公路集料講座

1、,毛菊良,道 路 與 機 場 工 程 系道路與交通工程教育部重點實驗室,公路工程試驗檢測技術(shù)培訓(xùn),同濟(jì)大學(xué),公路工程試驗檢測技術(shù)培訓(xùn),路基路面試驗檢測技術(shù),第五章 砂石材料試驗檢測技術(shù),第五章 砂石材料試驗檢測技術(shù),第一節(jié) 砂石材料基本概念第二節(jié) 石料的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第三節(jié) 石料試驗檢測第四節(jié) 集料的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第五節(jié) 粗集料試驗檢測第六節(jié)

2、 細(xì)集料試驗檢測第七節(jié) 礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計,第五章 砂石材料試驗檢測技術(shù),試驗規(guī)程,第一節(jié) 砂石材料基本概念,一.砂石材料分類 1.石料 (1)巖漿巖巖漿是地殼深處一種處于高溫、高壓下的硅酸鹽熔融體，在地殼發(fā)生變動或受到其它內(nèi)力作用下， 其就會沿著構(gòu)造薄弱帶上升，侵入地殼或噴出地面冷卻凝固后形成的巖石被稱為巖漿巖，又被稱為火成巖。 (2)沉積巖沉積巖是地表或接近地表的常溫、常壓條件下，先前存在的各種巖石

3、經(jīng)外力地質(zhì)作用風(fēng)化剝蝕成 松散的產(chǎn)物，并經(jīng)過搬運、沉積和壓實固結(jié)而形成的巖石，一般又被稱為水成巖。 (3)變質(zhì)巖地殼中的巖漿巖、沉積巖或原已生成的變質(zhì)巖，由于地殼運動和巖漿活動，使其在高溫、高壓及其它化學(xué)因素的作用下，使原巖的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造都發(fā)生了變化而形成新的巖石，稱為變質(zhì)巖。 2.集料 (1)形成過程分：卵石(礫石)、碎石 (2)粒徑大小分：粗集料、細(xì)集料 (3)化學(xué)成分分：酸性集料、堿性集料

4、,,,,第一節(jié) 砂石材料基本概念,玄武巖 Basalt,偉晶花崗巖 Pegmatite,安山巖 Andesite,石灰石 Limestone,第一節(jié) 砂石材料基本概念,石料酸堿性相對比較圖,第一節(jié) 砂石材料基本概念,,二.集料粒徑 1.粗、細(xì)集料分界 (1)水泥混凝土——4.75 mm (2)瀝青混凝土——2.36 mm (3)SMA混合料 2.集料最大粒徑 3.集料公稱最大粒徑,,2.3

5、6mm (Dmax≤9.5mm)4.75mm (Dmax≥13.2mm),第一節(jié) 砂石材料基本概念,三.標(biāo)準(zhǔn)篩,*公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F30-2003）中，粗、細(xì)集料技術(shù)要求用方孔篩表示。*公路工程集料試驗規(guī)程（JTG E42-2005）中，水泥混凝土用粗、細(xì)集料篩分試驗用方孔篩。*標(biāo)準(zhǔn)篩技術(shù)要求：GB6003-85,第二節(jié) 石料的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),一.石料的技術(shù)性質(zhì),,物理性質(zhì),力學(xué)性質(zhì),,物理常數(shù)

6、,吸水性,耐候性,,真密度（A）,毛體積密度（A）,孔隙率,,吸水率,飽水率,化學(xué)性質(zhì),,單軸抗壓強度（A）,磨耗性（A）,,抗凍性,堅固性,第二節(jié) 石料的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),一.石料的技術(shù)性質(zhì),1.真密度——在規(guī)定溫度條件下，單位真實體積（不包括閉口、開口體積）試樣的質(zhì)量。2.毛體積密度——在規(guī)定溫度條件下，單位毛體積（包括閉口、開口體積）試樣的質(zhì)量。3.孔隙率——孔隙體積/總毛體積4.吸水率——在規(guī)定溫度、自然大氣壓條件下

