集

料PART021.集

料

的

基

本

概

念一、定義

集料(骨料)aggregate：在混合料中起骨架和填充作用的粒料，包括碎石、礫石、機制砂、石屑、砂等。劃分界限用于水泥混凝土粗集料＞4.75mm用于瀝青混合料粗集料＞2.36mm類型粒徑

細集料（砂）

粗集料

粗集料(crushedagg.)

細集料(fineagg.)二、分類1.按粒徑大小分

在瀝青混合料中，粗集料是指粒徑大于2.36㎜的碎石、破碎礫石、篩選礫石和礦渣等；在水泥混凝土中，粗集料是指粒徑大于4.75㎜的碎石、礫石和破碎礫石。在瀝青混合料中，細集料是指粒徑小于2.36㎜的天然砂、機制砂及石屑等；在水泥混凝土中，細集料是指粒徑小于4.75㎜的天然砂、機制砂。2.按集料形成過程分：天然集料和人工集料

天然集料包括天然砂、礫石和卵石。人工集料是巖石或卵石經(jīng)破碎和篩分機械設(shè)備加工而成的具有棱角、表面粗糙的石料碎塊。類型化學成分

堿性集料酸性集料SiO2

含量＞65%SiO2

含量＜52%3.按化學成分：中性集料SiO2

含量52%-65%3.按化學成分：三、粒徑的劃分1.標準篩用于界定集料顆粒粒徑大小的套篩，標準篩篩孔為正方形(方孔篩)，篩孔尺寸依次為90㎜、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㎜、0.075㎜。標準篩單元2粗集料2.集料最大粒徑：指集料顆粒能夠100%通過的最小標準篩篩孔尺寸。3.集料公稱最大粒徑:指集料可能全部通過或允許有少量篩余(篩余量不超過10%)的最小標準篩篩孔尺寸。

這兩種涉及集料最大顆粒的兩個定義有明顯區(qū)別，通常集料最大粒徑比公稱最大粒徑要大一個粒級。例如，某集料篩分后在19mm篩上的通過率是100%，16mm時的通過率小于100%，有不超過10%的存留，則該集料的最大粒徑是19mm，公稱最大粒徑是16mm，實際工程應(yīng)用時注意二者概念上的區(qū)別。2.粗

集

料

的

物

理

性

質(zhì)1、表觀密度(視密度)apparentdensity

單位體積（含材料的實體礦物成分、閉口孔隙和開口孔隙中尚未完全被水填充的孔隙體積）物質(zhì)顆粒的干質(zhì)量。

定義：單位體積（含材料的實體礦物成分及其閉口孔隙、開口孔隙等顆粒表面輪廓線所包圍的全部毛體積）物質(zhì)顆粒的干質(zhì)量。2、毛體積密度3、表干密度(飽和面干毛體積密度)saturatedsurface-drydensity

在規(guī)定條件下，單位毛體積下的粗集料表干質(zhì)量。這里表干質(zhì)量是指粗集料表面干燥而開口孔隙中充滿水時的質(zhì)量。

集料的體積組成孔隙：礦物之間的空間—Vn+Vi空隙：集料顆粒之間的空間—Vv顆粒之間的空間體積4、堆積密度accumulateddensity4、堆積密度accumulateddensity

粗集料按照一定方式裝填于容器中單位堆積體積（包括集料自身實體體積、閉口和開口孔隙之和的體積，以及顆粒之間的空隙體積）里所具有的質(zhì)量。

根據(jù)裝樣方式的不同，材料的堆積密度包括松散堆積狀態(tài)、振實狀態(tài)、搗實狀態(tài)下的堆積密度。松散堆積密度是指以自由落入方式裝填材料所測的密度；振實堆積密度又分為人工振實和振動臺振實所測的密度；搗實堆積密度是指用裝料時用搗棒插搗后所測的密度。松散堆積密度是指以用漏斗或料勺將試樣自由落入方式裝填；將容量筒內(nèi)材料刮平，容量筒的容積即為材料堆積體積。振實（緊裝）密度

