砂石材料PPT课件

.,1,第一章砂石材料,.,2,本章教学目标知识教学点岩石的技术性质和技术要求集料的技术性质和技术要求矿质混合料组成设计方法能力训练点能够检验砂石材料各种技术指标能够进行矿质混合料组成设计,.,3,块石,卵石,碎石,砂子,.,4,一、岩石的技术性质,技术性质,吸水性,耐久性,力学性质,吸水率,饱水率,抗冻性,坚固性,抗压强度,磨耗性,物理性质,化学性质,物理常数,密度、孔隙率,.,5,1.岩石内部组成结构：矿质实体开口孔隙闭口孔隙石料组成结构外观示意图,一、岩石的技术性质,V,.,6,.,7,（1）真实密度（密度）岩石在规定条件(105土5烘干至恒重，温度20土2)下，烘干岩石矿质实体(不含孔隙的矿质实体的体积)的质量。真实密度用t表示，按下式计算：式中：t真实密度，g/cm3或kg/m3；ms材料的质量，g或kg；Vs材料的绝对密实体积，cm3或m3。,.,8,因所以测定方法：1、李氏比重瓶法2、密度瓶发将石料磨细至全部过0.25mm的筛孔，然后将其装入比重瓶中，利用已知比重的液体置换石料的体积。,.,9,试验原理：（1）称量矿粉试样质量m1。（2）向比重瓶中注入蒸馏水，至刻度01mL之间，读取比重瓶中水面的刻度V1。（3）用小匙将矿粉试样通过漏斗徐徐加入比重瓶中，至接近比重瓶最大读数(接近24mL)止，读取比重瓶的读数V2。（4）准确称取剩余矿粉的合质量m2。,试验方法：李氏比重瓶法。,.,10,式中：m1试验前瓷皿中矿粉的干燥质量，g；m2试验后瓷皿中矿粉的干燥质量，g；V1比重瓶加矿粉以前的初读数，mL；V2比重瓶加矿粉以后的终读数，mL；,计算公式：矿粉的密度、相对密度,试验温度时水的密度（常数）。,为计算方便，也可以采用相对密度表示，即矿粉密度与同温度水的密度之比。,.,11,密度法,将岩粉烘干冷却备用四分法取样m1=15灌入瓶中至一半，摇动排除气泡向瓶内注水至满瓶，塞好瓶塞称m3倒出悬液注入蒸馏水至满瓶称m2,不同水温时水的密度,.,12,(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。,测定方法：利用量积法、水中称量法和蜡封法。,根据含水状态，毛体积密度可分为：干密度、饱和密度和天然密度。,.,13,蜡封法步骤：（1）将试件烘干冷却至室温；（2）称出试件空气中质量m0；（3）将试件表面封蜡，厚度不大于1mm；（4）称出试件封蜡后的空气中质量m1；（5）称出封蜡后试件的水中质量m2；（6）计算毛体积密度。,.,14,孔隙率：,孔隙体积占岩石总体积的百分率。用n来表示,孔隙率是衡量材料密实程度的指标。,.,15,2）吸水性,定义：岩石在规定条件下吸水的能力,指标：吸水率、饱和吸水率,吸水率：岩石吸水率是指在室内常温（202）和大气压条件下，岩石试样最大的吸水质量占烘干（1055干燥至恒重）岩石试件质量的百分率。,.,16,饱和吸水率：在室内常温和真空抽气后的条件下，岩石试样最大吸水的质量占烘干岩石试件质量的百分率。,区别：,饱水率是在石料抽至真空的条件下测定的，此时水几乎充满开口孔隙的全部体积，而在常压下测定的吸水率，通常认为水分只填充部分孔隙。,.,17,影响吸水性的因素：a、孔隙特征、孔隙率b、岩石的酸碱性c、矿物成分组织构造,饱水率吸水率,吸水率、饱和吸水率能有效地反映岩石微裂隙的发育程度，可用来判断岩石的抗冻性和抗风化等性能。,.,18,3）抗冻性,定义：岩石在吸水饱和的状态下，抵抗多次冻结和融化作用而不发生显著破坏，同时也不严重降低强度的性能。,指标：抗冻标号（测定经过冻(-15,4h)、融(205,4h)循环，质量损失不超过5%，抗压强度不超过25%的次数。）,测定方法：直接冻融法,抗冻标号越大，抗冻性越好,.,19,若无条件进行冻融实验，可采用坚固性简易快速测定法：,将烘干并已称量过的规则试件，浸入饱和的硫酸钠溶液中经20h，取出置于1055的烘箱中烘4h。然后取出冷却至室温，作为一个循环。如此重复若干个循环。最后用蒸馏水沸煮洗净，烘干称量，计算质量损失百分率。,.,20,2.力学性质,抗压强度,磨耗性,1）单轴抗压强度：（无侧限抗压强度）,定义：按我国现行公路工程岩石试验规程规定的标准试件经吸水饱和后，单轴受压并按规定的加载条件下，达到极限破坏时，单位承压面积上所承受的荷载。