道路建筑材料-第一章

1、道路建筑材料道路建筑材料武漢理工大學(xué)出版社武漢理工大學(xué)出版社 翟曉靜翟曉靜 趙毅趙毅 主編主編陜西電子科技職業(yè)學(xué)院陜西電子科技職業(yè)學(xué)院主講：王玉寶TelE-mail:第一章第一章 砂石材料砂石材料1.1 砂石材料的技術(shù)性質(zhì)與檢砂石材料的技術(shù)性質(zhì)與檢測測 1.2 礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計 本章主要學(xué)習(xí)要點：本章主要學(xué)習(xí)要點：1.巖石的主要技術(shù)性質(zhì)及其評價指標(biāo)；2.集料的基本概念；3.路用集料的主要技術(shù)性質(zhì)及其評價指標(biāo)；4.集料在道路施工中常用的試驗檢測技術(shù)；5.礦質(zhì)混合料的級配理論和組成設(shè)計方法。1.1 砂石材料的技術(shù)性質(zhì)與檢驗一、一、巖石的技術(shù)性質(zhì)與檢

2、驗巖石的技術(shù)性質(zhì)巖石的技術(shù)性質(zhì) 物理性質(zhì)物理性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)物理常數(shù)物理常數(shù)單軸抗壓強(qiáng)度單軸抗壓強(qiáng)度抗凍性抗凍性磨耗性磨耗性吸水性吸水性堅固性堅固性砂石材料砂石材料包括天然巖石、人工軋制的集料以及工業(yè)冶金礦渣等，是道路與橋梁建筑中用量最大的一種建筑材料。用作道路與橋梁建筑的砂石材料都應(yīng)具備一定的技術(shù)性質(zhì)，以適應(yīng)不同工況的需求。（一）物理性質(zhì)（一）物理性質(zhì) 巖石的物理常數(shù)是巖石礦物組成結(jié)構(gòu)狀態(tài)的反映，它與巖石巖石的物理常數(shù)是巖石礦物組成結(jié)構(gòu)狀態(tài)的反映，它與巖石的技術(shù)性質(zhì)有著密切的關(guān)系。巖石可由各種礦物形成不同排列的的技術(shù)性質(zhì)有著密切的關(guān)系。巖石可由各種礦物形成不同排列的各種結(jié)

3、構(gòu)，巖石的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)主要是由礦質(zhì)實體和孔隙所組成各種結(jié)構(gòu)，巖石的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)主要是由礦質(zhì)實體和孔隙所組成，如圖，如圖1-1(a)所示。圖所示。圖1-1(b)給出了各部分質(zhì)量與體積的關(guān)系示意給出了各部分質(zhì)量與體積的關(guān)系示意圖。圖。(a) 巖石組成結(jié)構(gòu)外觀示意圖(b) 巖石結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與體積關(guān)系示意圖圖 1-1 巖石組成結(jié)構(gòu)示意圖1、物理常數(shù)、物理常數(shù)(1)真實密度 真實密度是巖石在規(guī)定條件(105110)下烘干(時間一般為6h12h)至恒重(干燥器中冷卻至202稱量，前后兩次稱量質(zhì)量差小于0.3毫克)，烘干巖石礦質(zhì)實體單位體積(不包括開口與閉口孔隙)的質(zhì)量。用 表示。tssstVMVm 不包括孔

4、隙（開、閉）不包括孔隙（開、閉） 測量方法：密度瓶法。測量方法：密度瓶法。 體積測定：石料磨粉體積測定：石料磨粉 巖石的真實密度(g/cm3) 巖石礦質(zhì)實體的質(zhì)量(g) 巖石礦質(zhì)實體的體積(cm3) 巖石的質(zhì)量(g)tsVsmM(2)毛體積密度 毛體積密度是巖石在規(guī)定條件下，單位毛體積(包括礦質(zhì)實體和孔隙的體積)的質(zhì)量。用 表示。VMVVVminssb根據(jù)含水狀態(tài)，毛體積密度分為干密度、飽和密度和天然密度。根據(jù)含水狀態(tài)，毛體積密度分為干密度、飽和密度和天然密度。包括孔隙（開、閉）包括孔隙（開、閉） 測量方法：流體靜力稱衡法、蠟封法測量方法：流體靜力稱衡法、蠟封法 體積測定：排開水的體積體積測定

