第四讲道路集料技术性能 p

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集料的矿物组成,一、矿物学与化学特性,确定沥青混合料集料适用性的主要是集料物理特性（在较小程度上为化学特性）。基本物理,/,力学特性（如密度、孔隙率与强度）和化学,/,物理化学特性（如湿润性、附着性和剥落性）反映集料矿物组成与结构功能。对矿物学及矿物鉴别方法的了解可提供所用集料潜在的物理及化学特性信息，并有助于避免使用含有害矿物成分的集料，帮助工程中避免使用含有不符合要求矿物组分的集料。,1,集料矿物学,（,1,）集料中的普通矿物,多数天然集料都由多种矿物组合而构成。在集料中发现的最重要矿物为二氧化硅矿物（石英）；长石（正长石、斜长石）；铁镁矿物（白云母、蛭石）；碳酸盐矿物（方解石、白云石）和粘土矿物（伊里石、高岭,石、蒙脱石）。表,2-1,中说明这些矿物与相应岩石，表,2-2,中给出集料一般矿物组成。,岩石与集料中矿物成分 表,2-1,矿 物,火成岩,变质岩,沉积岩,二氧化硅,花岗岩,大理岩,石英,正长岩,亚石英岩,灰质砂岩,蛋白石,闪长岩,板岩,玉髓,辉长岩,千枚岩,鳞石英,橄榄岩,片岩,方晶石,伟晶岩,內岩,硅酸盐,火山玻璃,角页岩,长石,黒曜岩,片麻岩,铁镁矿物,浮岩,蛇纹岩,闪石,凝灰岩,辉石,熔渣,粘土,珍珠岩,伊里石,松脂岩,高岭石,霏细岩,绿泥石,玄武岩,蒙脱石,云母,续表,2-1,矿物,火成岩,变质岩,碳酸盐,方解石,砾岩,白云石,砂岩,硫酸盐,石英砂岩,石膏,硬砂岩,硬石膏,次硬砂岩,硫化铁,长石,二硫化铁（黄铁矿）,粘土岩，泥岩,白铁矿,泥板岩与油页岩,磁黄铁矿,碳酸岩,氧化铁,石灰岩,磁铁矿,白云岩,赤铁矿,泥灰岩,针铁矿,白垩,钛铁矿,燧石岩,褐铁矿,岩石石工程特性概要 表,2-3,岩石类型,力学强度,耐久性,化学稳定性,表面特征,存在不良杂质,火成岩,花岗岩、正长岩闪长岩,良好,良好,良好,良好,可能,霏细岩,良好,良好,有问题,尚好,可能,玄武岩、辉绿岩辉长岩,良好,良好,良好,良好,很少,橄榄岩,良好,尚好,有问题,良好,可能,沉积岩,石灰岩、白云岩,良好,尚好,良好,良好,可能,砂 岩,尚好,尚好,良好,良好,很少,燧石岩,良好,不良,不良,尚好,未必,砾岩、角砾岩,尚好,尚好,良好,良好,很少,页 岩,不良,不良,不良,良好,可能,变质岩,片麻岩、片岩,良好,良好,良好,良好,很少,石英岩,良好,良好,良好,良好,很少,大理岩,尚好,良好,良好,良好,可能,蛇纹岩,尚好,尚好,良好,尚好或不良,可能,闪 岩,良好,良好,良好,良好,很少,板 岩,良好,良好,良好,良好,很少,沥青混合料期望的岩石特性 表,2-4,岩石类型,硬度、韧度,抗剥落性,表面构造,破碎形状,火,成,岩,花岗岩,尚好,尚好,尚好,尚好,正长岩,良好,尚好,尚好,尚好,闪长岩,良好,尚好,尚好,良好,玄武岩（暗色岩）,良好,良好,良好,良好,辉绿岩（暗色岩）,良好,良好,良好,良好,辉长岩（暗色岩）,良好,良好,良好,良好,沉,积,岩,石灰岩、白云岩,不良,良好,良好,尚好,砂 岩,尚好,良好,良好,良好,白 垩,良好,尚好,不良,良好,页 岩,不良,不良,尚好,尚好,变,质,岩,片 麻 岩,尚好,尚好,良好,良好,片 岩,尚好,尚好,良好,尚好,板 岩,良好,尚好,尚好,尚好,石 英 岩,良好,尚好,良好,良好,大 理 岩,不良,良好,尚好,尚好,蛇 纹 岩,良好,尚好,尚好,尚好,集料矿物学对沥青混合料性能最重要影响之一是对粘附性与水损害的影响。沥青胶结料与含某些矿物的集料结合更好。例如，沥青胶结料通常与碳酸盐集料（石灰岩）比与石英质集料（砾石）粘结更好。,（,2,）岩相检验,集料的岩相检验是采用光学显微镜，有时辅以,X,光衍射、差热分析、电子显微镜或化学分析，对个别集料颗粒进行的直观检验。可用岩相检验量测岩石相对数量和矿物类型，物理与化学属性（如颗粒形状、表面构造、硬度、孔隙特征与化学活性）和有害物质的存在。,沥青胶结料必须湿润集料表面，粘附集料，并在有水存在的情况下抵抗沥青膜剥落。因此，集料颗粒的表面化学在性能中起着重要作用。沥青与集料的粘附及沥青膜被水置换（剥落）是许多因素间物理化学作用的复杂现象。