02讲—砂石材料技术性质
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第二章砂石材料(谷风教育)
破坏现象：缺棱 掉角 松散
一次冻融循环：20±5℃、4～5小时
-15℃（毛细孔） 4小时 常温：融解
要求：一月份气温低于-10℃必作；
证明具有足够抗冻性的石料可不做。
参考资料#
11
（3）耐候性 浸泡20h
5次
②坚固性：评定岩石试样经饱和硫酸钠溶液多次浸泡 与烘干循环后，不发生显著破坏或强度降低的性质。
W吸=｛（M2－M1）/ M1｝×100
(2-4)
式中：W吸—— 岩石吸水率(％) M1 —— 岩石试件烘干至恒量时的质量(g) M2 —— 岩石试件吸水至恒量时的质量(g)
参考资料#
8
（2）吸水性
饱水率：岩石饱水率是在室内常温(202℃)和真空 抽气(抽至真空度为残压2．67kPa)后的条件下，岩石 试件最大吸水的质量占烘干岩石试件质量的百分率。 测定方法采用真空抽气法。因为当真空抽气后占据 岩石孔隙内部的空气被排出，当恢复常压时，则水即 进入具有稀薄残压的岩石孔隙中，此时水分几乎充满 开口孔隙的全部体积，所以，饱水率大于吸水率。饱 水率的计算方法与吸水率相同。
② 搁板式（洛杉矶法）：试样为～5000g有级配的集料， 加入钢球12个φ48mm， ～ 5000g。转速30～33r/min， 转500转
参考资料#
16
① 耗时长达5h以上 ② 试件尺寸单一（50～75mm），与路用实际情况不符合 ③ 石料间相互作用，不同性质石料的磨耗率相差不大
图1-3 双筒式磨耗仪示意图
参考资料#
5
（1）物理常数
毛体积密度：岩石在规定条件下，单位毛体积(包
括矿质实体和孔隙体积)质量。毛体积密度用ρh表
示：
h
Vs
ms Vi Vn
一次冻融循环：20±5℃、4～5小时
-15℃（毛细孔） 4小时 常温：融解
要求：一月份气温低于-10℃必作；
证明具有足够抗冻性的石料可不做。
参考资料#
11
（3）耐候性 浸泡20h
5次
②坚固性：评定岩石试样经饱和硫酸钠溶液多次浸泡 与烘干循环后，不发生显著破坏或强度降低的性质。
W吸=｛（M2－M1）/ M1｝×100
(2-4)
式中：W吸—— 岩石吸水率(％) M1 —— 岩石试件烘干至恒量时的质量(g) M2 —— 岩石试件吸水至恒量时的质量(g)
参考资料#
8
（2）吸水性
饱水率：岩石饱水率是在室内常温(202℃)和真空 抽气(抽至真空度为残压2．67kPa)后的条件下，岩石 试件最大吸水的质量占烘干岩石试件质量的百分率。 测定方法采用真空抽气法。因为当真空抽气后占据 岩石孔隙内部的空气被排出，当恢复常压时，则水即 进入具有稀薄残压的岩石孔隙中，此时水分几乎充满 开口孔隙的全部体积，所以，饱水率大于吸水率。饱 水率的计算方法与吸水率相同。
② 搁板式（洛杉矶法）：试样为～5000g有级配的集料， 加入钢球12个φ48mm， ～ 5000g。转速30～33r/min， 转500转
参考资料#
16
① 耗时长达5h以上 ② 试件尺寸单一（50～75mm），与路用实际情况不符合 ③ 石料间相互作用，不同性质石料的磨耗率相差不大
图1-3 双筒式磨耗仪示意图
参考资料#
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（1）物理常数
毛体积密度：岩石在规定条件下，单位毛体积(包
括矿质实体和孔隙体积)质量。毛体积密度用ρh表
示：
h
Vs
ms Vi Vn
道路工程材料 第一章 砂石材料
例题：1-1
2. 矿质混合料的组成设计
矿质混合料颗粒级配应满足的基本要求： 1、最小空隙率：即使不同粒径的各级矿质集料按 一定的比例搭配后，应有最大密实度。
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。 矿质混合料组成设计内容：
a
ms vs vn
测定方法
⑵毛体积密度
定义：粗集料单位毛体积的质量 表达式：
ms b vs vn vi
测定方法
ห้องสมุดไป่ตู้
⑶ 堆积密度
定义：单位体积物质颗粒的质量。 补充定义 表达式：
ms vs vn vi vv
测定方法： 自然堆积密度、振实密度、捣实密度 、
。
Y=100-（X+Z）
⑷ 校核
（二）图解法
因目前工程单位用的较多的是图解法 又称修正平衡而积法，是目前工程单位用的较多的一 种方法。 步骤 ： 1、绘制级配曲线图
图1-8 图解法用级配曲线坐标图
2、确定各种集料的用量比例：两线相叠、两线相 接、两线相离。
