道路工程材料砂石材.ppt

道路建筑材料,1. 砂石材料 2. 水泥 3. 水泥混凝土 4. 瀝青材料 5. 瀝青混合料 6. 無機結合料穩(wěn)定混合料,1. 砂石材料, 主要內容 砂石材料的技術性能 礦質混合料的級配 礦質混合料配合比設計方法 石料與集料在道路工程中的應用,1.1 砂石材料分類,按來源分類 天然砂石材料：卵石、礫石；砂（海砂、河砂、山砂等） 人工軋制的砂石料：塊料、碎石集料 工業(yè)冶金礦渣集料：鋼渣、高爐渣、煤渣、粉煤灰等 按成巖條件 巖漿巖地殼內部熔融巖漿上升冷卻而成，又稱火成巖 例如： 花崗巖（侵入巖）、安山巖、玄武巖（噴出巖） 沉積巖母巖經長期風化、搬運、沉積成巖作用而形成（水成巖石） 例如：石灰?guī)r、砂巖 變質巖巖漿巖或沉積巖經過地址變質作用而形成的巖石 例如：石灰?guī)r 大理巖，花崗巖 片麻巖,公路用石料的開采與加工,開采,礦山,軋制設備,篩選設備,振動喂料,鄂式粗破,反擊式細破,篩分,生產工藝,各種集料,1.2 砂石材料的技術性能 1.2.1石料的技術性質,1.2.1.1 物理性質（物理常數(shù)、吸水性、抗凍性） 1）物理常數(shù) 圖1-1 石料體積組成示意圖 密度： 真實密度 （真實體積vs 礦物實體體積） 表觀密度 （表觀體積vs vn 含閉口孔隙） 毛體積密度 (毛體積vs +vn+vi閉口與開口孔隙) 孔隙率：,圖1-1 石料體積組成示意圖,2）吸水性：材料吸入水分的能力 吸水率：常溫（202）、標準大氣壓（101.325kPa) 飽水率：常溫（202） 、真空抽氣（2.67 kPa） 最大吸水質量 吸水率（飽水率） 100 干燥試樣質量 3）抗凍性：石料在水飽和狀態(tài)下，能經受反復凍融而不破壞，并不嚴重降低強度的能力 直接凍融法（凍融循環(huán)試驗： -15冰凍4h 25融解4h） 若干次(15、25、50次) 質量損失 強度損失：強度降低不大于25，耐凍系數(shù)0.75 硫酸鈉堅固性法（Na2SO4結晶體積漲大） 將石料浸入飽和Na2SO4溶液20h，置于1055烘箱4h，循環(huán)5次,1.2.1.2 力學性質, 道路試件: 505050 mm立方體 50H50mm的圓柱體 圖1-2 石料抗壓強度試件 橋梁試件:200200200 mm立方體,1）抗壓強度,石料應具備一定的抗壓、抗彎、抗剪強度，以及抗沖擊、摩擦作用的能力。抗壓強度和磨耗率常用于評價石料等級。,單位面積上所能承受的最大荷載。,圖1-2 石料抗壓強度試件,影響石料抗壓強度的因素： 內因：材料的礦物成分 結構和孔隙構造 外因：試件尺寸 加荷速率 濕度等,2) 磨耗率, 洛杉磯法（擱板式）:試樣為5000g有級配的集料，并加入12個鋼球（48mm，約5000g）。轉速3033r/min，轉500轉 圖1-4 擱板式磨耗儀, 狄法爾法（雙筒式）: 50塊石料（5075mm），質量5000g左右，轉速3033r/min，轉10,000轉（5.55.0h） 圖1-3 雙筒式磨耗儀 磨耗率計算公式： 式中：m2試驗后2mm篩上烘干石料試樣質量； m1試驗前烘干石料試樣質量。,石料抵抗撞擊、剪切和摩擦綜合作用的能力。