江西交通职业技术学院 路桥工程系
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第一章 砂石材料
第一节 岩石的技术性质和技术要求
? 一、岩石的技术性质
(一 )物理性质
(二 )力学性质
(三 )化学性质
? 二、道路和桥涵用岩石制品
(一 )道路路面建筑用岩石制品
(二 )桥梁建筑用主要岩石制品
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? 岩石的物理性质包括:物理常数 (如真实密度、毛体积
密度和孔隙率等 )、吸水性(如吸水率、饱水率等 )和耐候性
(耐冻性、坚固性等 )。
? 1,物理常数, 岩石的物理常数是岩石矿物组成结构状态的
反映,它与岩石的技术性质有着密切的联系。
? 2,吸水性, 岩石在规定的条件下吸水的能力。采用吸水率
和饱水率两项指标来表征岩石的吸水性。
? 3,耐候性, 道路与桥梁建筑的岩石抵抗大气自然因素作用
的性能称为耐候性 。
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? 为了反映岩石的组成结构以及它与物理一力学性质间的
关系,通常采用一些物理常数来表征它。在路桥工程用块
状岩石中,最常用的物理常数主要是真实密度、毛体积密
度和孔隙率。通过这些物理常数可以间接预测岩石的有关
物理性质和力学性质。此外,在混合料组成设计计算时,
这些物理常数也是重要的原始资料。
? 1) 密度
? 2) 毛体积密度
? 3) 孔隙率
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? 密度, 岩石在规定条件 (105土 5℃ 烘干至恒重,温度 20℃ )下,
单位真实体积 (不含孔隙的矿质实体的体积 )的质量。真实密
度用 ρt表示。
( 1-1)
? 式中,ρt — 岩石的真实密度 (g/ cm3) ;
mS — 岩石矿质实体的质量 (g);
VS — 岩石矿质实体的体积 (cm3)。
st
s
m
V? ?
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? 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:
( 1-2)
? 式中,ρh— 岩石的毛体积密度 (g/ cm3);
ms,VS— 意义同式 (1-1);
Vi,Vn— 岩石开口孔隙和闭口孔隙的体积 (cm3)
ins
s
h VVV
m
????
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? 孔隙率,岩石的孔隙体积占其总体积的百分率 。
? (1-3)
? 式中,n— 岩石的孔隙率 (% )
V0— 岩石的孔隙 (包括开口和闭口孔隙 )
的体积 (cm3)
V — 岩石的总体积 ( cm3)
1 0 00 ?? VVn
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? 吸水性,是岩石在规定的条件下吸水的能力。岩石与水作用后,
水很快湿润岩石的表面并填充了岩石的孔隙,因此水对岩石的
破坏作用的大小,主要取决于岩石造岩矿物性质及其组织结构
状态 (即孔隙分布情况和孔隙率大小 )。为此,我国现行, 公路
工程岩石试验规程, 规定,采用吸水率和饱水率两项指标来表
征岩石的吸水性。
? 1) 吸水率
? 2) 饱水率
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? 吸水率,岩石吸水率是指在室内常温 (20?2℃ )和大气压条件
下,岩石试件最大的吸水质量占烘干 (105?5℃ 干燥至恒重 )岩
石试件质量的百分率。
? 岩石吸水率按式 (1-4)计算:
(1-4)
? 式中,W —— 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)
21
1
m - mQ = 1 0 0
m ?冻
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? 饱水率,岩石饱水率是在室内常温 (20?2℃ )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。
? 饱水率的测定方法 (JTJ 054T0209— 94)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。
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? 耐候性,道路与桥梁都是暴露于大自然中无遮盖的建筑物,经
常受到各种自然因素的影响,用于道路与桥梁建筑的岩石抵抗
大气自然因素作用的性能称为耐候性。目前对道路与桥梁用岩
石,在某些气候条件下,必须考虑其抗冻融耐久性 (简称抗冻
性 )。
? 目前已列入我国, 公路工程岩石试验规程, ( JTJ 054— 94)
的方法有:
? 1) 抗冻性
? 2) 坚固性
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? 1)抗冻性,岩石抗冻性是指岩石在吸水饱和状态下,抵抗多
次冻结和融化作用而不发生显著破坏,同时也不严重降低强度
的性质。
我国现行抗冻性的试验方法是采用直接冻融法。该方法是
将岩石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,然后臵于负温(通常
采用 -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。经过 10,15,25或 50次循环后,观察其外观破