5、：排開水的體積 巖石的毛體積密度(g/cm3) 巖石閉口孔隙的體積(cm3) 巖石開口孔隙的體積(cm3) 巖石的體積(cm3)biVnVVb(3)孔隙率 巖石的孔隙率是指巖石孔隙體積占巖石總體積的百分率，用 n 表示。%1000VVVVVnin 巖石的孔隙率(%) 巖石的孔隙體積(cm3)n0V%100)1 (tbn思考問題：思考問題：孔隙率和空隙率不同點？孔隙率和空隙率不同點？ 是否孔隙率大吸水率就大？（構(gòu)造有關(guān)）是否孔隙率大吸水率就大？（構(gòu)造有關(guān)） 石料的吸水性是石料在規(guī)定的條件下吸水的能力。采用吸水率石料的吸水性是石料在規(guī)定的條件下吸水的能力。采用吸水率和飽和吸水率兩項指標(biāo)來表征石料的

6、吸水性。和飽和吸水率兩項指標(biāo)來表征石料的吸水性。 在規(guī)定條件下(室內(nèi)常溫202和大氣壓條件下，自由吸水48h)，巖石試樣最大的吸水質(zhì)量與烘干巖石試件質(zhì)量之比，以百分率表示。吸水率公式wa巖石吸水率( % ) m烘至恒重時的試件質(zhì)量( g )%1001mmma m1吸水至恒重時的試件質(zhì)量( g )2、吸水性、吸水性(1)吸水率巖石吸水率采用自由吸水法測定。巖石吸水率采用自由吸水法測定。 巖石的飽和吸水率又稱為飽水率，是指在強(qiáng)制條件(在室溫202和真空抽氣抽至真空度為殘壓2.67 Kpa，吸水4h)下，巖石試樣最大吸水的質(zhì)量與烘干石料試件質(zhì)量之比，以百分率表示。采用真空抽氣法和煮沸法測定。飽和吸水

7、率公式wsa巖石飽和吸水率( % ) m烘至恒重時的試件質(zhì)量( g )%1002mmmsa m2試件經(jīng)強(qiáng)制飽和后的質(zhì)量( g ) 飽和吸水率大于吸水率飽和吸水率大于吸水率（吸水率、飽和吸水率能有效（吸水率、飽和吸水率能有效地反映巖石微裂隙的發(fā)育程度，可用來判斷巖石的抗凍性地反映巖石微裂隙的發(fā)育程度，可用來判斷巖石的抗凍性和抗風(fēng)化等性能）和抗風(fēng)化等性能）(2)飽和吸水率 巖石抗凍性是指巖石在吸水飽和狀態(tài)下，經(jīng)受規(guī)定次數(shù)的凍巖石抗凍性是指巖石在吸水飽和狀態(tài)下，經(jīng)受規(guī)定次數(shù)的凍融循環(huán)后抵抗破壞的能力。融循環(huán)后抵抗破壞的能力。3、抗凍性、抗凍性 我國現(xiàn)行抗凍性的試驗方法是采用我國現(xiàn)行抗凍性的試驗方法是

8、采用直接凍融法直接凍融法。該方法是將石料。該方法是將石料加工為規(guī)則的塊狀試樣，在常溫條件下（加工為規(guī)則的塊狀試樣，在常溫條件下（202055），采用逐漸浸），采用逐漸浸水的方法，使開口孔隙吸飽水分，然后置于負(fù)溫（通常采用水的方法，使開口孔隙吸飽水分，然后置于負(fù)溫（通常采用-15-15）的冰箱中凍結(jié)的冰箱中凍結(jié)4h4h，最后在常溫（，最后在常溫（202055）的水中融解）的水中融解4h4h，如此為一，如此為一凍融循環(huán)。經(jīng)過凍融循環(huán)。經(jīng)過1010、1515、2525或或5050次循環(huán)后，（次循環(huán)后，（D15D15、D20D20為巖石的抗凍為巖石的抗凍標(biāo)號，其中標(biāo)號，其中1515、2020表示的是凍

