道路建筑材料電子教案（全）

道路建筑材料電子歙案（￡）

第一篇基礎篇

第一章石料和集料

石料和集料是道路與橋梁建設中用量最大的一種建筑材料，它們可以用作道

路與橋梁工程的坊工材料，也是瀝青混合料和水泥混凝土中最重要的基本原料。

因此，全面的認識、合理的選擇以及正確的使用石料和集料，對于保證道路建筑

工程質量有著重要的意義。

1.1巖石與石料

1.1.1巖石分類與鑒別

1.巖石的組成及分類

巖石是組成地殼及地幔的主要物質，是指在各種地質作用下按一定方式組合

而成的礦物集合體。由單一礦物組成的巖石稱為單礦巖，如石灰?guī)r等；由多種礦

物組成的巖石稱為復礦巖，如花崗巖等。

巖石按其成因可分為沉積巖、巖漿巖和變質巖三大類。

（1）巖漿巖

巖漿巖是巖漿冷凝而成的巖石，它是所有巖石中最原始的巖石。巖漿巖按冷

卻條件可分為深成巖（如花崗巖、正長巖等）、噴出巖（如玄武巖、安山巖等）

和火山巖（如火山凝灰?guī)r等）。巖漿巖具有優(yōu)良的工程性質，在道路工程中用途

廣泛。深成巖具有密度大、抗壓強度高、吸水性和抗凍性好的優(yōu)點；火山巖多孔、

質輕，是良好的保溫建筑材料和水泥混合材料?；噴出巖的物理力學性質介于巖漿

巖與火山巖之間。

（2）沉積巖

沉積巖是由母巖（巖漿巖、變質巖和已形成的沉積巖）在地表風化剝蝕，經

過搬運、沉積和石化等作用而形成的巖石，它占地表的66%,是地表的主要巖類。

沉積巖可分為碎屑巖類（如凝灰?guī)r、礫巖等）、粘土巖類（如頁巖、泥巖等）和

化學及生物化學巖類（如石灰?guī)r、白云巖等）。沉積巖的物理力學性質與礦物、

巖屑的成分以及膠結物質的性能有很大關系，通常表現(xiàn)出各向異性的特點。與深

成巖相比，沉積巖密度小、孔隙率和吸水率大、強度低、耐久性差。

（3）變質巖

變質巖是原生的巖漿巖或沉積巖經過地質上的變質作用而形成的巖石。變質

巖可分為片理狀巖類（如片巖、千枚巖等）和塊狀巖類（如大理巖、石英巖等）。

變質巖的物理力學性質不僅與原巖性質有關，而且與變質作用條件及變質程度有

關。由沉積巖的得到的變質巖受高壓和重結晶作用，比原巖更加堅固耐久；由深

成巖得到的變質巖經變質作用后產生片狀結構，耐久性降低。

2.巖石的鑒別

巖石種類繁多，并且很難找到嚴格按照上面分類的單一種類巖石，多為幾種

巖石的組合體。因此，在選巖時要嚴格按照規(guī)范要求，對巖相、巖性進行細致的

鑒定，從而避免因選巖不當造成的負面影響。

常用的巖石鑒定方法是根據巖石外觀特征，借助簡單工具和試劑，憑肉眼觀

察巖石的巖相結構和性質，從而對巖石的礦物組成、結構和構造進行初步的了解,

以確定巖石名稱或類別。簡易方法如下：

①根據巖石的產狀，特殊的結構、構造，主要的或特殊的物質成分來區(qū)分

巖漿巖、沉積巖和變質巖三大類巖石。

②若確定是巖漿巖，則可根據顏色（礦物成分）、結構和構造決定巖石名

稱。在巖漿巖中，深色巖石主要含鎂鐵礦物，多為基性或超基性巖類；淺色巖石

主要含硅鋁礦物，多為中性巖類或酸性巖類。

③若確定是沉積巖，則先根據膠結物的有無，把碎屑巖和化學巖、生物化

學巖區(qū)分開。若為碎屑巖，則根據碎屑的大小分出礫巖（角礫巖）、砂巖或粘土

巖；若為化學巖或生物化學巖，則用稀鹽酸鑒別：巖石起泡為石灰?guī)r，粉末起泡

為白云巖，起泡后留下土狀斑點者為灰泥巖。

④若確定是變質巖，則應根據構造進一步劃分。在定向構造巖石中，片理

狀構造的為片巖或千枚巖，麻狀構造的為片麻巖，厚板狀構造的為板巖；在塊狀