对粘附与剥落机理已提出几种理论，至今尚无一种理论能完全说明这种现象，可能在同一时间有一种以上机理在起作用。但是，集料的矿物学及化学组成对剥落现象有极其重要的意义已经得到确认。,2.,集料化学特性,大量试验表明，某些集料对水比对沥青胶结料具有更大的亲合力，且在暴露于水后这些集料颗粒上的沥青膜能被分离或剥落。这些集料被称为亲水的，且本质上趋于酸性。另一方面，与沥青胶结料具有亲合力的集料被称为憎水的，且本质上趋于碱性。当与水接触时，集料表面的电荷特性对于集料与沥青胶结料之间的粘附及其水损害抗力有着重大影响。大部分硅质集料如砂岩、石英与硅质砾石在水中带负电荷，而石灰岩与其它含钙材料在水中带正电荷。许多集料含有两种电荷，因为它们由带负电荷的硅与带正电荷的钙、镁、铝或铁的矿物组合而成。带有混合电荷的典型集料包括暗色岩、玄武岩、斑岩和硅质石灰岩。白云石与石英各为带正电与带负电集料极端情况的实例。,由于剥落是影响沥青混合料性能的一种主要破坏，因此集料对沥青混合料水损害的影响必须进行评价。,二、集料物理特性,用于沥青混合料的集料通常按粗集料、细集料或矿质填料进行分类。沥青混合料定义粗集料为留在,2.36mm,筛上的颗粒，细集料为通过,2.36mm,筛颗粒，而矿质填料为通过,0.075mm,筛材料。,通常要求沥青混合料集料坚硬、耐磨、强劲、耐久、级配良好；由低孔隙的立方体颗粒组成；并且有清洁、粗糙、憎水的表面。表,2-5,综合了集料为完成其功能所必须具有的各种特性和在沥青混合料中集料相应的重要性。,沥青混合料所用集料的适用性通过评价下列材料特性进行确定：,尺寸与级配；,洁净度,/,有害材料；,韧度,/,硬度；,耐久性,/,坚固性；,表面构造；,颗粒形状；,吸水性；,对沥青亲合性。,三、韧度与抗磨耗性,集料一定要通过内摩擦将轮载传达到下卧层，并抵抗因交通引起的磨耗与磨光。在沥青混合料的生产、摊铺与压实过程中集料遭到破碎与磨 损。在堆料，通过沥青混合料设备送料，用摊铺机摊铺，用压路机压实与用载重车运输时，集料必须刚硬、坚韧以抵抗破碎、退化与分解。,为获取期望韧度与磨耗特性指标，通常采用洛杉矶（,L.A,）磨耗试验。,试验值一般从极硬火成岩的,10%,变化到软质石灰岩和砂岩的,60%,。显然，一些集料将超出这个一般范围。用于沥青混合料的粗集料最大磨耗值一般限定到,28%,，有时到,30%,。,洛杉矶磨耗试验借助于磨耗与冲击，是对粗集料抵抗衰变的主要量度；但是实际工作中没有发现磨耗损失与使用性能之间具有良好关系。许多集料如矿渣与轻质石灰岩可提供优良性能，尽管洛杉矶磨耗值高。当用洛杉矶磨耗值高的集料生产沥青混合料时，要特别注意与生产沥青混合料过程中粉尘的生成，粉尘含量高将很可能产生环保问题及混合料质量控制问题。,四、耐久性与坚固性,集料在干湿与冻融（风化）作用下必须抵抗破损或碎裂。坚固性试验是一种经验性的筛选试验，提供一个因风化引起的耐久性指示，而且对于评价无应用记录的新集料料源非常有用。该试验就是把集料浸入硫酸钠或硫酸镁溶液。在试验过程中在集,料孔隙中生成盐的晶体，并在一些集料中发生颗粒碎裂。这种晶体生成大概类似于冰晶体，因而在一定范围内模拟了冻融的影响。将烘干集料试样分成规定数量，并将其浸入硫酸钠或硫酸镁的饱和溶液。集料在恒温下保留在溶液中大约,18h,。然后将试样从溶液中取出，烘至恒重并冷却。这样的循环一般重复,5,次，此后洗除试样盐分并烘干。筛分确定每一尺寸组分的重要损失，并计算整个试样平均重要损失百分率。,美国,AASHTO103,是一种变化的耐久性试验方法。只是将不同尺寸试样浸入水中或,0.5%,的酒精水溶液中，然后交替地将试样进行冻结与融化，达到要求循环次数（,16,至,50,次）。,当集料规范要求用硫酸钠或硫酸镁试验集料坚固性时，规范一般指出两种循环次数与最大容许损失百分率。例如当采用硫酸钠时，规定在,5,个循环后最大损失为,12%,，当用硫酸镁时最大损失为,18%,，因为硫酸镁的作用更为剧烈。硫酸钠坚固性试验作为可接受试验方法已有多年。近几年来，一些学者或工程单位发表报告批评它不能精确地预测特定集料的现场性能。许多工程师相信冻融循环对沥青混合料所用集料并不起什么作用。