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砂石材料砂石材料道路桥梁工程系本章教学目标本章教学目标 知识教学点知识教学点 岩石的技术性质和技术要求 集料的技术性质和技术要求 矿质混合料组成设计方法 能力训练点能力训练点 能够检验砂石材料各种技术指标 能够进行矿质混合料组成设计 道路桥梁工程系道路桥梁工程系块石卵石碎石砂子道路桥梁工程系道路桥梁工程系一、岩石的技术性质一、岩石的技术性质技术性质吸水性耐久性力学性质吸水率饱水率抗冻性坚固性抗压强度磨耗性物理性质化学性质物理常数密度、孔隙率密度、孔隙率道路桥梁工程系道路桥梁工程系1.岩石内部组成结构：A.矿质实体 B.开口孔隙C.闭口孔隙 石料组成结构外观示意图 封闭孔隙（体积为）Vn)开口孔隙（体积为Vi）固体物质（体积为Vs）孔隙体积：V0=Vi+Vn 材料在自然状态下总体积V=Vs+V0一、一、岩岩石的技术性质石的技术性质V道路桥梁工程系道路桥梁工程系道路桥梁工程系道路桥梁工程系（1 1）真实密度（密度）真实密度（密度）岩石在规定条件(105土5烘干至恒重，温度20土2)下，烘干岩石矿质实体(不含孔隙的矿质实体的体积)的质量。真实密度用t表示，按下式计算：式中：t真实密度，g/cm3 或 kg/m3；ms材料的质量，g 或 kg；Vs材料的绝对密实体积，cm3 或 m3。道路桥梁工程系道路桥梁工程系因 所以测定方法：1、李氏比重瓶法 2、密度瓶发 将石料磨细至全部过0.25mm的筛孔，然后将其装入比重瓶中，利用已知比重的液体置换石料的体积。道路桥梁工程系道路桥梁工程系试验原理：试验原理：（1 1）称量矿粉试样质量）称量矿粉试样质量m m1 1。（2 2）向比重瓶中注入蒸馏水，至刻度）向比重瓶中注入蒸馏水，至刻度0 01mL1mL之间，读取比重瓶之间，读取比重瓶 中水面的刻度中水面的刻度V V1 1。（3 3）用小匙将矿粉试样通过漏斗徐徐加入比重瓶中，至接近）用小匙将矿粉试样通过漏斗徐徐加入比重瓶中，至接近比重瓶最大读数比重瓶最大读数(接近接近24mL)24mL)止，读取比重瓶的读数止，读取比重瓶的读数V V2 2。（4 4）准确称取剩余矿粉的合质量）准确称取剩余矿粉的合质量m m2 2。试验方法：试验方法：李氏比重瓶法。李氏比重瓶法。道路桥梁工程系道路桥梁工程系式中：式中：m m1 1试验前瓷皿中矿粉的干燥质量，试验前瓷皿中矿粉的干燥质量，g g；m m2 2试验后瓷皿中矿粉的干燥质量，试验后瓷皿中矿粉的干燥质量，g g；V V1 1比重瓶加矿粉以前的初读数，比重瓶加矿粉以前的初读数，mLmL；V V2 2比重瓶加矿粉以后的终读数，比重瓶加矿粉以后的终读数，mLmL；计算公式：计算公式：矿粉的密度、相对密度矿粉的密度、相对密度试验温度时水的密度（常数）。试验温度时水的密度（常数）。为计算方便，也可以采用为计算方便，也可以采用相对密度相对密度表示，表示，即矿粉密度与同即矿粉密度与同 温度水的密度之比。温度水的密度之比。道路桥梁工程系道路桥梁工程系密度法密度法将岩粉烘干冷却备用将岩粉烘干冷却备用四分法取样四分法取样m m1 1=15=15灌入瓶中至一半，摇动排除气泡灌入瓶中至一半，摇动排除气泡向瓶内注水至满瓶，塞好瓶塞称向瓶内注水至满瓶，塞好瓶塞称m m3 3倒出悬液注入蒸馏水至满瓶称倒出悬液注入蒸馏水至满瓶称m m2 2不同水温时水的密度道路桥梁工程系道路桥梁工程系(2)(2)毛体积密度毛体积密度:在规定条件下，烘干岩石（包括孔隙在内在规定条件下，烘干岩石（包括孔隙在内)的单的单位体积的质量。位体积的质量。测定方法：利用量积法、水中称量法和蜡封法。测定方法：利用量积法、水中称量法和蜡封法。根据含水状态，毛体积密度可分为：干密度、饱和密度和天然密度。根据含水状态，毛体积密度可分为：干密度、饱和密度和天然密度。道路桥梁工程系道路桥梁工程系蜡封法步骤：蜡封法步骤：（1 1）将试件烘干冷却至室温；）将试件烘干冷却至室温；（2 2）称出试件空气中质量）称出试件空气中质量m m0 0；（3 3）将试件表面封蜡，厚度不大于）将试件表面封蜡，厚度不大于1mm1mm；（4 4）称出试件封蜡后的空气中质量）称出试件封蜡后的空气中质量m1；（5 5）称出封蜡后试件的水中质量）称出封蜡后试件的水中质量m m2 2；（6 6）计算毛体积密度。）计算毛体积密度。道路桥梁工程系道路桥梁工程系孔隙率：孔隙率：开口孔隙开口孔隙闭口孔隙闭口孔隙按与外界是否连通分按与外界是否连通分孔隙体积占岩石总体积的百分率。