第章砂石材料石料

1、道道 路路 建建 筑筑 材材 料料 第一章第一章 砂石材料砂石材料n石料是一种最古老、最原始的筑路架桥材料：石料是一种最古老、最原始的筑路架桥材料：n即使今日石料仍是特殊路段的铺路材料即使今日石料仍是特殊路段的铺路材料. . 砂石材料是道路与桥梁建筑中用量最大的一种建砂石材料是道路与桥梁建筑中用量最大的一种建筑材料。筑材料。 石料：石料：通常是指天然岩石经机械加工制成的或直通常是指天然岩石经机械加工制成的或直接开采得到的具有一定形状和尺寸的石料制品。接开采得到的具有一定形状和尺寸的石料制品。 按照用途不同，砂石材料可以分为石料、集料和按照用途不同，砂石材料可以分为石料、集料和矿质混合料。矿质混

2、合料。 第一节第一节 石料的基础知识石料的基础知识 第二节第二节 集料集料 第三节第三节 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计第一节第一节 石料的基础知识石料的基础知识一一.石料的岩石学特性石料的岩石学特性 1.1.造岩矿物造岩矿物 是具有一定化学成分和结构特性的天然化合物或单质，是具有一定化学成分和结构特性的天然化合物或单质，简称矿物。简称矿物。 主要造岩矿物：石英、长石、云母、角闪石、方解石、白云石、石膏、黄铁矿等。 由一种或两种以上的矿物组成成各类不同的岩石。由一种或两种以上的矿物组成成各类不同的岩石。 多种矿物（长石、石英等）组合形成的如花岗岩； 单一矿物（方解石）形成的如石灰石、

3、大理石； 不同造岩矿物造岩矿物和成岩条件成岩条件使得各类天然岩石具有不同的结构和构造特征。石料的物理力学性质在很大程度上取决于天然岩石的矿物成分，以及这些矿物在岩石中的结构与构造。 2.2.岩石的分类岩石的分类 岩石的性质除了与构成岩石的矿物有关之外，还取决于不同的成岩条件成岩条件。根据成岩条件将岩石分成三类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。 岩岩浆浆岩岩岩岩浆浆岩岩沉沉积积岩岩沉沉积积岩岩变变质质岩岩变变质质岩岩岩浆岩：岩浆岩：形成：形成：由火山喷发出的岩浆冷凝而形成岩石。由于喷发后冷却过程的不同，由火山喷发出的岩浆冷凝而形成岩石。由于喷发后冷却过程的不同， 岩浆岩又可分成深成岩、喷出岩和火山岩三种

4、。岩浆岩又可分成深成岩、喷出岩和火山岩三种。岩性特点：岩性特点： 由于深成岩位于岩浆底部，冷却缓慢，形成的结构致密，具有密度大、由于深成岩位于岩浆底部，冷却缓慢，形成的结构致密，具有密度大、 力学性能好的特点；力学性能好的特点； 位于地表的喷出岩由于冷却速度较快，形成非结晶状态的玻璃质结构；位于地表的喷出岩由于冷却速度较快，形成非结晶状态的玻璃质结构； 喷向高空而急剧冷却形成的火山岩具有多孔的玻璃体构造，表现出密度喷向高空而急剧冷却形成的火山岩具有多孔的玻璃体构造，表现出密度 小、质轻的特点。小、质轻的特点。典型的岩浆岩代表：典型的岩浆岩代表：花岗岩、玄武岩、凝灰岩等。花岗岩、玄武岩、凝灰岩等

5、。玄武岩玄武岩 岩浆岩：岩浆岩：花岗岩花岗岩 凝灰岩凝灰岩 沉积岩：沉积岩： 形成：形成：由母岩（主要是岩浆岩、由母岩（主要是岩浆岩、变质岩等）在地表风化剥蚀产生变质岩等）在地表风化剥蚀产生的物质，经地质搬运、沉积，再的物质，经地质搬运、沉积，再经硬结成岩作用后，最终形成岩经硬结成岩作用后，最终形成岩石。石。沉积岩特点：沉积岩特点：因一些沉积岩具因一些沉积岩具有层理结构而各向异性，所以有层理结构而各向异性，所以其性能表现具有方向性。密度其性能表现具有方向性。密度相对较小、力学性能相对于深相对较小、力学性能相对于深成岩较差。成岩较差。典型沉积岩代表：典型沉积岩代表：石灰岩、砂石灰岩、砂岩、页岩等

6、。岩、页岩等。石灰岩石灰岩 砂岩砂岩 页岩页岩 沉积岩：沉积岩：变质岩：变质岩：形成：形成：变质岩是岩浆岩和沉积变质岩是岩浆岩和沉积岩经过地质上的变质作用（地岩经过地质上的变质作用（地壳内部高温、高压、炽热气体壳内部高温、高压、炽热气体渗入等）而形成的岩石。渗入等）而形成的岩石。变质岩特点：变质岩特点：不仅受原生岩石不仅受原生岩石的影响，更与变质条件和变质的影响，更与变质条件和变质程度有关。如石灰岩受到高压程度有关。如石灰岩受到高压和重结晶作用而形成大理岩、和重结晶作用而形成大理岩、由砂岩变质形成的石英岩等，由砂岩变质形成的石英岩等，都较原有岩石更加坚固耐久；都较原有岩石更加坚固耐久；而由花岗