振實密度是將集料分層裝入容器筒中,在容器筒底部放置一根圓鋼筋,每裝一層集料后,將容器筒左右交替顛擊地面25次;搗實密度

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。5、吸水率

吸水性——材料（如石材、混凝土等）在水中能吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。材料的吸水性用吸水率表示，吸水率有質(zhì)量吸水率和體積吸水率兩種表示方法。質(zhì)量吸水率——材料吸水飽和時，吸收的水分重量占材料干燥時重量的百分率；體積吸水率——材料吸水飽和時，吸收的水分體積占材料干燥時體積的百分率；材料的體積吸水率等于其質(zhì)量吸水率乘上材料干燥狀態(tài)時的表觀密度。

材料吸水率的大小主要取決于它的孔隙率和孔隙特征。水分通過材料的開口孔隙吸入，通過連通孔隙滲入其內(nèi)部，通過潤濕作用和毛細管作用等因素將水分存留住。具有較多細微連通孔隙的材料，其吸水率較大；而具有粗大孔隙的材料，雖水分容易滲入，但也僅能潤濕孔壁表面，不易在孔內(nèi)存留，其吸水率并不高；致密材料和僅有閉口孔隙的材料是不吸水的。6、含水率吸濕性

——材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。用含水率表示ms––––材料含水狀態(tài)下的質(zhì)量，g；mg––––材料干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g。材料的吸濕性的大小與材料的親水性、孔隙率、孔隙特征有關(guān)之外，還受所處環(huán)境的影響，隨環(huán)境的溫度、濕度的變化而變化。當空氣的濕度保持穩(wěn)定時，材料中的濕度會與空氣的濕度達到平衡，也即材料的吸濕與干燥達到平衡，這時的含水率稱為平衡含水率。3.粗

集

料

的

力

學

性

質(zhì)1、壓碎值

作為衡量石料強度的一項指標,粗集料的壓碎值是指在指定荷載施加方式下,集料抵抗被壓碎的能力,以此來評價路用粗集料的承載能力和間接抗壓強度。一、強度試驗步驟裝樣擺放壓柱壓碎石料單元2粗集料稱量過篩震落石料試驗步驟單元2粗集料計算公式

石料壓碎值按下公式計算，準確至0.1％

2、微型狄法爾磨耗值

微型狄法爾磨耗值是一種用于評價集料耐磨性能的指標。集料試樣加水與鋼球在微型狄法爾試驗機（圖2-2-2）試驗筒內(nèi)轉(zhuǎn)動，通過測量試樣在一定時間內(nèi)的磨損后質(zhì)量損失，計算出集料的磨耗值。單元2粗集料3、洛杉磯磨耗值

洛杉磯磨耗值是評價集料抗破碎能力指標。集料試樣與鋼球在洛杉磯磨耗試驗機（圖2-2-3）試驗筒內(nèi)轉(zhuǎn)動，通過測量試樣在一定時間內(nèi)的磨損后質(zhì)量損失，計算出集料的磨耗值。二、抗滑性表層的路用集料在使用過程中，不僅要表現(xiàn)出較高的承載能力，而且還要有持久的耐磨光性，以滿足長期使用時高速行駛車輛對路面抗滑性的要求。該指標采用集料的磨光值（PSV）來表示，磨光值越高，抗滑性越好。磨光機4.粗

集

料

的幾何特性一、顆粒級配

集料中組成粗細顆粒的分級和搭配狀況稱為級配，通過采用標準篩的篩析試驗確定集料的級配狀況。描述級配的相關(guān)參數(shù)包括分計篩余百分率、累計篩余百分率和通過百分率等。詳細內(nèi)容見細集料的顆粒級配。

討論與分析二、集料顆粒形狀

理想的集料形狀應(yīng)接近球體或立方體，從而能夠更好地發(fā)揮集料在混合料中的骨架和嵌擠作用。當集料中扁平、薄片、細長狀的顆粒含量較高時，會使集料的空隙率增加，不僅有損于集料的施工和易性，而且不同程度的危害混凝土的強度。