構造的巖石中，滴稀鹽酸起泡的為大理巖，不起泡的為石英巖。

巖石通過巖石鑒定，進行巖相描述，不但能正確的確定巖石名稱，還有助于

分析和掌握使用各項試驗數(shù)據。三大巖類的區(qū)別主要體現(xiàn)在礦物組成、結構及構

造等方面，如表1T所示。表1-2列出了幾種典型巖石的描述示例。

三大巖類的主要區(qū)別表1T

特征巖漿巖沉積巖變質巖

組成變質巖的礦物成

組成巖漿巖的礦物分，按其成因可分為：

以硅酸鹽礦物為①新生礦物（變晶礦

主，其中最多的是物）：在變質作用過

長石、石英、黑云程中新生成的礦物。

組成沉積巖的礦物

母、角閃石、輝石、如粘土巖就是經過變

成分約有160余種，

橄欖石等，其中顏質后生成的紅柱石。

但比較重要的僅有

色較淺的，稱淺色②原生礦物:在變質

20余種，如石英、

礦物，因以二氧化作用過程中保留下來

長石、云?母、粘土

地礦物成分及物和鉀、鈉的鋁硅的原巖種的穩(wěn)定礦

礦物、碳酸鹽礦物、

其特征酸酸鹽類為主，又物。如云英巖中的一

鹵化物及含水氧化

稱硅鋁礦物，如石部分石英就是花崗巖

鐵、猛、鋁礦物等。

英、長石等；其中在云英巖化過程中保

在一般沉積巖中礦

顏色較深的，稱暗留下來的原生礦物。

物成分不過「3種,

色礦物，因以含鐵、③殘余礦物：在變質

很少超過5飛種

鎂的硅酸鹽類為作用過程中殘留下來

主，又稱鐵鎂礦物，的原巖中的不穩(wěn)定礦

如黑云母、角閃石、物，如花崗巖在云英

輝石、橄欖石等巖化過程中殘留有不

穩(wěn)定的長石

①具粒狀、玻璃、①具有片理；

斑狀結構，氣①結構復雜，因形②板狀、片狀核和片

孔、杏仁狀、塊成環(huán)境而異；麻狀構造，結晶質結

結構和構造

狀等構造；②具層理，在層面構；

②②除噴出巖外，上有波痕③礫石及晶體因受力

沒有層狀、片狀可能變形

等構造

花崗巖、正長巖、凝灰?guī)r、礫巖、砂千枚巖、板巖、大理

常用巖石類型安山巖、輝長巖、巖、頁巖、石灰?guī)r巖、石英巖、片麻巖

玄武巖等等等

巖石巖相特征描述示例表1-2

顏色淺紅色深灰冰黃色淺灰灰黑

構造塊狀層狀塊狀氣孔氣孔

結全晶質一完全隱晶——

礦0.2mllT2一2.0mm^5<<

構膠——碳質硅質————

特花崗狀致密狀一斑狀致密

相重正長石、方解石石英斜長石、斜長石、

次————一——一

描物

述成

此生的——————————

分

礦光采一玻璃光澤玻璃光澤玻璃光澤

化礦無顯著無變一——一

情風新鮮略經輕度風化輕度風化略經風化

結論細粒花微晶中粒石英砂安山巖玄武巖

1.1.2石料的技術性質

石料的技術性質主要包括物理性質、力學性質、耐久性和化學性質等。

(一)物理性質

各種礦物間不同的組成排列形成了石料各異的結構性能。從質量和體積的物

理觀點出發(fā)，石料的內部組成結構是由礦質實體和孔隙所組成，孔隙又分為與外

界連通的開口孔隙匕和不與外界連通的閉口孔隙K,如圖1-1(a)所示。各部分

的質量與體積的關系，如圖IT(b)所示。礦質實體與孔隙的

（a）石料組成結構外觀示意圖（b）石料的質

量與體積關系圖

圖1-1石料組成結構示意圖

比例和組成關系在一定程度上決定了石料的物理力學性質。石料的物理性質

主要有物理常數(shù)、吸水性、膨脹性、耐崩解性等。

1.物理常數(shù)

物理常數(shù)反映石料礦物的組成結構狀態(tài)，它與石料的技術性質有著密切的聯(lián)