在生产过程中集料最先被干燥，因而生产后在集料孔隙中已经几乎没有或没有水分（具有高吸水率集料可能在孔隙中还有某些自由水）。在沥青混合料生产过程中，集料被沥青结合料薄膜涂覆，在混合料服务寿命中沥青结合薄膜将防止集料吸收多的水分。由于在集料中极少有或没有水分，冻融不应是实际问题。,五、颗粒形状与表面构造,适用于沥青混合料的集料颗粒应为立方体，而非扁、薄或长形。在压实的混合料中，棱角状颗粒展示较大的内嵌锁与内摩阻能力，因而比圆形颗粒产生更大的力学稳定性。另一方面，含圆形颗粒如天然砾石与天然砂的混合料具有更好的施工和易性，只需较少压实功便可获得要求密度。这样容易压实未必是优点，由于施工中容易压实的混合料在交通作用下可能不断密实，因空隙率低与塑性流动而最终导致车辙。,表面构造如颗粒形状一样也影响到沥青混合料,的施工和易性与强度。粗糙的表面构造，同许多河流砾石与砂的平滑表面相比，它倾向于增加强度，并需要补充沥青量以克服和易性的损失。构造粗糙的集料压实体中的空隙率通常也较高，为沥青胶结料提供了附加空间。构造平滑的集料可能容易涂覆沥青膜，但沥青胶结料与粗糙构造集料经常形成更强的力学结合。,集料颗粒形状与表面构造的综合影响可以用美国,ASTM D3398,的颗粒指数试验来确定。该试验所需设备简单，主要由,6,英寸直径（直径由,2,英寸变化到,8,英寸）,7,英寸高的圆柱形钢试模与直径,5/8,英寸长,24,英寸的钢棒（捣固端为圆形或半球形头）组成。捣固棒重量从对最小尺寸的,34g,到对最大尺寸的,2204g,。方法要求采用洁净、清洗、烘干的单一尺,寸集料组分。试模按相等的三层填充，每层用捣棒进行,10,次捣实。每次捣实用捣棒从被压实层表面上方,2,英寸落下。确定每一情况下容积试模的重量，并用每一集料组分的毛体积密度计算相应的空隙百分率。采用相同材料重复该方法，但三层的每一层捣实,50,次，然后用下列公式计算颗粒指数：,（,2-1,）,式中：,I,a,颗粒指数值；,V,10,每层,10,击压实集料的空隙率；,V,50,每层,50,击压实集料的空隙率。,含有几种尺寸组分的集料的颗粒指数，根据集料原来级配中组分百分率加权确定。由平滑表面构造的圆形颗粒组成的集料可能具有,6,或,7,的较低的颗粒指数，而由粗糙表面构造的高棱角破碎颗粒组成的集料可能具有,15,至,20,或更高的颗粒指数。,绝大部分（如,90%,）粗集料至少具有一个破裂面，一般可使沥青混合料更加稳固并抵抗车辙。并应将天然砂用量限制在,20%,。,限制天然砂是因为它通常为圆形，因而比破碎的细集料更难要求。细集料的颗粒形状与构造对密级配沥青混合料的强度影响比粗集料更大。为提供足够稳定度，高百分率破裂面对密级配混合料是重要的，尤其对开级配抗滑磨耗层更重要,。,扁平细长颗粒妨碍压实，并能降低沥青混合料的强度。一般粗集料中颗粒长度宽度比或宽度厚度比超过,5,：,1,的颗粒重量百分率不应超过,15%,。,六、细集料洁净度与有害材料,洁净度涉及使集料不符合沥青混合料要求的某些杂质或有害材料的存在。清洗脏集料可减小不符合要求的杂质数量，达到可接受的水平。典型的有害材料包括草木、页岩、软质颗粒、粘土块、集料颗粒上的粘土涂覆和偶尔由破碎作业形成的过量粉尘。,砂当量试验,砂当量试验确定集料中塑性细料与粉料的相对数量。在该项试验中，将通过,4.75mm,筛的集料置于充水的透明量筒中进行搅动，量筒中充满水与絮凝剂（氯化钙、甘油与甲醛组合）的混合物。在搅动并沉淀,20,分钟之后，砂从被絮凝粘土中分离,量测量筒中粘土与砂的高度。砂当量为砂的高度与砂加粘土的总高度的比值乘,100,。较洁净集料会具有较高的砂当量值。我国要求砂当量高速、一级公路,60%,，二级及以下,50%,。,含泥量,塑性指数,塑性指数（,PI,）是通过,0.075mm,筛材料塑性程度的量度，并可直接表明塑性粉料的数量与类型。一般,PI,限制在,4%,或更小,。,七、密 度,第二节 我国沥青混合料集料要求,沥青层用粗集料包括碎石、破碎砾石、筛选砾石、钢渣、矿渣等，但高速公路、一级公路不得使用筛选砾石和矿渣。粗集料必须由具有生产许可证的采石场生产或施工单位自行加工。,粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙，质量应符合下表的规定。