坏情况并加以记录。
此外,抗冻性亦可采用未经冻融的岩石试件抗压强度与冻
融循环后的岩石试件抗压强度比值(称为耐冻系数)表示。
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? 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。
将烘干岩石试件臵入饱和硫酸钠溶液中浸泡 20h后,将试件
取出臵于 105土 5℃ 的烘箱中烘烤 4h,至此完成第 1个循环。待
试样冷却至 20~25℃ 后,即开始第 2个循环。从第 2个循环起,
浸泡和烘烤时间均为 4h。完成 5次循环后,仔细观察试件有无破
坏现象,将试件洗净烘至恒重,准确称出其质量,按式 (1-5)计
算坚固性试验质量损失率。
Q冻 —— 冻融后的质量损失率 (% )
m1 —— 试验前烘干试件的质量 (g)
m2 —— 试验后烘干试件的质量 (g)
12
1
m - mQ = 1 0 0
m ?冻
(1-5)
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? 力学性质,由于道路建筑用岩石多轧制成集料使用,故抗磨光、
抗冲击和抗磨耗等性能将在集料力学性质中讨论。
? 单轴抗压强度:道路建筑用岩石的 (单轴 )抗压强度是指在单轴
受压并按规定的加载条件下,达到极限破坏时,单位承压面积
的强度,按式 (1-7)计算。岩石的单轴抗压强度是岩石力学性
质中最重要的一项指标,它是划分岩石等级的主要依据。
? 式中,R —— 岩石的抗压强度 (MPa)
P —— 极限破坏时的荷载 (N)
A —— 试件的截面积 (mm2)
PR
A?
(1-7)
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? 化学性质,早年的研究认为矿质集料是一种惰性材料,它在混
合料 (各种矿质集料与水泥和沥青组成 )中起着物理作用。随着
科学发展,科学家们根据物化一力学的研究,认为矿质集料在
混合料中与结合料起着物理一化学作用。岩石的化学性质将影
响着混合料的物理一力学性质。
? 根据试验研究的结果,按 SiO2的含量多少将岩石划分为酸
性、碱性及中性。按克罗斯的分类法,岩石化学组成中 SiO2含
量大于 65%的岩石称为酸性岩石; SiO2含量在 52%~ 65%的
岩石称为中性岩石; SiO2含量小于 52%的岩石称为碱性岩石。
所以在选择与沥青结合的岩石时,应考虑岩石的酸碱性对沥青
与岩石粘结的影响。
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? 道路路面建筑用岩石制品,包括直接铺砌路面面层用的整齐块
石、半整齐块石和不整齐块石三类;用作路面基层用的锥形块
石、片石等。各种岩石制品的技术要求和规格简要分述如下。
? 1.高级铺砌用整齐块石
? 2.路面铺砌用半整齐块石
? 3.铺砌用不整齐块石
? 4.锥形块石
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? 桥梁建筑所用岩石主要制品,片石、块石、方块石、粗料石、
镶面石等。
? 1.片石
? 2.块石
? 3.方块石
? 4.粗料石
? 5.细料石
? 6.镶面石
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第二节 集 料
? 一、细集料的技术性质
在沥青混合料中,细集料是指粒径小于 2.36mm的天然砂、
人工砂及石屑;在水泥混疑土中,细集料是指粒径小于 4.75mm
的天然砂、人工砂。细集料技术性质主要包括物理性质、颗粒
级配和粗度。
? 1,物理常数
? 2,级配
? 3,粗度
? 4,含泥量和泥块含量
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? 二、粗集料的技术性质
粗集料的技术性质包括物理性质和力学性质。粗集料物
理性质有物理常数 (表观密度、毛体积密度、堆积密度种空隙
率等 )、级配和坚固性。路用粗集料的力学性质有集料压碎值、
集料磨光值、集料冲击值和集料磨耗率四项指标。
? 1,物理性质
? 2,粗集料的力学性质
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? 细集料的物理常数,主要有表观密度、堆积密度和空隙率等,
其含义与粗集料完全相同,具体数值可通过试验测定。细集料
的物理常数计算方法与粗集料相同,详见,粗集料技术性质,。
? 级配,集料各级粒径颗粒的分配情况。砂的级配可通过砂的筛
分试验确定。筛分试验是将预先通过 9.5mm孔径的干砂,称取
500g臵于一套孔径为分别为 4.75,2.36,1.18,0.6,0.3、
0.15,0.075mm(方孔筛)的标准筛上,分别求出试样存留在
各筛上的质量,然后按下述方式计算其级配有关参数。
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? ( 1)分计筛余百分率
某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率,按式 (1-9)计
算:
? 式中,ai —— 某号筛上的分计筛余( %)
mi —— 存留在某号筛上的质量( g)
M —— 试样的总质量( g)
? ( 2)累计筛余百分率
某号筛的分计筛余百分率和大于某号筛的各筛的分计筛余百
分率之总和,可按式 (1-10)计算:
Ai = a1 + a2+ … + ai (1 -10)
100ii ma M??