,.,21,.,22,压力机,.,23,影响岩石抗压强度的主要因素：岩石的组成结构矿物组成岩石的结构和构造裂隙的分布试验条件试件尺寸和形状加载速度（0.5-1.0MPa/S）试验温度和湿度（饱和水状态）,用于评定岩石强度、划分石料等级,.,24,定义：岩石抵抗撞击、边缘剪力和摩擦等联合作用的性能，以磨耗率表示。,试验方法：洛杉矶式（搁板式）狄法尔式（双筒式）,2）磨耗性,.,25,洛杉矾式磨耗机,.,26,试验时将规定质量且有一定级配的试样和一定质量的钢球置于试验机内，磨耗鼓以30-33r/min的速度旋转，至达到要求次数后停止，将试样取出，用1.7mm方孔筛筛去石屑，将留在筛上的试样洗净烘干并称其质量。石料磨耗率计算公式为：,.,27,依据石料的抗压强度的高低和磨耗率的大小将路用石料的技术分级：分4级级最坚硬的岩石级坚硬的岩石级中等坚硬的岩石级较软的岩石,.,28,酸性石料中性石料碱性石料,SiO265花岗岩、石英岩52SiO265闪长岩、辉绿岩SiO252石灰岩、玄武岩,3.化学性质：,.,29,三、集料的技术性质,集料：在混合料中起骨架或填充作用的粒料。工程上以粒径的大小为界，通常将集料分粗集料及细集料：细集料：指天然砂（河砂、山砂和海砂）、人工砂及石屑粗集料：指碎石、卵石等。,在沥青混合料中，以2.36mm为界，在水泥混凝土中以4.75mm为界。,.,30,块石,卵石,碎石,砂子,.,31,（一）物理性质,物理常数,集料的级配,颗粒形状和表面特征,含泥量和泥块含量,1.物理常数,密度,1.表观密度、毛体积密度。毛体积密度与岩石相应密度在概念上相同，仅在实际的密度测定方法上有所区别。,2.表干密度：又称作饱和面干毛体积密度,3.堆积密度：由颗粒排列的松紧程度不同粗集料的可分为自然堆积密度、振实密度和捣实密度,.,32,集料的质量与体积的关系见图所示：,.,33,（1）表观密度（又称视密度）在规定条件下，单位表观体积的质量。表观体积是指包括集料矿质实体和闭口孔隙的体积。,孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量或体积。因此，材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关。,测定方法：粗集料：采用网篮法。细集料：采用容量瓶法。,.,34,（2）毛体积密度在规定条件下，单位毛体积的质量。毛体积是指包括集料矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙的体积。,（3）堆积密度单位体积物质颗粒的质量。单位体积包括集料矿质实体、闭口孔隙、开口孔隙及颗粒间空隙的体积。,.,35,细集料的堆积密度测定,.,36,空隙率集料颗粒之间空隙体积(含开口孔隙)占集料总体积的百分率。,空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。,.,37,级配是指集料中各种粒径颗粒的搭配比例或分布情况。级配对水泥混凝土及沥青混合料的强度、稳定性及施工和易性有着显著的影响，级配设计也是水泥混凝土和沥青混合料配合比设计的重要组成部分。,2.级配,集料的级配一般是通过筛分试验确定的,对水泥混凝土用集料一般可采用干筛法筛分试验，对沥青混合料及基层用集料必须采用水洗法筛分试验。,采用标准套筛对集料进行过筛分析，以确定集料粗细颗粒的分布即级配就是所谓筛分试验。,.,38,通过筛分试验，求得集料试样的级配参数。,（1）粗集料筛分试验标准及取样量,.,39,（2）细集料筛分试验标准及取样量,标准筛:4.752.361.180.60.30.150.075mm(方孔),标准筛,.,40,筛分三个参数：分计筛余百分率：各号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率。累计筛余百分率：该号筛及大于该号筛的各号筛的分计筛余百分率之和。通过百分率：100减去该号筛的累积筛余百分率。,.,41,粗度:评价砂粗细程度的一种指标。