图1-9 组成集料级配曲线和要求
3、校核 需要对矿料的合成级配进行校核，当超出级配 范围时，应调整各集料的用量。
指标： 抗冻标号 直接冻融法 抗冻标号越大 抗冻性越好
根据石料能抵抗的冻融循环次数，将石料分为5、10、15、 25、50等等级。
抗冻标号：根据所能经受得冻融循环次数分
坚固性快速方法
2、力学性质
1）单轴抗压强度：（无侧限抗压强度）
定义：规定的试件在达到极限破坏时，单位面积上所承 受的压力 用于评定岩石强度、划分石料等级 2）磨耗性 定义：岩石抵抗撞击、边缘剪切和摩擦等联合作用的性能 试验方法：
砂石材料_图文
粗集料的吸水率可按下式计算:
式中：wx—粗集料的吸水率； m1—烘干后的试样与容器的总质量，g； m2—吸水至恒重的试样与容器的总质量，
g； m3—容器的质量，g；
2）集料粒径与筛孔
**最大粒径
这是一个较为重要但又容易引起混淆的概念，集料的最大 粒径这一概念由两个不同定义构成，即集料最大粒径和 集料公称最大粒径。
2）饱水率
• ——在试件强制饱和条件下，岩 石试件的最大吸水质量占烘干石 料试件质量的百分率。
• 计算方法与吸水率相似，但饱水 率＞吸水率（由于使用强制饱和 试件）。
式中： ——岩石饱和吸水率； m——岩石试件烘干至恒量时的质量，g； m2——岩石试件强制吸水至恒量时的质量，g。
饱水系数:
它是评价岩石抗冻性的一种指标，保水系数越大，说 明常压下吸水后留余的空间有限，岩石愈容易被冻胀 破坏 岩石的吸水率和饱和吸水率能有效的反岩石微裂隙的发 育程度，可用来判断岩石的抗冻性和风化等性能。
m1——装入磨耗机的试样质量，g； m2——试验后洗净烘干的试样质量，g。
（三）化学性质
（1）石料化学性质
酸性岩石：SiO2 > 65% 石料按SiO2的含量划分为：中性岩石： SiO2=52%～65%
碱性岩石：SiO2 < 52%
（2）石料与沥青粘附性测定方法
按照我国现行标准，可采用水煮法和水浸法。 *分光光度法
在沥青混合料中，粒径＞2.36mm（以方孔筛计 ）
细集料：
在水泥混凝土中，粒径＜4.75mm（以方孔筛计）
在 （混 天合 然料 砂、中人起工填砂充和作石用屑）在沥青混合料中，粒径＜2.36mm（以方孔筛计）
1.粗集料的技术性质
（1）物理性质
道路建筑材料__第一章_砂石材料
的变化不老化、不劣化的抵抗能力。
检测试验：
JGJ E41-2005《公路工程石试验规程》 T0241-1994 抗冻性试验：石料在浸水条件下，经多次 冻结与融化作用后测定试件的质量损失以及单轴饱水抗 压强度的变化。（指标：冻融系数、质量损失率和外观 变化） T0241-1994 坚固性试验：石料经多次饱和硫酸盐溶液 浸泡与干燥作用后，测定试样质量损失的变化。(指标： 质量损失率)
意义：测定岩石试件在单轴压缩应力条件下的轴向及径向应
变值，据此计算岩石的弹性模量和泊松比。 测试方法：将石料制成规定圆柱体标准试件后采用电阻应变 仪或千分表进行测定。
（一）石料的技术性质—力学性质
3）劈裂强度（T0223-1994）
意义：岩石的抗拉能力较弱，并且在工程实践中拉断破坏是
工程岩体的主要破坏方式之一，因此需对其进行测定。
C. 闭口孔隙
孔隙体积：V0=Vi+ Vn
固体物质（体积为Vs）
材料在自然状态下总体积V=Vs+ V0
石料组成结构外观示意图
一、岩石的技术性质
2
.岩石的技术性质
物理性质、力学性质、化学性质
（1）物理性质： 物理常数（真实密度、毛体积密度、孔隙率） 吸 水 性 （吸水率、饱和吸水率） 抗 冻 性 （耐候性、腐蚀性）
（一）石料的技术性质—化学性质
3）化学性能—酸碱性 决定因素：氧化硅和氧化钙在岩石组份中比例的多少决定了 石料的酸碱性。 分类： ①酸性岩 SiO2>65%（例花岗岩、石英岩等）
②中性岩 SiO2含量在52%~65%
③碱性岩 SiO2<52%（例石灰岩、玄武岩等）
选择石料时应考虑岩石的酸碱性对沥青与岩石粘结的影响
道路建筑材料课件——砂石材料
（1）物理常数 一、岩石的技术性质
1）真实密度 定义： 岩石的真实密度(简称密度)是岩石在规定条件(105±5℃烘干至恒 重，温度20±2℃)下，烘干岩石矿质单位体积(不包括开口与闭口孔隙)的 质量。计算公式：
t
ms Vs
测定方法：
采用“密度瓶法”
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第一节 砂石材料的技术性质
一、岩石的技术性质
R p A
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第一节 砂石材料的技术性质 一、岩石的技术性质
