道路建筑材料

1.物理常数
岩石的物理常数是岩石矿物组成结构状态的反映，它与岩石的 技术性质有着密切的关系。岩石的内部组成结构主要是由矿质
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，如图1-1a）。各部分质量与体积的关系如图 1-1b）。
道路建筑材料
图1-1 岩石组成结构示意图 a）岩石组成结构外观示意图；b）岩石结构的质量与体积关系示意图
和磨耗性的确定方法。
道路建筑材料
1.单轴抗压强度 单轴抗压强度是指岩石试件抵抗单轴压力时保持自身不被破坏 的极限应力。按我国现行《公路工程岩石试验规程》（JTG E41—
2005）规定：将岩石制备成标准试件（建筑地基用岩石制备成直径
为50mm±2mm，高径比为2：1的圆柱体试件；桥梁工程用岩石制 备成边长为70mm土2mm的立方体试件；路面工程用岩石制备成边
道路建筑材料
（二）细集料的技术性质与检验 在沥青混合料中，细集料是指粒径小于2.36mm的天然砂、人工 砂（包括机制砂）及石屑；在水泥混凝土中，细集料是指粒径
小于4.75mm的天然砂、人工砂。在工程中应用较多的细集料是
砂。 砂按来源分为两类。一类为天然砂，另一类为人工砂
细集料技术性质主要包括物理性质、颗粒级配和粗度。
道路建筑材料
2.吸水性 岩石的吸水性是岩石在规定条件下吸水的能力，用吸水率 和饱和吸水率两项指标来表征。
（1）吸水率
岩石吸水率是指在规定条件（常温、常压、自由吸水48h） 下，岩石试样最大的吸水质量与烘干岩石试件质量之比，以百
分率表示，按式（1-5）计算：
m1 m wa 100 m
吸水率、饱和吸水率能有效地反映岩石微裂隙的发育程度
Kf
Rf Rs
道路建筑材料
如无条件进行冻融试验，也可采用坚固性简易快速测定法 ，这种方法通过饱和硫酸钠溶液进行多次浸泡与烘干循环后来 测定。
（二）力学性质
道路与桥梁工程结构物中使用的岩石，除受上述物理性质 影响外，还受到外力的压作用，应具备一定的力学性质，如抗
磨光、抗冲击和抗磨耗等力学性能。下面主要介绍单轴抗强度
道路建筑材料
第一节 砂石材料的技术性质与检验
砂石材料包括天然岩石、人工轧制的集料以及工业冶金矿渣等 ，下面将对这些材料的技术性质予以论述。 一、岩石的技术性质与检验 岩石的技术性质，主要从物理性质、力学性质和化学性质三方 面进行评价。
道路建筑材料
（一）物理性质 岩石的物理性质包括：物理常数（如真实密度、毛体积密度和 孔隙率等）、吸水性（如吸水率、饱水率）和抗冻性。
a
（2）磨光值（PSV） 集料磨光值是反映集料抵抗轮胎磨光作用能力的指标，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 料的摩擦系数值来确定。 集料磨光值愈高，表示其抗滑性愈好。
道路建筑材料
（3）冲击值（AIV） 冲击值是反映集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能，可 采用冲击试验仪测定。
高职高专道路桥梁工程技术专业“十二五”规划教材
道路建筑材料
主 编：翟晓静 赵 毅 副主编：贾红霞 主 审：李中秋 马彦芹
道路建筑材料
第一篇 道路建筑材料
第一章 砂石材料
教学要点： 1.岩石的主要技术性质及其评价指标； 2.集料的基本概念； 3.路用集料的主要技术性质及其评价指标； 4.集料在道路施工中常用的试验检测技术； 5.矿质混合料的级配理论和组成设计方法。
道路建筑材料
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（包括集料矿质实
体和闭口孔隙的体积）的质量，按式（1-11）计算。
粗集料表观密度以
a 表示。
ms a Vs Vn
道路建筑材料
2）毛体积密度 粗集料的毛体积密度是在规定条件下，单位毛体积（包括 矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙）的质量，按式（1-12）计算
ms t Vs
t
表示。
必须将岩石粉碎磨细，通过试验测定出来，详见第二篇。
道路建筑材料
（2）毛体积密度
b ，用
在规定条件下，岩石（包括孔隙在内）的单位体积的质量 表示。
ms b Vs Vn Vi
根据岩石含水状态，毛体积密度可石试验规程》（JTG E41— 2005）规定，岩石毛体积密度的检测方法可以量积法，水中称量 法和蜡封法来测定。
细度模数愈大，表示细集料愈粗。我国现行标准《建筑用砂》 （GB／T14684——2001）规定砂的粗度按细度模数可分为下列 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