当单一规格集料的质量指标达不到表中要求，而按照集料配合比计算的质量指标符合要求时，工程上允许使用。对受热易变质的集料，宜采用经拌和机烘干后的集料进行检验。,一、粗集料,沥青混合料粗集料质量技术要求 表,指标,单位,高速公路及一级公路,其他等级公路,试验方法,表面层,其他层次,石料压碎值，不大于,%,26,28,30,T0316,洛杉矶磨耗损失，不大于,%,28,30,35,T0317,表观相对密度，不小于,-,2.60,2.50,2.45,T0304,吸水率，不大于,%,2.0,3.0,3.0,T0304,坚固性，不大于,%,12,12,-,T0314,针片状颗粒含量（混合料），不大于,%,15,18,20,T0312,其中粒径大于,9.5mm,，不大于,%,12,15,其中粒径小于,9.5mm,，不大于,%,18,20,水洗法,0.075mm,颗粒含量，不大于,%,1,1,1,T0310,软石含量，不大于,%,3,5,5,T0320,注：,1.,坚固性试验可根据需要进行。,2.,用于高速公路、一级公路时，多孔玄武岩的视密 度可放宽至,2.45t/m3,，吸水率可放宽至,3%,，但必须得到建设单位的批准，且不得用于,SMA,路面。,3.,对,S14,即,3,5,规格的粗集料，针片状颗粒含量可不予要求，,0.075mm,含量可放宽到,3%,。,粗集料的粒径规格应按表,2-7,的规定生产和使用。,沥青混合料用粗集料规格 表,2-7,规格名称,公称粒径（,mm,）,通过下列筛孔（,mm,）的质量百分率（,%,）,106,75,63,53,37.5,31.5,26.5,19.0,13.2,9.5,4.75,2.36,0.6,S1,4075,100,90100,015,05,S2,4060,100,90100,015,05,S3,3060,100,90100,015,05,S4,2550,100,90100,015,05,S5,2040,90100,015,05,S6,1530,100,90100,015,05,规格名称,公称粒径（,mm,）,通过下列筛孔（,mm,）的质量百分率（,%,）,106,75,63,53,37.5,31.5,26.5,19.0,13.2,9.5,4.75,2.36,0.6,S7,1030,100,90100,015,05,S8,1025,100,90100,015,05,S9,1020,100,90100,015,05,S10,1015,100,90100,015,05,S11,515,100,90100,4070,015,05,S12,510,100,90100,015,05,S13,310,100,90100,4070,020,05,S14,35,100,90100,015,03,采石场在生产过程中必须彻底清除覆盖层及泥土夹层。生产碎石用的原石不得含有土块、杂物，集料成品不得堆放在泥土地上。,高速公路、一级公路沥青路面的表面层（或磨耗层）的粗集料的磨光值应符合下表的要求。除,SMA,、,OGFC,路面外，允许在硬质粗集料中掺加部分较小粒径的磨光值达不到要求的粗集料，其最大掺加比例由磨光值试验确定。,粗集料与沥青的粘附性、磨光值的技术要求 表,2-8,雨量气候区,1,（潮湿区）,2,（湿润区）,3,（半干区）,4,（干旱区）,试验方法,年降雨量（,mm,）,1000,1000500,500250,250,附录,A,粗集料的磨光值,PSV,，不小于,高速公路、一级公路表面层,42,40,38,36,T 0321,粗集料与沥青的粘附性，不小于,高速公路、一级公路表面层,5,4,4,3,T 0616,粗集料与沥青的粘附性，不小于,高速公路、一级公路的其他层,次及其他等级公路的各个层次,4,4,3,3,T 0663,粗集料与沥青的粘附性应符合表,2-8,的要求，当使用不符要求的粗集料时，宜掺加消石灰、水泥或用饱和石灰水处理后使用，必要时可同时在沥青中掺加耐热、耐水、长期性能好的抗剥落剂，也可采用改性沥青的措施，使沥青混合料的水稳定性检验达到要求。掺加外加剂的剂量由沥青混合料的水稳定性检验确定。,破碎砾石应采用粒径大于,50mm,、含泥量不大于,1%,的砾石轧制，破碎砾石的破碎面应符合下表的要求。