岩石的抗压强度是岩石力学性质中最重要的一项指标，它是岩石强 度分级和岩性描述的主要依据。
影响岩石单轴抗压强度的因素：1、岩石本身（如矿物组成、结构 构造及含水状态等）2、试验条件（试件形状、大小、高径比及加工精 度、加荷速率）。
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第一节 砂石材料的技术性质 一、岩石的技术性质
(2)磨耗性 磨耗性是岩石抵抗摩擦、撞击的性能。以磨耗率表示。我国现行
《公路工程岩石试验规程》(JTG E41—2005)规定岩石的磨耗试验方法 与粗集料的磨耗试验方法相同，采用洛杉矶式磨耗试验。
Q m1 m2 100 m1
岩石磨耗性是岩石力学 性质的另一个重要指标。
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第一节 砂石材料的技术性质 二、集料的技术性质和技术要求
定义： 集料是指在混合料中起骨架或填充作的粒料，包括岩石天然风化而
成的砾石(卵石)和砂等以及岩石经人工轧制的各种尺寸的碎石。 分类：工程上一般将集料分为粗集料和细集料两种：在水泥混凝土中， 粗集料是指粒径大于4.75mm的碎石、砾石和破碎砾石等，粒径小于 4.75mm(方孔筛)者称为细集料，在沥青混合料中，粗集料是指粒径大于 2.36mm的碎石、破碎砾石、筛选砾石和矿渣等。粒径小于2.36mm(方孔 筛)者称为细集料。
道路建筑材料第一章砂石材料的技术性质讲课教案
料在该粒径的含量aA(j)和aB(j)均等于零。可得：
aC(j)·Z = aM(j)
即C料在混合料中的用量：
Z aM ( j) •100 aC( j)
(3)计算B料在矿质混合料中的用量
由式(1-20)和式(1-21)求得A料和C料在 混合料中的含量X和Z后，由式(1-19)即 可得：
Y=100-(X+Z)
的百分率。饱水率较吸水率为大。饱水 率的计算方法与吸水率相似。
3)耐候性
抗冻性:采用直接冻融法。将石料加工为规则的 块 状 试 样 ， 在 常 温 条 件 下 (20±5℃) ， 采 用 逐 渐浸水的方法，使开口孔隙吸饱水分，然后置 于负温(-15℃)的冰箱中冻结4h，最后在常温条 件下融解，如此为一冻融循环。采用质量损失 百分率表征其抗冻性。此外，抗冻性亦可采用 未经冻融的石料试件抗压强度与冻融循环后的 石料试件抗压强度比值(称为耐冻系数)表示。
细度模数愈大，表示细集料愈粗。砂的 粗度按细度模数可分为下列三级：
μf=3.7～3.1为粗砂； μf=3.0～2.3为中砂； μf=2.2～1.6为细砂。
第二节 矿质混合料的组成设计
一、矿质混合料的级配理论和级配曲线范围 (一)矿质混合料的级配理论 1．级配曲线 (1)连续级配 这种由大到小，逐级粒径均有，
(1)最大密度曲线公式 根据上述理论，当矿 质混合料的级配曲线为抛物线时，最大密度理 想曲线可用颗粒粒径(d)与通过量(P)表示如式 (1-15)：
p2=kd
（1-15）Biblioteka 当颗粒粒径d等于最大粒径D时，则通过量 p=100％。即d=D时，p=100。
当希望求任一级颗粒粒径d的通过量p时，可用 式(1-16)代入式(1-15)得：
第二章-砂石材料
范围：设计连续和间断级配
34
第二章 砂石材料
2.3.2 矿质混合料的组成设计方法
目前矿质混合料组成设计主要有数解法和图解法两类；
1.数解法——试算法：
(1) 假设：
自学图解法
① 设A、B、C三种集料在混合料M中的用量比列分别为x、y、z，则：
x+y+z=100 ② 设M中某一级粒径i所需Mi，则三种集料中该粒径的含量分别为 aAi、 aBi 、aCi，则：
aAi×x+ aBi×y +aCi×z=aMi
35
(2) 计算步骤
第二章 砂石材料
36
第二章 砂石材料
2. 配合比设计工程实例
37
第二章 砂石材料
38
总结
1. 密度：
真实密度：
t
ms Vs
t
ms
ms m水中重
表1观.质密量度对：比：a 表 V干sm质sV量n >烘干质量a >m水s 中mm重s水中重
Lj
m1 m2 m1
100 %
硫酸钠浸泡20h， 105℃烘箱烘4h，如此循 环规定次数；测定实验前 后试件质量
有条件者均采用直接冻融
12
第二章 砂石材料
2. 力学性质
确定石料等级的两项指标抗压强度和磨耗性；
(1) 单轴抗压强度fcm： 试件：立方体(50mm)or圆柱体(d×h=50×50mm)