7、岩变质形成的片麻岩而由花岗岩变质形成的片麻岩因形成片状层理结构而性能变因形成片状层理结构而性能变差。差。典型沉积岩代表：典型沉积岩代表：石英岩、片石英岩、片麻岩、大理岩等。麻岩、大理岩等。石英岩石英岩 大理岩大理岩 片麻岩片麻岩 变质岩：变质岩：岩浆岩、沉积岩、变质岩的转化关系：岩浆岩、沉积岩、变质岩的转化关系：岩浆岩、沉积岩、变质岩的特征：岩浆岩、沉积岩、变质岩的特征： 3.3.常用岩石类型常用岩石类型 路桥工程中常用岩石类型如下。 4.岩石矿物的主要化学成分 岩石的化学成分根据氧化物给出岩石的化学成分根据氧化物给出，主要为氧化硅、氧化钙、氧化铁、氧化铝、氧化镁以及少量的氧化锰和三氧化硫。

8、另外，根据石料组成中二氧化硅成分含量的多少，将岩石分成不同酸碱性石料。 表中的亲水系数表明石料对水亲和力的大小。二二. .石料的技术性质石料的技术性质 石料的技术性质石料的技术性质物理性质物理性质力学性质力学性质耐久性耐久性 1.1.物理性质物理性质 石料的物理性质包括：物理常数、吸水性，以及耐候性。石料的物理性质包括：物理常数、吸水性，以及耐候性。 （1 1）物理常数物理常数 石料的物理常数是石料矿物组成结构状态的反映。石料的物理常数是石料矿物组成结构状态的反映。矿物实体矿物实体闭口孔隙闭口孔隙开口孔隙开口孔隙三部分组成三部分组成 1 1）真实密度）真实密度 石料在规定条件（石料在规定条件（

9、105105土土55烘干至恒重，温度烘干至恒重，温度2020）下，）下，单位实体体积（矿质实体的体积）的质量。单位实体体积（矿质实体的体积）的质量。 公式：公式：sstvm式中：式中： t t石料的真实密度，石料的真实密度，g/cmg/cm3 3； m ms s石料矿质实体的质量，石料矿质实体的质量，g g； v vs s石料矿质实体的体积，石料矿质实体的体积，cmcm3 3。 在空气中称量石料质量，在空气中称量石料质量，m m0 0=0=0，m ms s=M=MsvM 2 2）毛体积密度）毛体积密度 指在规定条件下，石料单位毛体积（矿质实体指在规定条件下，石料单位毛体积（矿质实体+ +孔隙的

10、孔隙的 体积）的质量。体积）的质量。 公式：公式：式中：式中： h h石料的毛体积密度，石料的毛体积密度，g/cmg/cm3 3； m ms s 、v vs s意义同前式；意义同前式； v vi i石料开口孔隙的体积，石料开口孔隙的体积，cmcm3 3； v vn n石料闭口孔隙的体积，石料闭口孔隙的体积，cmcm3 3。 V V石料的毛体积，石料的毛体积，cmcm3 3。insshvvvmhMV 3 3）孔隙率）孔隙率 石料的孔隙体积占其总体积的百分率。石料的孔隙体积占其总体积的百分率。 定义式为：定义式为： 式中：式中：n n石料的孔隙率，；石料的孔隙率，； V V0 0石料的孔隙（开口石

11、料的孔隙（开口+ +闭口孔隙）的体积，闭口孔隙）的体积，cmcm3 3； V V石料的总体积，石料的总体积，cmcm3 3。0100100nihhVVVnVV100)1 (thn计算式：计算式： （2 2）吸水性吸水性 石料在规定的条件下吸水的能力。石料在规定的条件下吸水的能力。 工程上常采用工程上常采用吸水率吸水率和和饱水率（饱和吸水率）饱水率（饱和吸水率）这这两项指标表征。两项指标表征。 1 1）吸水率）吸水率 吸水率是指在室内常温和大气压条件下，石料试吸水率是指在室内常温和大气压条件下，石料试件最大的吸水质量占烘干（件最大的吸水质量占烘干（105105土土55干燥至恒重）干燥至恒重）石料

12、试件质量的百分率。石料试件质量的百分率。式中：式中：W W石料吸水率，；石料吸水率，； m m石料烘干至恒量时的质量，石料烘干至恒量时的质量，g g； m m1 1石料试件吸水至恒量时的质量，石料试件吸水至恒量时的质量，g g。1100ammWm 2 2）饱水率）饱水率 在在内内常温（常温（202022）和和真空（真空度为真空（真空度为2.67kPa2.67kPa）条件下，石料试件的最大吸水质量占烘干石料试件质量条件下，石料试件的最大吸水质量占烘干石料试件质量的百分率。的百分率。 计算方法与吸水率相似，但饱水率计算方法与吸水率相似，但饱水率吸水率。吸水率。 2100sammWm式中：式中：W