,粗集料对破碎面要求 表,路面部位或混合料类型,具有一定数量破碎面颗粒的含量（,%,）,试验方法,1,个破碎面,2,个或,2,个以上破碎面,沥青路面表面层,T 0361,高速公路、一级公路,100,90,其他等级公路,80,60,沥青路面中下面层、基层,高速公路、一级公路,90,80,其他等级公路,70,50,SMA,混合料,100,90,贯入式路面,80,60,筛选砾石仅适用于三级及三级以下公路的沥青表面处治路面。 经过破碎且存放期超过,6,个月以上的钢渣可作为粗集料使用。除吸水率允许适当放宽外，各项质量指标符合表的要求。钢渣在使用前应进行活性检验，要求钢渣中的游离氧化钙含量不大于,3%,，浸水膨胀率不大于,2%,。,沥青路面的细集料包括天然砂、机制砂、石屑。细集料必须由具有生产许可证的采石场、采砂场生产。,二、细集料,细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配，其质量应符合下表的规定。细集料的洁净程度，天然砂以小于,0.075mm,含量的百分数表示，石屑和机制砂以砂当量（适用于,0,4.75mm,）或亚甲蓝值（适用于,0,2.36mm,或,0,0.15mm,）表示。,沥青混合料用细集料质量要求 表,项目,单位,高速公路、一级公路,其他等级公路,试验方法,表观相对密度，不小于,2.50,2.45,T 0328,坚固性（,0.3mm,部分）不小于,%,12,T 0340,含泥量（小于,0.075mm,的含量），不大于,%,3,5,T 0333,砂当量，不小于,%,60,30,T 0334,亚甲蓝值，不大于,g/kg,25,T 0346,棱角性（流动时间），不小于,s,30,T 0345,注：坚固性试验可根据需要进行。,天然砂可采用河砂或海砂，通常宜采用粗、中砂，其规格应符合下表的规定。砂的含泥量超过规定时应水洗后使用，海砂中的贝壳类材料必须筛除。开采天然砂必须取得当地政府主管部门的许可，并符合水利及环境保护的要求。热拌密级配沥青混合料中天然砂的用量通常不宜超过集料总量的,20%,，,SMA,和,OGFC,混合料不宜使用天然砂。,沥青混合料用天然砂规格 表,筛孔尺寸（,mm,）,通过各孔筛的质量百分率（,%,）,粗砂,中砂,细砂,9.5,100,100,100,4.75,90,100,90,100,90,100,2.36,65,95,75,90,85,100,1.18,35,65,50,90,75,100,0.6,15,30,30,60,60,84,0.3,5,20,8,30,15,45,0.15,0,10,0,10,0,10,0.075,0,5,0,5,0,5,石屑是采石场破碎石料时通过,4.75mm,或,2.36mm,的筛下部分，其规格应符合下表的要求。采石场在生产石屑的过程中应具备抽吸设备，高速公路和一级公路的沥青混合料，宜将,S14,和,S16,组合使用，,S15,可在沥青稳定碎石基层或其他等级公路中使用。,沥青混合料用机制砂或石屑规格 表,规格,公称粒径（,mm,）,水洗法通过各筛孔质量百分率（,%,）,9.5,4.75,2.36,1.18,0.6,0.3,0.15,0.075,S15,0,5,100,90,100,60,90,40,75,20,25,7,40,2,20,0,10,S16,0,3,80,100,80,100,50,80,25,60,8,45,0,25,0,15,注：当生产石屑采用喷水抑制扬尘工艺时，应特别注意含粉量不得超过表中要求。,机制砂宜采用专用的制砂机制造，并选用优质石料生产，其级配应符合,S16,的要求。,三、填料,沥青混合料的填料必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，原石料的中泥土杂质应除净。矿粉应干燥、洁净，能自由从矿粉仓流出，其质量应符合下表的要求。,沥青混合料用矿粉质量要求 表,项目,单位,高速公路、一级公路,其他等级公路,试验方法,表观密度，不小于,T/m,3,2.50,2.45,T 0352,含水量，不大于,%,1,1,T 0103,烘干法,粒度范围,0.6mm,0.15mm,0.075mm,%,%,%,100,90100,75100,100,90100,70100,T0351,外观,无团粒结块,亲水系数,1,T 0353,塑性指数,4,T 0354,加热安定性,实测记录,T 0355,拌和机的粉尘可作为矿粉的一部分回收使用。