孔隙体积占岩石总体积的百分率。用用n n来表示来表示孔隙率是衡量材料密实程度的指标。孔隙率是衡量材料密实程度的指标。道路桥梁工程系道路桥梁工程系2 2）吸水性）吸水性定义：岩石在规定条件下吸水的能力定义：岩石在规定条件下吸水的能力指标：吸水率、饱和吸水率指标：吸水率、饱和吸水率 吸水率：吸水率：岩石吸水率是指在室内常温（岩石吸水率是指在室内常温（202202）和大气）和大气压条件下，岩石试样最大的吸水质量占烘干（压条件下，岩石试样最大的吸水质量占烘干（105 105 5 5干燥至恒重）岩石试件质量的百分率。干燥至恒重）岩石试件质量的百分率。道路桥梁工程系道路桥梁工程系饱和吸水率：饱和吸水率：在室内常温和真空抽气后的条件下，岩石试样最大吸水的在室内常温和真空抽气后的条件下，岩石试样最大吸水的质量占烘干岩石试件质量的百分率。质量占烘干岩石试件质量的百分率。区别：区别：饱水率是在石料抽至真空的条件下测定的，此饱水率是在石料抽至真空的条件下测定的，此时水几乎充满开口孔隙的全部体积，而在常压下测时水几乎充满开口孔隙的全部体积，而在常压下测定的吸水率，通常认为水分只填充部分孔隙。定的吸水率，通常认为水分只填充部分孔隙。道路桥梁工程系道路桥梁工程系影响吸水性的因素：影响吸水性的因素：a a、孔隙特征、孔隙率、孔隙特征、孔隙率 b b、岩石的酸碱性、岩石的酸碱性 c c、矿物成分组织构造、矿物成分组织构造饱水率饱水率 吸水率吸水率 吸水率、饱和吸水率能有效地反映岩石微裂隙的发育吸水率、饱和吸水率能有效地反映岩石微裂隙的发育程度，可用来判断岩石的抗冻性和抗风化等性能。程度，可用来判断岩石的抗冻性和抗风化等性能。道路桥梁工程系道路桥梁工程系3 3）抗冻性）抗冻性定义：岩石在定义：岩石在吸水饱和吸水饱和的状态下，抵抗多次冻结和融的状态下，抵抗多次冻结和融 化作用而不发生显著破坏，同时也不严重降低化作用而不发生显著破坏，同时也不严重降低 强度的性能。强度的性能。指标：指标：抗冻标号抗冻标号（测定经过冻（测定经过冻（测定经过冻（测定经过冻(-15,4h)(-15,4h)(-15,4h)(-15,4h)、融、融、融、融(205(205(205(205,4h),4h),4h),4h)循环，质量损失不超过循环，质量损失不超过循环，质量损失不超过循环，质量损失不超过5%5%5%5%，抗压强度不超过，抗压强度不超过，抗压强度不超过，抗压强度不超过25%25%25%25%的次数。）的次数。）的次数。）的次数。）测定方法：直接冻融法测定方法：直接冻融法抗冻标号越大，抗冻性越好抗冻标号越大，抗冻性越好道路桥梁工程系道路桥梁工程系 若无条件进行冻融实验，可采用坚固性简易快速若无条件进行冻融实验，可采用坚固性简易快速测定法：测定法：将烘干并已称量过的规则试件，浸入饱和的硫酸将烘干并已称量过的规则试件，浸入饱和的硫酸钠溶液中经钠溶液中经20h20h，取出置于，取出置于105105 55的烘箱中烘的烘箱中烘4h4h。然后取出冷却至室温，作为一个循环。如此重复若干然后取出冷却至室温，作为一个循环。如此重复若干个循环。最后用蒸馏水沸煮洗净，烘干称量，计算质个循环。最后用蒸馏水沸煮洗净，烘干称量，计算质量损失百分率。量损失百分率。道路桥梁工程系道路桥梁工程系2.2.力学性质力学性质抗压强度抗压强度磨耗性磨耗性1 1）单轴抗压强度：（无侧限抗压强度）单轴抗压强度：（无侧限抗压强度）定义：按我国现行公路工程岩石试验规程规定的标准试定义：按我国现行公路工程岩石试验规程规定的标准试 件经件经吸水饱和吸水饱和后，单轴受压并按规定的加载条件下，后，单轴受压并按规定的加载条件下，达到极限破坏时，单位承压面积上所承受的荷载。达到极限破坏时，单位承压面积上所承受的荷载。道路桥梁工程系道路桥梁工程系道路桥梁工程系道路桥梁工程系压力机道路桥梁工程系道路桥梁工程系影响岩石抗压强度的主要因素：影响岩石抗压强度的主要因素：岩石的组成结构岩石的组成结构 矿物组成矿物组成 岩石的结构和构造岩石的结构和构造 裂隙的分布裂隙的分布试验条件试验条件 试件尺寸和形状试件尺寸和形状 加载速度（加载速度（0.5-1.0MPa/S 0.5-1.0MPa/S）试验温度和湿度（饱和水状态）试验温度和湿度（饱和水状态）用于评定岩石强度、划分石料等级用于评定岩石强度、划分石料等级道路桥梁工程系道路桥梁工程系定义：岩石抵抗撞击、边缘剪力和摩擦等联合作用的性定义：岩石抵抗撞击、边缘剪力和摩擦等联合作用的性 能，以磨耗率表示。能，以磨耗率表示。