2. 级配 定义：指集料中各组成颗粒的分级和搭配。 标准筛孔(集料的标准尺寸)：方孔筛 75、63、53、37.5、31.5、26.5、19、16、13.2、9.5、 4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15、0.075mm；
(2) 石料技术性质
第一章
砂石材料
砂石材料：经人工开采的岩石或再经轧制而得到的碎石、 石屑等以及由地壳上层的岩石经自然风化得到的松散粒料如天 然砂砾。砂石材料可以直接铺筑路面或砌筑各种桥梁结构物， 但更多的是作为矿质集料来配制无机结合料稳定土、水泥混凝 土、砂浆和沥青混合料。
2019/3/20
1
第一节 砂石材料的技术性质
厚度不小于20cm，宽度为 厚度的1.5~2.0倍，长度为 厚度的1.5~3.0倍。 桥涵基础。
块石
料石
按其表面平整程度分为粗 砌筑拱圈、纪念碑和石 柱等。 料石和细料石两种。粗料 石：表面凹凸不大于10mm 细料凹凸不大于5mm。
2019/3/20
11
名称 特 点 规 格 尺 寸 用 途
片石
由爆破或人工开采直接 得到的不规则的石料。
由成层岩石中打眼放炮 开采获得。形状大体方 正，无尖角，有两个较 大的平行面，边角可不 加工。 人工或机械开采的较规 则的六面体或其它形状 经过加工琢凿而成。有 三对平行面。
最小边长15cm，体积不小 砌筑挡土墙、护坡、边 于0.01m3，重量30Kg以上。 沟和混凝土基础等。
2019/3/20
5
2)吸水性
吸水性：石料在水中吸收水分并把水分保留在材料内部的性质。 主要与石料的孔隙率值大小和孔隙特征有关。采用吸水率和饱水率两项 指标来表征。 吸湿性：在空气中吸湿和还湿的性质，用含水量表示。空气潮湿时，吸 湿性；空气干燥时，还湿性。 (1)吸水率：在常温（20℃±2℃）常压下，石料试件最大的吸水质量占石 料试件干燥时质量的百分率。
2019/3/20
7
2、力学性质
一般的力学性质：抗压、抗拉、抗剪和抗弯强度等。 强度：材料在外力作用下抵抗破坏的能力。 路用性能特殊要求的力学性质：抗磨光、抗冲击、抗磨耗。 1) 单轴抗压强度R：
砂石材料
砂石材料：经人工开采的岩石或再经轧制而得到的碎石、 石屑等以及由地壳上层的岩石经自然风化得到的松散粒料如天 然砂砾。砂石材料可以直接铺筑路面或砌筑各种桥梁结构物， 但更多的是作为矿质集料来配制无机结合料稳定土、水泥混凝 土、砂浆和沥青混合料。
2019/3/20
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第一节 砂石材料的技术性质
厚度不小于20cm，宽度为 厚度的1.5~2.0倍，长度为 厚度的1.5~3.0倍。 桥涵基础。
块石
料石
按其表面平整程度分为粗 砌筑拱圈、纪念碑和石 柱等。 料石和细料石两种。粗料 石：表面凹凸不大于10mm 细料凹凸不大于5mm。
2019/3/20
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名称 特 点 规 格 尺 寸 用 途
片石
由爆破或人工开采直接 得到的不规则的石料。
由成层岩石中打眼放炮 开采获得。形状大体方 正，无尖角，有两个较 大的平行面，边角可不 加工。 人工或机械开采的较规 则的六面体或其它形状 经过加工琢凿而成。有 三对平行面。
最小边长15cm，体积不小 砌筑挡土墙、护坡、边 于0.01m3，重量30Kg以上。 沟和混凝土基础等。
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2)吸水性
吸水性：石料在水中吸收水分并把水分保留在材料内部的性质。 主要与石料的孔隙率值大小和孔隙特征有关。采用吸水率和饱水率两项 指标来表征。 吸湿性：在空气中吸湿和还湿的性质，用含水量表示。空气潮湿时，吸 湿性；空气干燥时，还湿性。 (1)吸水率：在常温（20℃±2℃）常压下，石料试件最大的吸水质量占石 料试件干燥时质量的百分率。
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2、力学性质
一般的力学性质：抗压、抗拉、抗剪和抗弯强度等。 强度：材料在外力作用下抵抗破坏的能力。 路用性能特殊要求的力学性质：抗磨光、抗冲击、抗磨耗。 1) 单轴抗压强度R：
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（2）沥青路面粗集料压碎试验
Q m=m1/m0×100％
m0 试验前试样质量 m1 试验后通过3mm筛孔的细集料质量
交通工程专业 38
第一章 石料与集料