但每盘用量不得超过填料总量的,25%,，掺有粉尘填料的塑性指数不得大于,4%,。,粉煤灰作为填料使用时，用量不得超过填料总量的,50%,，粉煤灰的烧失量应小于,15%,，与矿粉混合后的塑性指数应小于,4%,，其余质量要求与矿粉相同。高速公路、一级公路沥青面层不宜采用粉煤灰做填料。,第三节,SHRP,集料要求,集料特性对沥青混合料性能至关重要。然而，在马歇尔法和维姆法中并未考虑集料标准。然而，集料标准已直接纳入,SHRP,计划的,Superpave,混合料设计方法。虽未提出新的集料试验方法，但已经将现存试验方法加以改进以适应,Superpave,系统。在,Superpave,系统中对两种集料特性做了规定：认同特性和资源特性。,一、集料资源特性,资源特性通常用来鉴定当地集料资源是否合格。这一特性虽然重要，但因资源的特殊性尚未对资源特性的临界值作出规定。,Superpave,中确认的资源特性为：韧度、安定性和有害物质。韧度用洛杉矶磨耗试验进行试验，安定性用硫酸钠或硫酸镁安定性试验进行测试，有害物质用粘土块和易碎颗粒量度。,1.,韧度,韧度是洛杉矶磨耗试验（,AASHTO T96,或,ASTMC131,）的集料混合物的质量损失百分率。它能够评价粗集料抗磨耗的能力和操作、铺筑和服务过程中的机械退化。试验通常用大于,2.36,毫米的粗集料并依靠钢球冲击和研磨来完成。试验结果为粗集料在试验过程中由于机械退化引起的质量损失百分率，最大损失值的典型范围为,35%,至,45%,。,2.,安定性,安定性是集料混合物通过硫酸钠或硫酸镁安定性试验（,AASHTO T104,或,AASTM C88,）的材料损失百分数。它能够评价集料对服务气候影响的抗力。试验可用粗集料和细集料进行，将集料试样重复浸入硫酸钠或硫酸镁饱和溶液，然后烘干，以这样的方式来完成试验，并以一次浸泡和干燥作为一个安定循环。,在干燥过程中，盐分沉淀进入集料可渗透的空隙中；在重复浸泡时，盐分再水化并产生类似于冰冻膨胀力的内膨胀力。试验结果为通过要求循环次数的各筛孔间隔的总损失百分率。最大损失值的典型范围为,5,个循环,10,20%,。,3.,有害物质,有害物质定义为在混合集料中的诸如粘土块、页岩、木质、云母、煤等杂质的质量百分率（,AASHTO T112,或,ASTMC142,）。可用粗集料和细集料进行分析，通过在规定筛孔上湿筛各集料成分来做这种试验。湿筛结果的材料损失质量百分率报告为粘土块和脆弱颗粒百分率。对有害颗粒最大容许百分率存在较广的范围标准，数值范围从最小为,0.2%,至最大为,10%,，这取决于杂质的确切组成。,二、集料认同特性,可靠的集料特性对沥青混合料的良好使用具有决定性作用。这些特性因在其使用和规范数值上存在着广泛的一致，故称之为“认同特性”。,认同特性是,SHRP,研究者认为获得高性能沥青混合料最关键的集料特性。这个特性必须取决于交通量和路面所处位置的不同水准，高交通水准和面层混合料（浅的路面位置）要求更严格的认同特性值。,SHRP,采用这特性作为某种质量要求的沥青混合料。,Superpave,的认同特性为：粗集料棱角性；细集料棱角性；扁平和细长颗粒和粘土含量。,Superpave,通过对粗、细集料的棱角性作出规定，以探求获得内摩阻力高、抗剪强度高的沥青混合料，来抵抗车辙；限制细长片块以保证在操作、铺筑过程中和交通条件下沥青混合料的集料不易破碎；限制粘土含量以增强沥青结合料与集料之间的粘结。,1,粗集料棱角性,该特性确保集料很大的内摩阻力和车辙抗力。它定义为具有一个或多个破碎面的,4.75,毫米集料的重量百分率。,Superpave,推荐的试验方法为宾夕法尼亚州,DOT,试验法,NO.621“,砾石碎块百分率的确定”。表,2-14,给出作为交通水准和所处路面位置函数的粗骨料棱角性要求的最小值。,2,细集料棱角性,该特性确保集料很大的内摩阻力和车辙抗力。它定义为小于,2.36,毫米的未压实集料的空隙百分率（,AASHTO TP33,）。特别指出，细集料未压实空隙率试验方法受颗粒形状、表面结构和级配的影响较大。