系。在道路工程中，石料的物理常數(shù)主要有真實密度、毛體積密度和孔隙率。這

些物理常數(shù)在一定程度上表征石料的內部組成結構，并可間接反映其物理力學特

性，也是混合料組成設計計算時的重要原始資料。

（1）密度

①真實密度

石料的真實密度乂稱密度或顆粒密度，是指在規(guī)定條件下烘干石料礦質單位

真實體積（不包括開口體積與閉口孔隙體積）的質量。它是選擇建筑材料、研究

巖石風化、評價地基基礎工程巖體穩(wěn)定性及確定圍巖壓力等必需的計算指標。測

定石料的真實密度是將石料試樣粉碎成巖粉并烘干至恒重，將已知質量巖粉灌入

密度瓶中并注入試液（潔凈水或煤油）采用煮沸法或真空抽氣法排除氣體，根據

置換原理測定其真實體積，按式（1-1）計算真實密度。

式中：0L石料的真實密度（g/cm'）；

ms一石料礦質實體的質量（g）；

匕一石料礦質實體的體積（cm，）。

②毛體積密度

石料的毛體積密度又稱塊體密度，是指在規(guī)定條件下，烘干石料包括孔隙在

內的單位體積固體材料的質量。它是一個間接反映石料致密程度、孔隙發(fā)育程度

的參數(shù)，也是評價工程巖體穩(wěn)定性及確定圍巖壓力等必需的計算指標。石料毛體

積密度試驗可分為量積法、水中稱量法和蠟封法。量積法用于能夠制備成規(guī)則試

件的巖石；水中稱量法適用于除遇水崩解、溶解或干縮濕脹外的其它各類巖石；

蠟封法適用于不能用量積法和水中稱量法進行試驗的巖石，按式（1-2）計算

式中：0〃一石料的毛體積密度（g/cn?）；

m,一石料的質量（g）；

匕一石料礦質實體的體積（cn?）

匕一石料開口孔隙的體積（cm，）；

匕一石料閉口孔隙的體積（cm3）；

—石料的毛體積（cm?）。

（2）孔隙率

巖石的孔隙結構會影響由其所制成的集料在水泥（或瀝青）混凝土中對水泥

漿（或瀝青）的吸收、吸附等化學交互作用的程度?？紫堵适欠从硯r石裂隙發(fā)育

程度的參數(shù)，分為開口孔隙率和閉口孔隙率，兩者之和為總孔隙率。所謂總孔隙

率是指開口孔隙和閉口孔隙的體積之和占巖石試樣總體積的百分比。一般提到的

巖石孔隙率是指總孔隙率。巖石的孔隙性指標一般不能實測，可根據巖石的真實

密度和毛體積密度按式（1-3）計算總孔隙率：

〃一包）x100（1-3）

P,

式中：〃一石料的總孔隙率（%）；

。，一石料的真實密度（g/cn?）；

?！耙皇系拿w積密度（g/cn?）。

2.吸水性

石料在規(guī)定的條件下吸入水分的能力稱為吸水性，通常用吸水率與飽和吸水

率來表征，它能有效反映石料微裂縫的發(fā)育程度，可用來判斷石料的抗凍和抗風

化等性能。

（1）吸水率

吸水率是指在規(guī)定條件下，試件最大吸水質量與烘干石料試件質量之比。測

定石料的吸水率是將已知質量的干燥規(guī)則試件逐層加水至浸沒，用自由吸水法測

定其吸水后質量，按式（1-4）計算。

w=—~—xlOO（1-4）

am

式中：w.,j—石料吸水率（%）；

例一石料試件吸水至恒量時的質量（g）；

ml石料試件烘干至恒量時的質量（g）;

（2）飽和吸水率

飽和吸水率是指在強制條件下，石料試件的最大吸水質量與烘干試件質量之

比。測定石料的飽和吸水率是將已知質量的干燥規(guī)則試件用煮沸法或真空抽氣法

強制飽水，測定其飽水后的質量，按式（卜5）計算。

%=至二\100（1-5）

m

式中：憶一石料飽和吸水率（%）;

和一石料試件經強制飽和后的質量（g）;

ml石料試件烘干至恒量時的質量（g）。

（3）飽水系數(shù)

飽水系數(shù)是指巖石吸水率與飽和吸水率之比，按式（b6）計算。它是評價巖

石抗凍性的一種指標。

旦（1-6）

式中：兒一飽水系數(shù)，其它符號含義同前。

一般來說，石料的飽水系數(shù)為0.5?0.8。飽水系數(shù)越大，說明常壓下吸水后

留余的空間有限，巖石越容易被凍脹破壞，因而巖石的抗凍性就差。

石料的吸水性與空隙率大小和孔隙構造特征有關。石料內部獨立且封閉的孔

隙實際上并不吸水，只有開口且以毛細管連通的孔隙才吸水?？紫督Y構相同的石

料，孔隙越大，吸水率越大；表觀密度大的石料，孔隙率小，吸水率也小。表1-3

為幾種常見的巖石密度和吸水率的測試值。

常用巖石密度和吸水率表1-3

密度

巖石名稱密度(g/cmb吸水率（%）巖石名稱吸水率（%）

(g/cm3)

花

砂

岡L-U2.30~2.800.10^0.922.20~2.710.20~12.19

沉石M-I

石LU

積

輝石

石

長2.55~2.98——灰2.30~2.770.10~4.55

石LU石M-I

石UL|輝片

漿綠2.53~2.970.22~5.00麻2.30~3.050.10~3.15

石ULI石U-I石

安變石

—"0.2

ill2.30~2.70質英2.40~2.800.10^1.45

9

石U-I石LU石LLJ

玄

武2.50^3.100.30~2.69

石LU

3.膨脹性

對具有粘土礦物巖層，必須了解的巖石膨脹特性，以便控制開挖過程中地下

水對巖層、巖體的影響。巖石的膨脹性通常采用膨脹率表征，分為巖石自由膨脹

率、巖石側向約束膨脹率和巖石膨脹壓力。

巖石的自由膨脹率是巖石試件在浸水后產生的徑向和軸向變形分別與試件直

徑和高度之比，以百分率表示，分別按式（卜7）和式（卜8）計算。

V..=—xlOO（1-7）

"H

V=^￡xlOO（1-8）

°D

式中：/巖石軸向自由膨脹率（%）;

—巖石徑向自由膨脹率（%）;

4A試件軸向變形值（mm）；

好試件高度（mm）;

4〃一試件徑向平均變形值（mm）；

”試件直徑或邊長（mm）；

巖石側向約束膨脹率是巖石試件在有側限條件下，軸向受有限荷載時，浸水

后產生的軸向變形與試件原高度之比，以百分率表示，按式（1-9）計算。

%=也、100（1-9）

HPH

式中：匕加一巖石側向約束膨脹率（/）;

/4—有側向約束試件的軸向變形值（mm）；

心試件高度（mm）。

巖石的膨脹壓力是指巖石試件浸水后保持原形或體積不變所需要的壓力，按

式（1-10）計算。

P、

P=-（1-10）

sA

式中：戶」軸向荷載（N）；

A—試件截面積（mmJ）o

4.耐崩解性

耐崩解性反映了巖石試樣在一定條件下抵抗遇水軟化和崩解剝落的能力，包

括崩解量、崩解指數(shù)、崩解時間和崩解狀況，主要用于巖石分類，通常適用于質

地疏松、風化或含有親水性粘土礦物的石料耐崩解性常用崩解指數(shù)表征，是指

巖石試件干濕循環(huán)后殘留質量與原質量百分比，按式（1-11）計算。

Id=^-xlOO（1-11）

m,

式中：/L巖石耐崩解性指數(shù)（％）;