,圖1-3 雙筒式磨耗儀示意圖, 耗時長達5h以上 試件尺寸單一（5075mm），與路用實際情況不符合 石料間相互作用，不同性質石料的磨耗率相差不大,圖1-4 擱板式磨耗儀示意圖, 省時：15min左右 使石料受到更嚴峻的沖擊、 剪切、摩擦作用，石料級差大 試樣級配較符合路用狀況,1.2.1.1 物理性質 物理常數(shù)：密度、空隙率 吸水性：吸水率、飽水率 抗凍性 1.2.1.2 力學性質 抗壓強度：單位面積上所能承受的最大荷載 磨耗率：石料抵抗撞擊、剪切和摩擦綜合作用的能力,1.2.1石料的技術性質,1. 分類：按照成巖條件、風化程度等 巖漿巖類（火成巖） 石灰?guī)r類（沉積巖） 砂巖與片麻巖類（變質巖） 礫石巖（天然風化） 2. 分級指標：飽水抗壓強度和磨耗率 最堅強 堅強 中等堅強 較弱軟,1.3.2 石料的技術標準,1.2.2 集料的技術性質圖1-5 碎石集料 1.2.2.1 物理性質,1）物理常數(shù)圖1-6 集料的體積組成 密度：表觀密度、毛體積密度、裝填密度 裝填密度 堆積（松裝）密度集料按自由下落方式裝樣 圖1-7 細集料堆積密度試驗儀具示意圖 振實（緊裝）密度集料振搖方式裝樣 搗實密度集料振搖方式裝樣 空隙率VG：集料空隙體積占集料總體積的百分比 不含開口孔隙 含開口孔隙,顆粒之間的空間體積,圖1-5 碎石集料 不同粒徑、尺寸較小的石料顆粒的集合體,集料是由不同粒徑礦質顆粒組成的混合料，包括： 天然砂（小于4.75mm） 人工砂（機制砂，混和砂） 卵石（大于4.75mm） 碎石（巖石、卵石破碎） 工業(yè)礦渣（高爐礦渣、剛渣）,圖1-6 集料的體積組成,孔隙：礦物之間的空間Vn+Vi 空隙：集料顆粒之間的空間Vv,圖1-7 細集料堆積密度試驗儀具示意圖,2）級配：指集料中不同尺寸顆粒的比例 反映了粒徑大小不同的礦質顆粒的相互搭配情況 圖1-8 級配的幾種情況 篩析試驗圖1-9 套篩 圓孔篩(直徑)：40、20、10、5、2.5、1.25、0.63、0.3 方孔篩(邊長)：13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3 篩分試驗參數(shù) 分計篩余百分率ai：某號篩上的篩余質量占試樣總質量的百分率 累計篩余百分率Ai：等于或大于某號篩上篩余質量之和占總質量的百分率 通過百分率Pi：通過某號篩的集料質量占試件總質量的百分率 級配曲線的繪制圖1-10 級配曲線 制表和作圖要求,圖1-8 級配的幾種情況,圖1-9 套篩,級配曲線示意圖, 作圖：縱坐標為通過百分率P ()常數(shù)坐標 橫坐標為篩孔尺寸(mm) 注意：坐標單位 注明不同曲線意義 判斷集料級配是否符合要求,3）粗度細度模數(shù)評價砂（0.164.75mm）粗細程度，為篩分試驗中各號篩上累計篩余百分率之和，按下式計算：,細度模數(shù)越大，表示細集料越粗。 粗砂：Mf 3.73.1 中砂：Mf 3.02.3 細砂：Mf 2.21.6,細度模數(shù)取決于0.15mm2.26mm篩上累計篩余量之和，對于較粗顆粒含量比較敏感。無單位。沒有考慮小于0.15mm顆粒含量。不能全面反應細集料顆粒分布。, 顆粒形狀： 蛋圓形、棱角形、針狀、片狀，理想的形狀接近立方體。 針狀：長度大于其平均粒徑2.4倍的顆粒 片狀：厚度小于其平均粒徑0.4倍的顆粒 現(xiàn)行規(guī)范公路工程集料試驗規(guī)程JTJ 0582000定義集料針偏狀顆粒為顆粒最小厚度（或直徑）與最大長度（或寬度）方向的尺寸比小于1：3的顆粒。 表面特征： 是指集料表面的粗糙程度及孔隙特征等，與集料的材質、巖石的結構、礦物組成以及受到沖刷、腐蝕程度有關。