三、集料的技术性质

1. 三、集料的技术性质 集料：大大小小天然石料的混合体。包括岩石经自然风化而成的砾石、卵石 寸子、2~4子、瓜子片、机制砂、人工砂、石屑、苍蝇头、石粉和矿粉等。在混 合料中起骨架和填充作用。工程上一般将集料分为粗集料和细集料两类。 在水泥混凝土中指粒径大于4.75(5)mm的岩石颗粒。 粗集料 在沥青混凝土中指粒径大于2.36mm的岩石颗粒。 集料 在水泥混凝土中指粒径小于4.75(5)mm的岩石颗粒。 细集料 在沥青混凝土中指粒径小于2.36mm的岩石颗粒。

2. Vv 空隙 mo Vi 开口孔隙 Vo V M Vn 闭口孔隙 Vs ms 矿质实体 (一)细集料的技术性质 • 集料体积与质量关系示意图

3. 1.物理常数 （1）表观密度(视密度)：在规定条件（105℃±5℃下烘干至恒重）下，单位表观体积的 质量。 式中：ρa—集料的表观密度（g/cm3）； ms——集料矿质实体的质量（g）； Vs——集料矿质实体的体积（cm3）； Vn——集料闭口孔隙的体积（cm3）。 测定方法：容量瓶法和李氏比重瓶法。 （2）堆积密度及紧装密度 式中：ρ—集料的堆积密度（g/cm3）； ms——集料矿质实体的质量（g）； Vs——集料矿质实体的体积（cm3）； Vn——集料闭口孔隙的体积（cm3）； Vi——集料开口孔隙的体积（cm3）； VV——集料空隙的体积（cm3）。 测定方法：容积升（容量筒）。

4. （3）空隙率 空隙率：空隙的体积占总体积的百分率。 式中：ρ—集料的堆积密度或紧装密度（g/cm3）； ρa—集料的表观密度（g/cm3）； Vi—集料开口孔隙的体积（cm3）； VV—集料空隙的体积（cm3）； V—集料的总体积（cm3）。

5. 2.级配 级配：集料中各组成颗粒的分级和搭配情况，级配是通过筛分析来确定的。 测定方法：筛分析试验（干筛法和水筛法）。 级配参数：ai（%）、Ai（%）、Pi（%） 水泥混凝土用集料筛分可以用干筛法。沥青混合料用集料筛分时用水筛法，因 为在沥青混合料中要求计算0.075mm以下矿粉的含量，如果也是采用干筛法的话 将不能准确测出<0.075mm矿粉含量。所以，沥青混合料用集料一定要用水筛法。 标准筛孔为：75mm、63mm、53mm、37.5mm、31.5mm、26.5mm、19mm、16mm、 13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm。（方孔筛） 标准筛孔为：100mm、80mm、63mm、50mm、40mm、31.5mm、25mm、20mm、16mm、 10mm、5mm、2.5mm。（圆孔筛） 3.粗度：评价细集料粗细程度的一种指标，可以用细度模数表示。 或

6. [例题1-1]某砂样筛分结果如下表，请填满下表并求该砂的细度模数并判断该砂属于哪一类砂（干筛法）。[例题1-1]某砂样筛分结果如下表，请填满下表并求该砂的细度模数并判断该砂属于哪一类砂（干筛法）。 或

7. （二）粗集料的技术性质 1）物理常数 （1）表观密度(视密度)：在规定条件下，单位表观体积的质量。 粗集料的测定方法：网篮法和容量瓶法。 （2）毛体积密度：在规定的条件下，集料单位毛体积的质量。 粗集料的毛体积密度的测定方法：网篮法和容量瓶法。 （3）松方密度：包括堆积积密度、振实密度和捣实密度。 粗集料的测定方法：容积升（容量筒）。 2）级配：集料中各组成颗粒的分级和搭配情况。 测定方法：筛分析试验（干筛法和水筛法）。 水筛法，准备两份试样，一份水筛，一份干筛 （1）水洗测定<0.075mm含量，确定0.075mm的通过百分率 ①称出试验前干燥集料总质量m1。②进行水筛，洗去<0.075mm的颗粒，烘干。 ③称取烘干后的质量m2。 ④小于0.075mm的含量 （2）干筛法筛得各筛孔的筛余质量（准确到0.1%） ①分计筛余百率 。 ②累计筛余百分率 。 ③通过百分率 。 3）坚固性：浸入饱和硫酸钠溶液中进行干湿循环试验。