试验方法：试验方法：洛杉矶式洛杉矶式 （搁板式）（搁板式）狄法尔式（双筒式）狄法尔式（双筒式）2 2）磨耗性）磨耗性道路桥梁工程系道路桥梁工程系洛杉矾式磨耗机洛杉矾式磨耗机道路桥梁工程系道路桥梁工程系 试验时将规定质量且有一定级配的试样和一定质量试验时将规定质量且有一定级配的试样和一定质量的钢球置于试验机内，磨耗鼓以的钢球置于试验机内，磨耗鼓以30-33r/min30-33r/min的速度旋转，的速度旋转，至达到要求次数后停止，将试样取出，用至达到要求次数后停止，将试样取出，用1.7mm1.7mm方孔筛筛方孔筛筛去石屑，将留在筛上的试样洗净烘干并称其质量。去石屑，将留在筛上的试样洗净烘干并称其质量。石料磨耗率计算公式为：石料磨耗率计算公式为：道路桥梁工程系道路桥梁工程系 依据石料的抗压强度的高低和磨耗率的大依据石料的抗压强度的高低和磨耗率的大小将路用石料的技术分级：分小将路用石料的技术分级：分4 4级级级级最坚硬的岩石最坚硬的岩石级级坚硬的岩石坚硬的岩石级级中等坚硬的岩石中等坚硬的岩石级级较软的岩石较软的岩石道路桥梁工程系道路桥梁工程系酸性石料酸性石料 中性石料中性石料碱性石料碱性石料 S Si iO O2 2 6565花岗岩、石英岩花岗岩、石英岩52S52Si iO O2 26565闪长岩、辉绿岩闪长岩、辉绿岩S Si iO O2 2 5252石灰岩、玄武岩石灰岩、玄武岩3.3.化学性质：化学性质：道路桥梁工程系道路桥梁工程系三、集料的技术性质三、集料的技术性质集料：在混合料中起骨架或填充作用的粒料。集料：在混合料中起骨架或填充作用的粒料。工程上以工程上以粒径粒径的大小为界，通常将集料分粗集料及细集料：的大小为界，通常将集料分粗集料及细集料：细集料：指天然砂细集料：指天然砂（河砂、山砂和海砂）、（河砂、山砂和海砂）、人工砂及石屑人工砂及石屑粗集料：指碎石、卵石等。粗集料：指碎石、卵石等。在沥青混合料中，以在沥青混合料中，以2.36mm2.36mm为界，在水泥混凝土中以为界，在水泥混凝土中以4.75mm4.75mm为界。为界。道路桥梁工程系道路桥梁工程系块石卵石碎石砂子道路桥梁工程系道路桥梁工程系（一）物理性质（一）物理性质物理常数物理常数 集料的级配集料的级配颗粒形状和表面特征颗粒形状和表面特征含泥量和泥块含量含泥量和泥块含量1.1.物理常数物理常数密度密度1.1.表观密度、毛体积密度。毛体积密度与岩石相应密度在表观密度、毛体积密度。毛体积密度与岩石相应密度在 概念上相同，仅在实际的密度测定方法上有所区别。概念上相同，仅在实际的密度测定方法上有所区别。2.2.表干密度：又称作表干密度：又称作饱和面干毛体积密度饱和面干毛体积密度 3.3.堆积密度：由颗粒排列的松紧程度不同堆积密度：由颗粒排列的松紧程度不同粗集料的粗集料的可分为可分为自自然堆积密度、振实密度和捣实密度然堆积密度、振实密度和捣实密度 道路桥梁工程系道路桥梁工程系集料的质量与体积的关系见图所示：集料的质量与体积的关系见图所示：道路桥梁工程系道路桥梁工程系（1 1）表观密度（又称视密度）表观密度（又称视密度）在规定条件下，单位表观体积的质量。在规定条件下，单位表观体积的质量。表观体积是指包括集料矿质实体和闭口孔隙的体积。表观体积是指包括集料矿质实体和闭口孔隙的体积。孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量或体积。因此，材料的表观密度与其内部构成状态及含水状或体积。因此，材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关。态有关。测定方法：测定方法：粗集料粗集料：采用：采用网篮法网篮法。细集料细集料：采用：采用容量瓶法容量瓶法。道路桥梁工程系道路桥梁工程系（2 2）毛体积密度）毛体积密度 在规定条件下，单位毛体积的质量。在规定条件下，单位毛体积的质量。毛体积是指包括集料矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙的体积。毛体积是指包括集料矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙的体积。（3 3）堆积密度）堆积密度 单位体积物质颗粒的质量。单位体积物质颗粒的质量。单位体积包括集料矿质实体、闭口孔隙、开口孔隙及颗粒间空隙的单位体积包括集料矿质实体、闭口孔隙、开口孔隙及颗粒间空隙的体积。体积。