2．磨光值 磨光值是反映石料抵抗轮胎磨光作用能力的指标，它
是采用加速磨光机磨光石料，并用摆式磨擦系数测定仪测
得的磨光后集料的磨擦系数。用高磨光值的石料来铺筑道
26
第一章 石料与集料
（5）粗集料骨架间隙率
指4.75mm以上粗集料在捣实状态下颗粒间的空隙 体积百分含量。
其大小用于确定混合料中细集料和结合料的数量，并 评价集料的骨架结构。
VCA = ( 1-
ρc ρa
) * 100%
ρc
水泥混凝土用粗集料振实密度，沥青混合料用捣实密度
ρa
交通工程专业
粗集料表观密度或毛体积密度。
交通工程专业 19
第一章 石料与集料
（一）物理常数
（1）表观密度 集料的表观密度是指在规定条件下，集料单位表观
体积（矿质实体体积＋闭口孔隙体积）
a
=
ms vs vn
=
m va
交通工程专业 20
第一章 石料与集料
（2）表干密度 集料的表干密度又称作饱和面干毛体积密度，它的计
算体积与毛体积密度相同，但计算质量为集料颗粒的 表干质量（饱和面干状态，包括了吸入开口孔隙中的 水），由下式计算。
s
= Vs
ma Vn Vi
体积：矿质实体＋闭口孔隙体积＋开口孔隙体积
交通工程专业 21
第一章 石料与集料
（3）装填密度 装填密度根据装样方法的不同可为堆积密度、振实密度或 捣实密度。该密度是指烘干集料颗粒矿质实体的单位装填 体积（包括集料颗粒间空隙体积、集料矿质实体及其闭口、 开口孔隙体积）的质量，按下式计算。
交通工程专业
Q磨
=
m1 m2 m1
100
3
第一章 石料与集料
②狄法尔法磨耗试验
试验要求： （1）碎石：75 mm、50mm、2mm标准筛；
砾石：50mm、35mm、25mm、2.5mm标准筛。
（2）转动速率： 30－33r/min，旋 转10000转。
Q磨
=
m1 m2 m1
100
交通工程专业 4
石料矿质实体包 括孔隙（闭口、 开口孔隙）体积 在内的单位毛体 积的质量
单位毛体积 集料颗粒矿质实体
（包括集料矿 的单位装填体积
质实体体积及 （包括集料颗粒间
全部孔隙体积） 空隙体积、集料矿
的饱和面干质 质实体及全部孔隙
量
体积）的质量
计算公式 主要用途
交通工程专业
t
=
ms Vs
a
=
ms Vs Vn
27
第一章 石料与集料
（6）细集料的棱角性
细集料的棱角性由在一定条件下测定的空隙率表 征。天然砂、人工砂、石屑等细集料的棱角性对沥青 混合料的内摩擦角和抗流动性变形能力及对水泥混凝 土的和易性有显著影响。当空隙率大时，细集料有较 大的内摩擦角。
U
= ( 1-
ρc ρs
) * 100%
ρc
细集料的装填密度
由自然风化、流水搬运、分选、堆积形成的 粒径小于4.75mm的岩石颗粒；
山砂、河砂、湖砂、海砂等，不包括软质岩 石、风化岩石颗粒。
交通工程专业 8
第一章 石料与集料
（2）人工砂： 经除土处理的机制砂、混合砂的统称。
机制砂： ——由机械破碎、筛分制成的粒径小于
4.75mm的岩石颗粒；不包括软质岩石、风化岩 石颗粒。 混合砂：
规定，路用石料按其所属岩石类型分为四类，每一类 石料又按其抗压强度及磨耗率指标分为四个等级。
Ⅰ级——最坚强的岩石 Ⅱ级——坚强的岩石 Ⅲ级——中等坚强的岩石 Ⅳ级——较软的岩石
交通工程专业 6
交通工程专业 7
第一章 石料与集料
一、集料
概述： 由不同粒径矿质颗粒组成的混合料。
1．集料分类 （1）天然砂：
交通工程专业 30
课堂练习
例1： 经试验测得某石料试样在空气中重80g,封蜡后
空气中重86g,水中重48 g，孔隙率为11 %。试计 算该试样的毛体积密度是多少？真实密度是多少？ (蜡的密度为0.93g/cm3 )
交通工程专业 31
课堂练习
解： V=(86-48)/1-(86-80)/0.93=38cm3-6/0.93=31.55 cm3
（2）桥梁工程： 70±2mm立方体
交通工程专业
R= P A
2
第一章 石料与集料
2、磨耗率：
指石料抵抗撞击、边缘剪力和磨擦等联合作用的能力。
①洛杉矶试验法
试验要求： （1）2mm（圆孔筛）或 1.7mm(方孔筛) （2）钢球：直径46.8mm， 质量390－445g （3）回转速率：30－ 33r/min
第一章 石料与集料
两种方法比较： （1）狄法尔试验采用单一粒径试验，与实际使用情况
不符，等级级差较小且费时； （2）两种方法对石料施加的作用效果与石料在道路结
构中实际经受的磨耗作用有较大差别；
交通工程专业 5
第一章 石料与集料
（三）、石料的技术标准
《公路工程石料试验规程》（ JTG E41－2005 ）
交通工程专业 14
第一章 石料与集料
交通工程专业 15
