第一章砂石材料

第一章砂石材料本章重點(diǎn)：

砂石材料的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)要求；礦質(zhì)混合料的級(jí)配理論和組成設(shè)計(jì)方法。本章要求：

要求學(xué)生掌握評(píng)價(jià)砂石材料技術(shù)性質(zhì)的主要指標(biāo)；學(xué)會(huì)應(yīng)用級(jí)配理論設(shè)計(jì)礦質(zhì)混合料配合組成的方法。第一節(jié)砂石材料的技術(shù)性質(zhì)按形狀分類按來(lái)源分類砂石材料的分類塊狀石料(石料)粒狀石料(集料)天然巖石人工軋制的集料工業(yè)冶金礦渣常見(jiàn)巖石石英巖花崗巖玄武巖石灰?guī)r砂巖一、巖石的技術(shù)性質(zhì)單軸抗壓強(qiáng)度磨耗性巖石酸堿性化學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)物理常數(shù)吸水性抗凍性物理性質(zhì)技術(shù)性質(zhì)1、物理性質(zhì)1）物理常數(shù)

巖石可由各種礦物形成不同排列的各種結(jié)構(gòu)，但是從其質(zhì)量和體積的物理觀點(diǎn)出發(fā)，巖石的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)主要是由礦質(zhì)實(shí)體和孔隙（包括與外界連通的開(kāi)口孔隙和不與外界連通的閉口孔隙）所組成（如圖1—1所示）。天然花崗巖的SEM人工水泥石SEM

（1）真實(shí)密度：

—定義：烘干（105℃±5℃下烘至恒重，溫度20℃±2℃），巖石礦質(zhì)實(shí)體單位真實(shí)體積的質(zhì)量。

公式：

測(cè)定：密度瓶法

（２）毛體積密度：

—定義：規(guī)定條件下，烘干巖石礦質(zhì)實(shí)體包括孔隙(開(kāi)口、閉口孔隙)體積在內(nèi)的單位毛體積的質(zhì)量。

公式：

測(cè)定：量積法、水中稱量法、蠟封法

（3）孔隙率

ｎ

：

—定義：巖石孔隙體積占巖石總體積(包括開(kāi)口、閉口孔隙體積)的百分率。

公式：

—定義：巖石在規(guī)定條件下吸水的能力。工程上常采用吸水率和飽水吸水率兩項(xiàng)指標(biāo)表征。吸水性越大，瀝青粘附性越差。2）吸水性（1）吸水率：

—定義：在規(guī)定條件下，巖石試樣最大吸水質(zhì)量與烘干巖石試件質(zhì)量的百分率。

第二章砂石材料逐步加入水淹沒(méi)石料細(xì)砂公式：測(cè)定：

自由吸水法

（2）飽水吸水率：—定義：在強(qiáng)制條件下，巖石試樣最大吸水質(zhì)量與烘干巖石試件質(zhì)量的百分率。

公式：

第二章砂石材料加入水淹沒(méi)石料細(xì)砂抽真空通常計(jì)算的飽和吸水率>吸水率測(cè)定：

煮沸法、真空抽氣法吸水率與飽和吸水率之比稱為飽水系數(shù)，用KW表示。

它是評(píng)價(jià)巖石抗凍性的一種指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，巖石的飽水系數(shù)為0.5～0.8，飽水系數(shù)愈大，說(shuō)明常壓下吸水后留余的空間有限，巖石愈容易被凍脹破壞，抗凍性差。

試件飽水，-15℃凍4h，20±5℃解凍4h，

如此循環(huán)規(guī)定次數(shù)；測(cè)

定實(shí)驗(yàn)前后試件質(zhì)量和

飽水抗壓強(qiáng)度。3）抗凍性—定義：巖石在吸水飽和狀態(tài)下，經(jīng)受規(guī)定次數(shù)的凍融循環(huán)后抵抗破壞的能力。