1.針片狀顆粒

卵石、碎石顆粒的最大一維尺寸大于該顆粒所屬粒級的平均粒徑2.4倍者為針狀顆粒；最小一維尺寸小于該顆粒所屬粒級的平均粒徑0.4倍者為片狀顆粒。針狀顆粒

片狀顆粒

普通顆粒針片狀規(guī)準儀和游標卡尺用于水泥混凝土時，針片狀顆粒是指使用專用規(guī)準儀測定；而用于瀝青混合料時，針片狀顆粒是指用卡尺測定。2.不規(guī)則顆粒

卵石、碎石顆粒的最小一維尺寸小于該顆粒所屬粒級的平均粒徑0.5倍的顆粒。

(1)水泥混凝土用粗集料振實狀態(tài)下的空隙率

三、空隙率（2）瀝青混合料用粗集料骨架搗實狀態(tài)下的間隙率

5.粗

集

料

的化學成分

泥常包裹在顆粒的表面，因而會大大降低與水泥石間的界面黏結(jié)力，使混凝土的強度降低，同時泥的比表面積大，吸附大量的外加劑，降低混凝土拌合物流動性，或增加拌合用水量和水泥用量以及混凝土的干縮與徐變，并使混凝土的耐久性降低。泥塊對混凝土性質(zhì)的影響與泥基本相同，但危害更大。二、有害物質(zhì)含量

為保證混凝土的強度及耐久性，石子中不應(yīng)混有草根、樹葉、樹枝、塑料、煤塊和爐渣等雜物，其有害物質(zhì)主要是指有機物含量和硫化物級硫酸鹽含量，其含量不得大于規(guī)范的規(guī)定。6.粗

集

料

的

耐久性一、堅固性

粗集料的堅固性也稱為集料的安定性?！督ㄔO(shè)用卵石、碎石》（GB/T14685-2022）中規(guī)定：集料的堅固性用飽和硫酸鈉溶液多次浸泡和干燥循環(huán)作用下集料質(zhì)量損失來評價?！豆饭こ碳显囼炓?guī)程》（JTG3432-2024）規(guī)定，也可以用飽和硫酸鎂溶液。硫酸鹽滲透進入集料孔隙中，并產(chǎn)生內(nèi)部膨脹力，模擬結(jié)冰時水膨脹力，用于判斷集料抗風化能力。同時對于水泥混凝土用集料，也可以評價硫酸鹽侵蝕的敏感性。二、堿集料反應(yīng)

堿集料反應(yīng)是評價混凝土、砂漿用集料的重要耐久性指標。是指混凝土原材料中的水泥、集料、外加劑、混合料和拌合水中的堿性物質(zhì)與集料中堿活性礦物成分發(fā)生化學反應(yīng)，生成膨脹物質(zhì)（或吸水膨脹物質(zhì))，從而使混凝土在澆筑成型若干年后膨脹開裂，導致混凝土破壞的現(xiàn)象。

堿集料反應(yīng)可分為堿硅酸鹽反應(yīng)（Alkali-SilicaReaction，簡稱ASR）和堿碳酸鹽反應(yīng)（Alkali-CarbonateReaction，簡稱ACR）。047.細集料的定義

在瀝青混合料中，細集料是指粒徑小于2.36㎜的天然砂、人工砂(包括機制砂)及石屑；在水泥混凝土中，細集料是指粒徑小于4.75㎜的天然砂、人工砂。產(chǎn)源：天然砂naturalsand：由自然風化、水流沖刷、堆積形成的、粒徑小于4.75㎜的巖石顆粒，按生存環(huán)境分河砂、海砂、山砂等。人工砂manufacturedsand，syntheticsand

經(jīng)人為加工處理得到的符合規(guī)格要求的細集料，通常指石料加工過程中采取真空抽吸等方法除去大部分土和細粉，或?qū)⑹妓吹玫降臐崈舻募毤?。從廣義上分類，機制砂、礦渣砂和煅燒砂都屬于人工砂。機制砂crushedsand