7、，最大吸水量/試樣干質(zhì)量5.飽水率——在規(guī)定溫度、一定真空氣壓條件下，最大吸水量/試樣干質(zhì)量6.抗凍性——試樣在飽和狀態(tài)下，抵抗反復(fù)凍融的性能，強度損失比（凍融系數(shù)）7.堅固性——試樣抵抗反復(fù)由硫酸鈉結(jié)晶膨脹造成破壞或強度降低的性能（質(zhì)量損失比）8.單軸抗壓強度——試件抵抗單軸壓力時保持自身不被破壞的極限應(yīng)力9.磨耗性——試樣抵抗撞擊、剪切、摩擦等綜合作用的性能（質(zhì)量百分率）10.酸堿性——（SiO2含量）,第二節(jié) 石料

8、的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),二.石料的技術(shù)要求,4類╳4等,第三節(jié) 石料試驗檢測,石料真密度試驗,公路工程巖石試驗規(guī)程（JTG E41-2005）密度試驗（比重瓶法） T0203-2005,公路工程石料試驗規(guī)程（JTJ 054-94）密度試驗（李氏比重瓶法）T0204-94,1.樣品破碎、磨細(xì)、研細(xì) ?0.25mm2.取約100g，烘干，冷卻至室溫3.裝有煤油的比重瓶保溫，讀數(shù)（0.05ml）4.瓶中裝樣品（總量控制、精度0

9、.001g）5.排氣、保溫、讀數(shù)6.計算、精度0.01g/cm3、評判（2次平行0.02g/cm3）,1.樣品破碎、磨細(xì)、研細(xì) ?0.315mm2.烘干，冷卻,四分法取15g(精度0.001g）3.瓶中裝樣品、加水至半4.排氣（水—煮或真空，煤油—真空）5.加液、保溫、稱重6.測全瓶液體同溫度的質(zhì)量7.計算、精度0.01g/cm3、評判（2次平行0.02g/cm3）,第三節(jié) 石料試驗檢測,石料毛體積密度試驗,公路工

10、程巖石試驗規(guī)程（JTG E41-2005）毛體積密度試驗（水中重法T0204-2005,公路工程石料試驗規(guī)程（JTJ 054-94）毛體積密度試驗（靜水稱重法）T0205-94,1.制樣品50mm方或圓，或不規(guī)則，3塊2.烘干、冷卻、稱重0.01g3.逐步浸水6h后，全浸48h4.稱水中質(zhì)量、飽水表干質(zhì)量5.計算、精度0.01g/cm36.規(guī)格試件也可用游標(biāo)卡尺量體積,1.樣品可規(guī)則或不規(guī)則，尺寸?巖石最大顆粒的10倍，質(zhì)

11、量≥150g，3塊2.烘干、冷卻、稱重0.01g3.試件水中飽和（煮沸法或抽真空法）4.稱水中質(zhì)量、飽水表干質(zhì)量5.計算、精度0.01g/cm36.量積法、水中重法、蠟封法,第三節(jié) 石料試驗檢測,石料飽水抗壓強度試驗,公路工程巖石試驗規(guī)程（JTG E41-2005）單軸抗壓強度試驗 T0221-2005,公路工程石料試驗規(guī)程（JTJ 054-94）單軸抗壓強度試驗T0213-94,1.制樣品50mm方或圓，6塊2.游

12、標(biāo)卡尺量尺寸，0.1mm，底算受壓面積3.三次浸水6h后，高20mm，全浸48h（也可用真空法）4.擦表水，查缺陷，壓至壞（0.5~1.0MPa/s）5.如6個中的2個與4個平均值差3倍以上，取4個平均值，1MPa6.層理顯著時，平行、垂直分別做再平均,1.樣品2.量尺寸，0.1mm，上下面算受壓面積3.試件水中飽和（煮沸法或抽真空法）4.擦表水，查缺陷，壓至壞（0.5~1.0MPa/s）5.列出單個和同組平均值,0.

