第1章 石料与集料
了解岩石矿物组成与分类；掌握石料与集料的技术性质（物理、力学、耐久性）和评价指标，以及主要检测方法；掌握矿质混合料的级配理论和级配曲线的绘制。 1.1 天然石料
1.1.1岩石的矿物组成与分类
1）造岩矿物
岩石的组成单元，一定化学成分和一定结构特征的天然化合物或单质。（附：7种重要矿物包括正长石、斜长石、石英、角闪石、辉石、橄榄石、方解石）
举例比较：石英和方解石的不同特性（包括强度、硬度、耐久性）
2）岩石的分类
岩石性能同时取决于造岩矿物和成岩条件。（火成岩、沉积岩和变质岩）
（1）火成岩
地壳深处岩浆侵入地壳内或喷出地表后冷却形成的岩石。包括深成岩、喷出岩和火山岩
深成岩——侵入地壳内缓慢冷却。表现为全晶质粗粒结构，块状构造、致密
举例：花岗岩、闪长岩、辉长岩、正长岩（硬度大、强度高、耐磨、耐久性好）
喷出岩——喷出地表迅速冷却。表现为细粒、隐晶质结构，斑状构造、疏松多孔
举例：玄武岩、安山岩、流纹岩
火山岩——空中急速冷却。表现为玻璃体结构，多孔构造
举例：火山灰、浮石、火山凝灰岩
（2）沉积岩
单片机编程器地表岩石在自然或生物破坏变成碎屑后经水流风力搬运沉积形成的岩石。其性能与颗粒物质和胶结物密切相关。
举例：石灰岩、砂岩、页岩（密度小、强度较低、耐久性较差）
（3）变质岩
原生火成岩或沉积岩经地壳内高温、高压等作用后形成的岩石。其性能与原岩性质和变质条件有关。
举例：大理石岩（石灰岩变质而成）、石英岩（砂岩变质而成）
片麻岩（花岗岩变质而成）
总结：试解释比较花岗岩与石灰岩、砂岩的性能差异及其原因（见表1）
表1 花岗岩与石灰岩性能比较
岩石种类 | 性能差异 | 原因 |
主要矿物组成 | 成岩条件 |
花岗岩 | 强度高、硬度大、耐磨、耐久性好 | 长石、石英 | 岩浆缓慢冷却形成 |
砂 岩 | 强度低、耐久性较差 | 石英 | 改性材料岩石碎屑沉积而成 |
石灰岩 | 强度较低、耐久性较差 | 方解石 | 岩石碎屑沉积形成 |
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全息打印1.1.2石料的物理性质
主要包括：物理常数（密度、毛体积密度、孔隙率）和吸水性（吸水率、饱和吸水率）
1）密度
在规定条件下，烘干岩石矿质单位体积（不包括开口与闭口孔隙体积）的质量。反映岩石矿物组成、结构状态，与岩石的技术性质密切相关，是选择石料和配合比设计的重要参数。 试验方法：密度瓶法（《公路工程岩石试验规程》JTG E41-2005）
试验过程：
①试样制备——粉碎通过0.315mm筛孔石粉。
②试样处理——烘干6-12h，冷却至室温。
③体积标定——全部石粉装瓶后掺加一半水，排除气体（沸煮1h或抽真空1h-2h），加满水静置恒温水槽至规定温度（20℃±2℃）后称重，将空瓶加满水静置恒温水槽至规定温度（20℃）后称重。
密度计算：
注意事项：排除气体方法因试液不同（煤油必须使用真空）；试样恒温应与测试条件相一致
2）毛体积密度
在规定条件下，烘干岩石包括孔隙在内的单位体积的质量。间接反映岩石致密程度，孔隙发育程度，与岩石的力学性质有关。根据岩石含水状态，分干密度、饱和密度和天然密度。
试验方法：量积法（规则试件）、水中称量法（不溶水的其他岩石）和蜡封法（二者之外） 试验过程：
①试件制备——直径50mm±2mm，高径比2：1的圆柱体（量积法）；规则或不规则试件，一定质量和尺寸（水中称量法）；边长40-60mm立方体或直径48-52mm圆柱体试件（蜡封法）。不同试件数量均不少于3个。
②试件处理——保持天然湿度，或105℃~110℃烘12h~24h后冷却至室温，或饱水处理（量积法）；首先烘干然后饱水处理（1/2h—2h—浸泡沸煮6h，或抽真空4h；水中称量法）
③体积标定——量取试件两端和中间3个端面、2个相互垂直的直径或边长平均值，量取试件断面周边对称4个点和中心1点的高度平均值（量积法）；首先称取饱和面干试件质量，然后称取试件在水中称量设备中的质量（水中称量法）。
毛体积密度计算：
（量积法）
（水中称量法）
注意事项：
3）孔隙率