(1-9)
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? 式中,Ai —— 累计筛余( %); a1,a2,…, ai —— 4.75mm、
2.36 mm…… 至计算的某号筛的分计筛余( %)。
? ( 3)通过百分率
通过某号筛的试样质量占试样总质量的百分率,即 100与某
号筛累计筛余百分率之差,按式 (1-11)计算:
Pi = 100-Ai (1-11)
? 式中,Pi —— 通过百分率( %)
Ai —— 累计筛余(%)
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? 粗度,评价砂粗细程度的一种指标。通常用细度模数表示。细度
模数亦称细度模量。对水泥混凝土用砂,可按式( 1-12)计算细
度模数,准确至 0.01。
? 式中, MX —— 细度模数; A0.15,A0.30,…, A4.75— 0.15mm,
0.30mm,…, 4.75mm各筛的累积筛余百分率( %)
? 例题 1-1:分析某水泥混凝土用细集料的级配组成并计算其细度
模数 。
? 解题过程如下:
? ?0, 1 5 0, 3 0 0, 6 0 1, 1 8 2, 3 6 4, 7 5
4, 7 5
5
100x
A A A A A AM
A
? ? ? ? ??
?
( 1-12)
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? 含泥量和泥块含量, 存在于集料中或包裹在集料颗粒表面的泥
土会降低水泥的水化反应速度,也会妨碍集料与水泥(或沥青)
间的粘结能力,显著影响混合料的整体强度与耐久性,应对其含
量加以限制。
? ( 1)含泥量与石粉含量
含泥量是指集料中粒径小于 0.075mm的颗粒含量,石粉含量
是指人工砂中小于 0.075mm的颗粒含量,两者均按照式( 1-14)
计算。
? 式中,Qa—— 集料的含泥量和石粉含量( %)
m0—— 试验前烘干集料试样的质量( g)
m1—— 经筛洗后,0.075mm筛上烘干试样的质量( g)
01
0
100n mmQ m???
( 1-14)
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? ( 2)泥块含量:指粗集料中原尺寸大于 4.75mm(细集料中
1.18mm),但经水浸洗、手捏后小于 2.36mm(细集料中 0.6mm)
的颗粒含量,按照式 (1-16)计算。集料中的泥块主要以三种类型
存在:由纯泥组成的团块;由砂、石屑与泥组成的团块;包裹在
集料颗粒表面的泥。
? 式中,Qb— 集料的含泥量( %); G1— 粗集料为 4.75mm(细集
料为 1.18mm)筛上试样的质量( g); G2— 粗集料为 4.75mm(细
集料为 1.18mm)筛上试样经水洗后,粗集料为 2.36mm(细集料
为 0.6mm)筛上烘干试样的质量( g)。
12
2
100%b GGQ G???
(1-16)
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? 1.物理性质
? 1)物理常数
? ( 1) 表观密度
? ( 2) 毛体积密度
? ( 3) 堆积密度
? ( 4) 空隙率
? 2)级配
? 3)坚固性
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? 表观密度 (简称视密度 ),粗集料的表观密度是在规定条件
(105± 5℃ 烘干至恒重 )下.单位表观体积 (包括矿质实体和闭口孔
隙体积 )的质量。可按式( 1-14)计算。
? 式中,ρA—— 集料的表观密度 (g/ cm3)
mS —— 矿质实体质量 (g)
Vs —— 矿质实体体积 (cm3)
Vn —— 矿质实体闭口孔隙体积 (cm3)
sA
sn
m
vv? ? ?