,表示方法：细度模数（细度模量）（精确至0.01）,砂的粗度分类=3.7-3.1为粗砂=3.0-2.3为中砂=2.2-1.6为细砂,.,42,从某工地取回砂样，经烘干后称取500g，进行筛分试验，筛分结果如下表：,计算：（1）该砂样的分计筛余百分率ai、累计筛余百分率Ai和通过量百分率Pi？（2）计算细度模数，确定砂的类型？,.,43,集料的形状和表面特征将影响集料颗粒间的内摩阻力、集料颗粒与结合料粘结性及吸附性等方面。1.理想集料颗粒形状是球状或立方体。不取用扁平、薄片、细长状的颗粒。针状颗粒的定义：最大长度大于2.4倍的平均粒径的颗粒。片状颗粒的定义：最大厚度小于0.4倍的平均粒径的颗测定方法：针片状规准仪、游标卡尺法2.集料表面特征指集料的粗糙程度和孔隙特征。表面粗糙的集料颗粒有较显著的摩阻力，同时也会影响集料的施工和易性；粗糙且有吸收水泥浆和沥青轻组分的孔隙特征的集料与结合料的粘结能力较强。,3.集料的颗粒形状与表面特征,.,44,5.粗集料的坚固性:,用饱和Na2SO4溶液干湿循环5次后，测定试样质量损失。,用质量损失百分率计算坚固性（即安定性）。,.,45,（二）粗集料的力学性质,压碎值,道瑞磨耗值,磨光值,冲击值,（1）粗集料压碎值：集料在连续增加的荷载下抵抗压碎的能力，也是集料强度的相对指标，用以鉴定集料品质。用来评价公路路面和基层用集料的相对强度。,.,46,试验方法：取粒径约9.5mm13.2mm的集料试样3kg，装入压碎值测定仪的金属筒内，放在压力机上，于10min加荷至400kN，稳压5s然后卸载，称其通过2.36mm的筛余质量的百分率。,.,47,压碎值测定仪,.,48,磨光值（PSV）反映集料抵抗轮胎磨光作用能力的指标，它是采用加速磨光机磨光集料，并用摆式摩擦系数测定仪测得的磨光后集料的摩擦系数。该值越大，集料的抗磨光性能越好。用高磨光值的岩石来铺筑道路路面表层，可以提高路表抗滑能力，保障车辆安全行驶。,要求：一级公路、高速公路PSV42其它公路PSV35,.,49,冲击值（AIV）反映集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能，可采用冲击试验仪测定。,粗集料冲击值愈小，表示抗冲击能力愈好。,式中：AIV集料冲击值(%)m1冲击破碎后通过2.36mm筛孔的质量m试样总质量,.,50,磨耗值（AAV）确定集料抵抗表面磨损的能力，适用于对路面抗滑表层所用集料抵抗车轮磨耗能力的评定。,采用道瑞磨耗试验机来测定集料磨耗值（AAV）。,集料磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差。高速公路、一级公路抗滑层用集料的AAV应不大于14。,s集料表干密度(g/cm3）,.,51,第二节矿质混合料的组成设计,.,52,第二节矿质混合料的组成设计,.,53,教学目标知识教学点掌握级配范围的确定掌握级配范围曲线的绘制掌握试算法、图解法的计算能力教学点能进行级配范围曲线的绘制试算法、图解法的计算过程,.,54,.,55,一、矿质混合料的级配理论1.最大密度曲线理论（富勒理论）观点：矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大。,理想最大密度级配曲线,当矿质混合料的级配曲线为抛物线时，具有最大密实度。,.,56,最大密度级配曲线公式：可用矿料颗粒粒径（d）与通过量（p）表示。,式中：d矿质混合料各级颗粒粒径，mm；p各级颗粒粒径集料的通过量，%；k常数。,.,57,2.最大密度曲线n幂公式（泰波理论）观点：最大密度曲线是一种理论的级配曲线，实际上，级配曲线应该有一定的波动范围。,式中：n实验指数。实际研究认为：在沥青混合料中应用，当n=0.45时密度最大；在水泥混凝土中应用，当n=0.250.45时工作性较好。通常使用的矿质混合料的级配范围：n=0.30.6,公式：,.,58,图中：n=0.5为最佳级配曲线n=0.30.6为允许波动范围,.,59,二、级配曲线范围的绘制必须采用半对数坐标即横坐标用对数坐标（解释原因）建立对数坐标的方法：1、先求出各颗粒粒径的对数2、求出各颗粒粒径间的对数间距，并计算出各颗粒对数间距的总和,.,60,3、求出间距系数K4、选定横坐标长度，各颗粒间距5、计算出各颗粒粒径在横坐标上的位置6、确定横坐标，以Pi为纵横坐标，即为对数坐标7、建立好坐标后，画级配范围,.,61,三、矿质混合料的组成设计方法目前主要设计方法有：试算法与图解法两大类。