IDs—原試樣烘干質量（g）；

以一干濕循環(huán)后殘留試樣烘干質量（g）。

（二）力學性質

道路工程所用石料除了應具有一定的抗壓、抗折和抗剪強度外，還須具備抵

抗沖擊、抗磨光、可磨耗等性能，其中石料的抗壓強度和抗磨耗性是考察路用石

料性能的兩個主要指標。

1.單軸抗壓強度

單軸抗壓強度是反映石料力學性質的重要指標。石料的單軸抗壓強度是將石

料制備成規(guī)定的標準試件，經飽水處理后在單軸受壓并按規(guī)定的加載條件下，達

到極限破壞時單位承壓面積的強度，按式（1-12）計算。

R=-（1-12）

A

式中：R一石料的抗壓強度（MPa）；

—試件極限破壞時的荷載（N）；

4一試件的截面積（mm?）。在道路工程中，石料試件為邊長50±2mm

的正方體試件（或直徑和高度均為50土2mm的圓柱體）；在橋梁工程中，試件為

邊長70±2mm的正方體試件。

石料單軸抗壓強度值取決于內因和外因兩方面因素。內因主要指石料的組成

結構，如礦物組成、巖石的結構及孔隙構造、裂隙的分布；外因主要指試驗條件,

如試件兒何尺寸、加載速率、溫度和濕度等。

2.單軸壓縮變形

單軸壓縮變形試驗用于測定巖石試件在單軸壓縮應力條件下的軸向及徑向應

變值，據此計算巖石的彈性模量和泊松比。彈性模量是指軸向應力與軸向應變之

比，按式（1-13）計算；泊松比是指在彈性模量相對應條件下的徑向應變與軸向

應變之比，按式（1T4）計算。石料的單軸壓縮變形試驗是將石料制成直徑50±2mm,

高徑比2：1的圓柱體標準試件后，采用電阻應變儀法（適用于堅硬或較堅硬巖石）

和千分表法（適用于較軟巖石）測試試件加載過程中的變形值。

E=（1-13）

*￡0.8一&O.2

〃=一%02（1-14）

&O.8-40.2

式中：「彈性模量（MPa）；

0aL加載最大值的0.8倍和0.2倍時的試件應力（MPa）；

〃一彈性泊松比；

￡HO.8、￡HO,2--應力為。0.8、時的橫向應變值；

￡L0.8->￡LO,2-應力為。0.8、時的縱向應變值。

3.劈裂強度

在工程實踐中，一般不允許出現(xiàn)拉應力，但巖石的抗拉能力較弱，拉斷破壞

仍是工程巖體的主要破壞方式之一。通常采用抗拉強度表征石料的抗拉能力，采

用劈裂法（間接拉伸法）測定，是將石料制備成尺寸直徑為50土2mm、高徑比為

0.51.0的標準圓柱體試件，采用劈裂法在規(guī)定條件下加壓，直至試件劈裂破壞,

按式（1-15）計算。

式中：。，一巖石的劈裂強度（MPa）；

P一破壞時的極限荷載（N）；

D一圓柱體試件的直徑（mm）；

好圓柱體試件的高度（mm）。

4.抗剪強度

抗剪強度是指石料試件在剪切面上所能承受的極限剪應力，是巖體基礎設計

的基本參數(shù)?？辜魪姸仍囼炦m用于巖石結構面、巖石本身及砂漿與巖石膠結面的

直剪試驗，是利用直剪儀對巖石試件施加法向荷載和剪切荷載直至試件破壞，觀

察破壞形狀，按式（1-16）和（1-17）計算法向應力和剪應力。

a=-(1-16)

(1-17)

式中：。■—法向應力（MPa）；

r一剪應力（MPa）；

—法向荷載（N）；

匕剪切荷載（N）；

4—有效剪切面積（mm?）。

5.點荷載強度

點荷載強度反映了石料各向異性的特點，為巖石分級和石料抗拉強度計算提

供設計參數(shù)。點荷載強度試驗適用于除極軟巖以外的各類巖石，是將巖石鉆芯取

樣，利用點荷載試驗儀對巖芯試樣進行徑向和軸向加載直至破壞，以點荷載強度

指數(shù)表征。所謂點荷載強度指數(shù)是指點荷載試驗石料試件壓裂時所施加的荷載除

以兩錐頭間距的平方，按式（1-18）計算。

(1-18)

式中:工,一未經修正的巖石點荷載強度指數(shù)（MPa）；

「破壞荷載（N）；

〃.一等效巖芯直徑（mm）o

6.抗折強度

石料抗折強度是指石料試件在荷載作用下受彎至折斷時產生的極限彎曲應

力，它是評價巖石板材、條石基礎和條石路面等建筑材料的主要力學指標。測定

石料的抗折強度是將石料制成為50mmX50mmX250mm的長方體試件，在規(guī)定條件

下施加荷載直至試件折斷破壞，按式（1-19）計算。

式中：&一抗折強度（MPa）；

心破壞荷載（N）；

￡一支點跨距，一般采用200mm；

b一試件斷面寬（mm）；

h一試件斷面高（mm）o

（三）耐久性

石料的耐久性表現(xiàn)為承受干濕、凍融等環(huán)境條件、交通條件的變化而不老化、

不劣化的抵抗能力。評價方法采用抗凍性試驗和堅固性試驗。

1.抗凍性試驗

抗凍性試驗是指試件在浸水條件下，經多次凍結與融化作用后測定試件的質

量損失以及單軸飽水抗壓強度的變化。巖石的抗凍性用兩個直接指標表示，一個

為凍融系數(shù)，另一個為質量損失率。

凍融系數(shù)是凍融試驗后試件飽水抗壓強度與凍融試驗前試件飽水抗壓強度之

比，按式（1-20）計算。

K產(1-20)