道路桥梁工程系道路桥梁工程系细集料细集料的堆积密度测定的堆积密度测定道路桥梁工程系道路桥梁工程系空隙率空隙率 集料颗粒之间空隙体积集料颗粒之间空隙体积(含开口孔隙含开口孔隙)占集料总体积的百分率。占集料总体积的百分率。空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。据。道路桥梁工程系道路桥梁工程系 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。配合比设计的重要组成部分。2.2.级配级配集料的级配一般是通过集料的级配一般是通过筛分试验筛分试验确定的确定的对水泥混凝土用集料一般可对水泥混凝土用集料一般可采用采用干筛法干筛法筛分试验，对沥青混筛分试验，对沥青混合料及基层用集料必须采用合料及基层用集料必须采用水洗水洗法筛分试验。法筛分试验。采用标准套筛对集料进采用标准套筛对集料进行过筛分析，以确定集料粗行过筛分析，以确定集料粗细颗粒的分布即级配就是所细颗粒的分布即级配就是所谓谓筛分试验。筛分试验。道路桥梁工程系道路桥梁工程系通过筛分试验，求得集料试样的级配参数。通过筛分试验，求得集料试样的级配参数。（1 1）粗集料筛分试验标准及取样量）粗集料筛分试验标准及取样量道路桥梁工程系道路桥梁工程系（2 2）细集料筛分试验标准及取样量）细集料筛分试验标准及取样量标准筛标准筛:4.75 2.36 1.18 :4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075mm0.6 0.3 0.15 0.075mm (方孔方孔)标准筛标准筛道路桥梁工程系道路桥梁工程系筛分三个参数：筛分三个参数：分计筛余百分率：各号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率。分计筛余百分率：各号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率。累计筛余百分率：该号筛及大于该号筛的各号筛的分计筛余百分率之和。累计筛余百分率：该号筛及大于该号筛的各号筛的分计筛余百分率之和。通过百分率：通过百分率：100100减去该号筛的累积筛余百分率。减去该号筛的累积筛余百分率。道路桥梁工程系道路桥梁工程系粗度粗度粗度粗度:评价砂粗细程度的一种指标。评价砂粗细程度的一种指标。表示方法：细度模数（细度模量）表示方法：细度模数（细度模量）（精确至（精确至0.010.01）砂的粗度分类砂的粗度分类 =3.7-3.1 =3.7-3.1为粗砂为粗砂 =3.0-2.3 =3.0-2.3为中砂为中砂 =2.2-1.6 =2.2-1.6为细砂为细砂道路桥梁工程系道路桥梁工程系从某工地取回砂样，经烘干后称取从某工地取回砂样，经烘干后称取500g500g，进行筛分试验，进行筛分试验，筛分结果如下表：筛分结果如下表：计算：（计算：（1 1）该砂样的分计筛余百分率）该砂样的分计筛余百分率a ai i、累计筛余百分率、累计筛余百分率A Ai i和和通过量百分率通过量百分率P Pi i？（2 2）计算细度模数，确定砂的类型？）计算细度模数，确定砂的类型？道路桥梁工程系道路桥梁工程系 集料的形状和表面特征将影响集料颗粒间的内摩阻力、集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。料颗粒与结合料粘结性及吸附性等方面。1.1.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。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。针状颗粒的定义针状颗粒的定义：最大长度大于最大长度大于2.42.4倍的平均粒径的颗粒。倍的平均粒径的颗粒。片状颗粒的定义片状颗粒的定义：最大厚度小于：最大厚度小于0.40.4倍的平均粒径倍的平均粒径的颗的颗测定方法：针片状规准仪、游标卡尺法测定方法：针片状规准仪、游标卡尺法2.2.集料表面特征指集料的集料表面特征指集料的粗糙程度和孔隙特征粗糙程度和孔隙特征。表面粗糙的集。表面粗糙的集 料颗粒有较显著的摩阻力，同时也会影响集料的施工和易料颗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。结合料的粘结能力较强。3.3.集料的颗粒形状与表面特征集料的颗粒形状与表面特征道路桥梁工程系道路桥梁工程系5.5.5.5.