9、融循環(huán)次數(shù)）觀察其外觀破壞情況并加表示的是凍融循環(huán)次數(shù)）觀察其外觀破壞情況并加以記錄。將凍融試驗后的試件烘干至恒重，稱其質(zhì)量，然后測定其抗以記錄。將凍融試驗后的試件烘干至恒重，稱其質(zhì)量，然后測定其抗壓強(qiáng)度，并計算巖石的凍融質(zhì)量損失率和凍融系數(shù)來表征其抗凍性。壓強(qiáng)度，并計算巖石的凍融質(zhì)量損失率和凍融系數(shù)來表征其抗凍性。%100sfsmmmLsffRRK 試驗前烘干試件的質(zhì)量(g) 試驗后烘干試件的質(zhì)量(g) 未經(jīng)凍融試驗試件的飽水抗壓強(qiáng)度 凍融后試件的飽水抗壓強(qiáng)度smsRfmfR 巖石堅固性是評定巖石試樣經(jīng)飽和硫酸鈉溶液多次浸泡與烘巖石堅固性是評定巖石試樣經(jīng)飽和硫酸鈉溶液多次浸泡與烘干循環(huán)后，不

10、發(fā)生顯著破壞或強(qiáng)度降低的性質(zhì)。干循環(huán)后，不發(fā)生顯著破壞或強(qiáng)度降低的性質(zhì)。4、堅固性、堅固性試驗時將烘干巖石試件置入飽和硫酸鈉溶液中浸泡20 h后，將試件取出置于1055 的烘箱中烘烤4h，至此完成第一個循環(huán)。待試樣冷卻至室溫(2025)，即開始第2個循環(huán)。從第2個循環(huán)開始，浸泡和烘烤時間均為4h。完成5個循環(huán)后，仔細(xì)觀察試件有無破損現(xiàn)象，將試件洗凈烘至恒重稱其質(zhì)量，計算堅固性試驗質(zhì)量損失率。%100121mmmQ 質(zhì)量損失率(%) 試驗前烘干試件的質(zhì)量(g) 試驗后烘干試件的質(zhì)量(g)Q2m1mAPR （二）力學(xué)性質(zhì)（二）力學(xué)性質(zhì) 道路與橋梁工程結(jié)構(gòu)物中使用的巖石，除受上述物理性質(zhì)影道路與橋梁

11、工程結(jié)構(gòu)物中使用的巖石，除受上述物理性質(zhì)影響外，還受到外力的壓作用，應(yīng)具備一定的力學(xué)性質(zhì)，如抗磨光響外，還受到外力的壓作用，應(yīng)具備一定的力學(xué)性質(zhì)，如抗磨光、抗沖擊和抗磨耗等力學(xué)性能。下面主要介紹單軸抗強(qiáng)度和磨耗、抗沖擊和抗磨耗等力學(xué)性能。下面主要介紹單軸抗強(qiáng)度和磨耗性的確定方法。性的確定方法。1、單軸抗壓強(qiáng)度、單軸抗壓強(qiáng)度 單軸抗壓強(qiáng)度是指巖石試件抵抗單軸壓力時保持自身不被破壞的極限應(yīng)力。巖石的抗壓強(qiáng)度是巖石強(qiáng)度分級和巖性描述的主要依據(jù)。巖石的抗壓強(qiáng)度是巖石強(qiáng)度分級和巖性描述的主要依據(jù)。將巖石制備成標(biāo)準(zhǔn)試件(建筑地基用巖石制備成直徑為50mm2mm，高徑比為2：1的圓柱體試件；橋梁工程用巖石制

12、備成邊長為70mm土2mm的立方體試件；路面工程用巖石制備成邊長為50mm2mm的立方體試件或直徑和高均為50mm2mm的圓柱體試件)，經(jīng)吸水飽和后，單軸受壓并按規(guī)定的加載條件下，達(dá)到極限破壞時單位面積承受的荷載。2、磨耗性、磨耗性 磨耗性是巖石抵抗摩擦、邊緣剪切力以及撞擊等聯(lián)合作用的能力，以磨耗率表示。試驗采用洛杉磯磨耗試驗機(jī)。%100121mmmQ 洛杉磯磨耗率(%) 裝入圓筒中的試樣質(zhì)量(g) 試驗后留在1.7mm篩上的質(zhì)量(g)Q2m1m（三）化學(xué)性質(zhì)（三）化學(xué)性質(zhì) 早年的研究認(rèn)為礦質(zhì)集料是一種惰性材料，它在混合料（各早年的研究認(rèn)為礦質(zhì)集料是一種惰性材料，它在混合料（各種水泥混凝土或瀝