凡

式中：（一凍融系數(shù)；

其一經若干次凍融試驗后的試件飽水抗壓強度（MPa）；

凡一未經凍融試驗的試件飽水抗壓強度（MPa）。

質量損失率是凍融試驗前后的干試件質量差與凍融前干試件質量的比值，按

式（1-21）計算。

(1-21)

ms

式中：L—凍融后的質量損失率（%）；

他一凍融試驗前烘干試件的質量（g）;

如一凍融試驗后烘干試件的質量（g）。

一般認為凍融系數(shù)大于75%,質量損失率小于2%時，為抗凍性好的巖

石。吸水率小于0.5%,軟化系數(shù)大于0.75%以及飽水系數(shù)小于0.8%的巖石，

具有足夠的抗凍性。對于一般道路工程，往往根據上述標準來確定是否需要進行

巖石的抗凍性試驗。

2.堅固性試驗

堅固性試驗是基于石料在硫酸鈉飽和溶液浸泡以及干燥過程中，硫酸鈉產生

結晶形成膨脹壓力，導致石料的破壞和剝落，所以采用浸泡前后的質量損失率以

評價耐久性，按式（1-22）計算。一般適用于質地堅硬的巖石，有條件者均采用

直接凍融法測試巖石抗凍性。

0=町_%xlOO（1-22）

叫

式中：4」硫酸鈉浸泡質量損失率（舫；

例一試驗前烘干試件的質量

Sift;含量(%)

（g）;

加L試驗后烘干試件的質量

（g）。

（四）化學性質

1.石料的酸堿性

氧化硅（Si02）和氧化鈣（CaO）是巖

石組成最主要的兩種化學成分，兩者比例

的多少決定了石料的酸堿性。通常，石料

按SiO?的含量可分為酸性巖類（SiO,含量

>65%,如花崗巖、流紋巖、石英巖等）、

中性巖類（Si。2含量52~65%,如閃長巖、

輝綠巖等）、堿性巖類（SiOz含量45~52%

如輝長巖、玄武巖等）和超堿性巖類（Si。？中性石料

含量<45%,如橄欖巖等），如圖1-2所示。圖1-2巖石酸堿性分類（按Si0,含量）

-一般情況下，酸性石料強度高、耐磨性好，但與瀝青粘附性差；堿性石料強

度低、耐磨性差，但與瀝青粘附性較好。由于造巖礦物種類繁多，同類或同種石

料的酸堿性也無統(tǒng)?的標準，因此通常在初步確定石料的酸堿性后，需要進行相

關試驗，以檢驗石料與瀝青的吸附能力。

2.石料的粘附性

石料的粘附性直接影響到瀝青混合料的使用性能，其中由于石料與瀝青的粘

結性能不良而造成的瀝青混合料剝離是瀝青路面常見的破壞形式之一。

石料與瀝青的粘附性不僅決定于石料的性質，同時也決定于瀝青的性質。從

石料本身看，影響它與瀝青粘附性的主要因素是石料的化學成分和石料的表面特

征。石料的化學性質主要是指石料的化學成分決定其表面電荷的性質與分布，從

而影響石料與瀝青分子和水分子的吸附關系。石料的表面特征是指石料表面粗糙

程度及比表面積對瀝青吸附能力的影響。一般來說，表面粗糙、微孔隙多、孔徑

大的石料的吸附能力較強，堿性石料的吸附能力要優(yōu)于酸性石料”

石料和瀝青的粘附性試驗采用水煮法或水浸法進行測定：前者適用于最大粒

徑大于13.2mm的集料，后者適用于粒徑小于或等于13.2mm的集料。對于同一種

料源最大粒徑既有大于又有小于13.2mm不同的集料時，應取大于13.2mm水煮法

試驗為標準，對細粒式瀝青混合料應以水浸法試驗為標準。

1.1.3石料的技術要求

1.路用石料的技術分級

道路建筑用天然石料按其技術性質分為4個等級，對不同礦物組成的巖石的

技術性質的要求是不同的。因此，在分級之前應首先按其造巖礦物的成分、含量

以及組織結構來確定巖石名稱，然后劃分其所屬的巖類。按路用石料技術要求的

不同，分為如下4個巖類：

巖漿巖類：如花崗巖、正長巖、輝長巖、輝綠巖、閃長巖、橄欖巖、玄武巖、

安山巖、流紋巖等。

石灰?guī)r類：如石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r、凝灰?guī)r等。

砂巖及片巖類：如石英巖、砂巖、片麻巖、石英片麻巖等。

礫石類。

以上各巖組按其物理-力學性質（主要為飽水狀態(tài)下的抗壓強度和磨耗率）可

各分為如下4個等級：

1級一最堅強巖石;

2級一堅強巖石；

3級一中等強度巖石；

4級一較軟巖石。

2.路用石料的技術要求

根據上述分類和分級方法，路用天然石料的技術標準要求如表1-4所示。

道路建筑用天然石料等級和技術要求表1-4

技術標準

石料

巖石類別主要巖石名稱飽水狀態(tài)極限抗壓強

等級洛杉磯磨耗試值(%)

度(MPa)