8. 2.力学性质 1）粗集料压碎性；集料在连续增加的荷载下，抵抗压碎的能力。用压碎值表示。 ①沥青混合料、基层、底基层用粗集料的压碎值 将13.2mm~16mm集料试样3kg左右装入压碎值测定仪的钢质圆筒内，放在压力机 上，在10min时均匀地加荷至400kN，立即卸载，称其通过2.36mm的筛余质量。 ②水泥混凝土用粗集料的压碎值 将10mm~20mm集料试样3kg左右装入压碎值测定仪的钢质圆筒内，放在压力机上， 在3min~5min均匀地加荷至200kN，稳定荷载5s，称其通过2.5mm的筛余质量。 式中：m1----试验后筛余的试样质量。 m0----试验前试样质量。 2）石料磨光值（PSV）：按规定方法测得的石料抵抗轮胎磨光作用的能力，即石料被磨光 后用摆式仪测得的磨擦系数。在公路上，经过一段时间的车辆荷载后，公路最后向汽车提 供抗滑能力是以粗集料为主。所以，对路面面层用粗集料应检测其磨损后的摩擦系数，即 现在的粗集料磨光值（PSV）。粗集料磨光值愈高，表示其粗集料在车轮作用后其抗滑性 愈好。对高速公路、一级公路，磨光值不小于42，对其它公路不小于35。

9. 3）集料冲击值（LSV）：集料抵抗多次重复荷载作用的性能，可采用冲击试验仪测定。 粗集料冲击值试验用以测定路面用粗集料抗冲击的性能，以击碎后小于2.36mm部分的质量百分率表示。 冲击试验方法是选取规定质量规格为9.5mm~13.2mm的集料试样，装于冲击值试验仪的盛样器中，用捣杆捣实25次使其初步压实，然后用质量为（13.75±0.05）kg冲击锤，沿导杆自380mm±5mm处自由落下锤击集料，并连续锤击15次，最后将试验后的集料在2.36mm的筛上筛分并称量。冲击值按下度算： 式中：LSV----粗集料的冲击值（%）。 m----试样总质量（g）。 m1----试验后通过2.36mm的试样质量（g） 。 4）集料磨耗值（AAV）：用于评定抗滑表层的集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。 将圆孔筛粒径为10mm~15mm（或方孔筛为9.5mm~13.2mm）的集料用规定的方法排成特定试件，用道瑞耗机以28~30r/min的转速磨500圈后测出试验前后的质量损失，粗集料磨耗值按下式计算 式中：AAV----集料的道瑞磨耗值。 m1----磨耗前试验件的质量（g）。 m2----磨耗后试件的质量（g）。 ρs----集料饱和面干密度（g/cm3）。 粗集料磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈高。高速公路、一级公路抗滑层用集料磨耗值应不大于14，其它公路不大于16。

10. 第二节 矿质混合料的组成设计 道路与桥梁用砂石材料，大我数是以矿质混合料的形式与各种 结合料（如水泥或沥青等）组成混合料使用。然而在矿质混合料 中各档集料是相互搭配使用的，欲使混合料具备优良的性能，除 各种矿质集料的技术性质应符合技术要求外，矿质混合料还必须 满足最小空隙率和最大摩擦力的基本要求。 级配优良的标准： 1、空隙率最小：不同粒径的各通讯矿质集料按一定比例搭配，使其组成一种具有最大密实度（即最小空隙率）的矿质混合料。 2、最大磨擦力：各级矿质集料在进行比例搭配时，应使各级集料排列紧密，形成一个多级空间骨架结构且具有最大的摩擦力。 矿质混合料进行组成设计，其主要内容包括： 1）级配理论和级配范围的确定； 2）基本组成的设计方法。