13、1MPa6.層理顯著時，平行、垂直分別列出數(shù)據(jù),建筑地基：圓50mm,高徑比2：1，6個橋梁：立方體70mm，6個路面：圓或方，均為50mm，6個,,第三節(jié) 石料試驗檢測,洛杉磯磨耗試驗,公路工程集料試驗規(guī)程（JTG E42-2005）粗集料磨耗試驗（洛杉磯法）T0317-2005,公路工程集料試驗規(guī)程（JTJ 058-2000）粗集料磨耗試驗 T0317-2000,1.選規(guī)格料，洗凈烘干2.稱量合成，裝料、裝球、設(shè)

14、定轉(zhuǎn)速和次數(shù)、密封、開機3.水洗法測定通過規(guī)定篩孔顆粒含量4.計算，2次平行，誤差不大于2%,1.選規(guī)格料，洗凈烘干（水泥混凝土A類別）2.稱量合成，裝料、裝球、設(shè)定轉(zhuǎn)速和次數(shù)、密封、開機3.水洗法測定通過規(guī)定篩孔顆粒含量 （全部1.7mm方孔）4.計算，2次平行，誤差不大于2%,石料、水泥混凝土篩—2mm圓孔瀝青混合料、基層篩—1.7mm方孔,,第四節(jié) 集料的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),一.粗集料的技術(shù)性質(zhì),,,,,物理性

15、質(zhì),力學(xué)性質(zhì),物理常數(shù),表觀密度（視密度）（A）,毛體積密度（A）,堆積密度（A）,空隙率（A）,級配,堅固性,壓碎值（A）,磨光值（A）,沖擊值（A）,磨耗值（A）,第四節(jié) 集料的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),1.表觀密度（視密度）——單位體積（包括實體、閉口孔隙）試樣的干質(zhì)量。2.毛體積密度——單位體積（包括實體、閉口、開口孔隙所成輪廓線）試樣的干質(zhì)量。（另：飽和面干毛體積密度——表干密度）3.堆積密度——單位體積（包括實體、閉口、開口孔

16、隙、顆粒間孔隙）試樣的質(zhì)量。（包括：自然堆積、振實、搗實，試樣干質(zhì)量、濕質(zhì)量）4.空隙率——堆積時空隙體積占試樣總體積百分率5.級配——顆粒分級及搭配狀況（分計篩余、累計篩余、通過率）6.堅固性——試樣抵抗反復(fù)由硫酸鈉結(jié)晶膨脹造成破壞或強度降低的性能（質(zhì)量損失比）7.壓碎值——集料在逐漸增加荷載下抵抗壓碎的能力，小于規(guī)定粒徑顆粒質(zhì)量百分率8.磨光值——石料抵抗輪胎磨光作用的能力，測定摩擦系數(shù)9.沖擊值——石料抵抗沖擊荷載的能

17、力，小于規(guī)定粒徑顆粒質(zhì)量百分率10.磨耗性——石料抵抗磨耗作用的性能（洛杉磯法、道瑞法、狄法爾法）,一.粗集料的技術(shù)性質(zhì),第四節(jié) 集料的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),二.細(xì)集料的技術(shù)性質(zhì),,,物理常數(shù),表觀密度（視密度）（A）,堆積密度（A）,空隙率（A）,級配（A）,粗度（細(xì)度模數(shù)）（A）,第四節(jié) 集料的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),二.細(xì)集料的技術(shù)性質(zhì),1.表觀密度、堆積密度、空隙率——（同前）2.級配——顆粒粒級的分布狀況（分計篩余、累計篩余、通