13、青混合料）中只起著物理作用。隨著科學(xué)發(fā)展種水泥混凝土或瀝青混合料）中只起著物理作用。隨著科學(xué)發(fā)展，科學(xué)家們根據(jù)物理一力學(xué)的研究，認(rèn)為礦質(zhì)集料在混合料中與，科學(xué)家們根據(jù)物理一力學(xué)的研究，認(rèn)為礦質(zhì)集料在混合料中與結(jié)合料起著物理一化學(xué)作用。巖石的化學(xué)性質(zhì)將影響著混合料的結(jié)合料起著物理一化學(xué)作用。巖石的化學(xué)性質(zhì)將影響著混合料的物理一力學(xué)性質(zhì)。物理一力學(xué)性質(zhì)。 根據(jù)試驗研究的結(jié)果，按根據(jù)試驗研究的結(jié)果，按SiO2的含量多少將巖石劃分為酸性的含量多少將巖石劃分為酸性、中性及堿性。、中性及堿性?？肆_斯分類法克羅斯分類法酸性巖石（大于65%）中性巖石（52%65%）堿性巖石（小于52%）二、二、集料的技術(shù)性質(zhì)

14、與檢驗集料集料集料是指在混合料中起骨架或填充作用的粒料，包括巖石天然風(fēng)化而成的礫石(卵石)和砂等，以及由巖石經(jīng)人工軋制的各種尺寸的碎石、機(jī)制砂、石屑等。 。（一）粗集料的技術(shù)性質(zhì)與檢驗（一）粗集料的技術(shù)性質(zhì)與檢驗1、物理性質(zhì)、物理性質(zhì)物理性質(zhì)物理性質(zhì)物理常數(shù)物理常數(shù)堅固性堅固性級配級配針片狀顆粒含量針片狀顆粒含量圖 1-2 粗集料的組成結(jié)構(gòu)示意圖 在計算粗集料的物理常數(shù)時，不僅要考慮粗集料顆粒中的孔隙，還要考慮顆粒間的空隙。(1)物理常數(shù)表觀密度 粗集料的表觀密度(簡稱視密度)是在規(guī)定條件(1055烘干至恒重)下，單位表觀體積(包括集料礦質(zhì)實體和閉口孔隙的體積)的質(zhì)量。asnssaVmVVm毛

15、體積密度bsinssbVmVVVm粗集料表觀密度和毛體積密度可以采用容量瓶法、網(wǎng)籃法進(jìn)行測定粗集料表觀密度和毛體積密度可以采用容量瓶法、網(wǎng)籃法進(jìn)行測定 粗集料的毛體積密度是在規(guī)定條件下，單位毛體積(包括礦質(zhì)實體、閉口孔隙和開口孔隙)的質(zhì)量。 表干密度s堆積密度 粗集料的堆積密度是單位體積(包括礦質(zhì)實體、閉口孔隙和開口孔隙及顆粒間空隙)顆粒物質(zhì)的質(zhì)量。VmVVVVmvinss空隙率 根據(jù)集料的堆積狀態(tài)，粗集料的堆積密度可分為自然堆積密根據(jù)集料的堆積狀態(tài)，粗集料的堆積密度可分為自然堆積密度、振實堆積密度和搗實堆積密度。度、振實堆積密度和搗實堆積密度。 空隙率是指粗集料顆粒之間的空隙體積占粗集料總體

16、積的百分率。計算公式為：%100)1 (an(2)級配 粗集料中各組成顆粒的分級和搭配稱為級配，級配是通過篩分試驗確定的。 篩分試驗就是將集料經(jīng)過一系列篩孔尺寸的標(biāo)準(zhǔn)方孔篩，測出各個篩上的篩余量，根據(jù)集料試樣的質(zhì)量與存留在各篩孔上的集料質(zhì)量，就可求得一系列與集料級配有關(guān)的參數(shù)分計篩余百分率；累計篩余百分率；通過百分率。 對水泥混凝土用粗集料可采用干篩法篩分試驗，對瀝青混合料及基層用粗集料必須采用水洗法篩分試驗。 粗集料篩分試驗中采用的標(biāo)準(zhǔn)套篩尺寸范圍及試樣質(zhì)量與細(xì)集料篩分試驗有所不同，但級配參數(shù)的計算方法與細(xì)集料相同。 標(biāo)準(zhǔn)篩為方孔篩，篩孔孔徑為70mm、63mm、53mm、37.5mm、31