第二章砂石材料測(cè)定：

直接凍融法、堅(jiān)固性簡(jiǎn)易快速測(cè)定法直接凍融法—

硫酸鈉浸泡20h，105℃烘箱烘4h，如此循環(huán)規(guī)定次數(shù)；測(cè)定實(shí)驗(yàn)前后試件質(zhì)量。

評(píng)估巖石飽和硫酸鈉多次浸泡與烘干循環(huán)后，不發(fā)生顯著破壞或強(qiáng)度降低的性能。

有條件者均采用直接凍融堅(jiān)固性簡(jiǎn)易快速測(cè)定法—在不同的工程環(huán)境氣候下，對(duì)巖石的抗凍性有不同的要求?！豆饭こ處r石試驗(yàn)規(guī)程》（JTGＥ41—2005）規(guī)定：在嚴(yán)寒地區(qū)（最冷月的月平均氣溫低于-15℃）巖石的凍融循環(huán)次數(shù)為25次；在寒冷地區(qū)（最冷月的月平均氣溫低于-15℃～-5℃）為15次；寒冷、嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)采用直接凍融法進(jìn)行巖石的抗凍性試驗(yàn)。對(duì)于橋涵工程用巖石，《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD61—2005）規(guī)定：累年最冷月平均氣溫低于或等于-10℃的地區(qū)，所用的石材抗凍性指標(biāo)應(yīng)符合表1-2的要求，即試件在飽水狀態(tài)下經(jīng)過(guò)-15℃的凍結(jié)與20℃的融化，達(dá)到表1-2中所要求的凍融循環(huán)次數(shù)后，無(wú)明顯的損傷（裂縫、脫層），同時(shí)凍融系數(shù)不低于0.75，則認(rèn)為抗凍性合格。

確定巖石等級(jí)的兩項(xiàng)指標(biāo)抗壓強(qiáng)度和磨耗性1）單軸抗壓強(qiáng)度R：試驗(yàn)條件要求：試件形狀、尺寸、吸水飽和、加荷速度等。

公式：2）磨耗性Q

：—巖石抵抗撞擊、邊緣剪力和摩擦的聯(lián)合作用的性能；采用洛杉磯磨耗試驗(yàn)測(cè)定。

2、力學(xué)性質(zhì)公式：(1)巖石酸堿性：酸性巖石：>65%SiO2含量中性巖石：65%～52%堿性巖石：<52%(2)巖石與瀝青粘附性測(cè)定方法：

水煮法：13.2～19mm的碎石，5顆石料，熱瀝青裹附，沸水煮3min

水浸法：9.5～13.2mm的碎石100g與5.5g瀝青拌合，冷后在80℃水中30min3、化學(xué)性質(zhì)

集料是指在混合料中起骨架或填充作用的粒料。來(lái)源分類：天然砂(0.75～2mm)碎石(>4.75mm)

天然集料礫石(2～60mm)人工集料人工砂(<2.36mm)

卵石(60～200mm)石屑(2.36或4.75篩下)

顆粒尺寸分類（工程）：

粗集料：指集料的粒徑>4.75mm(水泥混凝土中)或>2.36mm(瀝青混合料中）的碎石、礫石。

細(xì)集料：指集料的粒徑<4.75mm(水泥混凝土中)或<2.36mm(瀝青混合料中）的天然砂、人工砂和石膏。

第二章砂石材料二、集料的技術(shù)性質(zhì)在計(jì)算粗集料的物理常數(shù)時(shí)，不僅要考慮到粗集料顆粒中的孔隙（開(kāi)口孔隙和閉口孔隙），還要考慮顆粒間的空隙。工程中常用的粗集料密度包括表觀密度、毛體積密度、堆積密度。

第二章砂石材料1、物理性質(zhì)1）物理常數(shù)（一）粗集料的技術(shù)性質(zhì)礦質(zhì)實(shí)體msm0mVsVnVVi質(zhì)量m體積VVo開(kāi)口孔隙閉口孔隙空隙Vv（1）表觀密度：