1.数解法最常用的数解法有试算法试算法适用于23种矿料组配，正规方程法可用于多种矿料组成，所得结果准确，但计算较为繁杂，不如图解法简便。,.,62,（1）试算法1）按题意作两点假设：设A、B、C三种集料在混合料M中的用量比例分别为X、Y、Z，则,又设混合料M中某一级粒径（i）要求的含量为M（i），A、B、C三种集料中该粒径的含量分别为aA(i)、aB(i)、aC(i)。则：,.,63,2）计算步骤计算A集料在矿质混合料中的用量比例首先，找出A集料占优势含量的某一粒径，如粒径（i），而忽略B、C集料在此粒径的含量，即B集料和C集料该粒径的含量aB(i)=aC(i)=0。A集料在混合料中的用量：,.,64,计算C集料在矿质混合料中的用量比例原理同前，设C集料的优势粒径为j（mm），则A集料和B集料在该粒径的含量aA(j)=aB(j)=0。C集料在混合料中的用量：,计算B集料在矿质混合料中的用量比例由前式得出B集料在矿质混合料中的用量：,.,65,矿质混合料组成设计算例(试算法）,.,66,矿质混合料配合组成设计校核,.,67,校核调整按以上计算的配合比计算合成级配，如不在要求的级配范围内，应调整。重新计算和复核配合比，经几次调整，直到符合要求为止。如经计算确实不能满足级配要求时，可掺加某些单粒级集料，或调换其它原始集料。,.,68,2.图解法（1）基本原理通常级配曲线图采用半对数坐标图绘制，所绘出的级配范围中值为一抛物线。图解法中，为使要求级配中值呈一直线，采用纵坐标的通过量（Pi）为算术坐标，而横坐标的粒径采用(d/D)n表示，则绘出的级配曲线中值为直线。如图：,.,69,半对数坐标主要用于绘制级配曲线,指数坐标主要用于图解设计,.,70,三、矿质混合料的组成设计方法目前主要设计方法有：试算法与图解法两大类。1.试算法最常用的数解法有试算法试算法适用于23种矿料组配，正规方程法可用于多种矿料组成，所得结果准确，但计算较为繁杂，不如图解法简便。,.,71,2.图解法（1）基本原理通常级配曲线图采用半对数坐标图绘制，所绘出的级配范围中值为一抛物线。图解法中，为使要求级配中值呈一直线，采用纵坐标的通过量（Pi）为算术坐标，而横坐标的粒径采用(d/D)n表示，则绘出的级配曲线中值为直线。如图：,.,72,（2）计算步骤1）绘制级配曲线坐标图横轴10cm，纵轴15cm，连接对角线在纵轴找到级配范围的中值，过中值做水平线与对角线有交点，向下做垂线，交点即为粒径2）确定各种集料用量两相邻级配曲线重叠，平分横距；两相邻级配曲线相接，首尾相连；两相邻级配曲线相离，平分纵距。,.,73,1009080706050403020100,Pi(%),di（mm）,98,79,57,45,33,24,17,12,6,16.0,13.2,9.5,4.75,2.36,1.18,0.6,0.3,0.15,0.075,A,B,C,D,A32%,B44%,C12%,D12%,A,A,B,B,C,C,M,R,级配中值线,N,.,74,3）校核按图解所得的各种集料用量，校核计算所得合成级配是否符合要求。如不能符合要求，即超出级配范围，应调整各集料的用量，再重新计算和复核配合比，经几次调整，直到符合要求为止。,.,75,试采用图解法设计某高速公路用细粒式沥青混凝土的矿质混合料配合比。1.原始资料（1）现有碎石、石屑、砂和矿粉四种矿质集料，筛分如下表：,.,76,（2）确定矿质混合料的工程级配范围如下表：,.,77,2.设计步骤（1）绘制级配曲线图，在纵坐标上按算术坐标绘出通过百分率Pi，如下图。（2）连对角线OO作为级配范围通过率中值。在纵坐标上找出各个筛孔通过率中值作水平线，通过与对角线OO的交点作垂线，与横坐标的交点，即为相应筛孔。（3）将碎石、石屑、砂和矿粉的级配曲线绘于图中。（4）从碎石、石屑、砂和矿粉四条级配曲线依次分析，均为重叠的位置关系。在其重叠部分分别作垂线AA、BB、CC与对角线OO依次相交