17、.5mm、26.5mm、19mm、16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm。(3)堅固性 對已軋制成的碎石或天然卵石亦可采用規(guī)定級配的各粒組集料，按現(xiàn)行試驗規(guī)程公路工程集料試驗規(guī)程(JTG E422005)選取規(guī)定數(shù)量，分別裝在金屬網(wǎng)籃浸入飽和硫酸鈉溶液中進(jìn)行干濕循環(huán)試驗。經(jīng)5次循環(huán)后，觀察其表面破壞情況，并用質(zhì)量損失百分率來計算其堅固性（也稱安定性）。(4)針片狀顆粒含量 形狀接近于立方體的各種粒徑的粗集料組成的礦質(zhì)混合料，經(jīng)過碾壓或擊實穩(wěn)定后，粗集料之間相互嵌擠、鎖結(jié)作用顯著，礦質(zhì)混合料能夠獲得較大的

18、抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。粗集料中細(xì)長的針狀顆粒與片狀顆粒對礦質(zhì)混合料抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度是不利的，應(yīng)限制其含量。mmQe1水泥混凝土用粗集料：規(guī)準(zhǔn)儀法測試瀝青混合料用粗集料：游標(biāo)卡尺法2、力學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì) 粗集料力學(xué)性質(zhì)主要指標(biāo)是壓碎值和磨耗值；其次是抗滑表粗集料力學(xué)性質(zhì)主要指標(biāo)是壓碎值和磨耗值；其次是抗滑表層用集料的力學(xué)指標(biāo)，即磨光值、道瑞磨耗值和沖擊值。層用集料的力學(xué)指標(biāo)，即磨光值、道瑞磨耗值和沖擊值。 粗集料壓碎值是集料在逐漸增加的荷載下，抵抗壓碎的能力。它作為衡量集料強(qiáng)度的一個指標(biāo)，用以評價其在公路工程中的適用性。 試驗方法：將9.5-13.2mm集料試樣3Kg裝入壓碎值測定儀的鋼制圓筒內(nèi)

19、，放在壓力機(jī)上，在10min左右時間內(nèi)均勻的加荷載至400KN，穩(wěn)壓5s，立即卸載，稱其通過2.36mm的篩余質(zhì)量。按下式計算集料的壓碎值。(1)壓碎值%10001mmQa(2)磨光值(PSV) 集料磨光值是反映集料抵抗輪胎磨光作用能力的指標(biāo)，是利用加速磨光機(jī)磨光集料并以擺式摩擦系數(shù)測定儀測得的磨光后集料的摩擦系數(shù)值來確定。 集料磨光值愈高，表示其抗滑性愈好。(3)沖擊值(AIV) 沖擊值是反映集料抵抗多次連續(xù)重復(fù)沖擊荷載作用的性能，可采用沖擊試驗儀測定。(4)道瑞磨耗值(AAV) 集料道瑞磨耗值用于評定抗滑表層的集料抵抗車輪撞擊及磨耗的能力。集料磨耗值愈高，表示其耐磨性愈差。smmAAV)(

20、321%1002mmAIV集料表干密度（二）細(xì)集料的技術(shù)性質(zhì)與檢驗（二）細(xì)集料的技術(shù)性質(zhì)與檢驗1、物理常數(shù)、物理常數(shù)(同粗集料同粗集料)與粗集料不同點：粒徑小、 量少、干凈(含泥量、雜質(zhì)量、有機(jī)質(zhì))2、級配、級配 級配是集料各級粒徑顆粒的分級搭配情況，砂的級配可通過篩分試驗確定。對水泥混凝土用細(xì)集料可采用干篩法，如果需要也可采用水洗法篩分；對瀝青混合料及基層用細(xì)集料必須用水洗法篩分。標(biāo)準(zhǔn)篩為方孔篩，篩孔孔徑為標(biāo)準(zhǔn)篩為方孔篩，篩孔孔徑為“9.5mm” ：4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm。級配分析的目的：提高密實（耐久性好）細(xì)集料砂細(xì)集