道路建筑材料
三、冶金矿渣集料的技术性质 冶金矿渣是在冶金生产过程中由矿石、燃料及助溶剂中易熔硅酸盐 化合而成的副产品。冶金矿渣分为黑色金属冶金矿渣与有色金属冶 金矿渣两大类。黑色金属冶金矿渣又分为高炉重矿渣和钢渣两类。 这些冶金矿渣从熔炉排出后，在空气中自然冷却，形成坚硬的材料 ，是一种很好的路用人工矿渣集料。它可作为基层材料，又可作为 修筑水泥混凝土或沥青混凝土路面的集料。
MgO、CaO、FeO和MnO属于碱性氧化物，SiO2、P2O3和TiO2
等是酸性氧化物。硫化物FeS、MnS是矿渣的中性成分。A12O3 是具有两面性的氧化物，遇碱时它起弱酸作用，而遇酸则起弱
碱作用。矿渣的酸性和碱性可用下列模量表示：
道路建筑材料
碱性矿渣 ；
M bc mCaO mMgO mSiO2 mAl2O3 1
，可用来判断岩石的抗冻性和抗风化等性能。
道路建筑材料
3.抗冻性 岩石抗冻性是指岩石在吸水饱和状态下，经受规定次数的 冻融循环后抵抗破坏的能力。
冻融后的质量损失率按式（1-7）计算：
L
ms m f ms
100
冻融系数是指未经冻融的岩石试件抗压强度与冻融循环后的岩石 试件抗压强度的比值。冻融系数按式（1-8）计算：
酸性矿渣 ；
M ac
mCaO mMgO mAl2O3 mSiO2
1
中性矿渣 ；
M bc 1 且 M ac 1
其中mi分别为矿渣中矿物成分的含量。 矿渣中常见的矿物成分有：黄长石、辉石、橄榄石及少量的硫化 物。在氧化钙含量最高的重矿渣中，还含有一定的硅酸二钙。
：
ms b Vs Vn Vi
粗集料表观密度、毛体积密度可以采用容量瓶法、网篮法 进行测定。
道路建筑材料
3）堆积密度 粗集料的堆积密度是单位体积（包括矿质实体、闭口孔隙 和开口孔隙及颗粒间空隙）物质颗粒的质量，按式（1-13）求
得：
ms Vs Vn Vi VV
根据集料的堆积状态，粗集料的堆积密度可分为自然堆积
道路建筑材料
（一）矿渣的化学成分和矿物成分 矿渣化学成分随矿物成分、燃烧、助熔剂及熔化金属的化学成 分的不同而异，大部分矿渣成分中基本上包含着SiO2、A12O3
、CaO，并混有MgO、FeO、MnO等。根据化学成分采用碱度
（或酸度）作为矿渣分类基础，碱度是矿渣中碱性氧化物之和 与酸性氧化物之和的比值，通常用模量来表示。
也可采用水洗法筛分；对沥青混合料及基层用细集料必须用水 洗法筛分。
道路建筑材料
（1）分计筛余百分率 按式（1-18）求得：
ai
mi 100 mi
（2）累计筛余百分率 按式（1-19）计算： （3）通过百分率 按式（1-20）计算：
Ai a1 a2 ...... ai
混合料的物理一力学性质。
道路建筑材料
二、集料的技术性质与检验 集 料是指在混合料中起骨架或填充作用的粒料，包括岩石 天然风化而成的砾石（卵石）和砂等，以及由岩石经人工轧制
的各种尺寸的碎石、机制砂、石屑等。
（一）粗集料的技术性质与检验 本节仅对粗集料的一般技术性质进行阐述。
1.物理性质
（1）物理常数
密度、振实堆积密度和捣实堆积密度。
道路建筑材料
（2）级配 定的。 粗集料中各组成颗粒的分级和搭配称为级配，级配是通过筛分试验确
筛分试验就是将集料经过一系列筛孔尺寸的标准筛
，测出各个筛上的筛余量，根据集料试样的质量与存留在各筛孔上的 集料质量，就可求得一系列与集料级配有关的参数——①分计筛余百
分率；②累计筛余百分率；③通过百分率。
对水泥混凝土用粗集料可采用干筛法筛分试验，对沥青混合料及基层 用粗集料必须采用水洗法筛分试验。
粗集料筛分试验中采用的标准套筛尺寸范围及试样质量与细集料筛分
试验有所不同，但级配参数的计算方法与细集料相同，详见“细集料 的技术性质”内容。
道路建筑材料
（3）坚固性 对已轧制成的碎石或天然卵石亦可采用规定级配的各粒级 集料，按现行试验规程《公路工程集料试验规程》（JTG
E42—2005）选取规定数量，分别装在金属网篮浸入饱和硫酸
钠溶液中进行干湿循环试验。经5次循环后，观察其表面破坏情 况，并用质量损失百分率来计算其坚固性（也称安定性）。
道路建筑材料
2.力学性质 粗集料力学性质主要指标是压碎值和磨耗值；其次是抗滑表层 用集料的力学指标，即磨光值、道瑞磨耗值和冲击值。洛杉矶
道路建筑材料
（3）孔隙率 用
n 表示：
岩石的孔隙率是指岩石孔隙体积占岩石总体积的百分率。
V0 n 100 V
直接测定孔隙体积来计算孔隙率有些难度，工程上常采用真实密 度和毛体积密度间接计算求得，由式（1-3）得：n=[1—(Vs／
V)]100，故式（1-3）可表达为式（1-4）：
b n (1 ) 100 t
磨耗试验已在岩石力学性质中讲过，现将压碎值、磨光值、道
瑞磨耗值和冲击值分述如下。 （1）压碎值