由碎石及礫石經(jīng)制砂機反復破碎加工至粒徑小于2.36㎜的人工砂，亦稱破碎砂。石屑crushedstonedust，screenings，chips

采石場加工碎石時通過最小篩孔(通常為2.36㎜或4.75㎜)的篩下部分，也稱篩屑?；旌仙癰lendsand

由天然砂、人工砂、機制砂或石屑等按一定比例混合形成的細集料的統(tǒng)稱。

河砂：潔凈、質(zhì)地堅硬，為配制混凝土的理想材料；

海砂：質(zhì)地堅硬，但夾有貝殼碎片及可溶性鹽類

山砂：含有粘土及有機雜質(zhì)，堅固性差；

人工砂：富有棱角，比較潔凈，但細粉、片狀顆較多，成本高。048.細集料的技術(shù)性質(zhì)

細集料的表觀密度、堆積密度和空隙率等物理常數(shù)的含義與粗集料相同。但因細集料粒徑較小，試驗檢測時采用的方法有所不同，且試驗所需試樣的數(shù)量也相對較少，精度要求更高一些。一、物理性質(zhì)二、顆粒級配1.定義

細集料的顆粒級配是描述細集料中各粒徑顆粒逐級分布狀況的一項指標，通過篩分試驗確定集料的級配狀況。

采用標準篩通過篩分試驗，得到三個用于描述集料粗細顆粒分布參數(shù)：分計篩余百分率、累計篩余百分率和通過百分率。

150μm300μm600μm1.18mm2.36mm4.75mm9.50mm2.砂篩分析試驗主要儀器：標準套篩、搖篩機、天平。底

盤砂子篩析試驗試驗步驟：稱取M=500g干砂，放于最上一只篩子。將套篩裝于搖篩機上，篩析10min。取下套篩，逐個進行手篩。稱取各篩的篩余量，進行計算。各篩篩余量mi(g)分計篩余百分率累計篩余百分率Ai(％)m1A1=

a1m2A2=

A1+a2m3A3=

A2+a3m4A4=

A3+a4m5A5=

A4+a5m6A6=

A5+a6150μm300μm600μm1.18mm2.36mm4.75mm

通過百分率：

細度模數(shù)Mx

3.7～3.13.0～2.32.2～1.6粗砂

中砂細砂1.5~0.7特細砂評定標準：粗砂中砂細砂標準砂水泥混凝土組成材料用測水泥膠砂強度用【例題】下表所給的某砂樣篩分數(shù)據(jù)，該砂樣篩分結(jié)果及細度模數(shù)。篩孔尺寸（mm）9.54.752.361.180.60.30.150.075各篩上存留量（g）02535901401157025篩孔尺寸（mm）9.54.752.361.180.60.30.150.075各篩上存留量（g）02535901401157025分計篩余率（%）057182823145累計篩余率（%）051230588195100通過率（%）100958870421950細度模數(shù)細度模數(shù)計算結(jié)果表明，該砂屬中砂知識拓展：建材與環(huán)保：保護砂子—勢在必行

