第一章 沙石材料砂石材料：石料与集料的统称，是道路工程与桥梁工程使用量最大的一宗材料。

石料：指天热岩石经机械加工制成的或直接开采得到的具有一定形状和尺寸的石料制品。

集料：由不同粒径矿物质组成的混合料，在沥青混合料和水泥混凝土中起骨架和填充作用。

第一节 沙石材料的基本知识一、 沙石材料的岩石学特征1 造岩矿物 是具有一定化学成分和结构特征的天然化合物或单质，简称矿物。

主要的造岩矿物有：石英、长石、云母、角闪石、方解石、白云石、黄铁矿、石膏、菱镁矿、磁铁矿和赤铁矿等。

2 按岩石的形成条件分：● 岩浆岩（岩浆冷凝而成）深成岩—地表深处的岩浆缓慢冷却而成喷出岩—岩浆喷出地表压力急剧降低冷却而成火山岩—火山爆发时，岩浆喷到空中急速冷却形成● 沉积岩（水成岩）碎屑岩、粘土岩、化学及生物岩● 变质岩 原生的岩浆岩或沉积岩经过地质上的变质作用而形成3 岩石矿物的主要化学成分大部分硅质岩石在水中带有负电荷，亲水性较大。

道路工程中，依据岩石中SiO2的含量将石料划分为三类—碱性石料（钙质），中性石料和酸性石料（硅质），所对应SiO2分别为<52%，52~65%和>65%● 沥青路面工程中——岩石-集料● 水泥路面工程中——碱—骨料反应碱——骨料反应是混凝土中所含的碱（Na2O 或K2O ）与骨料的活性成分反应，在混凝土浇筑成型后数年至数十年逐渐反应，反应生成物吸水膨胀，导致混凝土工程开裂，是影响混凝土耐久性最主要的因素之一。

二、 岩石的物理性质1 密度● 真实密度：在规定条件下，烘干岩石矿质实体单位真实体积的质量（不包括开口和闭口孔隙的体积）。

测试方法：密度瓶法● 毛体积密度：在规定条件下，烘干岩石矿质实体包括孔隙（闭口和开口孔隙）体积在内的单位毛体积的质量。

测试方法：将已知质量的干燥岩石试样，经饱水后，将试样表面擦干求的饱和面质量，再用排水法求得试样在水中的质量，两者之差为试样的毛体积。

2 孔隙率：指岩石孔隙体积占岩石总体积（包括开口孔隙和闭口孔隙体积）的百分率。

意义：反映岩石裂隙发育程度的参数。

岩石的孔隙率一般不能实测，可采用岩石的真实密度和毛体积密度计算。

3 含水率：岩石在天然状态下的含水率。

可以间接反映岩石中孔隙的多少以及岩石的密实程度。

4 吸水性：岩石吸入水分的能力，其大小可用吸水率与饱和吸水率表征。

吸水率：岩石在常温常压下最大的吸水质量占干燥试样质量的百分率。

100n i h V V n V +=⨯1100h t n ρρ⎛⎫=-⨯ ⎪⎝⎭饱和吸水率：岩石在常温真空抽气条件下最大的吸水质量占干燥试样质量的百分率。

三、岩石的抗压强度岩石的强度随着试件尺寸的增大高径比增大而降低，加荷载速率增大岩石强度也增大。

1 抗压强度的测试方法采用饱水状态下岩石立方体(或圆柱体)试件的单轴抗压强度来评定岩石的强度。

路面工程：圆柱体或者立方体，直径或边长和高均为50mm+2mm；桥梁工程：立方体，边长为70mm+2mm；建筑地基：圆柱体，直径为50mm+2mm，高径比为2:1.2 抗压强度的影响因素内因：岩石的组成结构自身矿物组成、结构构造、孔隙构造和含水状态外因：实验条件试件形状、大小、加工精度和加荷速率等四岩石的耐久性岩石能够经受反复冻结和融化而不破坏，并不严重降低岩石强度的能力。

岩石的耐久性主要表现在岩石的抗冻性。

1 抗冻性实验方法冻融循环测量冻融损失率2 坚固性实验方法饱和硫酸钠浸泡循环测量质量损失率第二节集料由不同粒径矿物质组成的混合料，在沥青混合料和水泥混凝土中起骨架和填充作用。