粗集料的坚固性粗集料的坚固性粗集料的坚固性粗集料的坚固性:用饱和用饱和用饱和用饱和NaNaNaNa2 2 2 2SOSOSOSO4 4 4 4溶液干湿循环溶液干湿循环溶液干湿循环溶液干湿循环5 5 5 5次后，测定试样质量损失。次后，测定试样质量损失。次后，测定试样质量损失。次后，测定试样质量损失。用质量损失百分率计算坚固性（即安定性）。用质量损失百分率计算坚固性（即安定性）。用质量损失百分率计算坚固性（即安定性）。用质量损失百分率计算坚固性（即安定性）。道路桥梁工程系道路桥梁工程系（二）粗集料的力学性质（二）粗集料的力学性质压碎值压碎值道瑞磨耗值道瑞磨耗值道瑞磨耗值道瑞磨耗值磨光值磨光值磨光值磨光值冲击值冲击值冲击值冲击值（1 1）粗集料压碎值：集料在连续增加的荷载下抵抗压碎的）粗集料压碎值：集料在连续增加的荷载下抵抗压碎的能力，也是集料强度的相对指标，用以鉴定集料品质。用来能力，也是集料强度的相对指标，用以鉴定集料品质。用来评价公路路面和基层用集料的相对强度。评价公路路面和基层用集料的相对强度。道路桥梁工程系道路桥梁工程系试验方法：取粒径约试验方法：取粒径约试验方法：取粒径约试验方法：取粒径约9.5mm13.2mm9.5mm13.2mm9.5mm13.2mm9.5mm13.2mm的集料试样的集料试样的集料试样的集料试样3kg3kg3kg3kg，装入压碎值测定仪的金属筒内，放在压力机上，于装入压碎值测定仪的金属筒内，放在压力机上，于装入压碎值测定仪的金属筒内，放在压力机上，于装入压碎值测定仪的金属筒内，放在压力机上，于10min10min10min10min加荷至加荷至加荷至加荷至400kN400kN400kN400kN，稳压，稳压，稳压，稳压5s5s5s5s然后卸载，称其通过然后卸载，称其通过然后卸载，称其通过然后卸载，称其通过2.36mm2.36mm2.36mm2.36mm的筛余质量的百分率。的筛余质量的百分率。的筛余质量的百分率。的筛余质量的百分率。道路桥梁工程系道路桥梁工程系压碎值测定仪压碎值测定仪道路桥梁工程系道路桥梁工程系磨光值（磨光值（PSVPSV）反映集料抵抗轮胎磨光作用能力的指标，它是采用加反映集料抵抗轮胎磨光作用能力的指标，它是采用加速磨光机磨光集料，并用摆式摩擦系数测定仪测得的磨光速磨光机磨光集料，并用摆式摩擦系数测定仪测得的磨光后集料的摩擦系数。该值越大，集料的抗磨光性能越好。后集料的摩擦系数。该值越大，集料的抗磨光性能越好。用高磨光值的岩石来铺筑道路路面表层，可以提高路用高磨光值的岩石来铺筑道路路面表层，可以提高路表抗滑能力，保障车辆安全行驶。表抗滑能力，保障车辆安全行驶。要求：一级公路、高速公路要求：一级公路、高速公路 PSV PSV 4242 其它公路其它公路 PSV PSV 3535道路桥梁工程系道路桥梁工程系 冲击值（冲击值（AIVAIV）反映集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能，可采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。用冲击试验仪测定。粗集料冲击值愈小，表示抗冲击能力愈好。粗集料冲击值愈小，表示抗冲击能力愈好。式中：式中：AIVAIV集料冲击值集料冲击值(%)(%)m m1 1冲击破碎后通过冲击破碎后通过2.36mm2.36mm筛孔的质量筛孔的质量 m m试样总质量试样总质量道路桥梁工程系道路桥梁工程系 磨耗值（磨耗值（AAVAAV）确定集料抵抗表面磨损的能力，适用于对路面抗滑表层确定集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能力的评定。所用集料抵抗车轮磨耗能力的评定。采用道瑞磨耗试验机来测定集料磨耗值（采用道瑞磨耗试验机来测定集料磨耗值（AAVAAV）。）。集料磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差。集料磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差。高速公路、一级公路抗滑层用集料的高速公路、一级公路抗滑层用集料的AAVAAV应不大于应不大于1414。s s集料表干密度集料表干密度(g/cm(g/cm3 3）道路桥梁工程系道路桥梁工程系 第二节 矿质混合料的组成设计道路桥梁工程系道路桥梁工程系第二节 矿质混合料的组成设计道路桥梁工程系道路桥梁工程系 教学目标 知识教学点 掌握级配范围的确定 掌握级配范围曲线的绘制 掌握试算法、图解法的计算 能力教学点 能进行级配范围曲线的绘制 试算法、图解法的计算过程 道路桥梁工程系道路桥梁工程系di/mmPi%道路桥梁工程系道路桥梁工程系 一、一、矿质混合料的级配理论矿质混合料的级配理论 1.1.