1>120<25

111111-4―—卜

花岡石、玄武

2100^20025~30

巖漿巖類石、女山石、

380^10030~45

輝綠巖等

4——45~60

1>100<30

石灰?guī)r、白云280^10030~35

石灰?guī)r類

巖等360~8035~50

430~6050~60

1>100<30

石英巖、片麻

砂巖與片280^10030~35

巖、石英片麻

巖類350~8035~45

巖、砂巖等

430~5045飛。

1——<20

2——30~50

礫石——

3——50飛0

4——50飛0

1.2集料

1.2.1集料的分類

集料是由不同粒徑礦質顆粒組成，并在混合料中起骨架和填充作用的粒料。

1.按粒徑大小分類

粗集料是指粒徑大于2.36mm（瀝青混合料）或4.75mm（水泥混凝土）的集料。

細集料是指粒徑小于2.36mm（瀝青混合料）或4.75mm（水泥混凝土）的集料。

礦粉也稱填料?，是指由石灰?guī)r或巖漿巖等憎水性堿類石料經磨細加工得到的

以小于0.075mm顆粒為主的礦質粉末。

2.按成因及加工方式分類

礫石是指由自然風化、水流搬運和分選、堆積形成的粒徑大于4.75mm的巖石

顆粒。

碎石是將天然巖石或礫石經機械破碎、篩分制成的粒徑大于4.75mm的巖石顆

粒。

天然砂是指由自然風化、水流沖刷或自然堆積形成的且粒徑小于4.75mm的巖

石顆粒，包括河砂、海砂和山砂等。

人工砂是指經人為加工處理得到的符合規(guī)格要求的細集料，通常是對石料采

取真空抽吸法除去大部分土和細粉或將石屑水洗得到的。從廣義上分類，機制砂、

礦渣砂和搬燒砂都屬于人工砂。其中，機制砂是指由碎石及礫石經制砂機反復破

碎加工至粒徑小于2.36mm的人工砂，亦稱破碎砂。

石屑是指碎石加工時通過最小篩孔（通常為2.36mm或4.75mm）的篩下部分,

也稱篩屑。

工業(yè)冶金礦渣一般指金屬冶煉過程中排出的非金屬熔渣，常指高爐礦渣和鋼

渣等。

1.2.2集料的技術性質

集料技術性質，按其內在品質可分為物理常

數(shù)、力學性質和化學性質等；按技術要求性質可

分為兩類：一類是反映材料來源的“資源特性”，

或稱為料源特性，它是石料產地所決定的，如密

度、壓碎值、磨光值等；另一?類是反映加工水平

的“加工特性”，如石料的級配組成、針片狀顆

粒含量、破碎礫石的破碎面比例、棱角性、含泥

量、砂當量、亞甲藍值、細粉含量等。

（-）物理性質

圖1-3集料體積與質量關系示意圖

物理性質包括由料源特性決定的物理常數(shù)和加工特性兩部分。

1.物理常數(shù)

（1）密度

集料是礦質顆粒的散狀混合物，不僅包括礦物及礦物間的開口孔隙和閉口孔

隙，還包括礦質顆粒間的空隙。集料的體積和質量的關系如圖1-3所示。

①表觀密度

表觀密度也稱視密度，是指在規(guī)定條件下，烘干集料礦質實體單位表觀體積

（包括閉口孔隙在內的礦物實體的體）的質量，按式（1-23）計算。

式中：Ql集料的表觀密度（g/cn?）；

尼一集料礦質實體的質量（g）;

匕一集料礦質實體的體積（cnf）；

匕一集料礦質實體中閉口孔隙的體積（cn?）。

表觀密度的測定方法，粗集料采用網籃法，當顆粒較小時也可采用容量

瓶法；細集料（主要指天然砂、石屑、機制砂）采用容量瓶法，僅適用于含有少

量大于2.36mm部分的細集料。

②毛體積密度

集料的毛體積密度定義與石料相同，但由于尺寸和形狀上的差異，測試方法

有所不同。根據我國《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTGE42—2005）,集料的毛體

積密度采用網籃法或容量瓶法測定。

2.加工特性

（1）堆積密度

堆積密度是指單位體積（含物質顆粒固體及其閉口、開口孔隙體積及顆

粒間空隙體積）物質顆粒的質量，分為松散堆積密度與振實堆積密度，按式（1-24）

計算。

P=(1-24)

匕+匕+匕+匕

式中：o一礦質集料的堆積密度（g/cm，）；

ms一集料顆粒礦質實體的質量（g）；

匕一集料顆粒礦質實體的體積（cm?）

%、%一集料顆粒礦質實體中閉口孔隙和開口孔隙的體積（cn?）；

匕一集料顆粒間的空隙體積（cn?）。

集料的堆積密度分為自然堆積密度、振實密度和搗實密度。自然堆積密度是

指以自由落入方式裝填集料，所測的密度又稱為松裝密度；振實密度是將集料分

三層裝入容器筒中，在容器底部放置--根直徑25mm的圓鋼筋，每裝--層集料后，

將容器筒左右交替顛擊地面25次；搗實密度是將集料分三層裝入容器中，每層用

搗棒搗實25次。振實密度和搗實密度又稱為緊裝密度。

（2）空隙率

空隙率反映了集料的顆粒間相互填充的致密程度，是指集料在某種堆積狀態(tài)