一、集料的来源于分类1、集料的来源（1）天然集料包括天然砂、砾石和卵石等。

（2）人工集料人工集料是岩石或卵石经破碎和筛分机械设备加工而成的具有棱角、表面粗糙的石料碎块。

岩石被破碎按照粒径分类碎石或破碎砾石>4.75mm人工砂(机制砂和混合砂的统称) <2.36mm石屑(碎石的筛下部分)最小筛孔4.75mm或2.36mm2、粗集料和细集料的分类沥青中>2.36mm为粗集料水泥中>4.75mm为粗集料二、集料的物理性质1、 集料的密度● 表观密度 在规定的条件下，烘干集料矿质实体包括闭口孔隙在内的表观单位体积的质量。

● 毛体积密度 在规定的条件下，烘干集料矿质实体包括孔隙（闭口、开口孔隙）体积在内的单位体积的质量。

● 表干密度 计算质量以表干质量(饱和面干状态，包括了吸入开口孔隙中的水)为准，计算体积与毛体积密度相同。

● 堆积密度 烘干集料颗粒矿质实体的单位堆积体积(包括集料颗粒间空隙体积、集料矿质实体及其闭口、开口孔隙体积）的质量。

2、 孔隙率集料在一定的堆积状态下的空隙体积（含开口体积）占堆积体积的百分率。

反映了集料颗粒间相互填充的紧密程度● 粗集料孔隙率 水泥混凝土：采用振实状态下的堆积密度计算。

● 粗集料的骨架间隙率 沥青混合料：采用粗骨料在捣实状态下的堆积密度。

3、 集料的级配指集料中各种颗粒的搭配比例或分布情况。

4、 集料的颗粒形状与表面特征1) 颗粒形状分为蛋圆形、棱角形、针状和片状四种类型，理想形状是接近球体或立方体。

2) 表面特征指集料表面的粗糙程度及孔隙特征等。

细集料表面特征采用棱角性指标来表征， 棱角性可用空隙率法或流动时间法来评定。

● 流动时间法：按照标准方法准备集料试样，测定规定体积的细集料。

流出时间越长，细集料也粗糙。

● 孔隙率法：按照标准方法测试细集料的松装密度和毛体积密度。

5、 含泥量和泥块含量● 含泥量含泥量是指集料中粒径小于0.075mm 的颗粒含量● 砂当量测定细集料中含黏性土和杂质含量,对集料中小于0.075mm 的矿粉、细砂与“泥土”加以区别。

砂当量越大，表明集料中小于0.075mm 的矿粉、细砂比例越高。

MB 值用于测定人工砂中<0.075mm 的颗粒含量主要是泥土，还是被加工成母岩成分相同的石粉。

MB 值越小，表明集料中<0.075mm 的颗粒主要是与母岩化学成分相同的石粉。

● 泥块含量指粗集料中粒径大于4.75mm(细集料中大于1.18mm),但经水浸洗、手捏后小于2.36mm(砂中0.6mm ）的颗粒含量。

三、 粗集料的力学性质压碎值：石料抵抗压碎的能力.磨耗率：粗集料抵抗摩擦、撞击的能力.磨光值：石料抵抗轮胎磨光的能力,即保持其原有粗糙的能力.冲击值：粗集料抵抗冲击荷载的能力.磨耗值：粗集料抵抗车辆磨耗作用的能力。

、四、 冶金矿渣集料矿渣和工业废渣一般指金属冶炼过程中排出的非金属熔渣，既属于工业废料，又是一类具有独特性能的人造石料，常指高炉矿渣和钢渣等。

与天然岩石集料的主要不同之处：矿渣和工业废料中含有较多的活性矿物 ，且质量不够稳定。

1、 高炉矿渣主要化学成分：酸性氧化物，碱性氧化物，中性氧化物，硫化物等。

酸、碱氧化物含量比例对矿渣的性能影响较大。

矿渣活性：指其与水或某些碱性溶液或硫酸盐溶液发生化学反应的性质。

碱性系数或质量系数越大，高炉矿渣的活性越高。

2、 钢渣钢渣与高炉矿渣的区别：其化学成分及矿物组成有着明显的区别。

碱度越大，钢渣的活性越大。

3、 矿渣的化学稳定性游离氧化钙(f-CaO)分解铁和锰分解 第三节 矿质混合料的组成设计一、 矿质混合料的级配1、 级配的表示方法集料中各组成颗粒的分级和搭配称为级配，通过筛分试验确定。