第一章 石料与集料
交通工程专业 16
摇筛机
交通工程专业
标准砂筛
筛盖 4.75mm 2.36mm 1.18mm 600um 300um
150um 筛底
17
二、集料物理性质
集料的质量与体积的 关系见图所示：
交通工程专业 18
第一章 石料与集料
能力，也是集料强度的相对指标，用以鉴定集料 品质。压碎值是对石料的标准试样在标准条件下 进行加荷，测试石料被压碎后，标准筛通过质量 的百分率。
压碎指标仪
交通工程专业 37
第一章 石料与集料
（1）水泥混凝土粗集料压碎试验
Qa=(m0-m1)/m0×100％
m0 ——试样质量 m1 ——试验后2.36mm筛上的筛余质量
确定石料、 水泥及矿 粉的密度， 计算石料 的孔隙率 和混合料 的配合比
确定粗细 集料的密 度，用于 混合料的 配合比和 空隙率的 计算
h
=
Vs
ms Vn
Vi
计算石料的孔隙 率和集料的骨架 间隙率
s =
ma
Vs Vn Vi
=
ms
Vs Vn Vi Vv
可用于集料 计算集料的空隙 磨耗值计算 率
积吸水率. 交通工业 35
第一章 石料与集料
二、集料的力学性质
在结构层或混合料中，粗集料起骨架作用，应具 备一定的强度、耐磨、抗磨耗和抗冲击性能等， 这些性能用压碎值、磨光值、磨耗值和冲击值等 指标表示。
交通工程专业 36
第一章 石料与集料
1．压碎值 压碎值是指按规定的方法测得石料抵抗压碎的
交通工程专业 10
第一章 石料与集料
2．粗细集料粒径的界限
工程上以粒径的大小为界，通常将集料分粗集料 及细集料；
沥青混合料用集 料粗细界限尺寸 为2.36mm
水泥混凝土用集料 的粗细界限尺寸为 4.75mm
交通工程专业 11
第一章 石料与集料
3．最大粒径 这是一个较为重要但又容易引起混淆的概念，集 料的最大粒径这一概念由两个不同定义构成，即 集料最大粒径和集料公称最大粒径。
=
ms
Vs Vn Vi Vv
体积： 矿质实体＋闭口孔隙体积＋开口孔隙体积＋空隙体积
交通工程专业 22
实验方法
交通工程专业
捣实密度
直径25mm 钢筋
23
第一章 石料与集料
（4）空隙率 空隙率是指集料在某种装填状态下的空隙体积（含开口孔 隙）占装填体积的百分率，按下式计算。
n = Vv Vi 100 % Vf
a ——集料的表观密度,g/cm3。
小结：石料和集料涉及多种密度，现将这些密度归纳在下表中。
交通工程专业 25
第一章 石料与集料
密度类型 定义
表
真密度
石料矿 质实体 单位真 实体积 的质量
砂石材料密度概念小结
表观密度 毛体积密度
表干密度
装填密度
石料矿质 实体包括 闭口孔隙 在内的单 位表观体 积的质量
PSV＝PSVra＋49－PSVbra
图中：m____集料的总质量（g）； m0____集料中矿质实体质量（g）； ms____集料中孔隙及空隙部分的质量（g）； V____集料的总体积（cm）； Vs____集料中矿质实体的体积（cm）； Vn____集料中闭口孔隙的体积（cm）； Vi____集料中开口孔隙的体积（cm）； Vv____集料中空隙的体积（cm）； V0____集料中孔隙的体积（cm）；
交通工程专业
Ρs
细集料毛体积密度。
28
第一章 石料与集料
（二）集料的颗粒形状与表面特征 1、颗粒形状
理想的形状：接近球体或立方体；当扁平、薄片、细长的颗粒含量高时，
交通工集程专料业 空隙率会增加，有损和易性及混凝土强度
29
第一章 石料与集料
2、表面特征 集料的表面特征主要是指集料表面的粗糙程度及孔隙 特征等，它与集料的材质、岩石结构、矿物组成及其 受到冲刷、受腐蚀程度有关。 表面特征影响： （1）影响集料与结合料的粘结力，从而影响混合料 强度，特别是抗折强度； （2）表面粗糙颗粒间摩擦力大，但影响和易性； （3）表面粗糙、具有吸收水泥浆或沥青中轻质组分 的孔隙特征的集料，与结合料粘结力强；
实际上工程中所指的最大粒径往往是指公称最大 粒径，这一点在今后的应用中要加以区分。
Q m=m1/m0×100％
m0 试验前试样质量 m1 试验后通过3mm筛孔的细集料质量
交通工程专业 38
第一章 石料与集料
2．磨光值 磨光值是反映石料抵抗轮胎磨光作用能力的指标，它
是采用加速磨光机磨光石料，并用摆式磨擦系数测定仪测
得的磨光后集料的磨擦系数。用高磨光值的石料来铺筑道
26
第一章 石料与集料
（5）粗集料骨架间隙率
指4.75mm以上粗集料在捣实状态下颗粒间的空隙 体积百分含量。
其大小用于确定混合料中细集料和结合料的数量，并 评价集料的骨架结构。
VCA = ( 1-
ρc ρa
) * 100%