13、W石料吸水率，；石料吸水率，； m m石料烘干至恒量时的质量，石料烘干至恒量时的质量，g g； m m2 2石料试件饱水至恒量时的质量，石料试件饱水至恒量时的质量，g g。3 3）含水率）含水率 材料的吸湿性指标。材料的吸湿性指标。1100mmWm计算方法与吸水率相似，但含水率计算方法与吸水率相似，但含水率吸水率。吸水率。式中：式中：W W石料含水率，；石料含水率，； m m石料烘干至恒量时的质量，石料烘干至恒量时的质量，g g； m m2 2石料试件含水时的质量，石料试件含水时的质量，g g。 2.2.力学性质力学性质 主要讨论确定石料等级的主要讨论确定石料等级的抗压强度抗压强度。 单轴抗压

14、强度单轴抗压强度 石料的工程用途不同，抗压强度的测试方法也不相同。石料的工程用途不同，抗压强度的测试方法也不相同。 道路工程、建筑工程用石料的单轴抗压强度按下式计算：道路工程、建筑工程用石料的单轴抗压强度按下式计算：PRA式中：式中：R R石料的抗压强度，石料的抗压强度，MPaMPa； P P极限破坏时的荷载，极限破坏时的荷载，N N； A A 试件的截面积，试件的截面积，mmmm2 2。 石料的抗压强度受多种因素的影响，其中包括矿物组石料的抗压强度受多种因素的影响，其中包括矿物组成、结构及其孔隙构造，以及石料试件的尺寸和吸水率等。成、结构及其孔隙构造，以及石料试件的尺寸和吸水率等。如石料结构

15、疏松及孔隙率较大，其质点间的联系较弱，有如石料结构疏松及孔隙率较大，其质点间的联系较弱，有效面积较小，故强度值较低；试件尺寸较小时，由于高度效面积较小，故强度值较低；试件尺寸较小时，由于高度小，承压板与试件端面之间的摩军长较大，使得试件内应小，承压板与试件端面之间的摩军长较大，使得试件内应力分布极不均匀，试验结果的真实性受到影响；当岩石的力分布极不均匀，试验结果的真实性受到影响；当岩石的孔隙裂隙较大、含较多亲水矿物或较多可溶矿物时，饱水孔隙裂隙较大、含较多亲水矿物或较多可溶矿物时，饱水时的抗压强度会有明显的降低。时的抗压强度会有明显的降低。 3.3.耐久性耐久性 石料抵抗大气等自然因素作用的性

16、能。石料抵抗大气等自然因素作用的性能。 试验方法：抗冻性和坚固性。试验方法：抗冻性和坚固性。 1 1）抗冻性）抗冻性 石料在饱水状态下，能抵抗多次冻结和融化作用而石料在饱水状态下，能抵抗多次冻结和融化作用而 不破坏的性能。不破坏的性能。 表征指标：表征指标： 抗冻损失率抗冻损失率（质量损失率）（质量损失率） 按下式计算：按下式计算： 121100mmLm式中：式中： L L抗冻质量损失率；抗冻质量损失率； m m1 1 试验前烘干试件质量试验前烘干试件质量,g,g； m m2 2 试验后烘干试件质量试验后烘干试件质量,g,g。 耐冻系数耐冻系数 计算公式计算公式：21RKR 式中：式中： K

17、K试件的耐冻系数；试件的耐冻系数； R R1 1试验前石料试件饱水抗压强度，试验前石料试件饱水抗压强度，MPaMPa； R R2 2经冻融循环试验后石料试件饱水抗压强度，经冻融循环试验后石料试件饱水抗压强度，MPaMPa。 公路工程用石料技术要求公路工程用石料技术要求： 一般要求其耐冻系数大于一般要求其耐冻系数大于0.750.75；质量损失率不大于；质量损失率不大于5%5%。同时试件应无明显缺损同时试件应无明显缺损( (包括剥落、裂缝和边角损坏等情况包括剥落、裂缝和边角损坏等情况) ) 2 2）坚固性）坚固性 测定方法：测定方法：采用硫酸钠坚固性法，将硫酸钠饱和溶液浸采用硫酸钠坚固性法，将硫酸钠饱和溶液浸入石料孔隙后，经烘干、硫酸钠结晶体积膨胀，产生有入石料孔隙后，经烘干、硫酸钠结晶体积膨胀，产生有如水结冻相似的作用，使石料孔隙周壁受到张应力，经如水结冻相似的作用，使石料孔隙周壁受到张应力，经过多次循，引起石料破坏。过多次循，引起石料破坏。 坚固性坚固性是测定石料耐候性的一种是测定石料耐候性的一种简易简易、快速快速的方法。的方法。 注意：注意：有条件者均应采用直接冻融法。有条件者均应采用直接冻融法。 121100JmmLm土土 木木 工工 程程 系系第三章 砂石