下的空隙體積（含開口孔隙）占堆積體積的百分率，按式（1-25）計算。

〃=上』xlOO（1-25）

式中：〃一集料的空隙率（%）；

3

—集料顆粒的堆積體積，Vr=Vs+Vn+V,+Vv（cm）；

/.、1一集料顆粒間空隙與礦質實體中開口孔隙的體積（cn?）。

空隙率也可以用堆積密度與表觀密度表示，按式（1-26）計算。

?=（1--^-）x100（1-26）

Pa

式中：O一集料的堆積密度（g/cn?）；

0,一集料的表觀密度（g/cn?）。

在松裝和緊裝狀態(tài)下，粗集料的空隙率分別為43%~48%和37貯42%,細集料空

隙率分別為35獷50%和30%"40%o

（3）粗集料骨架間隙率

骨架間隙率通常指4.75mm以上粗集料在搗實狀態(tài)下顆粒間空隙體積的百分

含量，由式（1-27）計算。粗集料骨架間隙率的大小用于確定混合料中細集料和

結合料的數(shù)量，并評價集料的骨架結構。

^4=（1_￡L）wo（1-27）

PhX

式中：也一粗集料骨架間隙率（%）；

0c一粗集料的裝填密度（g/cm：,）；

粗集料的表觀密度或毛體積密度(g/cn?)。

(4)細集料的棱角性

細集料的棱角性對瀝青混合料和水泥混凝土的施工性能和使用性能有重要的

影響，尤其是對瀝青混合料的抗流動變形能力以及水泥混凝土的和易性更為顯著。

細集料的棱角性試驗可采用間隙率法和流動時間法測定。

棱角性試驗采用細集料棱角性測定儀，測定一定量的細集料通過標準漏斗裝

入標準容器中的間隙率來表征細集料的棱角性，按式(1-28)計算；

U=(l-^)x100(1-28)

n

式中：-細集料的間隙率，即棱角性(%)；

細集料的松裝相對密度(g/cn?)；

匕，一細集料的毛體積相對密度。

流動時間法采用細集料流動時間測定儀，通過測定一定體積的細集料(機制

砂、石屑、天然砂)全部通過標準漏斗所需要的流動時間來表征細集料的棱角性。

(5)粗集料的針片狀顆粒含量

針片狀顆粒是指粗集料中細長的針狀顆粒與扁平的片狀顆粒。當顆粒形狀的

各方向中的最小厚度(或直徑)與最大長度(或寬度)的尺寸之比小于規(guī)定比例

時，也屬于針片狀顆粒。粗集料的顆粒形狀對集料顆粒間的嵌擠力有著顯著影響，

比較理想的形狀是接近球體或立方體，而針片狀顆粒本身容易折斷，回旋阻力和

空隙率大，會妨害集料與瀝青的粘附性能以及水泥混凝土的和易性與強度，因此

必須對其含量加以限制。粗集料針片狀顆粒含量測定方法，水泥混凝土用集料采

用規(guī)準儀法，瀝青混合料用集料采用卡尺法。

(6)含泥量和泥塊含量

含泥量和泥塊含量反映了集料的潔凈程度，細集料以含泥量表征，粗集料以

泥塊含量表征。存在于集料中或包裹在集料顆粒表面的泥土會降低水泥的水化反

應速度，削弱集料與水泥或瀝青間的粘結能力，從而影響混合料的整體強度和耐

久性，因此必須對其含量加以限制。

①含泥量與石粉含量

含泥量是指集料中粒徑小于0.075mm的顆粒含量，其中人工砂中小于

0.075mm的顆粒含量又稱為石粉含量。嚴格的講，含泥量應是集料中的泥土含量,

而采用篩洗法得到的粒徑小于0.075mm的顆粒中實際包含了礦粉、細砂與粘土成

分，而篩洗法很難將這些成分加以區(qū)別。將通過0.075mm顆粒部分全都當作“泥

土”的做法欠妥，因此，在《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTGF40-2004）中規(guī)

定：細集料的潔凈程度，天然砂以小于0.075mm含量的百分數(shù)表示，石屑和機制

砂以砂當量（適用于0~4.75mm）或亞甲藍值（適用于0~2.36mm或0~0.15mm）表

o

②泥塊含量

泥塊含量是指粗集料中原尺寸大于4.75mm（細集料為1.18mm）,但經水浸洗、

手捏后小于2.36mm（細集料為0.6mm）的顆粒含量。集料中的泥塊主要以三種形

式存在：由純泥組成的團塊，由砂、石屑與泥組成的團塊，包裹在集料顆粒表面

的泥土。

（7）表面特征

表面特征指集料表面的粗糙程度及孔隙特征等，與集料的材質、巖石結構、

礦物組成及其受沖刷、腐蝕程度有關。-一般來說，集料的表面特征主要影響集料

與結合料之間的粘結性能，從而影響到混合料的強度，尤其是抗折強度。在外力

作用下，表面粗糙的集料顆粒間的位移較困難，其摩阻力較表面光滑、無棱角顆

粒要大些，但是會影響集料的施工和易性。此外，表面粗糙、具有吸收水泥漿或

瀝青中輕質組分的孔隙特征的集料，與結合料間的粘結能力較強，而表面光滑的

一般較差。

（二）力學性質

集料的力學性質主要指壓碎值、磨光值、沖擊值和磨耗值等。

1.壓碎值

集料壓碎值是集料在連續(xù)增加的荷載下抵抗壓碎的能力，是衡量集料強度的

一個相對指標，用以鑒定集料品質。集料的壓碎值是對石料的標準試樣在規(guī)定條

件下加荷，測試石料被壓碎后，2.36mm標準篩上通過質量的百分率，即可按式

（1-29）計算。

%x100（1-29）

1%

式中：a一集料壓碎值（%）；

例一試驗前試樣質量（g）；

例一試驗后通過2.36mm篩孔的殘余集料質量(g)。

2.磨光值

磨光值是反映集料抵抗輪胎磨光作用能力的指標。使用高磨光值的集料(如

玄武巖、安山巖、砂巖和花崗巖等)鋪筑道路表層路面，可提高路表的抗滑能力，

保障車輛的安全行駛。集料的磨光值是將9.5mnT13.2mm并剔除針片狀顆粒的集料

制成試件，加速磨光后測定磨光后集料的摩擦系數(shù)尸S%,可按式(1-30)求得。

PS]^^匕a+49-PSVg(1-30)