ρc
水泥混凝土用粗集料振实密度，沥青混合料用捣实密度
ρa
交通工程专业
粗集料表观密度或毛体积密度。
交通工程专业 19
第一章 石料与集料
（一）物理常数
（1）表观密度 集料的表观密度是指在规定条件下，集料单位表观
体积（矿质实体体积＋闭口孔隙体积）
a
=
ms vs vn
=
m va
交通工程专业 20
第一章 石料与集料
（2）表干密度 集料的表干密度又称作饱和面干毛体积密度，它的计
算体积与毛体积密度相同，但计算质量为集料颗粒的 表干质量（饱和面干状态，包括了吸入开口孔隙中的 水），由下式计算。
s
= Vs
ma Vn Vi
体积：矿质实体＋闭口孔隙体积＋开口孔隙体积
交通工程专业 21
第一章 石料与集料
（3）装填密度 装填密度根据装样方法的不同可为堆积密度、振实密度或 捣实密度。该密度是指烘干集料颗粒矿质实体的单位装填 体积（包括集料颗粒间空隙体积、集料矿质实体及其闭口、 开口孔隙体积）的质量，按下式计算。
交通工程专业
Q磨
=
m1 m2 m1
100
3
第一章 石料与集料
②狄法尔法磨耗试验
试验要求： （1）碎石：75 mm、50mm、2mm标准筛；
砾石：50mm、35mm、25mm、2.5mm标准筛。
（2）转动速率： 30－33r/min，旋 转10000转。
Q磨
=
m1 m2 m1
100
交通工程专业 4
石料矿质实体包 括孔隙（闭口、 开口孔隙）体积 在内的单位毛体 积的质量
单位毛体积 集料颗粒矿质实体
（包括集料矿 的单位装填体积
质实体体积及 （包括集料颗粒间
全部孔隙体积） 空隙体积、集料矿
的饱和面干质 质实体及全部孔隙
量
体积）的质量
计算公式 主要用途
交通工程专业
t
=
ms Vs
a
=
ms Vs Vn
27
第一章 石料与集料
（6）细集料的棱角性
细集料的棱角性由在一定条件下测定的空隙率表 征。天然砂、人工砂、石屑等细集料的棱角性对沥青 混合料的内摩擦角和抗流动性变形能力及对水泥混凝 土的和易性有显著影响。当空隙率大时，细集料有较 大的内摩擦角。
U
= ( 1-
ρc ρs
) * 100%
ρc
细集料的装填密度
由自然风化、流水搬运、分选、堆积形成的 粒径小于4.75mm的岩石颗粒；
山砂、河砂、湖砂、海砂等，不包括软质岩 石、风化岩石颗粒。
交通工程专业 8
第一章 石料与集料
（2）人工砂： 经除土处理的机制砂、混合砂的统称。
机制砂： ——由机械破碎、筛分制成的粒径小于
4.75mm的岩石颗粒；不包括软质岩石、风化岩 石颗粒。 混合砂：
规定，路用石料按其所属岩石类型分为四类，每一类 石料又按其抗压强度及磨耗率指标分为四个等级。
Ⅰ级——最坚强的岩石 Ⅱ级——坚强的岩石 Ⅲ级——中等坚强的岩石 Ⅳ级——较软的岩石
交通工程专业 6
交通工程专业 7
第一章 石料与集料
一、集料
概述： 由不同粒径矿质颗粒组成的混合料。
1．集料分类 （1）天然砂：
交通工程专业 30
课堂练习
例1： 经试验测得某石料试样在空气中重80g,封蜡后
空气中重86g,水中重48 g，孔隙率为11 %。试计 算该试样的毛体积密度是多少？真实密度是多少？ (蜡的密度为0.93g/cm3 )
交通工程专业 31
课堂练习
解： V=(86-48)/1-(86-80)/0.93=38cm3-6/0.93=31.55 cm3
（2）桥梁工程： 70±2mm立方体
交通工程专业
R= P A
2
第一章 石料与集料
2、磨耗率：
指石料抵抗撞击、边缘剪力和磨擦等联合作用的能力。
①洛杉矶试验法
试验要求： （1）2mm（圆孔筛）或 1.7mm(方孔筛) （2）钢球：直径46.8mm， 质量390－445g （3）回转速率：30－ 33r/min
第一章 石料与集料
两种方法比较： （1）狄法尔试验采用单一粒径试验，与实际使用情况
不符，等级级差较小且费时； （2）两种方法对石料施加的作用效果与石料在道路结
构中实际经受的磨耗作用有较大差别；
交通工程专业 5
第一章 石料与集料
（三）、石料的技术标准
《公路工程石料试验规程》（ JTG E41－2005 ）
交通工程专业 14
第一章 石料与集料
交通工程专业 15
第一章 石料与集料
交通工程专业 16
摇筛机
交通工程专业
标准砂筛
筛盖 4.75mm 2.36mm 1.18mm 600um 300um
150um 筛底
17
二、集料物理性质
集料的质量与体积的 关系见图所示：
交通工程专业 18
第一章 石料与集料
能力，也是集料强度的相对指标，用以鉴定集料 品质。压碎值是对石料的标准试样在标准条件下 进行加荷，测试石料被压碎后，标准筛通过质量 的百分率。