1) 标准套筛2) 级配参数● 分计筛余百分率ai 某号筛上的筛余质量占试样总质量百分率● 累计筛余百分率Ai 某号筛上的分计筛余百分率和大于该号筛的各筛分计筛余百分率之总和● 通过百分率pi 通过某号筛的试样质量占试件总质量的百分率，即100与某号筛累计筛余百分率之差。

3) 集料级配曲线的绘制4) 天然砂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，%粗砂 Mf = 3.7～3.1；中砂Mf = 3.0 ～ 2.3；细砂Mf = 2.2～1.62、 级配组成对矿料性能的影响 225CaO SiO P O M M M M=+1)级配曲线类型●连续级配：级配曲线光滑，每一种尺寸的集料都有●间断级配：缺少一个或几个分级颗粒，曲线是非连续的、中间折断的曲线。

2)级配组成与矿料孔隙率和内摩阻力的关系3、连续级配的计算1)最大密度级配计算公式2)级配曲线范围公式第二章沥青材料沥青是黑色或暗黑色固体、半固体或黏稠状物，由天然或人工制造而得，主要为高分子烃类所组成，它们通常可以是气体、液体、半固体或固体，完全溶解于二硫化碳。

狭义的沥青是指石油沥青。

第一节沥青的基础知识一、沥青的分类1、2、石油沥青的分类1)按照加工方法基本主要生产工艺有：蒸馏法、氧化法、调和法和溶剂脱沥青法。

●蒸馏沥青—最简单、最经济方法。

适合生产道路沥青。

●氧化(吹制)沥青—主要生产高软化点的建筑沥青。

●溶剂沥青●调和沥青2)按照在常温下呈现的状态●黏稠沥青(针入度沥青)—道路工程中应用最为广泛●液体沥青(稀释沥青、回配沥青)3)按照用途分类●道路沥青—占整个沥青产量的50%~60%●建筑沥青—标号较低，针入度在5~30(1/10mm)范围●水工沥青●防腐沥青●其他沥青二、原油的分类原油是石油沥青的原料。

主要由碳元素和氢元素组成的多种碳氢化合物，统称“烃类”。

判断原油是否适合于生产沥青的经验方法是通过原油中的沥青质(A)、胶质(R)及蜡(W)的相对含量进行判断。

●(A+R)/W<0.5 不适合生产沥青的原油●(A+R)/W=0.5~1.5 可生产一般普通道路沥青的原油●(A+R)/W>1.5 最适合生产沥青，可生产优质道路沥青另外一种判断原油是否适合于生产沥青的方法是通过原油评价中大于500℃馏分渣油中的H/C原子比来预测。

H/C原子比≤1.6 渣油可用来生产道路沥青H/C原子比>1.6 渣油不适合生产道路沥青环烷基和中间基被认为是生产沥青的首选原油。

石蜡基原油中轻质组分和蜡含量较高，胶质和沥青质含量较低，不适合生产优质道路沥青。

三、石油沥青的组成结构1)元素组成沥青的元素组成基本与渣油相同。

2)化学成分将沥青分离为化学性质相近，而且与其工程性质有一定联系的几个组，这些组就称为组分。

常用的为三组分法和四组分法。

三组分法：吸附部分——胶质和未被吸附部分——油分。

四组分法：实现饱和分(S)、芳香分(Ar)、胶质(R)或胶质—沥青质(At)3)沥青的胶体结构分类依据：胶团粒子大小、数量及其在连续相中的分散状态●溶胶型沥青胶团可以在连续相中自由移动，近似真溶液，具有牛顿流特征，，黏度与应力成比例●凝胶型沥青沥青质胶团会相互连接，形成三位网状结构，胶团在连续相中移动比较困难。