對于建筑業(yè)的人員來說，砂子是一種再平常不過的資源。但是隨著全球建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，看似平常的砂子也在變得緊缺起來，讓人有點不敢相信。按照聯(lián)合國的報告，現(xiàn)如今砂子的緊缺程度已經(jīng)僅次于飲用水，可見情況已經(jīng)發(fā)展到何種程度。自從上世紀八九十年代以來，隨著亞洲、非洲等發(fā)展中國家的經(jīng)濟迅猛發(fā)展，建筑業(yè)導致砂子的需求猛增，人類已經(jīng)不滿足于從采石場上獲得砂子，海灘，河流，甚至島嶼，都成為了采挖砂子的來源。目前人類每年因建筑業(yè)消耗的砂子就達到500億噸的規(guī)模，相當于每個人每天消耗18公斤，而因為采砂導致的環(huán)境惡化，已經(jīng)在全球各地屢見不鮮。物以稀為貴，砂子的價格在飆升，全球貿(mào)易也在發(fā)生變化，一些國家已經(jīng)開始采取行動，禁止出口砂子，并開始研究人造砂子。多年來新加坡的填海造陸工程之所以得以延續(xù)，主要是依賴大量的砂子進口。2017年，鑒于挖砂造成的生態(tài)環(huán)境危害，新加坡最大的砂子供應(yīng)國之一柬埔寨出臺政策，永久禁止砂子出口。斷了糧的新加坡為了應(yīng)對不斷增加的人口對基礎(chǔ)設(shè)施的需求，也計劃嘗試采用較少砂子的填海技術(shù)。砂子的替代材料——機制砂逐漸被推上市場。模擬砂子的形成過程，通過機械，巖石被加工成不同規(guī)格和大小的機制砂，目前在橋梁、機場和高速公路等大型設(shè)施建筑上使用較多。不過，如何降低機制砂的含泥量還有待進一步研究?；厥丈白右脖豢春?，建筑和采石場的塵埃材料，甚至玻璃和混凝土中也可回收出砂子。三、天然砂的含泥量、機制砂的亞甲藍值、石粉含量和泥塊含量1.天然砂的含泥量

是指天然砂中粒徑小于

75

的顆粒含量。

2.石粉含量

是指機制砂中粒徑小于75

的顆粒含量。3.亞甲藍值（MB值）

機制砂的亞甲藍值（MB值）是確定機制砂中是否存在膨脹性粘土礦物（泥粉）并確定其含量的整體指標。4.泥塊含量

是指砂中原粒徑大于1.18mm，經(jīng)水浸泡、淘洗等處理后小于0.60mm的顆粒含量。

四、有害物質(zhì)

細集料的有害物質(zhì)包括：云母、輕物質(zhì)、有機質(zhì)、硫化物及硫酸鹽、氯離子貝殼。

細集料中的有害物質(zhì)對混凝土的性能和耐久性有著顯著的影響。因此，在配制混凝土時，需要對細集料的品質(zhì)進行嚴格把關(guān)，確保有害物質(zhì)的含量控制在合理范圍內(nèi)。同時，還需要采取相應(yīng)的檢測方法和措施來準確測定這些有害物質(zhì)的含量，以便及時調(diào)整和控制細集料的質(zhì)量。

五、片狀顆粒

機制砂中粒徑1.18

mm

以上的機制砂顆粒中最小一維尺寸小于該顆粒所屬粒級的平均粒徑0.45倍的顆粒。在細集料中，片狀顆粒的存在會降低集料顆粒之間的嵌擠力，影響混凝土的密實度和強度。

09.礦

粉

的

技

術(shù)

性

質(zhì)

瀝青混合料的礦粉必須采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強基性巖石等憎水性石料經(jīng)磨細得到的礦粉，原石料中的泥土雜質(zhì)應(yīng)除凈。礦粉應(yīng)干燥、潔凈，能自由地從礦粉倉流出，其質(zhì)量應(yīng)符合表的要求。1、礦粉的級配

礦粉的級配是指礦粉大小顆粒的搭配情況。礦粉的級配用篩分試驗（水洗法、負壓篩法）進行檢測。單元4礦粉礦粉篩分試驗(水洗法)單元4礦粉

試驗?zāi)康呐c適用范圍:礦粉密度試驗

用于檢驗礦粉的質(zhì)量，供瀝青混合料配合比設(shè)計計算使用，同時適用于測定供拌制瀝青混合料用的其它填料如水泥、石灰、粉煤灰的相對密度。3、親水系數(shù)

礦粉的親水系數(shù)是指礦粉試樣在水（極性介質(zhì)）中膨脹的體積與同一試樣在煤油（非極性介質(zhì)）中膨脹的體積之比。親水系數(shù)大于1的礦粉，表示礦粉對水的親和力大于瀝青的親和力，稱為憎油礦粉。在工程中必須選用親水系數(shù)小于1的礦粉。4、塑性指數(shù)

