之和（以水泥混凝土用细集料为例）：
式中：Mf —— 砂的细度模数； A4.75 , A2.36,… A0.15 —— 分别为4.75mm、2.36mm、…0.15mm各 筛的累计筛余百分率，%
p kD
粒有较显著的摩阻力，同时也会影响集料的施工和易性；粗糙且有
吸收水泥浆和沥青轻组分的孔隙特征的集料与结合料的粘结能力较 强。
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含泥量和泥块含量
妨碍
限制含量
集料与水泥（或沥青）间的粘结能力
存在于集料中或包裹在 集料颗粒表面的泥土
降低 影响
水泥的水化速度
混合料的整体强度和耐久性
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