道路建筑材料(石料與集料一)

1、道路建筑材料無機結(jié)合料石料與集料有機結(jié)合料 普通水泥混凝土 講 授 內(nèi) 容講 授 內(nèi) 容普通瀝青混合料 道路建筑材料第一章 石料與集料第一節(jié) 石料巖石開采經(jīng)加工，制成滿足一定形狀和尺寸要求的石料，是最古老、最原始的鋪路架橋材料。一、石料而且在一些巖石資源豐富地方，公路構(gòu)造物仍可采用由巖石加工的石料修造。邊坡涵洞隧道優(yōu)點：加工方便；施工時對施工機械化要求不高一、石料缺點由于石料的加工，及后續(xù)施工的機械化程度不高，造成了施工效率低，施工速度比較慢；石料鋪筑的路面是由一塊一塊石料拼裝起來的，由于石料數(shù)量多，石料間的縫隙也比較多，這就導(dǎo)致路面的平整度往往不高，車輛行駛時也不夠舒適；由于路面不平整或石料

2、的棱角，石料路面對汽車輪胎的磨損大，高速行駛時甚至可能出現(xiàn)爆胎，造成交通事故。一、石料石料在交通工程中的主要應(yīng)用景觀道路室外停車場廣場一、石料道路建筑材料第一章石料與集料第二節(jié)集料是不同粒徑礦質(zhì)顆粒組成的粒狀混合料的總稱，教科書中 稱集料為礦質(zhì)混合料（簡稱礦料），在工程實踐中還常被稱為 骨料；集料是公路工程建設(shè)特別是道路路面修造中用量最多的材料；集料在水泥混凝土或瀝青混合料等混合材料中發(fā)揮獨有的骨架 和填充作用。卵石根據(jù)來源：天然產(chǎn)物天然砂砂礫石碎石機制砂石屑礦粉根據(jù)來源：機械加工根據(jù)粒徑大小粗集料細集料根據(jù)化學(xué)成分堿性集料（石灰?guī)r）酸性集料（花崗巖）二、集料的技術(shù)性質(zhì)（一）集料的基本物理常數(shù)

3、，比如毛體積密度、表觀密度。這類物理常數(shù)主要取決于集料的料源，也就是巖石的種類。（二）集料顆粒的形狀，比如集料顆粒是圓球狀的，還是棱角分明的長方體狀的，還是片狀的？這類技術(shù)性質(zhì)包括細集料的棱角性，也就是細集料的棱角分明程度，還包括了粗集料的針片狀顆粒含量，這一大類的技術(shù)性質(zhì)除了受巖石種類影響之外，主要取決于集料的加工方式，也就是集料開采和破碎方法。（三）集料的潔凈程度，也就是集料表面含泥量和含泥塊的量。（四）集料的力學(xué)性質(zhì)，主要是抵抗外部荷載沖擊、壓碎、磨光和磨耗的性質(zhì)。（五）集料的化學(xué)性質(zhì)，比如集料的堿活性，內(nèi)部的云母、so3和有機質(zhì)含量。集料表觀 密度集料毛體積 密度集料表干 密度松方堆積

4、密度搗實堆積密度密實堆積密度振實堆積密度集料堆積 密度集料密度（一）物理常數(shù)集料的空隙率定義為集料顆粒在某種堆積狀態(tài)下的空隙體積（包括集料開口孔隙體積）占堆積體積的百分率?？障堵试叫。f明堆積得越致密。集料空隙率無法通過試驗直接測得，而是根據(jù)集料相關(guān)密度計算得到。同時，側(cè)重集料不同粒徑或不同狀態(tài)，空隙率有若干不同形式.（一）物理常數(shù)集料空隙率一方面表明集料堆積的密實程度，說明了集料顆粒之間接 觸（嵌擠咬合）程度，同時也決定了組成混合料時需要膠結(jié)材料的多 少，是描述集料應(yīng)用時的一個重要參數(shù)。例如：粗集料經(jīng)密實操作，留下的空隙率大小 與拌合成混合料后粗集料空隙率大小進 行比較，以判斷混合料中的粗集