18、過率）3.粗度——表征細(xì)集料的粗細(xì)程度，細(xì)度模數(shù)表示，分級,第四節(jié) 集料的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),三.集料的技術(shù)要求,1.粗集料按《建筑用卵石、碎石》（GB/T 14685—2001）分3級水泥砼路面用瀝青混合料用基層、底基層,2.細(xì)集料按《建筑用砂》（GB/T 14685—2001）分3級水泥砼路面用瀝青混合料用基層、底基層用,第五節(jié) 粗集料試驗檢測,粗集料取樣法,1.取樣方法,料堆皮帶運輸機車、船,,2.取樣

19、數(shù)量 （表）,第五節(jié) 粗集料試驗檢測,粗集料密度—表觀密度,,第五節(jié) 粗集料試驗檢測,粗集料密度—表觀密度,,ma: 集料烘干質(zhì)量 mf: 集料表干質(zhì)量 mw: 集料水中質(zhì)量 ρT: T℃時水的密度,質(zhì)量 體積,《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG E42 -2005） T0304-2005 （網(wǎng)藍(lán)法） T0308-2005 （容量瓶法）1.篩料、稱料

20、、洗料、浸料24h2.稱水中重（控溫、水面）3.擦表面水，稱表干重4.烘干，稱重5.平行試驗2次，精度：密度0.02、吸水率0.2%,,第五節(jié) 粗集料試驗檢測,粗集料密度—堆積密度及空隙率,《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG E42 -2005）T0309-2005,1.烘料2.自然堆積密度3.振實密度4.搗實密度5.筒標(biāo)定,裝料（筒口上50mm左右）調(diào)平、稱重m2,機械人工,（同上），振動臺振3mi

21、n調(diào)平、稱重m2,3層，25mm圓鋼，25來回，每次垂直滾轉(zhuǎn)、調(diào)平、稱重m2,3層，16mm鋼搗棒，邊向中25次刮平、調(diào)平、稱重m2,,,,,,(筒重m1、容積V、筒+水重mw),,第五節(jié) 粗集料試驗檢測,粗集料壓碎值試驗,《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG E42 -2005）T0316-2005 粗集料壓碎值試驗,1.風(fēng)干料，過篩9.5mm~13.2mm，約3000g，3份2.確定試樣質(zhì)量（3層裝金屬筒，每次表面搗

22、實25次）3.裝樣（ 3層裝試筒，每次表面搗實25次）4.加壓（10min內(nèi)到400kN，穩(wěn)壓5s，卸載）5.過2.36mm篩，稱細(xì)料重，1g6.計算，精確0.1%，3次平行試驗,第五節(jié) 粗集料試驗檢測,針片狀試驗—水泥砼用,顆粒最小厚度（或直徑）方向與最大長度（或?qū)挾龋┓较虺叽绫?1.風(fēng)干、分樣、篩分、稱重2.針狀顆粒挑選3.片狀顆粒挑選4.總量計算，精確0.1%,《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG E42 -2005

23、）T0311-2005 規(guī)準(zhǔn)儀法,第五節(jié) 粗集料試驗檢測,針片狀試驗,《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG E42 -2005）T0312-2005 游標(biāo)卡尺法,顆粒最大長度（或?qū)挾龋┓较蚺c最小厚度（或直徑）方向尺寸比?3倍,1.分樣，4.75mm過篩，稱量2.游標(biāo)卡尺量 最大/最小≥3部分3.平行2次試驗，差?平均20%，取平均，否則，加1次，取3次平均值,第五節(jié) 粗集料試驗檢測,抗沖擊試驗,《公路工程集料試驗

24、規(guī)程》（JTG E42 -2005）T0322-2005 粗集料沖擊值試驗,1.風(fēng)干，取9.5mm~13.2mm樣品，不少于1kg2.三層裝量筒，25次自由搗實，都在高50mm內(nèi)3.稱重，0.1g4.沖擊杯中裝料，搗實25次5.自由錘擊15次，（高380mm，重13.75kg,間隔大于1s）6.過篩2.36mm，總量不超1g7.計算，2次平行,第五節(jié) 粗集料試驗檢測,磨耗試驗—道瑞試驗,1.洗凈、干燥、取9.5m