( 1-14)
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? 毛体积密度,粗集料的毛体积密度是在规定的条件下,单位毛体
积 (包括矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙 )的质量可按式( 1-15)
计算。
? 式中,ρh — 粗集料毛体积密度 (g/ cm3)
Vs,Vn,Vi — 分别为粗集料矿质实体、闭口孔
隙和开口孔隙体积 (cm3)
mS — 矿质实体质量 (g)
s
b
s n i
m
V V V? ? ??
( 1-15)
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? 堆积密度,粗集料装填于容器中包括集料空隙 (颗粒之间的 )和孔
隙 (颗粒内部的 )在内的单位体积的质量,可按式( 1-16)求得:
? 式中,ρf —— 粗集料的堆积密度 (g/cm3)
Vs,Vp和 Vv—— 分别为矿质实体、孔隙和空隙
的体积 (cm3);
mS —— 矿质实体的质量 (g )。
s
s p v
m
V V V? ? ?? ( 1-16)
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? 空隙率,粗集料空隙率是粗集料试样颗粒之间的空隙占总体积的
百分率。粗集料空隙率可按式 (1-17)计算:
? 式中,VG —— 粗集料的空隙串 (% );
ρ—— 粗集料的表观密度 (g/cm3);
ρa—— 按振实法测定的粗集料的松方密度 (g/cm3) 。
1 1 0 0G
a
V ????? ? ????? (1-17)
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? 级配, 粗集料中各组成颗粒的分级和搭配情况称为级配,级
配是通过筛析试验确定的。
? ( 1)集料中通过 0.075mm的含量按式( 1-18)计算,准确至
0.1%。
( 1-18)
? 式中,P0.075 —— 集料中粒径小于 0.075mm的含量
(通过率)( %)
m1 —— 用于水洗的干燥集料总质量( g)
m2 —— 集料水洗后的干燥质量( g)
120,075
1
100mmP m???
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? ( 2)分计筛余百分率
各号筛上的分计筛余百分率按式( 1-19)计算,但 0.075筛
不计算分计筛余,准确至 0.1%。
? 式中,ai —— 各号筛上的分计筛余百分率( %)
m0 —— 用于干筛的干燥集料总质量( g)
mi—— 各号筛上的分计筛余( g)
i —— 依次为 0.15mm,0.3mm,0.6mm…… 至集料最
大粒径。
0,075
0
100 100i
i
mPa m ??? ( 1-19)
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? ( 3)累计筛余百分率
各号筛的累计筛余百分率为该号筛及大于该号筛的各号筛
的分计筛余百分率之和,但 0.075mm筛不计算累计筛余,准
确至 0.1%。
? ( 4)各号筛的质量通过百分率
各号筛的质量通过百分率等于 100减去该号筛累计筛余百
分率,但 0.075mm筛的质量通过百分率即为 P0.075,准确至
0.1%。
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? 坚固性:
除前述的将原岩石加工成规则试块进行抗冻性和坚固性试
验外,对已轧制成的碎石或天然的卵石,亦可采用规定级配的
各粒级集料,按现行, 公路工程集料试验规程, (JTJ 058—
2000)选取规定数量,分别装在金属网篮中浸入饱和硫酸钠溶
液中进行干湿循环试验。经一定的循环次数后,观察其表面破
坏情况,并用质量损失百分率来计算其坚固性。
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? 粗集料的力学性质,道路路面建筑用粗集料的力学性质,主要
是压碎值和磨耗度,其次是新近发展起来的抗滑表层用集料的
三项试验,即磨光值、道瑞磨耗值和冲击值。
? 1) 压碎值
? 2) 磨光值
? 3) 冲击值
? 4) 磨耗值
? 5) 磨耗性
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? 压碎值,按规定的方法测得岩石抵抗压碎的能力也是集料强度
的相对指标,以鉴定集料品质。按, 公路工程集料试验规程,
(JTG E42— 2005)的规定,水泥混凝土用粗集料压碎值试验是
将 9.5~19.0mm集料试样 3kg装入压碎值测定仪的钢质圆筒内,
放在压力机上,在 3~5min内均匀地加荷至 200kN立即卸载,称
其通过 2.36mm的筛余质量,按式( 1- 20)计算:
? 式中,Qa —— 集料的压碎值( %); m0 —— 试样的质量 (g );
m1 —— 试验后 2.36mm筛上试样的筛余质量( g)。
01
0
100a mmQ m???
