砂石材料检测

扬州工业职业技术学院建筑材料教研室,情境一砂、石材料检测,第一节岩石,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、孔隙等,1、物理常数,岩石的内部组成结构,一、物理性质,（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)下，单位矿质实体体积(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。,因固测定方法：李氏比重瓶法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。,（2）毛体积密度岩石在规定条件下，单位毛体积(包括矿质实体和孔隙体积)质量。毛体积密度用d表示，按下式计算：式中：d岩石的毛体积密度,g/cm3或kg/m3；ms材料的质量，g或kg；Vi、Vn岩石开口孔隙和闭口孔隙的体积，cm3或m3。,（3）孔隙率岩石的孔隙率是指岩石内部孔隙的体积占其总体积的百分率。孔隙率n按下式计算：式中：V岩石的总体积，cm3或m3；V0岩石的孔隙体积，cm3或m3；d岩石的毛体积密度,g/cm3或kg/m3；t真实密度,g/cm3或kg/m3。,2、吸水性,岩石的吸水性是岩石在规定的条件下吸水的能力。岩石与水作用后，水很快湿润岩石的表面并填充了岩石的孔隙，因此水对岩石的破坏作用的大小，主要取决于岩石造岩矿物性质及其组织结构状态(即孔隙分布情况和孔隙率大小)。为此，我国现行公路工程岩石试验规程规定，采用吸水率和饱水率两项指标来表征岩石的吸水性。,（1）吸水率岩石吸水率是指在室内常温(202)和大气压条件下，岩石试件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。吸水率a的计算公式为：式中：mh材料吸水至恒重时的质量（g）；mg材料在干燥状态下的质量（g）。,（2）饱和吸水率,在强制条件下（沸煮法或真空抽气法），岩石在水中吸收水分的能力。吸水率sa的计算公式为：式中：mb材料经强制吸水至饱和时的质量（g）；mg材料在干燥状态下的质量（g）。,饱水率的测定方法(JTGE412005)：采用真空抽气法。因为当真空抽气后占据岩石孔隙内部的空气被排出，当恢复常压时，则水即进入具有稀薄残压的岩石孔隙中，此时水分几乎充满开口孔隙的全部体积；而通常认为在常压下测定的吸水率，此时水分只充填部分孔隙，所以，饱水率大于吸水率。饱水率的计算方法与吸水率相同。,吸水率与饱和吸水率之比称为饱水系数（Kw)当Kw90%时，抗冻性较差。影响岩石吸水性的因素岩石的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过岩石的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。岩石内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。,3、耐久性：岩石抵抗大自然因素作用的性能。目前已列入我国公路工程岩石试验规程（JTGE412005）的方法有：1）抗冻性2）坚固性,1）抗冻性：岩石抗冻性是指岩石在吸水饱和状态下，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质。岩石吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨胀所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。,我国现行抗冻性的试验方法是采用直接冻融法。该方法是将岩石加工为规则的块状试样，在常温条件下(205)，采用逐渐浸水的方法，使开口孔隙吸饱水分，然后置于负温（通常采用-15)的冰箱中冻结4h，最后在常温条件下融解，如此为一冻融循环。经过10、15、25或50次循环后，观察其外观破坏情况并加以记录。岩石抗冻质量损失率ms试验前烘干试件的质量（g）mf试验后烘干试件的质量（g）,此外，抗冻性亦可采用未经冻融的岩石试件抗压强度与冻融循环后的岩石试件抗压强度比值（称为冻融系数）表示。,冻融破坏的原因：,材料有孔且孔隙含水；水冰体积膨胀9，结冰压力高达100MPa；结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂；裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度；饱水程度的增加进一步加剧了冻融破坏；反复多次进一步加剧最终材料崩溃。,影响抗冻性的因素：1.材料的密实度（孔隙率）密实度越高则其抗冻性越好。2.材料的孔隙特征开口孔隙越多则其抗冻性越差。3.材料的强度强度越高则其抗冻性越好。4.材料的耐水性耐水性越好则其抗冻性也越好。5.材料的吸水量大小吸水量越大则其抗冻性越差。,2）坚固性：评定岩石试样经饱和硫酸钠溶液多次浸泡与烘干循环后，不发生显著破坏或强度降低的性质。