压碎指标仪
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第一章 石料与集料
（1）水泥混凝土粗集料压碎试验
Qa=(m0-m1)/m0×100％
m0 ——试样质量 m1 ——试验后2.36mm筛上的筛余质量
确定石料、 水泥及矿 粉的密度， 计算石料 的孔隙率 和混合料 的配合比
确定粗细 集料的密 度，用于 混合料的 配合比和 空隙率的 计算
h
=
Vs
ms Vn
Vi
计算石料的孔隙 率和集料的骨架 间隙率
s =
ma
Vs Vn Vi
=
ms
Vs Vn Vi Vv
可用于集料 计算集料的空隙 磨耗值计算 率
积吸水率. 交通工业 35
第一章 石料与集料
二、集料的力学性质
在结构层或混合料中，粗集料起骨架作用，应具 备一定的强度、耐磨、抗磨耗和抗冲击性能等， 这些性能用压碎值、磨光值、磨耗值和冲击值等 指标表示。
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第一章 石料与集料
1．压碎值 压碎值是指按规定的方法测得石料抵抗压碎的
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第一章 石料与集料
2．粗细集料粒径的界限
工程上以粒径的大小为界，通常将集料分粗集料 及细集料；
沥青混合料用集 料粗细界限尺寸 为2.36mm
水泥混凝土用集料 的粗细界限尺寸为 4.75mm
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第一章 石料与集料
3．最大粒径 这是一个较为重要但又容易引起混淆的概念，集 料的最大粒径这一概念由两个不同定义构成，即 集料最大粒径和集料公称最大粒径。
=
ms
Vs Vn Vi Vv
体积： 矿质实体＋闭口孔隙体积＋开口孔隙体积＋空隙体积
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实验方法
交通工程专业
捣实密度
直径25mm 钢筋
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第一章 石料与集料
（4）空隙率 空隙率是指集料在某种装填状态下的空隙体积（含开口孔 隙）占装填体积的百分率，按下式计算。
n = Vv Vi 100 % Vf
a ——集料的表观密度,g/cm3。
小结：石料和集料涉及多种密度，现将这些密度归纳在下表中。
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第一章 石料与集料
密度类型 定义
表
真密度
石料矿 质实体 单位真 实体积 的质量
砂石材料密度概念小结
表观密度 毛体积密度
表干密度
装填密度
石料矿质 实体包括 闭口孔隙 在内的单 位表观体 积的质量
PSV＝PSVra＋49－PSVbra
图中：m____集料的总质量（g）； m0____集料中矿质实体质量（g）； ms____集料中孔隙及空隙部分的质量（g）； V____集料的总体积（cm）； Vs____集料中矿质实体的体积（cm）； Vn____集料中闭口孔隙的体积（cm）； Vi____集料中开口孔隙的体积（cm）； Vv____集料中空隙的体积（cm）； V0____集料中孔隙的体积（cm）；
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Ρs
细集料毛体积密度。
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第一章 石料与集料
（二）集料的颗粒形状与表面特征 1、颗粒形状
理想的形状：接近球体或立方体；当扁平、薄片、细长的颗粒含量高时，
交通工集程专料业 空隙率会增加，有损和易性及混凝土强度
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第一章 石料与集料
2、表面特征 集料的表面特征主要是指集料表面的粗糙程度及孔隙 特征等，它与集料的材质、岩石结构、矿物组成及其 受到冲刷、受腐蚀程度有关。 表面特征影响： （1）影响集料与结合料的粘结力，从而影响混合料 强度，特别是抗折强度； （2）表面粗糙颗粒间摩擦力大，但影响和易性； （3）表面粗糙、具有吸收水泥浆或沥青中轻质组分 的孔隙特征的集料，与结合料粘结力强；
实际上工程中所指的最大粒径往往是指公称最大 粒径，这一点在今后的应用中要加以区分。