( 1- 20)
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? 按, 公路工程集料试验规程, (JTG E42— 2005)的规定,沥青路
面用粗集料压碎值试验是将 13.2~16mm集料试样 3kg装入压碎值
测定仪的钢质圆筒内,放在压力机上,一定时间内均匀地加荷至
400kN,立即卸载,称其通过 2.36mm的筛余质量,按式( 1-21)
计算:
? 式中,Qˊ a —— 集料的压碎值( %)
m0 —— 试验前试样的质量 (g )
m1 —— 试验后通过 2.36mm筛孔的细料质量( g)
' 1
0
100a mQ m?? ( 1-21)
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? 磨光值,反映岩石抵抗轮胎磨光作用能力的指标,它是采用加
速磨光机磨光岩石,并用摆式摩擦系数测定仪测得的磨光后集
料的摩擦系数。用高磨光值的岩石来铺筑道路路面表层,可以
提高路表抗滑能力,保障车辆安全行驶。
磨光值试验的基本方法是将 10~15mm干净岩石颗粒单层
紧密地排列在试模之中,并用环氧树脂砂浆固定,制成试件,
经养护后拆模。同种岩石制备四个试件,顺序安装在道路轮上。
先用 30号金刚砂对试件磨蚀 3h,再用 280号金刚砂磨蚀 3h后停
机。取出试件后,用摆式摩擦系数测定仪测定试件的摩擦系数,
将摩擦系数除以 0,6即为集料的磨光值,以 PSV表示。岩石
磨光值愈高,表示其抗滑性愈好。
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? 冲击值,反映岩石抵抗多次连续重复冲击荷载作用的能力。
按现行规范, 公路工程集料试验规程, (JTG E42— 2005)
中规定的试验方法,集料的冲击值试验采用尺寸为
9.5~13.2mm的干燥集料颗粒,按标准方法分三层装入量
筒中,称取集料试样质量。将称好质量的集料装入圆形钢
筒中后臵于冲击试验仪上,用捣实杆单独捣实 25次。调整
锤击高度,让锤从 380± 5mm处自由落下,连续锤击集料
15次,每次间隔不少于 1s。将击实试验后的集料用 2.36
mm筛筛分,称取通过 2.36nm筛的石屑质量。
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? 集料冲击值按式 (1-22)计算:
? 式中,LSV —— 集料的冲击值(%)
m0 —— 试样的总质量( g)
m1—— 冲击试验后,通过 2.36mm 筛的石屑质量( g)
1
0
100mL SV m?? (1-22)
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? 磨耗值,用于确定岩石抵抗表面磨损的能力,适用于对路面抗
滑表层所用集料抵抗车轮磨耗能力的评定。我国现行, 公路工
程集料试验规程, ( JTJ058— 2000),采用道瑞磨耗试验机测
试岩石磨耗值。集料的磨耗值按式 (1-23)计算:
? 式中,AAV —— 集料的道瑞磨耗值; m1—— 磨耗前试样的质
量( g); m2—— 磨耗后试样的质量( g); ρs —— 集料表干
密度 (g/cm3) 。
? 集料磨耗值愈高,表示集料耐磨性愈差。
? ?123 100
s
mmAAV
?
??? (1-23)
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? 磨耗性,石料抵抗撞击、剪切和摩擦等综合作用的性能。按我
国现行试验规程规定,石料的磨耗试验采用洛杉矶式磨耗试验
(又称搁板式磨耗试验 )方法。石料磨耗率按式 (1-8)计算:
? 式中,Q磨 —— 石料磨耗率 (% )
m1 —— 装入圆筒中的试样质量 (g)
m2 —— 试验后洗净烘干的试样质量 (g)
12
1
100mmQ m???磨
( 1-24)
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解,取集料试样 500g进行筛分试验,各号筛上的筛余质量见下表。
分别计算该集料分计筛余百分率、累计筛余百分率和通过百分率,
将结果列入下表。
筛孔尺寸( mm) 9.5 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 底盘
筛余质量 mi( g) 0 15 63 99 105 115 75 28
分计筛余百分率 ai(%) 0 3 12.6 19.8 21 23 15 5.6
累计筛余百分率 Ai(%) 0 3 15.6 35.4 56.4 79.4 94.4 100
通过百分率 Pi(%) 100 97 84.4 64.6 43.6 20.6 5.6 0
将 0.15~4.75mm累计筛余百分率代入式( 1-12)得该集料的细度
模数为:
MX = [ (15.6 + 35.4 + 56.4 + 79.4 + 94.4) — 5?3]/(100 — 3)=2.74
属于中砂。
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第三节 矿质混合料的组成设计
? 一、矿质混合料的级配理论
? 1.级配曲线
? 各种不同粒径的集料,按照一定的比例搭配起来,以达到
较高的密实度和较大摩擦力,可以采用下列两种级配组
成.