21、料砂天然砂天然砂人工砂人工砂物理常數(shù)物理常數(shù)粗度粗度顆粒級配顆粒級配級配參數(shù)：(1)分計篩余百分率100iiimam(2)累計篩余百分率12.iiAaaa(3)通過百分率某號篩上的篩余質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分率。某號篩的分計篩余百分率與大于該號篩的各篩的分計篩余百分率之和。通過某號篩的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分率，即為100%減去該號篩的累積篩余百分率。Pi =100%一Ai%3、粗度、粗度 粗度是評價砂粗細(xì)程度的一種指標(biāo)，通常用細(xì)度模數(shù)表示。細(xì)度模數(shù)亦稱細(xì)度模量，可按下式計算，準(zhǔn)確至0.01。 細(xì)度模數(shù)愈大，表示細(xì)集料愈粗。我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)建筑用砂(GBT146842001)規(guī)定砂的粗度按細(xì)度模數(shù)

22、可分為下列三級： Mx=3.73.1為粗砂 Mx=3.02.3為中砂 Mx=2.21.6為細(xì)砂0.150.30.61.182.364.754.75()5100 xAAAAAAMA細(xì)度模數(shù)分析的目的：控制抗折強(qiáng)度、節(jié)約水泥 細(xì)度模數(shù)雖然能表示砂的粗細(xì)程度，但不能完全反映出砂的顆粒級配情況，因為相同細(xì)度模數(shù)的砂可以有不同的顆粒級配。因此，要全面表征砂的顆粒性質(zhì)，必須同時使用細(xì)度模數(shù)和顆粒級配兩個指標(biāo)。三、冶金礦渣集料的技術(shù)性質(zhì)(一一)礦渣的化學(xué)成分和礦物成分礦渣的化學(xué)成分和礦物成分 冶金礦渣是在冶金生產(chǎn)過程中由礦石、燃料及助溶劑中易熔硅酸鹽化合而成的副產(chǎn)品。冶金礦渣分為黑色金屬冶金礦渣與有色金屬冶

23、金礦渣兩大類。黑色金屬冶金礦渣又分為高爐重礦渣和鋼渣兩類。這些冶金礦渣從熔爐排出后，在空氣中自然冷卻，形成堅硬的材料，是一種很好的路用人工礦渣集料。它可作為基層材料，又可作為修筑水泥混凝土或瀝青混凝土路面的集料。 礦渣化學(xué)成分隨礦物成分、燃燒、助熔劑及熔化金屬的化學(xué)成分的不同而異，大部分礦渣成分中基本上包含著SiO2、A12O3、CaO，并混有MgO、FeO、MnO等。 根據(jù)化學(xué)成分采用堿度（或酸度）作為礦渣分類基礎(chǔ)，堿度是礦渣中堿性氧化物之和與酸性氧化物之和的比值，通常用模量來表示。 堿性礦渣： 酸性礦渣： 中性礦渣： 且 其中mi分別為礦渣中礦物成分的含量。 礦渣中常見的礦物成分有：黃長石

24、、輝石、橄欖石及少量的硫化物。在氧化鈣含量最高的重礦渣中，還含有一定的硅酸二鈣。2231CaOMgObcSiOAl OmmMmm2321CaOMgOAl OacSiOmmmMm1bcM1acM MgO、CaO、FeO和MnO屬于堿性氧化物，SiO2、P2O3和TiO2等是酸性氧化物。硫化物FeS、MnS是礦渣的中性成分。A12O3是具有兩面性的氧化物，遇堿時它起弱酸作用，而遇酸則起弱堿作用。礦渣的酸性和堿性可用下列模量表示：(二二) 礦渣的物理、力學(xué)性質(zhì)礦渣的物理、力學(xué)性質(zhì) 礦渣的相對密度與其礦物成分有關(guān)礦渣的相對密度與其礦物成分有關(guān)。礦渣的相對密度一般較巖石為大，大約在2.973.32之間。