—定義：規(guī)定條件（105℃±5℃烘干至恒重）下，單位表觀體積（包括集料礦質(zhì)實(shí)體和閉口孔隙的體積）的質(zhì)量；

公式：

測(cè)定：網(wǎng)籃法

第二章砂石材料（2）毛體積密度：

—定義：規(guī)定條件下，單位毛體積（包括礦質(zhì)實(shí)體、閉口和開(kāi)口孔隙體積）的質(zhì)量。

公式：

測(cè)定：將已知質(zhì)量的干燥粗集料經(jīng)24h飽水后，用濕毛巾擦干而求得飽和面干質(zhì)量。然后用排水法求得水中的體積，即求得粗集料毛體積密度。

第二章砂石材料（3）堆積密度ρ：

—定義：?jiǎn)挝惑w積（包括礦質(zhì)實(shí)體、閉口和開(kāi)口孔隙及顆粒間空隙體積）物質(zhì)顆粒的質(zhì)量。

公式：

按堆積的松緊程度不同分為：自然堆積密度振實(shí)堆積密度搗實(shí)堆積密度

測(cè)定：容量筒法（4）空隙率n

：

—定義：指粗集料顆粒之間空隙體積占粗集料總體積的百分率。

公式：

區(qū)別：

空隙：指集料中顆粒間的空隙孔隙：指單一石料中的孔隙

測(cè)定：容量筒法2）級(jí)配—定義：指粗集料中各組成顆粒的分級(jí)和搭配，通過(guò)篩分試驗(yàn)確定。有關(guān)參數(shù)：①分計(jì)篩余百分率②累計(jì)篩余百分率③通過(guò)百分率

水泥混凝土用粗集料干篩法瀝青混合料及基層用粗集料水洗法堅(jiān)固性也稱安定性，是指集料在自然風(fēng)化和其他外界物理化學(xué)因素作用下抵抗碎裂的能力。集料長(zhǎng)期受到各種自然因素的綜合作用，其物理力學(xué)性能會(huì)逐漸下降。自然因素主要包括溫度變化、干濕變化和凍融循環(huán)等，其中凍融循環(huán)的破壞作用占主導(dǎo)地位?！豆饭こ碳显囼?yàn)規(guī)程》（JTGE42-2005）規(guī)定，堅(jiān)固性的檢驗(yàn)采用硫酸鹽浸泡法：試樣經(jīng)飽和硫酸鈉溶液多次浸泡與烘干循環(huán)，承受硫酸鈉結(jié)晶壓，檢驗(yàn)5次循環(huán)后試樣的表面破壞情況，并用質(zhì)量損失百分率來(lái)計(jì)算其堅(jiān)固性。3）堅(jiān)固性2、力學(xué)性質(zhì)

—主要是壓碎值、磨耗率，其次是抗滑表層用集料的三項(xiàng)試驗(yàn)，即磨光值、磨耗值和沖擊值。

第二章砂石材料1)壓碎值—指集料在逐漸增加的荷載下，抵抗壓碎的能力。2)磨光值壓碎指標(biāo)儀測(cè)定方法：先將試樣磨光，再測(cè)定擺值，經(jīng)換算后得磨光值PSV磨光值愈高，表示其抗滑性愈好3）沖擊值

—抵抗多次連續(xù)重復(fù)沖擊荷載作用的性能。4）磨耗值

—指評(píng)定抗滑表層的集料抵抗車輪撞擊及磨耗的能力。磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差瀝青混合料中的細(xì)集料是指粒徑—小于2.36mm水泥混凝土中的細(xì)集料是指粒徑—小于4.75mm

按來(lái)源砂可以分為：

天然砂：由巖石在自然條件下風(fēng)化形成的。（1）河砂：性質(zhì)較好，多用（2）山砂：含泥量及有機(jī)雜質(zhì)多（3）海砂：混有貝殼和鹽分等有害雜質(zhì)人工砂：由巖石軋碎而成的顆粒，表面有棱角，較潔凈，但價(jià)格較高，無(wú)特殊情況多不采用。上述幾種細(xì)集料中，一般工程上多使用河砂（二）細(xì)集料的技術(shù)性質(zhì)細(xì)集料的技術(shù)性質(zhì)物理性質(zhì)顆粒級(jí)配粗度用篩分