? (1)连续级配连续级配是某种混合料在标准筛孔配成的套筛
(筛孔孔径按 1/2递减)中筛分后,所得的级配曲线平顺圆
滑,具有连续性。这种由大到小,逐级粒径均有,并按比
例互相搭配组成的矿质混合料,称为连续级配矿质混合
料.
? (2)间断级配间断级配是在矿质混合料中剔除其一个或几个
分级,形成一种不连续的混合料,这种混合料称为间断级
配矿质混合料。
? 连续级配和间断级配曲线如 图 1所示,
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? 2.级配理论
? (1) 最大密度曲线理论 最大密度曲线是通过试验提出的一
种理想曲线 (如 图 2所示 )。该理论认为“矿质混合料的颗粒
级配曲线愈接近抛物线,则其密度愈大”。因此,当级配
曲线为抛物线时其密实度最大。最大密度理想曲线可用粒
径 (d)与通过量 (p)表示如下:
? p2= k d ( 1-25)
? 式中; p—— 各级颗粒粒径集料的通过量 (% );
d—— 矿质混合料各级颗粒粒径 (mm);
k—— 常数。
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? (2) 最大密度曲线的 n幂公式最大密度曲线是一种理想的级
配曲线。在实际应用中,矿质混合料的级配曲线应该允许
在一定范围内波动,级配范围 (包括密级配和开级配 )n幂常
在 0.3~0.7之间,目前多采用 n次幂的通式表达如式( 1-
26)。不同 n幂的级配曲线式如 图 3所示。
? 式中,p,d,D —— 意义同式( 1-25)
n—— 实验指数
例题 1-2:已知矿质混合料最大粒径为 40mm,试用最大密
度曲线公式计算其最大密度曲线的各级粒径的通过百分率;
并按 n=0.3~0.7计算级配范围的各粒级的通过百分率。(提
示:矿质混合料各级粒径尺寸按 1/2递减)。
解题如下:
1 0 0 ( ) ndp D??
(1-26)
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解( 1)按 n幂公式
最大密度曲线,n=0.5lgpi = (2-0.5lg40) + 0.5lgdi
级配范围曲线,n1=0.3 lgpi1 = (2-0.3lg40) + 0.3lgdi
n2=0.7 lgpi2 = (2-0.7lg40) + 0.7lgdi
( 2)按题意最大粒径 D=40mm,各级粒径 di按 1/2递减,分别用 D和 di代入 n幂
公式,计算结果列于下表中。
分级顺序 N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
粒径比 D D/2 D/4 D/8 D/16 D/32 D/64 D/128 D/256 D/512
理论粒径 di(mm) 40 20 10 5 2.5 1.25 0.63 0.315 0.16 0.08
最大密度级配曲线
通过百分率 (%)
100 70.71 50.0 35.36 25.00 17.68 12.55 8.87 6.32 4.47
级配范围曲线
通过百分率( %)
100 81.23 65.98 53.59 43.53 35.36 28.79 23.38 19.08 15.50
100 61.56 37.89 23.33 14.36 8.34 5.47 3.37 2.10 1.29
12nD?
n=0.5
n-=0.3
n=0.7
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二、级配曲线范围的绘制
? 由于矿料在轧制过程中的不均匀性,以及混合料配制时的
误差等因素影响,使所配制的混合料往往不可能与理论级
配完全相符合。因此,必须允许配料时的合成级配在适当
的范围内波动,这就是“级配范围”。本节介绍已确定的
计算参数条件下绘制级配范围曲线的方法。
? 我国沿用半对数坐标系绘制级配范围曲线的方法,首先要
按对数计算出各种颗粒粒径 (即筛孔尺寸 )在横坐标轴上的位
臵,而表示通过 (或存留 )百分率的纵坐标则按普通算术坐标
绘制。绘制好纵、横坐标后,最后将计算所得的各颗粒粒
径( di)的通过百分率( pi)绘制在坐标图上,再将确定的
各点连接为光滑的曲线,在两个指数 (n1和 n2)之间所包络的
范围即为级配范围(通常用加绘阴影表示 )。现以 n1 = 0.3和
n2 = 0.7示例如 图 4所示.