较高的空隙率意味更多的破碎面。试验中，细集料试样通过标准漏斗倒入一个小的经标定过的圆筒，测试充满已知体积（,V,）圆筒的细集料重量（,W,），根据圆筒体积与集于圆筒中细集料的体,积之差可算出孔隙体积。用细集料毛体积比重（,Gsb,）计算细集料体积。,粗集料棱角性标准 表,2-14,交通，百万,ESALs,距表面深度,100,毫米,100,毫米,0.3,1,3,10,10,100,100,55/-,65/-,75/-,85/80,95/90,100/100,100/100,-/-,-/-,50/-,60/-,80/75,95/90,100/100,注：,“,85/80,表明，,85%,的粗集料具有一个或多于一个破 碎面，而,80%,具有两个或多于两个破碎面。,表,2-15,对细集料棱角性作为交通水准和所处路面位置的函数给出了要求的最小值。,细集料棱角性标准 表,2-15,交通，百万,ESALs,距表面深度,100,毫米,100,毫米,0.3,1,3,10,30,100,100,40,40,45,45,45,45,40,40,40,45,45,注：标准为未压实细集料的空隙百分率,3,扁平和细长颗粒,该特性为具有最大与最小尺寸比值大于,5,的粗集料的质量百分数。扁平和细长颗粒因在铺筑过程和在交通条件下易于破碎，因而是不合格的。所用试验方法为,ASTM D4791“,粗集料中的扁平和细长颗粒”，并用大于,4.75,毫米的粗集料试验。,在表,2-16,中给出了粗集料中扁平和细长颗粒要求的最大值。,扁平和细长颗粒标准 表,2-16,交通，百万,ESALs,最大值，,%,0.3,1,3,10,30,100,100,10,10,10,10,10,量测两个数值：扁平颗粒百分率和细长颗粒百分率。,4,粘土含量,粘土含量是指在小于,4.75,毫米筛孔的集料组成中所含粘土材料百分数。按,AASHTO T176“,用砂当量试验（,ASTM D2419,）确定在级配集料中的塑性粉料与土”的方法进行测试。将细集料试样用絮凝溶液在量筒中混合，并加以搅拌，使存在于集料中和涂覆于集料上的粘土粉料散开。絮凝状溶液可使粘性材料悬浮在颗粒集料之上。沉淀一段时间之后，量测悬浮粘土和沉淀砂的圆柱高度。砂当量值按砂对粘土高度读数的比值计算，以百分数表示。表,2-17,中给出了细集料粘土含量的容许值。,粘土含量标准 表,2-17,交通，百万,ESALs,最小值，,%,0.3,1,3,10,30,100,100,40,40,40,45,45,50,50,第四节 集料生产, 公路建筑所用集料大都取自当地天然岩石矿藏。天然岩石以临近地面的露头或通常沿古老河床的砾石沉积的形式出现。地质学家根据其成因将天然岩石分为三类,火成岩、沉积岩与变质岩。有时沥青混合料所用的其它类型集料为将粘土加热到很高温度生成的轻质集料和炼钢炉中通常生成的矿渣。这两种人工集料在用于沥青混合料时均可提供优良的抗滑特性。,1,火成岩,基本为结晶体，为岩浆在流向或流在地球表面时冷却而成。根据晶粒尺寸及其组成为酸性或碱性进行火成岩分类。晶粒大于,2mm,时划为粗粒，小于,0.2mm,划为细粒。火成岩分类如表,2-18,所示。,火成岩分类 表,2-18,酸性,中性,碱性,二氧化硅，,%,66,55-66,55,密 度,2.75,颜 色,浅,-,暗,存在游离石英,是,-,否,2,沉积岩 主要由已崩解的不溶性残留物沉积而成，或由海洋动物的无机剩余物沉积形成。根据占主导地位的矿物进行分类，如：钙质（石灰石、白垩等）、硅质（燧石、砂岩等）或泥质（页岩等）。,3,变质岩 为火成岩或沉积岩遭受很大的热和（或）压力，足以改变其矿物结构，形成与其原生岩石不同的岩石。变质岩一般为颗粒尺寸由细到粗的天然结晶体。,4,砾石 由天然岩石破裂形成。砾石颗粒可在现有航道或古航道找到，其颗粒通常平滑，且一般为圆形或扁圆形，这是由于材料沿航道运动受水的磨耗作用形成。砾石在用于沥青混合料之前，通常要求进行破碎。,5,砂,主要由天然岩石破损后坚固的最终残留物组成。砂中占主导地位的矿物常为石英。许多砂沉积物常含有不同数量的淤泥和（或）粘土颗粒，在用于沥青混合料之前应进行清洗。,6,矿渣,是冶金过程的副产物，通常由炼钢、炼锡与炼铜产生。