最大密度曲线理论（富勒理论）最大密度曲线理论（富勒理论）观点：观点：矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则 其密度愈大。其密度愈大。理想最大密度理想最大密度级配曲线级配曲线 当矿质混合料的当矿质混合料的级配曲线为抛物线时，级配曲线为抛物线时，具有最大密实度。具有最大密实度。道路桥梁工程系道路桥梁工程系最大密度级配曲线公式：最大密度级配曲线公式：可用矿料颗粒粒径（可用矿料颗粒粒径（d d）与通过量（）与通过量（p p）表示）表示 。式中：式中：d d 矿质混合料各级颗粒粒径，矿质混合料各级颗粒粒径，mmmm；p p 各级颗粒粒径集料的通过量，各级颗粒粒径集料的通过量，%；k k 常数。常数。道路桥梁工程系道路桥梁工程系2.2.最大密度曲线最大密度曲线n n幂公式（泰波理论）幂公式（泰波理论）观点：观点：最大密度曲线是一种理论的级配曲线，实际上，最大密度曲线是一种理论的级配曲线，实际上，级配曲线应该有一定的波动范围。级配曲线应该有一定的波动范围。式中：式中：n n 实验指数。实验指数。实际研究认为：实际研究认为：在沥青混合料中应用，当在沥青混合料中应用，当n=0.45n=0.45时密度最大；时密度最大；在水泥混凝土中应用，当在水泥混凝土中应用，当n=0.25n=0.250.450.45时工作性较好。时工作性较好。通常使用的矿质混合料的级配范围：通常使用的矿质混合料的级配范围：n=0.3n=0.30.60.6 公式：公式：道路桥梁工程系道路桥梁工程系图中：图中：n=0.5n=0.5为最佳级配曲为最佳级配曲线线n=0.30.6n=0.30.6为允许为允许 波动范围波动范围道路桥梁工程系道路桥梁工程系二、级配曲线范围的绘制必须采用半对数坐标即横坐标用对数坐标（解释原因）建立对数坐标的方法：1、先求出各颗粒粒径的对数2、求出各颗粒粒径间的对数间距，并计算出各颗粒对数间距的总和道路桥梁工程系道路桥梁工程系3、求出间距系数K4、选定横坐标长度，各颗粒间距5、计算出各颗粒粒径在横坐标上的位置6、确定横坐标，以Pi为纵横坐标，即为对数坐标7、建立好坐标后，画级配范围道路桥梁工程系道路桥梁工程系 三、三、矿质混合料的组成设计方法矿质混合料的组成设计方法 目前主要设计方法有：目前主要设计方法有：试算法试算法与与图解法图解法两大类。两大类。1.1.数解法数解法 最常用的数解法有最常用的数解法有试算法试算法 试算法适用于试算法适用于2 23 3种矿料组配，正规方程法可用种矿料组配，正规方程法可用 于多种矿料组成，所得结果准确，但计算较为繁杂，于多种矿料组成，所得结果准确，但计算较为繁杂，不如图解法简便。不如图解法简便。道路桥梁工程系道路桥梁工程系（1 1）试算法）试算法 1 1）按题意作按题意作两点假设两点假设：设设A A、B B、C C三种集料在混合料三种集料在混合料M M中的用量比例分别中的用量比例分别 为为X X、Y Y、Z Z，则，则 又设混合料又设混合料M M中某一级粒径（中某一级粒径（i i）要求的含量为）要求的含量为 M M（i i），A A、B B、C C三种集料中该粒径的含量分别三种集料中该粒径的含量分别 为为a aA(i)A(i)、a aB(i)B(i)、a aC(i)C(i)。则：。则：道路桥梁工程系道路桥梁工程系 2 2）计算步骤）计算步骤 计算计算A A集料在矿质混合料中的用量比例集料在矿质混合料中的用量比例 首先，找出首先，找出A A集料占优势含量的某一粒径，如集料占优势含量的某一粒径，如 粒径（粒径（i i），而忽略），而忽略B B、C C集料在此粒径的含量，即集料在此粒径的含量，即 B B集料和集料和C C集料该粒径的含量集料该粒径的含量a aB(i)B(i)=a=aC(i)C(i)=0=0。A A集料在混合料中的用量：集料在混合料中的用量：道路桥梁工程系道路桥梁工程系 计算计算C C集料在矿质混合料中的用量比例集料在矿质混合料中的用量比例 原理同前，设原理同前，设C C集料的优势粒径为集料的优势粒径为j j（mmmm），则），则 A A集料和集料和B B集料在该粒径的含量集料在该粒径的含量a aA(j)A(j)=a=aB(j)B(j)=0=0。