5、料顆粒 之間是否能夠直接接觸，以形成骨架嵌 擠結(jié)構(gòu)。測得的細集料空隙率與細集料棱角性密 切相關(guān)，該空隙率很大程度上影響到瀝 青混合料的變形性，并直接影響到水泥 混凝土工作性。（一）物理常數(shù)（二）集料顆粒的形狀通常所用集料形狀接近球體或立方體，這類形狀有助于集料顆粒形成嵌擠結(jié)構(gòu)，同時有更高的承受荷載能力。普通顆粒但因加工技術(shù)的不完善，集料中會存在一些細長的針狀顆?；蚱降钠瑺铑w粒。這種針片狀顆粒一方面降低集料承受荷載的能力，易于折斷或破碎，另一方面也 影響集料的嵌擠效果，并對混凝土的施工時的工作性帶來不利影響。（二）集料顆粒的形狀不同的表面特征對集料的使用帶來不同影響，例如與表面光滑且缺乏棱角的

6、卵石 相比，具有豐富的棱角和表面粗糙性的碎石，有利于形成較高的內(nèi)摩阻力和嵌擠 結(jié)構(gòu)，同時增加與膠結(jié)料之間的結(jié)合程度，提升混合料的整體性能；而卵石在相 同材料組成條件下表現(xiàn)出更好的施工和易性.卵石集料表面特征還包括了集料表面的棱角性和表面粗糙程度。通過機械軋制的碎石往往具有豐富的棱角和表面粗糙的特點，而天然卵石卻表 面光滑幾乎無棱角。碎石（二）集料顆粒的形狀（二）集料顆粒的形狀集料在混合料中起著骨架支撐作用，更好的承受荷載是集料發(fā)揮 作用的關(guān)鍵，所以集料要具有良好的力學(xué)性能；同時，用作路面混合料的組成材料時，還需承受行車所產(chǎn)生的壓 碎、磨耗和沖擊作用；集料力學(xué)性能，主要針對粗集料，采用壓碎值、磨

7、耗率、磨光值、 沖擊值和磨耗值等指標(biāo)進行評價。（三）集料力學(xué)性質(zhì)集料壓碎試驗儀（三）集料力學(xué)性質(zhì)洛杉磯磨耗儀集料磨耗率是指粗集料抵抗撞擊、摩擦的能力，是集料綜合力學(xué)性能的又一重要指標(biāo)。該指標(biāo)與瀝青路面的抗車轍能力、耐磨性 和耐久性密切相關(guān)。集料磨耗率采用洛杉磯磨耗儀進行測定， 以磨耗試驗后小于一定粒徑的數(shù)量占試驗 時樣品質(zhì)量的百分率表示。該結(jié)果越小， 集料的綜合力學(xué)性能越好。（三）集料力學(xué)性質(zhì)除上述兩項力學(xué)指標(biāo)之外，當(dāng)用于高等級公路瀝青路面的上面層時，集料還 需采用磨光值、沖擊值和磨耗值等指標(biāo)來表示其力學(xué)性能。集料加速磨光儀集料沖擊試驗儀集料抗磨光性與高速行駛車輛的安全性密切相關(guān)，良好的抗沖擊

8、性則能夠更 好的承受行駛車輛在顛簸和剎車時產(chǎn)生的沖擊作用，而較高的抗磨耗能力將 有助于路面長期使用的要求。道瑞磨耗儀（三）集料力學(xué)性質(zhì)集料特別是細集料自身往往存在一些有害成分，同時在加工、運輸、貯存過程中也常常會混入一些有害物，這些有害物對集料的應(yīng)用帶來不利影響；（細）集料中的有害物包括：堿活性成分、有機物含量、硫化物、云母、氯 化物、泥土和輕物質(zhì)等。堿活性物質(zhì)是指粗、細集料中存在一些能夠在堿性條件和潮濕環(huán)境下發(fā)生化 學(xué)反應(yīng)的成分，如活性的氧化硅、碳酸鹽等，反應(yīng)后生成的產(chǎn)物具有明顯的 膨脹性，對混凝土造成破壞性影響。防止堿集料反應(yīng)措施之一是 避免使用具有堿活性的砂石 材料，同時采用堿含量較低

9、的水泥。采用砂漿長度膨脹程度來評 價集料中是否存在明顯的堿 活性成分。集料中特別是砂中，會存在一些由動植物 殘體轉(zhuǎn)換而成的有機物。當(dāng)這些有機物含 量達到一定程度時，將對水泥的應(yīng)用造成 不利影響，特別是會延緩水化硬化過程， 降低混凝土的早期強度。比色法原理示意圖判斷砂中有機質(zhì)是否超量，常用的方法是 比色方法。即在一定條件下，通過對待測 砂試樣溶液顏色與標(biāo)準(zhǔn)溶液顏色深淺比較， 定性評定集料中有機質(zhì)是否達到產(chǎn)生危害 的程度。天然砂中因含有一些硫元素物質(zhì)，如硫鐵礦（FeS2）、石膏（CaSO4）等，當(dāng) 這些硫化物成分含量較高時，將對水泥混凝土的硬化結(jié)果造成破壞，因為硫化 物可與水泥中礦物成分之一的鋁酸