岩石孔隙体积占岩石总体积（包括孔隙体积在内）的百分率。孔隙率和孔结构影响岩石的力学性质。
4）吸水性
吸水率——在规定条件下，岩石试样最大的吸水质量与烘干岩石试件质量之比，以百分率表示。反映岩石微裂隙的发育程度，与岩石的抗冻性、抗风化性能有关。
饱和吸水率——在强制条件下，岩石试样最大的吸水质量与烘干岩石试件质量之比，以百分率表示。反映岩石微裂隙的发育程度，与岩石的抗冻性、抗风化性能有关。
试验方法：吸水性试验
试验过程：
①试件制备——规则试件采用直径50mm±2mm，高径比2：1的圆柱体，不规则试件采用边长或直径40mm~50mm的浑圆形试件，试件数量不少于3个。
②试件吸水——首先105℃~110℃烘12h~24h后冷却至室温；然后进行自由吸水（1/4h—2h—1/2h—2h—3/4h—2h—浸泡48h，吸水率试验），或进行饱水处理（1/2h—2h—浸泡沸煮6h，或抽真空4h；饱和吸水率试验）
吸水率或饱和吸水率计算：
注意事项：
1.1.3石料的力学性质
cap3 主要包括：抗压强度（单轴抗压强度）和磨耗性（磨耗损失）
1）单轴抗压强度
岩石试件抵抗单轴压力时保持自身不被破坏的极限应力。根据试件含水状态，分饱和状态、天然状态、烘干状态和冻融循环状态。
试验方法：单轴抗压强度试验
试验过程：
①试件制备——直径50mm±2mm，高径比2：1的圆柱体试件（建筑地基）；边长70mm±2mm立方体试件（桥梁工程）；边长50mm±2mm立方体或高径均为50mm±2mm圆柱体试件（路面工程）。不同试件数量均为6个。
②试件处理——保持天然状态，或105℃~110℃烘12h~24h后冷却至室温，或饱水处理；或冻融循环处理（自由吸水饱和试件-15℃、4h—20℃±5℃、4h）。
③体积标定——首先量取立方体试件底面和顶面相互平行的2个边长平均值计算各自承压面积，或量取圆柱体底面和顶面相互垂直2个直径平均值计算各自承压面积；然后以其顶面和底面的算术平均值作为最终截面积。
④强度测定——以0.5MPa~1.0MPa/s加载速度进行单轴抗压，记录破坏荷载和现象。
单轴抗压强度和软化系数计算：
饱水抗压强度
软化系数
注意事项：
2）磨耗性
石料抵抗撞击、剪切和摩擦综合作用的性能。与沥青混合料和基层用集料的抗车辙能力、耐磨性，耐久性密切相关。
试验方法：洛杉矶法
试验过程：
①试样制备——满足一定质量和级配要求。
②试样处理——清洗并烘干。
③试样磨耗——首先，将试样和一定数量钢球共同置于磨耗机中以30-33r/min转速转动规定次数；然后称取试样在1.7mm方孔筛的筛余量。
洛杉矶磨耗损失计算：
注意事项：
1.1.4石料的耐久性
主要包括：抗冻性
1）抗冻性
岩石试样在饱和状态下，抵抗反复冻结和融化的性能。与其矿物组成、结构特征和吸水率指标密切相关。
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试验方法：抗冻性试验和坚固性试验
试验过程：
①试件制备——直径50mm±2mm，高径比2：1的圆柱体，试件数量不少于6个。
②试件处理——试件烘干冷却并自由吸水饱和，然后进行冻融循环规定次数（抗冻性试验）；试件烘干冷却，然后进行浸泡烘干循环5次（浸泡20h—烘干4h，坚固性试验）
③吸水率和强度测试——称取冻融后试件烘干质量和饱水质量，测试冻融循环前后试件的单轴抗压强度（抗冻性试验）
结果计算：
抗冻性试验： 质量损失率
冻融后吸水率
冻融系数
坚固性试验： 质量损失率
1.2 集料
1.2.1基本概念
1）定义
在混合料中起骨架和填充作用的粒料，包括粗集料（骨架作用）和细集料（填充作用）。
2）粗集料
沥青混合料：＞2.36mm的碎石、砾石（破碎、无动力油水分离器筛选）、矿渣等（附：高速和一级公路禁用）
水泥混凝土：＞4.75mm的碎石、砾石、破碎砾石
3）细集料
沥青混合料：＜2.36mm的天然砂、人工砂（包括机制砂）及石屑
水泥混凝土：＜4.75mm的天然砂、人工砂
4）碎石、砾石
碎石——天然岩石或卵石破碎筛分得到，粒径＞4.75mm的岩石颗粒。
砾石——水流冲刷得到，粒径＞4.75mm的岩石颗粒。（无明显棱角）