集料表面特征影響集料與結合料的粘結性能，從而影響混合料的強度，尤其是抗折強度。,4）集料的顆粒形狀與表面特征,1）壓碎值：石料抵抗壓碎的能力 壓碎指標值（適用于水泥混凝土用集料） 圖1-11 壓碎值測試儀具尺寸圖 壓碎值（瀝青混合料用集料） 圖1-12 壓碎值測試儀 式中：m0試驗前風干試件的質量 m1試驗后2.36mm篩上集料質量,1.2.2.2 粗集料力學性質,壓碎值是集料強度的相對指標，用以鑒定集料的品質。,壓碎值測試儀具,1020mm集料分二層夯實，在35min加荷至 Pmax=200kN，恒壓5s后，脫膜后過2.5mm篩,（適用于水泥混凝土用集料）,壓碎值測試儀具,將13.216mm碎石分三層夯實，在010min加壓至400kN，立即卸載，過2.36mm篩,（適用瀝青混合料用集料）,內徑：150mm 高度：125mm,2) 磨光值：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力 圖1-13磨光值 3) 磨耗值：石料抵抗磨擦、剪切的能力 圖1-15道瑞 Dorry（英國）磨耗儀 式中：m1磨耗前的試件質量（g） m2磨耗后的試件質量（g） t集料的飽和面干密度 4）沖擊值：石料抵抗多次連續(xù)的重復沖擊荷載的能力(Lashed Stone Value) 圖1-16 沖擊值儀 式中：m0沖擊前試樣質量； m1沖擊后粒徑小于2.36mm集料試樣質量,磨光機,試件（金剛砂30號和280號），經6h磨光后，用擺式儀測摩擦系數(shù)，與標準試件比較，用PSV表示（Polished Stone value) 集料的磨光值。,將1015mm石料單層緊密排列試模中，用環(huán)氧樹脂砂漿固定（4個試件）。,磨光值試件,擺式儀及其基本構造,道瑞 Dorry（英國）磨耗儀,將1015mm石料單層緊密排列試模中，用環(huán)氧樹脂砂漿固定（石料不少于24個）。旋轉500轉，同時灑石英砂.,沖擊值儀,1015mm集料，1kg分三次夯實。 沖擊錘（13.75kg）至3805mm處自由落下，重復15次。 將受沖擊后的集料過篩（2.36mm），稱重。,交通部公路瀝青路面施工技術規(guī)范,粗集料主要技術標準,1.4 礦質混合料的組成設計,1.4.1 礦質混合料的級配理論 級配研究意義： 探討級配對集料性能密度和內摩阻力的影響 最小空隙率：達到最大密實度 最大摩阻力：增加集料的穩(wěn)定性和強度； 互相嵌緊、互不干涉，形成緊密多級的 空間網(wǎng)絡骨架結構。,1.4.1.1 級配曲線類型 圖1-17 級配類型示意圖,1）連續(xù)級配：級配曲線光滑，每一種尺寸的集料都有 2）間斷級配：剔除一個或幾個分級，曲線形成折線形 3）單粒徑：只有一種規(guī)格,級配類型示意圖,1.4.1.2典型的級配理論連續(xù)級配,1）最大密度曲線富勒理論 p2=kd 當d=D時，p=1001002=kD 式中：d欲計算通過百分率的粒徑 D混合料最大粒徑 2）級配范圍曲線泰波公式（最大密度曲線n冪公式） 式中：n級配指數(shù),圖1-18 級配范圍曲線,n=0.450.5，密實度最大 n=0.30.7，密實度尚可 n=0.350.45，工作性較好（工藝性能）,1.4.2 礦質混合料的組成設計 目的：確定礦質混合料中各檔集料的比例 已知條件： 各檔集料級配；設計級配范圍,1.4.2.1 數(shù)解法試算法 需要根據(jù)集料的分計篩余進行計算 