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三、矿质混合料的组成设计方法
? (一 ) 试算法
? 1)基本原理
? 试算法适用于 2-3种矿料组成的混合料,是最简单的一种方
法。试算法的基本原理是,设有几种矿质集料,欲配制某
一种一定级配要求的混合料。在决定各组成集料在混合料
中的比例时,先假定混合料中某种粒径的颗粒是由某一种
对该粒径占优势的集料所组成,而其他各种集料不含这种
粒径。如此根据各个主要粒径去试算各种集料在混合料中
的大致比例。如果比例不合适,则稍加调整,这样逐步渐
进,最终达到符合混合料级配要求的各集料配合比例。
? 例如现有 A,B,C三种集料,欲配制成某一级配要求的混合
料 M。确定这三种集料在混合料 M中的配合比例(即配合
比),按题意作下列两点假设。
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? 1) 设 A,B,C三种集料在混合料 M中的用量比例为 X,Y,Z,

? X + Y +Z = 100 ( 1-27)
? 2) 又设混合料 M中某一级粒径( i)要求的含量为 aM(i),A、
B,C三种集料在该粒径的含量为 aA(i), aB(i), aC(i) 。则
? aA(i) X + aB(i) Y + aC(i) Z = aM(i) ( 1-28)
? 2)计算步骤
? 1) 计算 A料在矿质混合料中的用量比例在计算 A料在混合料
中的用量时,按 A料在优势含量的某一粒径计算,而忽略其
它集料在此粒径的含量。
? 设按粒径尺寸为 i(mm)的粒径来进行计算,则 B料和 C料在
该粒径的含量 aB(i)和 aC(i)均等于零。由式 (1-26)可得。
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? 即 A料在混合料中的用量比例:
? 2) 计算 C料在矿质混合料中的用量比例同前理,在计算 C料
在混合料中的用量,按 C料占优势的某一粒径计算,而忽略
其它集料在此粒级的含量。
? 设按 C料粒径尺寸 j(mm)的粒径来进行计算,则 A料和 B料在
该粒径的含量 aA(j) 和 aB(j)均等于零。由式 (1-26)可得。
? 即 C料在混合料中的用量比例:
()
()
100%Mi
Ai
aX
a??
()
()
100%Mj
Cj
aZ
a??
1-29
1-30
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? 3) 计算 B料在矿质混合料中的用量比例
? 由式 (1-29)和式 (1-30)求得 A料和 C料在混合料中的含量 X和
Z后,由式 (1-28)即可得:
? Y = 100一 (X + Z ) (1-31)
? 4) 校核调整按上述步骤即可计算 A,B,C三种集料组成矿
质混合料的配合比 X,Y,Z。经校核,如不在要求的级配
范围内,应调整配合比重新计算和复核。
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图1 连续级配和间断级配曲线
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图2 理想最大密度级配曲线
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图3 最大密度曲线和级配范围
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图4 级配范围曲线
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(二)图解法
? 通常采用“修正平衡面积法”确定矿质混合料的合成级配。
在“修正平衡面积法”中,将设计要求的级配中值曲线绘
制成一条直线,纵坐标和横坐标分别代表通过百分率和筛
孔尺寸,这样,当纵坐标仍为算术坐标时,横坐标的位臵
将由设计级配中值所确定。
? 1, 绘制级配曲线坐标图
? 按照一定的尺寸绘制矩形图框,通常纵坐标通过量取 10cm,
横坐标筛孔尺寸(或粒径)取 15cm。连接对角线作为设计
级配中值曲线,见 图5 。按常数标尺在纵坐标上标出通过
量百分率位臵,然后将设计级配中值要求的各筛孔通过百
分率,标于纵坐标上,并从纵坐标引水平线与对角线相交,
再从交点作垂线与横坐标相交,该交点即为各相应筛孔尺
寸的位臵。
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图5 设计级配范围中值曲线
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? 2,确定各种集料用量
? 以图5为基础,将各种集料的级配曲线绘制于图上,结果
见 图6,然后根据两条级配曲线之间的关系确定各种集料
的用量。
? 3,合成级配的计算与校核
? 与试算法相同,在图解法求解过程中,各种集料用量比例
也是根据部分筛孔确定的,所以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。合成
级配的计算与校核方法与试算法相同。
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图6 图解法用图