C C集料在混合料中的用量：集料在混合料中的用量：计算计算B B集料在矿质混合料中的用量比例集料在矿质混合料中的用量比例 由前式得出由前式得出B B集料在矿质混合料中的用量：集料在矿质混合料中的用量：道路桥梁工程系道路桥梁工程系 矿质混合料组成设计算例(试算法）道路桥梁工程系道路桥梁工程系 矿质混合料配合组成设计校核道路桥梁工程系道路桥梁工程系 校核调整校核调整 按以上计算的配合比按以上计算的配合比计算合成级配计算合成级配，如不在要求，如不在要求 的级配范围内，应调整。重新计算和复核配合比，经的级配范围内，应调整。重新计算和复核配合比，经 几次调整，几次调整，直到符合要求为止直到符合要求为止。如经计算确实不能满足级配要求时，可掺加某些如经计算确实不能满足级配要求时，可掺加某些 单粒级集料，或调换其它原始集料。单粒级集料，或调换其它原始集料。道路桥梁工程系道路桥梁工程系 2.2.图解法图解法 （1 1）基本原理）基本原理 通常级配曲线图采用半对数坐标图绘制，所绘出通常级配曲线图采用半对数坐标图绘制，所绘出 的级配范围中值为一抛物线。的级配范围中值为一抛物线。图图解解法法中中，为为使使要要求求级级配配中中值值呈呈一一直直线线，采采用用纵纵坐坐标标的的通通过过量量（P Pi i）为算术坐标，而横坐标的粒径采为算术坐标，而横坐标的粒径采 用用(d/D)(d/D)n n表示，则绘出的级配曲线中值为直线。表示，则绘出的级配曲线中值为直线。如图：如图：道路桥梁工程系道路桥梁工程系半对数坐标半对数坐标主要用于主要用于 绘制级配曲线绘制级配曲线指数坐标指数坐标主要用于主要用于 图解设计图解设计道路桥梁工程系道路桥梁工程系 三、三、矿质混合料的组成设计方法矿质混合料的组成设计方法 目前主要设计方法有：目前主要设计方法有：试算法试算法与与图解法图解法两大类。两大类。1.1.试算法试算法 最常用的数解法有最常用的数解法有试算法试算法 试算法适用于试算法适用于2 23 3种矿料组配，正规方程法可用种矿料组配，正规方程法可用 于多种矿料组成，所得结果准确，但计算较为繁杂，于多种矿料组成，所得结果准确，但计算较为繁杂，不如图解法简便。不如图解法简便。道路桥梁工程系道路桥梁工程系 2.2.图解法图解法 （1 1）基本原理）基本原理 通常级配曲线图采用半对数坐标图绘制，所绘出通常级配曲线图采用半对数坐标图绘制，所绘出 的级配范围中值为一抛物线。的级配范围中值为一抛物线。图图解解法法中中，为为使使要要求求级级配配中中值值呈呈一一直直线线，采采用用纵纵坐坐标标的的通通过过量量（P Pi i）为算术坐标，而横坐标的粒径采为算术坐标，而横坐标的粒径采 用用(d/D)(d/D)n n表示，则绘出的级配曲线中值为直线。表示，则绘出的级配曲线中值为直线。如图：如图：道路桥梁工程系道路桥梁工程系（2 2）计算步骤）计算步骤1 1）绘制级配曲线坐标图）绘制级配曲线坐标图 横轴横轴10cm10cm，纵轴，纵轴15cm15cm，连接对角线，连接对角线 在在纵纵轴轴找找到到级级配配范范围围的的中中值值，过过中中值值做做水水平平线线与与对对角角线线有交点，向下做垂线，交点即为粒径有交点，向下做垂线，交点即为粒径2 2）确定各种集料用量）确定各种集料用量 两相邻级配曲线重叠，两相邻级配曲线重叠，平分横距平分横距；两相邻级配曲线相接，两相邻级配曲线相接，首尾相连首尾相连；两相邻级配曲线相离，两相邻级配曲线相离，平分纵距平分纵距。道路桥梁工程系道路桥梁工程系1001009090808070706060505040403030202010100 0Pi(%)didi（mmmm）989879795757454533332424171712126 616.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075ABCDA32%B44%C12%D12%A AAAB BBBC CCCM MR R级配中值线级配中值线N N道路桥梁工程系道路桥梁工程系 3 3）校核校核 按图解所得的各种集料用量，校核计算所得按图解所得的各种集料用量，校核计算所得 合成级配是否符合要求。如不能符合要求，即超合成级配是否符合要求。如不能符合要求，即超 出级配范围，应调整各集料的用量，再重新计算出级配范围，应调整各集料的用量，再重新计算 和复核配合比，经几次调整，和复核配合比，经几次调整，直到符合要求为止直到符合要求为止。道路桥梁工程系道路桥梁工程系试采用图解法设计某高速公路用细粒式沥青混凝土的矿质试采用图解法设计某高速公路用细粒式沥青混凝土的矿质混合料配合比。混合料配合比。1.1.