1）基本假定 某一粒徑的顆粒由一種集料提供，其它集料中不含此粒徑的顆粒 該粒徑的顆粒在該集料中是占優(yōu)勢的,2）計算過程 已知：集料A、B、C 準備工作：PiAiai ;, 計算方程： XYZ100 (1) d=i時： X .aA(i) + Y .aB(i) +Z .aC(i) aM(i) (2), 確定各集料用量 步驟： 計算A集料在礦質混合料中的用量X 確定A集料中占優(yōu)勢含量的粒徑：由表 A集料中含量占優(yōu)勢粒徑 i=4.75mm: aA(4.75) =49.9% 忽略其它集料在此粒徑含量 aB(i) =0、aC(i) =0，代入式（1） A集料用量X為：,步驟： 計算C集料在礦質混合料中的用量Z,確定C料中占優(yōu)勢的粒徑由表 C集料中含量占優(yōu)勢粒徑為: j0.075mm aZ(0.075mm) =85.3% 忽略A、C集料同一粒徑含量: aA(j) =0、aB(j) =0 C料用量Z為： 步驟： 計算B集料在礦質混合料中的用量Y 由公式(2) ：Y100(XZ）100(42.17.0）50.9%, 校核調整 計算合成礦質混合料的通過百分率PM(i) 合成級配 X .PA(i) + Y .PB(i) +Z .PC(i)PM(i) 要求： 合成級配aM(i) 或PM(i) 應在規(guī)定的級配范圍內 調整配合比后還應重新進行校核，直至符合要求為止 經調整后仍不能滿足級配要求時，可摻加單粒級集料或調換集料,所選擇的粒徑應在該集料中占有較大的優(yōu)勢,1.4.2.2 圖解法修正平衡面積法 按通過百分率計算并制圖,1）繪制圖解法坐標圖 計算設計級配范圍中值見表 繪制圖框并作對角線（為設計級配中值） 確定縱坐標： 通過百分率（）算術坐標 確定橫坐標：根據(jù)設計級配中值，Pd，確定篩孔尺寸位置 將各種集料的級配（通過量）繪在圖中見圖 2）確定各集料的用量作圖原則 3）合成級配的校核與調整 計算合成級配：Pm(i)= Pj(i)Xj 調整：合成級配曲線應盡可能光滑 靠近級配范圍中值線,圖1-20 圖解法用圖,相疊等分縱距：兩相鄰級配曲線頭尾重疊a=a 相接重線連分；兩相鄰級配曲線頭尾相離 相離等分平距：兩相鄰級配曲線頭尾相分b=b,第1章 復習題,石料與集料的主要物理常數(shù)的定義 石料與集料的主要力學性能評價指標及其意義 石料技術等級的評價方法 集料級配的定義、測定方法、表示方法、研究意義、級配類型及其異同點、級配計算公式與級配指數(shù)的意義 礦質混合料的配合比設計方法,實驗課安排,1. 實驗課內容 粗集料壓碎值（演示） 細集料篩分析、表觀密度和堆積密度 2. 試驗時間 2006.3.24（周五）上午 8:109：40 第一大組（學號為單號） 先作粗集料試驗 第二大組（學號為雙號） 先作細集料試驗 4. 地點：交通運輸學院一樓實驗室（橋梁館對面） 3. 試驗報告要求 目的意義 試驗數(shù)據(jù) 試驗結果分析,標準篩（Standard Test Sieves）,瀝青混合料：方孔 16mm，13.2mm，9.5mm，4.75mm，2.36mm，1.18mm，0.6mm,水泥混凝土：小于2.5mm方孔，等于和大于2.5mm圓孔 20mm，16mm，10mm，5mm，2.5mm，1.25mm，0.63mm,謝謝！再見！,階瞰勵嶺懂擋擔據(jù)撿激濃燭瞳璐磯磷績聯(lián)膠膛臨舉蓮蔗蔣講遞輾鍍鍛鍾鍵隆隊駿黛點澤灃