将烘干岩石试件置入饱和硫酸钠溶液中浸泡20h后，将试件取出置于105土5的烘箱中烘烤4h，至此完成第1个循环。待试样冷却至2025后，即开始第2个循环。从第2个循环起，浸泡和烘烤时间均为4h。完成5次循环后，仔细观察试件有无破坏现象，将试件洗净烘至恒重，准确称出其质量，计算坚固性试验质量损失率。,Q冻冻融后的质量损失率()m1试验前烘干试件的质量(g)m2试验后烘干试件的质量(g),质量损失率:,（二）力学性质,1、单轴抗压强度式中：R岩石单轴抗压强度，MPa；P材料破坏时的最大荷载，N；A试件受力面积，mm2。,2、磨耗性指石料抵抗撞击、剪切和磨擦等综合作用的性质。材料的磨耗性用磨耗率表示，计算公式如下：式中：G材料的磨耗率，（g/cm2）；m1材料磨损前的质量，（g）；m2材料磨损后的质量，（g）；A材料试件的受磨面积（cm2）。,（三）化学性质按SiO2含量，将石料划分为：酸性岩SiO265%中性岩52%SiO265%碱性岩SiO252%,二、岩石的技术分类,岩石是在地质作用下产生的、由一种或多种矿物按一定的规律组成的自然集合体。天然岩石包括：,三、石材的加工类型,1、块状（砌筑用）石材：毛石乱毛石、平毛石毛石为不规则形，但毛石的中间厚度不小于15，至少有一个方向的长度不小于30，平毛石应有两个大致平行的面。料石毛料石、粗料石、半细料石、细料石料石的宽度和厚度均不宜小于20，长度不宜大于厚度的倍，形状应大致呈六面体。,2、板材(装饰用石材)：大理石板材；花岗岩板材。3、颗粒状石料(拌合混凝土用石材)：碎石；卵石；石渣。,常用装饰用石材的品种、性能及应用,四、石材的选用原则,1、力学指标（安全性）：室内外、使用部位、施工方式、使用环境、周围材料的拼接等。2、耐久性：使用保护、使用年限等。3、质感与色彩：4、经济性：投资、当地材料、运输距离.,天然石材的应用举例,大理石异形柱面,第二节集料,集料是混合料中起骨架和填充作用的粒料。工程上以粒径的大小为界，通常将集料分粗集料及细集料。在沥青混合料中，粒径小于2.36mm为细集料；大于2.36mm为粗集料。在水泥混凝土中，粒径小于4.75mm的为细集料；大于4.75mm的为粗集料。,一、细集料的技术性质细集料的物理常数：主要有表观密度、堆积密度和空隙率等。细集料的级配。,1、表观密度(简称视密度)：是在规定条件(1055烘干至恒重)下单位表观体积(包括矿质实体和闭口孔隙体积)的质量。计算式：式中：A集料的表观密度(gcm3)mS矿质实体质量(g)Vs矿质实体体积(cm3)Vn矿质实体闭口孔隙体积(cm3),式中：A集料的表观密度（g)m0烘干质量（g)m1水及容量瓶的总质量（g)m2试样、水及容量瓶的总质量（g)T水的密度（g),工程中砂材料，直接用排水法测定其表观体积,测定：,计算式：,2.堆积密度堆积密度是指细集料在自然堆积状态下单位体积的质量。按下式计算：式中：0材料的堆积密度,g/cm3或kg/m3；m材料的质量，g或kg；材料的堆积体积，cm3或m3。,砂堆积密度的测定：,将容量筒内材料刮平，容量筒的容积即为材料堆积体积,几种密度的比较,例1-1砂的密度、表观密度、堆积密度有何区别？如何测定？砂含水后对三者有什么影响？解：密度：表观密度：堆积密度：,V为材料的绝对密实体积V0为材料的表观体积(固、液、气）V0，为材料的堆积体积,三者的测试方法要点如下：测定密度时，需先将材料磨细，之后采用排出液体或水的方法来测定体积。测定表观密度时，直接将材料放入水中，即直接采用排开水的方法来测体积；测定堆积密度时，将材料直接装入已知体积的容量筒中，直接测试其自然堆积状态下体积。含水与否对密度无影响，因密度是对干燥状态而言的。含水对堆积密度的影响则较复杂一般来说是使堆积密度增大。,3、空隙率,空隙率是指散粒材料在其堆积体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率按下式计算：式中：0材料的体积密度；材料的堆积密度。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砂率的依据。,孔隙率与空隙率的区别,例某工地所用砂材料的密度为2.65g/cm3、表观密度为2.61g/cm3、堆积密度为1680kg/m3，计算此砂子的孔隙率与空隙率？解：石子的孔隙率P为：石子的空隙率P，为：,4、含水率：集料在自然状态条件下含水量的大小。式中：ms材料自然状态下的质量（g或kg）mg材料在干燥状态下的质量（g或kg）,例1、有一堆砂，在自然状态下重2900g，烘干后绝干质量为2550g，试计算该砂的含水率。解：该砖的吸水率为例2、有一块岩石重2625克,含水率为5%,烘干至恒重,该岩石重为多少？解：=2625/10.05=2500,练习：水泥砼配合比中采用干砂和干石子称量，分别为200，600，施工现场砂、石含水率分别为3%，2%，问湿砂、石的称量为多少？解：m湿砂=200（1+3%）=206kgm湿石子=600（1+2%）=612kg答案:（206Kg，612Kg）,5、级配颗粒级配是指不同粒径颗粒搭配的比例情况。