道路建筑材料(石料與集料一)

1、道路建筑材料無機(jī)結(jié)合料石料與集料有機(jī)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(diǎn)：加工方便；施工時(shí)對(duì)施工機(jī)械化要求不高一、石料缺點(diǎn)由于石料的加工，及后續(xù)施工的機(jī)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(shí)也不夠舒適；由于路面不平整或石料

2、的棱角，石料路面對(duì)汽車輪胎的磨損大，高速行駛時(shí)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(chǎng)廣場(chǎng)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(shí)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?yàn)r青混合料等混合材料中發(fā)揮獨(dú)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(jī)制砂石屑礦粉根據(jù)來源：機(jī)械加工根據(jù)粒徑大小粗集料細(xì)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(xì)集料的棱角性，也就是細(xì)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(jī)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(shí)堆積密度密實(shí)堆積密度振實(shí)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?，說明堆積得越致密。集料空隙率無法通過試驗(yàn)直接測(cè)得，而是根據(jù)集料相關(guān)密度計(jì)算得到。同時(shí)，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(shí)程度，說明了集料顆粒之間接 觸（嵌擠咬合）程度，同時(shí)也決定了組成混合料時(shí)需要膠結(jié)材料的多 少，是描述集料應(yīng)用時(shí)的一個(gè)重要參數(shù)。例如：粗集料經(jīng)密實(shí)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(jìn) 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(cè)得的細(xì)集料空隙率與細(xì)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(shí)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(huì)存在一些細(xì)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(duì)混凝土的施工時(shí)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(duì)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(shí)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(jī)械軋制的碎石往往具有豐富的棱角和表面粗糙的特點(diǎn)，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(shí)，用作路面混合料的組成材料時(shí)，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(duì)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(jìn)行評(píng)價(jià)。（三）集料力學(xué)性質(zhì)集料壓碎試驗(yàn)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(jìn)行測(cè)定， 以磨耗試驗(yàn)后小于一定粒徑的數(shù)量占試驗(yàn) 時(shí)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(xiàng)力學(xué)指標(biāo)之外，當(dāng)用于高等級(jí)公路瀝青路面的上面層時(shí)，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(yàn)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(shí)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(xì)集料自身往往存在一些有害成分，同時(shí)在加工、運(yùn)輸、貯存過程中也常常會(huì)混入一些有害物，這些有害物對(duì)集料的應(yīng)用帶來不利影響；（細(xì)）集料中的有害物包括：堿活性成分、有機(jī)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(xì)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(duì)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(shí)采用堿含量較低

9、的水泥。采用砂漿長度膨脹程度來評(píng) 價(jià)集料中是否存在明顯的堿 活性成分。集料中特別是砂中，會(huì)存在一些由動(dòng)植物 殘?bào)w轉(zhuǎn)換而成的有機(jī)物。當(dāng)這些有機(jī)物含 量達(dá)到一定程度時(shí)，將對(duì)水泥的應(yīng)用造成 不利影響，特別是會(huì)延緩水化硬化過程， 降低混凝土的早期強(qiáng)度。比色法原理示意圖判斷砂中有機(jī)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(duì)待測(cè) 砂試樣溶液顏色與標(biāo)準(zhǔn)溶液顏色深淺比較， 定性評(píng)定集料中有機(jī)質(zhì)是否達(dá)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(shí)，將對(duì)水泥混凝土的硬化結(jié)果造成破壞，因?yàn)榱蚧?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(huì)有明 顯體積膨脹，膨脹量超過一定程度之后，將會(huì)對(duì)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(cè)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?yàn)r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(cè)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(duì)混凝土中鋼筋

11、會(huì)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(duì)砂中的氯離子含量有嚴(yán)格限制。通過針對(duì)砂濾液的容量法分析，可定量測(cè)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(duì) 水泥混凝土拌合物的工作性、強(qiáng)度以及耐久性，以及對(duì)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(jìn)行測(cè)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(huì)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(diǎn)是強(qiáng)度偏低，承受荷載的能力很差，顯然輕物質(zhì)的存在對(duì) 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(gè)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(píng)定砂中輕物質(zhì)數(shù)量。礦料中除了粗、細(xì)集料之外，還包括加工磨細(xì)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(xì)而成，后者 除石灰?guī)r磨細(xì)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(xiàng)性能。所以，摻入礦粉的目的，就是為了 促進(jìn)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(xì)顆粒的分級(jí)搭配稱之為級(jí)配，級(jí)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(jí)配狀況下使用。級(jí)配狀況直接影響到由集料 組成的混合料的多種性能表