矿渣一般具有火成岩特性，其结构可从玻璃状变化到蜂窝状。炼钢产生的钢渣是广泛使用的矿渣。这种集料能形成具有优良抗滑性的优质沥青混合料。矿渣的吸水性通常较高，因此在使用矿渣集料时，需要的沥青结合料数量通常高于天然集料。,对公路建设而言，通常并不需要有关岩石的广泛资料。岩石的重要特性与材料在道路中的不同应用有关，如用于路面铺筑的底基层、基层或各种沥青混合料面层。因此，对大多数情况而言，公路建筑最重要的是岩石物理特性。化学特性对保证沥青与集料的良好结合较重要的。由于来自不同区域采石场或砾石料坑的天然岩石材料可能有很大不同，所以应该按正确方法进行取样与试验，以保证集料特性的一致性，并满足规定标准。,二、集料生产,集料的物理特性如抗磨性与强度主要由母岩的特性决定。但是采石场的生产工艺在排除软弱岩层的情况下，对集料的质量可能有重大影响，破碎将影响集料颗粒形成和级配。,重要的是要以剥除和废弃土覆盖层和风化岩石并在破碎作业时筛出坚固材料的方法，除去任何劣质岩石。,破碎作业的简化形成如图所示。注意颚式破碎机被用作初级破碎机，而标准的圆锥破碎机被用作二级破碎机。,车辆,集料进料器,一级筛网,颚式破碎机,废料,25.4mm,25.419mm,料堆,199.5mm,料堆,二级筛网,25.419mm,圆锥,破碎机,三级筛网,199.5mm,9.54.75mm,料堆,4.75mm,料堆,19mm,图,2-4,简化的破碎装置图,在采石场工作面进行爆破之前要清除并废弃覆盖层。爆破岩石后运至破碎机。爆破后，在裂缝周围及其它局部典型裂口的风化岩石被分解成比剩余坚固岩石更小的碎片，这些小的碎片在破碎之前用筛网筛除。图,2-4,所示的例子中小于,25.4mm,的全部材料都被清除与废弃。栅筛上大于,25.4mm,材料喂进颚式破碎机（初级破碎机），将石料破碎至可由其它破碎机操作的尺寸。假设这种简化的破碎装置将生产四种尺寸集料：,25.419mm,；,199.5mm,；,9.54.75mm,及,4.75mm,以下。颚式破碎机之后的下一步作业是将集料筛分到不同尺寸。一级筛机用,25.4mm,和,19mm,筛将集料分离为三种尺寸。,大于,25.4mm,的材料送进圆锥破碎机进行补充破碎；小于,25.4mm,而大于,19mm,的材料堆成料堆；小于,19mm,的材料被送进二级筛机进行进一步筛分。二级筛机采用,3,个筛孔尺寸：,19mm,；,9.5mm,和,4.75mm,。大于,19mm,材料被返回至圆锥破碎机作进一步破碎。其它,3,种材料堆成料堆。这是破碎与筛分集料常用方法。大多数作业比它要复杂得多，除此之外，作业几乎完全采用破碎机与筛机进行。当需要时许多作业还具有清洗集料的功能。,三、集料取样,在进行任何集料试验之前，必须采用适当的方法从料源获取试样。可以随机选取试样，也可选取代表性试样，这取决于取样目的。通常用于混合料设计要获取代表性试样，而用于质量控制则随机取样。只用一两个试样表征混合料特性时，要求用代表性试样；但取用较多试样评价混合料质量时，通常随机获取试样。如果没有获取合适的试样，则对集料进行的全部试验都没有意义，并可导致不合格的沥青混合料。,集料试样通常取自料堆、传送带、热料仓或有时取自载重汽车。取样人员必须认识到在堆料、装车或入仓时材料发生离析，因而取样最佳地点是从传送带取样；但是由于在传送带上集料也会离析，因此必须在料流的全宽范围内取样。随机取样是在某一时刻从传送带获取。代表性试样是靠将贯穿某个期间的多个随机获取的试样加以组合获得的，如在传送带获取的试样是在全天内取样，或从料堆不同位置取样，并组合这些试样。几乎总是用代表性试样来对料堆进行评价。而且，取样必须设法将料堆离析的影响降到最小。粒堆底边的集料通常比料堆其余部位更粗。料堆取样较好的方法是从料堆一侧抓至距堆顶或堆底一定距离的某点，除去表面集料，并从表面以下获取试样。,有时需要在取样位置上方设置模板以防止集料流入取样区域。要求在整个料堆几个位置取样，并组合为代表性试样。在取得要求数量试样并将其带回试验室后，每一试样必须缩小到试验相应的数量。可用试样分离器或四分法缩小试样，两种方法工作都很好，如要获得试验所需的精确试样，必须使用这两种方法之一。,欢 迎 交 流,谢 谢,！,1ppt,谢谢,