25、m~13.2mm2.制作試件3.試塊稱重，0.1g4.稱試件、托盤、配重，2kg5.裝樣6.進(jìn)石英砂，磨100圈7.檢查，再磨4?100圈8.稱試件質(zhì)量9.計算，2平均或4平均,1.試模準(zhǔn)備2.排料(面下，大于24顆)3.吹砂（0.1~0.3mm砂，3/4高）4.固化5.養(yǎng)生（常溫24h）6.拆模、清理,,第五節(jié) 粗集料試驗檢測,磨光試驗,1.洗凈、干燥、除針片料、取9.5mm~13.2mm、洗干小

26、于0.3mm砂，預(yù)磨橡膠輪2.制作試件3.分組、編號、安裝4.粗砂磨光（C輪、30號金剛砂27g/min、水60ml/min、57600轉(zhuǎn)、1h2h暫停）5.細(xì)砂磨光（X輪、280號金剛砂3g/min、水60ml/min、57600轉(zhuǎn)、2h暫停）6.磨光值測定（洗凈，18~20℃水中2h）、讀數(shù)0.17.5次讀數(shù)（單塊最大最小不超3，4塊最大最小不超4.7 ，4塊標(biāo)準(zhǔn)46~52）8.計算，PSV=PSV試件+49-

27、PSV標(biāo)準(zhǔn),1.試模準(zhǔn)備2.排料(面下)6塊選4塊2組3.吹砂（小于0.3mm砂）4.固化5.養(yǎng)生（40℃下3h）6.冷卻后拆模、清理,,第六節(jié) 細(xì)集料試驗檢測,細(xì)集料篩分,1.干篩(500g,0.5g,前總量1%)——水泥砼2.水洗法（500g,0.5g,前總量1% ）——瀝青砼、基層、水泥砼3.計算（分計、累計、百分通過率）4.天然砂細(xì)度模數(shù)計算Mx=[(A0.15+A0.3+A0.6+A1.18+A2.

28、36)-5A4.75]/[100-A4.75]5.平行2次，Mx不大于0.2,第六節(jié) 細(xì)集料試驗檢測,細(xì)集料密度—表觀密度（容量瓶法）,1.干樣300g（m0），裝已含半瓶水（23± 1.7℃）的瓶中2.排氣泡，恒溫24h3.加水至刻度，稱重（m2）4.全裝同溫水至刻度，稱重（m1）5.計算，表觀相對密度：m0/(m0+m1-m2)6.平行2次，2次結(jié)果應(yīng)不大于0.01g/cm3,第六節(jié) 細(xì)集料試驗檢測,

29、細(xì)集料堆積密度及緊裝密度,1.堆積密度：（高度、裝砂、稱重）2.緊裝密度：（2次裝、10mm鋼筋、25次、交叉、稱重）3.計算（堆積0.001、緊裝0.001、空隙率0.1%）4.平行2次,第七節(jié) 礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計,級配類型和級配曲線 1.級配類型 2.級配曲線,二. 礦料的級配理論,三. 礦料的組成設(shè)計方法 1.試算法操作 2.圖解法操作,四. 礦料級配設(shè)計示 1.試算法 2.圖解法,第七節(jié) 礦質(zhì)混

30、合料的組成設(shè)計,級配類型和級配曲線 1.級配類型 2.級配曲線 （繪圖 Excel）,連續(xù)級配間斷級配連續(xù)開級配,第七節(jié) 礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計,二. 礦料的級配理論,1. N法 Px=100(d/D)n n=0.5 富勒曲線 一般 n=0.3~0.5 日本：n=0.35~0.45 美國：n=0.452. K法 Px=100(

31、1-(kx-1) / (kn-1)) n=3.32log(D/0.004) X=3.32log(D/dx) 同濟(jì)認(rèn)為：k=0.7~0.8 南方：k=0.7 北方：k=0.75 k>0.8 將出現(xiàn)車轍3. I法 Px=100i x X=3.32log(D/d)