礦粉的塑性指數(shù)是指礦粉液限含水量與塑限含水量之差，以百分率表示。它是評價礦粉中粘性土成分含量的指標。

塑性指數(shù)高的石粉具有較大的吸水性和吸油性，并會由此產(chǎn)生膨潤，使瀝青混合料的強度降低，或者在水的作用下發(fā)生剝離，最終使瀝青路面損壞。因此，用于瀝青混合料中的礦粉，其塑性指數(shù)不宜過高，按現(xiàn)行規(guī)范其最大值必須小于4%。礦粉的塑性指數(shù)是按《公路土工試驗規(guī)程》（JTG3430-2020）的方法進行檢測的。5、礦粉加熱安定性

礦粉的加熱安定性是礦粉在熱拌過程中受熱而不產(chǎn)生變質(zhì)的性能。它是評價礦粉（除石灰石粉、磨細生石灰粉、水泥外）易受熱變質(zhì)的成分的含量。

瀝青混合料的礦粉采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強基性巖石等憎水性石料經(jīng)磨細得到的礦粉，原石料中的泥土雜質(zhì)應(yīng)除凈。礦粉應(yīng)干燥、潔凈，能自由地從礦粉倉流出，其質(zhì)量應(yīng)符合表9.27的技術(shù)要求。單元4礦粉10.工

業(yè)

廢

渣概述：工業(yè)廢渣包括粉煤灰、煤渣、?；郀t礦渣、鋼渣、冶金礦渣等。目前公路工程中最常用的是粉煤灰和?；郀t礦渣。一、粉煤灰

粉煤灰是火力發(fā)電廠排放的廢渣，呈灰色或淺灰色粉末，屬于火山灰質(zhì)活性材料。它含有較多的活性氧化鈣、活性氧化鋁，它們與氫氧化鈣在常溫下起化學反應(yīng)生成穩(wěn)定的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，這些成分有助于混合料的硬化，增加強度。粉煤灰系球形熔粉，顆粒呈玻璃狀，這些顆粒可以改善拌合物的和易性。1.粉煤灰的技術(shù)性質(zhì)（1）細度，粉煤灰顆粒越細強度越高。（2）密度，密度越大質(zhì)量越好。（3）堆積密度，555-700kg/cm3（4）燒失量，粉煤灰中未燒盡碳粉含量，是有害物質(zhì)。（5）含水量，不宜超過35%。（6）顏色，乳白到灰黑色之間，顏色可以反映含碳量多少與差異，細度。顏色越深含碳量越高，粒度越細。(1)節(jié)省費用。(2)改善新拌混凝土的工作性。(3)改善混凝土的長期性能或極限強度。(4)改善混凝土抗硫酸鹽侵蝕、堿集料反應(yīng)等耐久性能。(5)與外加劑的疊加效應(yīng)，使減水劑效果更為明顯。(6)降低混凝土的放熱高峰。2.粉煤灰混凝土的工作性能(7)由于混凝土堿度降低可能引起鋼筋銹蝕的保護性能降低。(8)粉煤灰含碳量的較高時將影響混凝土外加劑的適應(yīng)性，如降低引氣劑引氣效果。(9)由于用水量的降低，要求更為嚴格的養(yǎng)護制度。(1)可以在硅酸鹽水泥中加入適量的粉煤灰制成粉煤灰質(zhì)硅酸鹽水泥。(2)用作水泥混凝土路面的摻合料，節(jié)省水泥用量。(3)用作瀝青混凝土路面的摻合料。3.粉煤灰道路工程中的應(yīng)用（4）用粉煤灰加水泥或石灰穩(wěn)定砂礫做路面基層、底基層及墊層。（5）拌制建筑砂漿，代替部分石膏，效果較好。（6）粉煤灰與粘土燒成粉煤灰磚用于