11. 一、矿质混合料的级配理论 （一）级配类型 典型级配：连续级配和间断级配。 1.连续级配：筛孔尺寸由大到小，逐级粒径均有，按比例互相搭配组成的矿质混合料。 2.间断级配：在矿质混合料中剔除其一个或几个分级而形成一种不连续的混合料。 （二）级配理论 1.富勒（W.B.Fuller）理论： P2=kd P=100(d/D)0.5 式中：P—欲计算的某级粒径d（mm）的通过百分率（%）； d—欲计算的某级粒径d（mm）； D—矿质混合料的最大粒径（mm）。 2.泰波（A.N.Talbal）理论：P=100(d/D)n 式中：P—欲计算的某级粒径d（mm）的通过百分率（%）； n—试验指数； d—欲计算的某级粒径d （mm）； D—矿质混合料的最大粒径（mm） 。 3.魏茅斯(C.A.G.Weymouth)粒子干涉理论 魏矛斯提出的粒子干涉理论，认为颗粒之间的空隙，应由次小一级颗粒所填充；其所余空隙又由再次小颗粒所填充，但填隙的颗粒不得大于其间隙之距离，否则大小颗粒粒子之间势必发生干涉现象。为避免干涉起见，大小粒子之间应按一定数量分配，并从临界干涉的情况下可导出前分级粒度的间距计算公式：

12. 二、级配曲线范围的绘制 理论级配曲线：以级配理论公式计算出的通过百分率（%）为纵坐标，以粒径 （mm）为横坐标绘制而成的曲线。 级配曲线范围：由于矿料在轧制过程中的不均匀性，以及混合料配制时的误差等，所 配制的混合料必须在一定的范围内波动。 若为常坐标，级配曲线明显造成前密后疏，不便绘制和查阅，所以一般采用 半对数坐标进行绘制。这种方法是用半对数坐标绘制级配曲线。半对数坐标就是 以对数坐标为横坐标，以常坐标为纵坐标所绘制的坐标网。 建立半对数坐标的一般方法如下： 1、先计算出各颗粒粒径的对数lgdi 2、求出各颗粒粒径间的对数间距，即lgdi-lgdi-1（精确到0.01），并计算出各颗粒粒径对数间距的总和，即Σ（lgdi-lgdi-1） 3、按下式求出各颗粒粒径的间距系数K： 应校核颗粒间距系数总和，调整使ΣK=1.00 4、选定横坐标长度L，各颗粒粒径间距li=KL 5、计算出各颗粒粒径在横坐标上的位置（即距原点的距离） 6、根据各颗粒粒径在横坐标上的位置确定横坐标，以通过百分率为纵坐标，即为半对数坐标。 建立好坐标网后,将按泰波实验指数（n1和n2）计算所得的各颗粒粒径（di）的 通过百分率（pi）绘于坐标图上，再将各点连接为光滑的曲线，两条级配曲线之 间所包括的范围通常用阴影部分表示，即为级配曲线范围。

13. 三、矿质混合料的组成设计方法 在生产中，天然的或人工轧制的单一集料的级配一般很难完全符合某一合适级配范围的要求。其中天然的集料往往是通过多种天然集料搭配使集料级配符合规范级要求，如在级配碎石中往往是砾石和砂相掺配而达到要求。而人工轧制的碎石则往往是通过将碎石加工成几种不同规格（粒度）后再进行搭配，使其混合级配符合规范要求。 相对应的，我们对不同规格的集料用不同的名字。通俗的叫法有：寸半子、寸子、瓜子片、石屑。 正式的文件名称用该集料的最大公称粒径与最小颗粒直径表示，如：“10mm~31.5mm碎石”是指这种集料的最大公称粒径为31.5mm，最小颗粒粒径为 10mm的碎石。 矿质混合料的设计方法主要采用试算法和图解法。在应用设计方法时应具备以下两项条件： （1）各种集料的筛析结果 （2）按技术规范（或理论级配）要求矿质混合料的级配范围

14. 1.试算法：[例题1-2]P25

15. 2.图解法