10、鈣反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣，這種產(chǎn)物會有明 顯體積膨脹，膨脹量超過一定程度之后，將會對混凝土的結(jié)構(gòu)造成破壞。砂中硫化物含量可通過化學(xué)滴定操 作，測出其含量的高低，判斷砂中 硫化物是否超出允許范圍。云母是自然界巖石中常見的礦物，該礦 物的典型特征是具有片狀結(jié)構(gòu)，表面光 滑，且易沿節(jié)理面分開。砂中常常存在 一些云母，這不僅影響膠結(jié)材料如水泥 或瀝青之間的黏附性，而且還影響到混 合料內(nèi)部整體性能。砂中云母含量的測定采用人工挑揀稱重， 定量判斷砂中云母含量。砂中云母含有氯離子的氯化物是自然界普遍存在的一種物質(zhì)成分，其中的氯離子可通過水及其他方式混入砂中。用含有氯離子的砂（如海砂）拌制混凝土，對混凝土中鋼筋

11、會造成銹蝕，嚴(yán)重影響到鋼 筋混凝土耐久性和使用壽命。因此，規(guī)范對砂中的氯離子含量有嚴(yán)格限制。通過針對砂濾液的容量法分析，可定量測得氯離子含量的高低。集料中都存在一定數(shù)量的泥土，特別是一些砂中往往混有明顯的泥土 成分。泥土的存在將影響砂石的品質(zhì)，影響用砂拌合的混合料的性能，如對 水泥混凝土拌合物的工作性、強度以及耐久性，以及對瀝青與集料的 黏附性、水穩(wěn)性等都來明顯影響。砂中泥含量可采用水洗過篩以及砂當(dāng)量等方法進行測定。所謂輕物質(zhì)是指密度小于2.0g/cm3的顆粒物，天然砂中多少會存在一些輕 物質(zhì)，如煤顆粒、多孔顆粒等。這些輕物質(zhì)特點是強度偏低，承受荷載的能力很差，顯然輕物質(zhì)的存在對 集料的性能是

12、不利的。輕物質(zhì)數(shù)量可根據(jù)正常砂顆粒與輕物質(zhì)密度差，配制一個密度約為2.0g/cm3的溶液，將輕物質(zhì)從砂中分離出來，定量評定砂中輕物質(zhì)數(shù)量。礦料中除了粗、細集料之外，還包括加工磨細成粉狀的部分，稱之為礦粉 或填料。礦粉和填料沒有本質(zhì)上的差別，前者由純粹的石灰?guī)r加工磨細而成，后者 除石灰?guī)r磨細獲得的粉狀物之外，還可摻入一些如水泥、消石灰、粉煤灰 等偏堿性的物質(zhì)。礦粉礦粉顆粒瀝青與礦料之間（主要源自礦 粉表面）形成一層有助于瀝青 混合料性能表現(xiàn)的結(jié)構(gòu)瀝青。礦料的主要用途是配制瀝青混合料，是瀝青混合料中不可或缺的組成部分。礦粉的功能在于有效提高瀝青料中礦料的總比表面積，加大 瀝青與礦料接觸的程度，促使結(jié)構(gòu)瀝青示意圖結(jié)構(gòu)瀝青自由瀝青結(jié)構(gòu)瀝青自由瀝青如果集料顆粒之間能夠通過結(jié)構(gòu)瀝 青相連接，則能更好地保證瀝青混 合料的各項性能。所以，摻入礦粉的目的，就是為了 促進更多結(jié)構(gòu)瀝青的形成，以保證 瀝青混合料具有更好的路用性能.礦粉顆粒礦粉礦粉顆粒 顆粒礦粉 顆粒結(jié)構(gòu)瀝青相接觸自由瀝青相接觸結(jié)構(gòu)瀝青示意圖第三節(jié) 礦質(zhì)混合料的組成集料中粗細顆粒的分級搭配稱之為級配，級配狀態(tài)通過篩分來確定。道路橋梁工程用集料，大多在一定的級配狀況下使用。級配狀況直接影響到由集料 組成的混合料的多種性能表