开口孔隙 闭口孔隙
矿物实体
m0 M
mS
2）吸水性：材料吸入水分的能力 ① 吸水率：常温（20±2℃）、标准大气压（101.325kPa) ② 饱水率：常温、真空抽气（2.67 kPa）
吸水率（保水最 率大 ）吸 ＝水质量 干燥试样质量
3）抗冻性：石料在水饱和状态下，能经受反复冻融而不破坏， 并不严重降低强度的能力
集料的性能及评价指标
物理性质 物理常数：密度、空隙率 吸水性：吸水率、饱水率 抗冻性
图1-2 石料抗压强度试件
② 桥梁试件:200×200×200 mm立方体
图1-2 石料抗压强度试件
影响石料抗压强度的因素： 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
2) 磨耗率
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）
图1-7 细集料堆积密度试验仪具示意图
② 振实（紧装）密度——集料振摇方式装样 ③ 捣实密度——集料振摇方式装样
⑵ 空隙率VG：集料空隙体积占集料总体积的百分比
VG
(1f h
)100%
——不含开口孔隙
VG
(1f t
)100%
——含开口孔隙
图1-5 碎石集料 不同粒径、尺寸较小的石料颗粒的集合体
图1-6 集料的体积组成
①直接冻融法（冻融循环试验： -15℃冰冻4h←→常温融解）
◇质量损失
循环若干次(15、25、50次)
◇强度损失：强度降低不大于25％，耐冻系数＞0.75
② 坚固性法（硫酸钠Na2SO4结晶、体积涨大）
1.2.1.2 力学性质
1）抗压强度
① 道路试件: 50×50×50 mm立方体 φ50×H50mm的圆柱体
图1-3 双筒式磨耗仪
磨耗率计算公式： Qab＝m1m1m2 100%
式中：mm21————试 试验验后前2烘m干m石筛料上试烘样干质石量料。试样质量； ② 搁板式（洛杉矶法）:试样为~5000g有级配的集料，加
入钢球12个φ48mm，~5000g。转速30～33r/min，转 500转 图1-4 搁板式磨耗仪
⑵ 筛分试验参数
① 分计筛余百分率ai：某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率 ② 累计筛余百分率Ai：等于或大于某号筛上筛余质量之和占总质量
的百分率 ③ 通过百分率Pi：通过某号筛的集料质量占试件总质量的百分率
⑶ 级配曲线的绘制图1-10 级配曲线
⑷ 制表
图1-8 级配的几种情况
筛析试验用套筛
砂石材料性能和在工程中的应用
砂石材料分类
★ 主要内容
◇ 砂石材料的技术性能
◇ 矿质混合料的级配理论 ◇ 矿质混合料配合比设计方法 ◇ 石料与集料在道路工程中的应用
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 人工轧制的砂石料：块料、碎石集料 ③ 工业冶金矿渣集料：钢渣、高炉渣、煤渣、粉煤灰等
☆按尺寸和用途分类 ① 石料 ② 集料：粗集料——粒径d＞4.75mm（ ＞2.36mm）
细集料——粒径d≤4.75mm（≤2.36mm）
1.2 砂石材料的技术性能
1.2.1石料的技术性质
1.2.1.1 物理性质 ➢ 物理常数 ➢ 吸水性 ➢ 抗冻性
1.2.1石料的技术性质
1）物理常数 图1-1 石料体积组成示意图
⑴ 密度：
① 真实密度
t
m
v
（真实体积
s
vs
—矿物实体体积）
②
表观密度
h
vs
m vn
（表观体积
vs
＋
vn
—含闭口孔隙）
③
毛体积密度 h
m vs vn vi
(毛体积 vs +vn+vi—闭口与开口孔隙)
⑵ 孔隙率： PvvnV vi (1h t )10% 0
石料体积组成示意图
V0 Vi Vn
V
Vs
粗砂：Mf ＝3.7～3.1 中砂：Mf ＝3.0～2.3 细砂：Mf ＝2.2～1.6
4）集料的颗粒形状与表面特征
⑴ 颗粒形状：蛋圆形、棱角形、针状、片状
➢ 针状：长度大于其平均粒径2.4倍的颗粒 ➢ 片状：厚度小于其平均粒径0.4倍的颗粒
⑵ 表面特征：表面的粗糙程度及孔隙特征等
砾石受压
碎石受压
2. 分级指标：饱水抗压强度和磨耗率 ① 最坚强 ② 坚强 ③ 中等坚强 ④ 较弱软
1.2.2 集料的技术性质图1-5 碎石集料
1.2.2.1 物理性质
1）物理常数图1-6 集料的体积组成
⑴ 密度：表观密度、毛体积密度、装填密度
装填密度
f
vs
ms vn vi
vv
颗粒之间的 空间体积
① 堆积（松装）密度——集料按自由下落方式装样
图1-10 级配曲线示意图
① 作图：纵坐标为通过百分率P (％)常数坐标
横坐标为筛孔尺寸(mm) ② 注意：坐标单位
注明不同曲线意义 ③ 判断集料级配是否符合要求
3）粗度→细度模数→评价砂（0.16～4.75mm）粗细程度
细度模数 U i(A 2 .3 6A 1 .1 81 A 0 .60 A A 0 4 0 ..3 7 5A 0 .1)5 5 A 4 .75
孔隙：矿物之间的空间—Vn+Vi 空隙：集料颗粒之间的空间—Vv
颗粒之间的 空间体积
图ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-7 细集料堆积密度试验仪具示意图
2）级配：指集料中不同尺寸颗粒的比例
反映了粒径大小不同的矿质颗粒的相互搭配情况
级配的几种情况
⑴ 筛析试验套筛 圆孔筛(直径)：…40、20、10、5、2.5、1.25、0.63、0.3… 方孔筛(边长)：…13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3…
图1-3 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合 ③ 石料间相互作用，不同性质石料的磨耗率相差不大
图1-4 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
石料的技术性质
物理性质 物理常数：密度（表观密度、毛体积密度）、空隙率 吸水性：吸水率、饱水率 抗冻性
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、剪切和摩擦综合作用的能力
1.3.2 石料的技术标准
1. 分类：按照成岩条件、风化程度等 ① 岩浆岩类（火成岩） ② 石灰岩类（沉积岩） ③ 砂岩与片麻岩类（变质岩） ④ 砾石岩（天然风化）