25、礦渣堆積密度約為1900kg/m3以上。礦渣的耐凍性（或堅固性）通常均能符合路用要求。 礦渣的力學(xué)強(qiáng)度一般均較高，其強(qiáng)度與孔隙率有關(guān)礦渣的力學(xué)強(qiáng)度一般均較高，其強(qiáng)度與孔隙率有關(guān)，通常極限抗壓強(qiáng)度在50MPa以上，高者可達(dá)150MPa，相當(dāng)于石灰至花崗巖的強(qiáng)度。其他性能，如壓碎值、磨光值和磨耗值等均能符合筑路石材的要求。因此，冶金礦渣只要穩(wěn)定性合格，其力學(xué)性能均能滿足路用要求。穩(wěn)定的冶金礦渣集料可以應(yīng)用于各種路面基層和面層，對新料源的礦渣必須通過試驗試用，積累使用經(jīng)驗后，才能逐步推廣使用。1.2 礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計一、一、巖石的技術(shù)性質(zhì)與檢驗 道路與橋梁用砂石材料，大多數(shù)是以礦質(zhì)混合料的形式與

26、各種結(jié)合料(如水泥或瀝青等)組成水泥混凝土或瀝青混合料使用。欲使水泥混凝土和瀝青混合料具備優(yōu)良的路用性能，除各種礦質(zhì)集料的技術(shù)性質(zhì)應(yīng)符合技術(shù)要求外，礦質(zhì)混合料還必須滿足最小空隙率和最大摩擦力的基本要求。(1)最小空隙率。最小空隙率。 不同粒徑的各級礦質(zhì)集料按一定比例搭配，使其組成一種具有最大密實度（即最小空隙率）的礦質(zhì)混合料。(2)最大摩擦力。最大摩擦力。 各級礦質(zhì)集料在進(jìn)行比例搭配時，應(yīng)使各級集料緊密排列，形成一個多級空間骨架結(jié)構(gòu)，且具有最大的摩擦力。礦質(zhì)混合料的礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計組成設(shè)計 級配級配組成設(shè)計組成設(shè)計級配類型級配類型試算法試算法級配曲線范圍的繪制級配曲線范圍的繪制圖解法圖解法

27、級配理論級配理論連續(xù)級配連續(xù)級配間斷級配間斷級配富勒理論富勒理論泰波理論泰波理論1.2 礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(一一) 級配類型級配類型 各種不同粒徑的集料，按照一定比例搭配起來，以達(dá)到最大各種不同粒徑的集料，按照一定比例搭配起來，以達(dá)到最大密實度和最大摩擦力的要求，可以采用兩類級配類型。密實度和最大摩擦力的要求，可以采用兩類級配類型。1、連續(xù)級配、連續(xù)級配一、一、礦質(zhì)混合料的級配 連續(xù)級配是采用標(biāo)準(zhǔn)套篩對某一混合料進(jìn)行篩分試驗，所得級配曲線平順圓滑，具有連續(xù)性。這種顆粒由大到小、逐級粒徑均有，按比例互相搭配組成的礦質(zhì)混合料稱為連續(xù)級配混合料。2、間斷級配、間斷級配 間斷級配是在礦質(zhì)混合料中剔除

28、其一個或幾個分級而形成一種不連續(xù)的混合料，這種混合料稱為間斷級配混合料。圖 1-3 連續(xù)級配和間斷級配曲線(二二) 級配理論級配理論1、富勒、富勒(W.B.Fuller)理論理論 富勒理論也稱為最大密度曲線理論，是富勒根據(jù)試驗提出一種理想級配，認(rèn)為：“礦質(zhì)混合料的級配曲線愈接近拋物線時，則其密度愈大”。因此，當(dāng)級配曲線為拋物線時即為最大密度曲線。圖 1-4 理想最大密度級配曲線2、泰波、泰波(A.N.Talbal)理論理論 泰波認(rèn)為富勒曲線是一種理想曲線，實際礦料的級配應(yīng)允許有一定得波動范圍，故將富勒最大密度曲線改為n次冪的通式，即： P=100(d/D)n lgP=2+nlgd-nlgD根據(jù)

29、試驗認(rèn)為n=0.30.6時，礦質(zhì)混合料具有較好的實密度。泰波理論可用來解決連續(xù)級配的級配范圍問題。圖 1-5 泰波級配曲線范圍圖(三三) 級配曲線范圍的繪制級配曲線范圍的繪制 理論級配曲線：以級配理論公式計算出的通過百分率(%)為縱標(biāo)，以粒徑(mm)為橫坐標(biāo)繪制而成的曲線。 級配曲線范圍：由于礦料在軋制過程中的不均勻性，以及混合料配制時的誤差等，所配制的混合料必須在一定的范圍內(nèi)波動。在級配曲線圖中為兩個指數(shù)之間所包括的范圍即為級配范圍，通常用加繪陰影表示。 在繪制級配曲線時，若為常坐標(biāo)，級配曲線明顯造成前密后疏，不便繪制和查閱，所以一般采用半對數(shù)坐標(biāo)進(jìn)行繪制。即：以k顆粒粒徑的對數(shù)坐標(biāo)為橫坐標(biāo)