级配良好的砂，不同粒径颗粒搭配比例适当，其空隙率小，且总表面积小，可以节约水泥或改善混凝土拌合物的和易性。砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。,筛分析的方法：用一套孔径（净尺寸）为9.50、4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15的标准筛，将500g的干砂试样由粗到细依次过筛，然后称得各筛余留在各个筛上的砂的重量，并计算出各筛上的分计筛余百分率ai及累计筛余百分率i（各个筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和）。,砂子筛析试验,摇筛机,砂筛,分计筛余百分率各号筛上的分计筛余百分率按下式计算：准确至0.1%。式中：ai某号筛上的分计筛余百分率（%）m用于干筛的干燥集料总质量（g）mi存留在某号筛上的试样质量（g）,累计筛余百分率各号筛的累计筛余百分率为该号筛及大于该号筛的各号筛的分计筛余百分率之和。,各号筛的通过百分率通过某筛的试样质量占试样总质量的百分率。等于100减去该号筛累计筛余百分率。,细度模数按下式计算：式中：Mx细度模数；A1、A2、A3、A4、A5、A6分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600m、300m、150m筛的累计筛余百分率，。砂按细度模数大小分为粗砂、中砂、细砂：粗砂Mx=3.73.1；中砂Mx=3.02.3；细砂Mx=2.21.6。,“%”不代入计算,粗砂,中砂,细砂,标准砂,测水泥胶砂强度用,例：分析某水泥混凝土用细集料的级配组成并计算其细度模数。,解:,将0.154.75mm累计筛余百分率代入式得该集料的细度模数为：MX=(15.6+35.4+56.4+79.4+94.4)53/(1003)=2.74属于中砂。,解：计算各筛的分计筛余百分数和累计筛余百分数如下表：,根据细度模数，该砂属粗砂。在级配区内画出该砂的筛分曲线，见图4-1。该曲线落在区（粗砂区）内，说明该砂为粗砂，级配合格。评注x在3.73.1为粗砂，x在3.02.3为中砂，x在2.21.6为细砂，x在1.50.7为特细砂。,课后小结：细集料主要指砂，它广泛应用于水泥混凝土及沥青混合料中，学生必须掌握好其各项技术指标、测定方法及技术标准，从而达到保证材料质量的目的。,二、粗集料的技术性质粗集料的技术性质包括物理性质和力学性质。物理性质：物理常数(表观密度、毛体积密度、堆积密度和空隙率等)、含水率、级配和坚固性。路用粗集料的力学性质：集料压碎值、集料磨光值、集料冲击值和集料磨耗率四项指标。,1、粗集料的物理性质粗集料的物理常数：主要有表观密度、毛体积密度、堆积密度、空隙率和含水率等，其含义与岩石及细集料的完全相同，详见“细集料技术性质”。具体数值可通过试验测定。,（1）级配：粗集料中各组成颗粒的分级和搭配情况称为级配。级配是通过筛析试验确定的。方孔：75、63、37.5、53、31.5、26.5、19、16、9.5、4.75,碎石标准筛,（2）针片状颗粒含量针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径2.4倍者；片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍者。针片状颗粒不仅本身容易折断，而且会增加骨料的空隙率，使拌合物和易性变差，强度降低。,针片状规准仪,（3）坚固性：除前述的将原岩石加工成规则试块进行抗冻性和坚固性试验外，对已轧制成的碎石或天然的卵石，亦可采用规定级配的各粒级集料，按现行公路工程集料试验规程选取规定数量，分别装在金属网篮中浸入饱和硫酸钠溶液中进行干湿循环试验。经一定的循环次数后，观察其表面破坏情况，并用质量损失百分率来计算其坚固性。,2、粗集料的力学性质道路路面建筑用粗集料的力学性质，主要是压碎值、磨光值、冲击值和磨耗值。（1）压碎值：集料在连续增加的荷载下，抵抗压碎的能力。,测定：按公路工程集料试验规程(JTGE422005)的规定，水泥混凝土用粗集料压碎值试验是将9.519.0mm集料试样装入压碎值测定仪的钢质圆筒内，放在压力机上，在10min内均匀地加荷至400kN立即卸载，称其通过2.36mm的筛余质量。,式中：Qa集料的压碎值（%）；m0试验前试样的质量(g)；m1试验后通过2.36mm筛孔的碎屑质量（g）。,按下式计算：,（2）磨光值：反映岩石抵抗轮胎磨光作用能力的指标。它是采用加速磨光机磨光岩石，并用摆式摩擦系数测定仪测得的磨光后集料的摩擦系数。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。,测试：将1015mm干净岩石颗粒单层紧密地排列在试模之中，并用环氧树脂砂浆固定，制成试件，经养护后拆模。同种岩石制备四个试件，顺序安装在道路轮上。先用30号金刚砂对试件磨蚀3h，再用280号金刚砂磨蚀3h后停机。取出试件后，用摆式摩擦系数测定仪测