式中：四力,一標準試件的摩擦系數(shù)。

3.沖擊值

沖擊值反映了集料抵抗多次連續(xù)重復沖擊荷載作用的能力。對于路面表層，

沖擊值是一項重要的檢測指標。集料的沖擊值試驗是按規(guī)定方法稱取9.5~13.2mm

集料試樣質量，并將其裝入鋼筒中搗實，然后用質量為13.75kg的沖擊錘沿導桿

自380±5mm處自由下落按規(guī)定連續(xù)錘擊集料，測試試驗后集料2.36mm標準篩上

通過質量百分率，按式(1-31)計算。

力/眸也xlOO(1-31)

m

式中：集料的沖擊值(%);

Z7L試樣總質量(g);

加L沖擊破碎后通過2.36mm篩的試樣質量(g)=

4.磨耗值

磨耗值反映了集料抵抗車輪撞擊及磨耗的能力，一般磨耗損失小的集料堅硬、

耐磨并且耐久性好。瀝青混合料和基層所用集料的磨耗值一般采用洛杉磯試驗，

瀝青混合料抗滑表層所用集料的磨耗值通常采用道瑞試驗。

洛杉磯磨耗試驗乂稱擱板式磨耗試驗，是將按規(guī)定級配組成的集料與一定數(shù)

目的鋼球同時加入洛杉磯磨耗試驗機的磨耗鼓中，磨耗鼓在規(guī)定條件下旋轉摩擦

500次后取出集料試樣，測試試驗后集料1.17mm標準篩上通過質量百分率，可按

式(1-32)計算。

Q=m'XI00(1-32)

叫

式中：0T各杉磯磨耗損失(%);

m,一裝入圓筒中試樣質量(g)；

m2一試驗后在1.7mm篩上試樣質量(g)。

道瑞磨耗試驗是將粒徑為9.5~13.2mm的潔凈干燥集料試樣單層緊排于兩個

試模內，然后排砂并用環(huán)氧樹脂砂漿填充密實，經24h養(yǎng)護后拆模清砂取出試件

并稱其質量如再將試件固定于道瑞磨耗機上，在規(guī)定條件下旋轉摩擦500圈后，

取出試件，清砂后稱取質量的可按式(1-33)計算。

44匕克叫一嗎兒I。。(1-33)

ft

式中：集料的道瑞磨耗損失(%)；

m,—磨耗前試件的質量(g);

圓一磨耗后試件的質量(g);

0s一集料的表干密度(g/cm，)。

5.堅固性

集料的堅固性試驗與石料的定義類似，是采用飽和硫酸鈉溶液多次浸泡與烘

干循環(huán)，測定集料試樣承受硫酸鈉結晶壓而不發(fā)生顯著破壞或強度降低的性能。

具體試驗方法參照我國《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTGE42-2005)o

(三)化學性質

1.集料堿活性

堿活性集料易發(fā)生集料堿活性反應，而影響水泥混凝土性能尤其是耐久性能。

集料堿活性反應分堿-硅酸反應和堿-碳酸鹽反應兩類。集料的堿活性以集料試件

在規(guī)定齡期內的膨脹率表征。一般采用巖相法鑒定所用集料的種類和成分以確定

堿活性集料的種類和數(shù)量，采用砂漿長度法鑒定水泥中的堿與活性集料間的反應

所引起的膨脹是否具有潛在危害。

2.有機物含量

集料中有機物含量過多，會延緩水泥的硬化過程，降低混凝土強度特別是早

期強度。一般采用比色法測定集料有機物含量。

3.細集料的三氧化硫含量

天然砂中摻雜的硫鐵礦(FeS2)或石膏(CaS04?2H20)與水泥中水化鋁酸鈣

發(fā)生反應生成水化硫鋁酸鈣，導致體積膨脹而破壞水泥混凝土的內部結構。通常

利用硫離子與鋼離子反應生成BaSO”白色沉淀，根據沉淀物質量測定集料三氧化硫

含量。

4.細集料的云母含量

云母呈薄片狀，表面光滑，極易沿節(jié)理裂開，與水泥和瀝青的粘附性極差。

若砂中含有云母，則會影響瀝青混合料和水泥混凝土性能。細集料的云母含量以

云母占細集料總質量的百分比表征。

5.細集料的輕物質含量

輕物質是指集料中表觀密度小于2.0的顆粒，如煤和褐煤等，它們的強度普

遍較低，會降低混凝土的強度與耐久性。細集料的輕物質含量以輕物質占細集料

總質量的百分比表征。

1.2.3集料的技術要求

1.瀝青混合料用集料技術要求

《公路瀝青路面施工技術規(guī)范(JTGF40-2004)》對集料的技術要求見表1~5

和表l-6o

瀝青混合料用粗集料技術要求(JTGF40-2004)

表1-5

高速公路及一級公路其它等級

指標

表面層其它層次公路

表觀相對密度22.6022.5022.45

石料壓碎值(粘W26W28