30、，以通過率常坐標(biāo)為縱坐標(biāo)所繪制的坐標(biāo)網(wǎng)。建立半對數(shù)坐標(biāo)的一般方法如下：1、先計算出各顆粒粒徑的對數(shù)lgdi2、求出各顆粒粒徑間的對數(shù)間距，即lgdi-lgdi-1(精確到0.01)，并計算出各顆粒粒徑對數(shù)間距的總和，即(lgdi-lgdi-1)3、按下式求出各顆粒粒徑的間距系數(shù)K。應(yīng)校核顆粒間距系數(shù)總和，調(diào)整使K=1.004、選定橫坐標(biāo)長度L，各顆粒粒徑間距l(xiāng)i=KL5、計算出各顆粒粒徑在橫坐標(biāo)上的位置(即距原點的距離)6、根據(jù)各顆粒粒徑在橫坐標(biāo)上的位置確定橫坐標(biāo)，以通過百分率為縱坐標(biāo)，即為半對數(shù)坐標(biāo)。建立好坐標(biāo)網(wǎng)后,將按泰波實驗指數(shù)(n1和n2)計算所得的各顆粒粒徑(di)的通過百分率(pi

31、)繪于坐標(biāo)圖上，再將各點連接為光滑的曲線，兩條級配曲線之間所包括的范圍通常用陰影部分表示，即為級配曲線范圍。11lglglglgiiiiddddK例例1-2 已知礦質(zhì)混合料最大粒徑為40mm，試用最大密度曲線公式計算其最大密度曲線的各級粒徑的通過百分率；并按n=0.30.7計算級配范圍的各級粒徑的通過百分率。(提示：粒徑尺寸按1/2遞減) 解：(1)按n次冪公式二、二、礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計 天然的或人工軋制的單一集料的級配一般很難完全符合某一合適級配范圍的要求，因此，必須采用幾種集料按照一定比例進(jìn)行搭配才能達(dá)到級配范圍的要求，這就需要對礦質(zhì)混合料進(jìn)行配合組成設(shè)計。 確定礦質(zhì)混合料配合比的方法很

32、多，但一般主要采用試算法試算法和圖解法和圖解法。 不管采用哪種方法，首先必須具備兩項已知條件： (1)各種組成集料的篩分結(jié)果；各種組成集料的篩分結(jié)果； (2)按技術(shù)規(guī)范要求按技術(shù)規(guī)范要求(或理論級配確定或理論級配確定)的礦質(zhì)混合料的級配的礦質(zhì)混合料的級配范圍。范圍。(一一) 試算法試算法1、基本原理、基本原理 試算法適用于23種礦料組成的混合料，是最簡單的一種方法。此方法的基本原理是：現(xiàn)有幾種礦質(zhì)集料，欲配制成某一種符合一定級配要求的礦質(zhì)混合料，當(dāng)決定各組成集料在混合料中的比例時，先假定混合料中某種粒徑的顆粒是由某一種對這一粒徑假定混合料中某種粒徑的顆粒是由某一種對這一粒徑占優(yōu)勢的集料組成，而其它各種集料中不含有此粒徑。占優(yōu)勢的集料組成，而其它各種集料中不含有此粒徑。這樣即可根據(jù)各個主要粒徑去試算各種集料在混合料中的大致比例，再經(jīng)過校核調(diào)整，最終獲得滿足混合料級配要求的各集料的配合比。 現(xiàn)有A、B、C三種集料，欲配制成某一級配要求的混合料M。確定這三種集料在混合料M中的配合比，作下列兩點假設(shè)： 設(shè)X、Y、Z為A、B、C集料組成礦質(zhì)混合料M的配合比例，則： X+Y+Z=100%又設(shè)混合料M中某一級粒徑(i)要求的含量為aM(i)，A、B、C三種集料在原來級配中此粒徑(i)顆粒的含量分別為aA(i)、aB(i)、aC(i)。則( )( )( )(