原始资料原始资料（1 1）现有碎石、石屑、砂和矿粉四种矿质集料，筛分如下表：）现有碎石、石屑、砂和矿粉四种矿质集料，筛分如下表：材料名称材料名称筛孔尺寸筛孔尺寸/mm/mm16.O16.O 13.213.29.59.54.754.75 2.362.36 1.181.180.60.60.30.30.150.150.0750.075通过百分率通过百分率/%/%碎碎 石石10010094942626O OO OO OO OO OO OO O石石 屑屑100100100100100100808040401717O OOO OO O砂砂10010010010010010010010094949090767638381717O O矿矿 粉粉1001001001001001001001001001001001001001001001001001008383道路桥梁工程系道路桥梁工程系（2 2）确定矿质混合料的工程级配范围如下表：）确定矿质混合料的工程级配范围如下表：级配类型级配类型筛孔尺寸筛孔尺寸(方孔筛方孔筛)/mm)/mm16.O13.29.54.752.361.180.60.30.150.075细粒式沥青混细粒式沥青混凝土凝土(AC-13)(AC-13)1009510070884868365324411830122281648级配中值级配中值10098795745332417126道路桥梁工程系道路桥梁工程系 2.2.设计步骤设计步骤 （1 1）绘制级配曲线图，在纵坐标上按算术坐标绘出通过）绘制级配曲线图，在纵坐标上按算术坐标绘出通过 百分率百分率P Pi i，如下图。，如下图。（2 2）连对角线）连对角线OOOO作为级配范围通过率中值。在纵坐标作为级配范围通过率中值。在纵坐标 上找出各个筛孔通过率中值作水平线，通过与对角线上找出各个筛孔通过率中值作水平线，通过与对角线OOOO的的 交点作垂线，与横坐标的交点，即为相应筛孔。交点作垂线，与横坐标的交点，即为相应筛孔。（3 3）将碎石、石屑、砂和矿粉的级配曲线绘于图中。）将碎石、石屑、砂和矿粉的级配曲线绘于图中。（4 4）从碎石、石屑、砂和矿粉四条级配曲线依次分析，）从碎石、石屑、砂和矿粉四条级配曲线依次分析，均为重叠的位置关系。在其重叠部分分别作垂线均为重叠的位置关系。在其重叠部分分别作垂线AAAA、BBBB、CCCC与对角线与对角线OOOO依次相交于依次相交于M M、N N、R R；过；过M M、N N、R R 分别引水平线，可以确定分别引水平线，可以确定 碎石碎石:石屑石屑:砂砂:矿粉矿粉 =36%:31%:25%:8%=36%:31%:25%:8%。道路桥梁工程系道路桥梁工程系1001009090808070706060505040403030202010100 0Pi(%)didi（mmmm）989879795757454533332424171712126 616.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075碎石碎石石屑石屑砂砂矿粉矿粉碎石碎石36%石屑石屑31%砂砂25%矿粉矿粉8%A AAAB BBBC CCCM MN NR R级配中值线级配中值线道路桥梁工程系道路桥梁工程系 3.3.校核校核（1 1）计算得合成级配结果，并绘制合成级配曲线；）计算得合成级配结果，并绘制合成级配曲线；（2 2）调整配合比。）调整配合比。配合比调整原则：配合比调整原则：对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内 计算计算1 13 3组粗细不同的配合比，绘制设计级配曲线，分别组粗细不同的配合比，绘制设计级配曲线，分别 位于工程设计级配范围的上方、中值及下方。位于工程设计级配范围的上方、中值及下方。设计合成级配不得有太多的锯齿形交错，且在设计合成级配不得有太多的锯齿形交错，且在0.30.3 0.6mm0.6mm范围内不出现范围内不出现“鸵峰鸵峰”。当反复调整不能满意时，宜。当反复调整不能满意时，宜 更换材料设计。更换材料设计。道路桥梁工程系道路桥梁工程系材料名称材料名称筛孔尺寸筛孔尺寸/mm/mm16.O16.O 13.213.29.59.54.754.75 2.362.36 1.181.180.60.60.30.30.150.150.0750.075通过百分率通过百分率/%/%碎碎 石石 100%100%10010094942626O OO OO OO OO OO OO O石石 屑屑 100%100%1001001001001001008080404