第一章 石料与集料
砂石材料分类
主要内容
◇ 石料与集料的技术性能 ◇ 矿质混合料的级配理论 ◇ 矿质混合料配合比设计方法
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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 人工轧制的砂石材料：块料、碎石集料图 ③ 工业冶金矿渣集料：钢渣、高炉渣、煤渣、粉煤灰等 ☆按成岩条件 ① 岩浆岩：花岗岩、辉绿岩、玄武岩 ② 沉积岩：石灰岩、砂岩 ③ 变质岩：片麻岩、石英岩、大理岩
m1 m2 100% m1
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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 ③ 石料间相互作用，不同性质石料的磨耗率相差不大
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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
表观密度体积
毛体积密度体积
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各档集料的密度与吸水率
集料编号 粒径范围(mm) 毛体积相对密度 表观相对密度 吸水率(%) 1# 2# 3# 5# 20~25 15～20 5~15 0～ 3 2.738 2.730 2.769 2.613 2.756 2.756 2.809 2.613 0.6 0.6 0.5
图1-2 石料抗压强度试件
② 桥梁试件: 200×200×200 mm立方体
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影响石料抗压强度的因素
道路用石料抗压强度试件 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
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2、磨耗率
定义：石料抵抗撞击、摩擦综合作用的能力 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） ② 搁板式（洛杉矶法）:试样为~5000g有级配的集料，钢 球12个φ48mm，~5000g。转速30~33r/min，转500转 磨耗率计算公式： Qab＝
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岩石的技术性质
物理性质 物理常数：密度（真实密度、毛体积密度）、孔隙率
吸水性：吸水率、饱水率
抗冻性：坚固性 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、摩擦综合作用的能力
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第二节 集料

集料：大小不同粒径的矿质颗粒 粗、细集料
的集合料（混合体、松散体）

粗集料 —— 粒径d＞4.75mm（ ＞2.36mm） 细集料 —— 粒径d≤4.75mm（≤2.36mm）
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第一节 石料（岩石）
岩石的物理性质 岩石的耐久性 岩石的力学性质
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二、岩石的物理性质
1. 物理常数 石料体积组成示意图
⑴ 密度：
m t vs （真实体积 vs —矿物实体体积） ① 真实密度
m ② 毛体积密度 h v v v s n i
表观密度 h
(毛体积 vs +vn+vi—含闭口与开口孔隙)
压缩型碎石机
弹簧圆锥式碎石机 圆锥式碎石机
辊式碎石机 旋盘式碎石机 液压圆锥式碎石机
破碎机械 冲击型碎石机
反击式碎石机 锤式碎石机
联合碎石设备
集料整形
不同粒径的碎石集料
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碎石集料
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集料堆放
场地硬化问题
一、集料的物理性质
1. 物理常数 集料的体积组成
⑴ 密度
① 表观密度、毛体积密度
ms ② 堆积（装填）密度 f vs vn vi vv
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细集料密度测试
m （表观体积 vs ＋ vn —含闭口孔隙） vs vn
⑵ 孔隙率： Pv
vn vi (1 h ) 100% V t
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岩石体积组成示意图
V0 V
Vi Vn Vs
开口孔隙 闭口孔隙 矿物实体 m0 M mS
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石料体积示意图
V0 m0 M mS

工程集料
≤0.075mm、0~5mm（0~3/3~5mm） 5~10mm（5~15mm）、10~15mm、（10~20mm） 20~40mm、……
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公路用石料开采与集料加工
矿山
开采
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人工集料的生产工艺
轧制设备 振动喂料 鄂式粗破
筛选设备 反击式细破
筛分
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破碎机械分类
复摆颚式碎石机 颚式碎石机 旋回式碎石机 简摆颚式碎石机
1、抗冻性试验法（直接冻融法）
冻融循环：-15℃冰冻4h←→常温融解）
循环若干次（15、25、50次等）
◇质量损失 ◇强度损失：强度降低不大于25％，耐冻系数＞0.75 ② 坚固性试验法（硫酸钠Na2SO4结晶、体积涨大）
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冻融前后石料状态
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三、岩石的力学性质
1、抗压强度
① 道路试件: 50×50×50 mm立方体 φ50×H 50mm的圆柱体

颗粒之间的 空间体积


堆积（松装）密度——按自由下落方式装样 振实（紧装）密度——振动方式装样 捣实密度——捣实方式装样
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孔隙：矿物之间的空间—Vn+Vi
空隙：集料颗粒之间的空间—Vv
Vv 空隙
Vi
V0
开口孔隙
闭口孔隙 矿物实体
m0
M mS
颗粒之间的 空间体积Vv
V
Vn Vs
集料体积组成示意图
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道路工程材料的主要类型
面层：沥青混合料、水泥混凝土、碎（砾）石、块石
基层：碎（砾）石、半刚性材料、沥青稳定碎石
垫层：碎（砾）石、半刚性材料
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道路工程材料的研究内容
材料基本组成与结构 材料的技术性质
材料的组成设计
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本节课内容

石料（岩石）的技术性质（第一节）
集料的技术性质（第二节）
集料的级配组成（第三节）
矿粉
2.713
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2. 吸水性
定义：岩石吸入水分的能力 ① 吸水率：常温（20±2℃）、标准大气压（101.325kPa)
② 饱和吸水率：常温、真空抽气（2.67 kPa）
最大吸水质量 吸水率（饱和吸水率）＝ 干燥试样质量
含水率：材料在天然状态下的含水率
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二、岩石的耐久性－抗冻性
定义：岩石能经受反复冻融而不破坏，并不严重降低岩石 强度的能力
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路面材料：砂石材料和结合料

砂石材料性能的影响不可忽视
砂石材料是天然材料
砂石材料具有很强的地域性（地方性）
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天然砂
4
料源
5
上节课内容
概述 道路工程材料类型 研究内容 石料与集料 研究内容

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道路工程材料的主要类型
• 道路工程结构（面层、基层、垫层）用材料
面层 基层 垫层
土基（路基）