1-砂石材料解析

1、第一章 砂石材料 一、岩石的技术性质1 、物理性质(1)物理常数: (与质量有关) 。密度 材料在绝对密实状态下单位体积(不包括开口与闭口孔隙体积)的质量。(规定条件:105-110烘干至恒重,温度202 称量) 。单位g/cm3或kg/m3。 公式： t = ms/Vs = M/Vs 式中 t 实际密度（ g/cm3 ） ms 材料的实体质量（g） M 材料的质量（g） Vs材料在绝对密实状态下的体积（cm3）由于材料中的空气质量m0 = 0,故ms = M。实际密度的测量：实际密度的测量： 1）对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等）对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等 量测几何体积称重代入公式

2、量测几何体积称重代入公式 2）对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材）对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材 磨成细粉磨成细粉 李氏比重瓶法测试李氏比重瓶法测试毛体积密度0 = ms/ Vs +Vn+Vi = M/V式中 0 毛体积密度（ g/cm3 ） ms 材料的实体质量（g） Vn 材料的闭口孔隙体积（cm3） Vi 材料的开口孔隙体积（cm3） V 材料的毛体积（cm3） 其中V = Vs +Vn+Vi 规定的测定方法为:量积法、水中称量法和蜡封法。据岩石的含水状态分干密度、饱和密度和天然密度。 表观密度(视密度)-需注明含水条件 A = ms/ Vs +Vn= M/ Va式中 A 集料的表观密度

3、（ g/cm3 ） ms 集料的实体质量（g） M 集料的质量（g） Va 集料的表观体积（cm3）表观密度的测量表观密度的测量： 1）对形状规则的材料：砖、混凝土、石材）对形状规则的材料：砖、混凝土、石材 烘干量测几何体积称重代入公式烘干量测几何体积称重代入公式 2）对形状不规则的材料：）对形状不规则的材料： 烘干蜡封浮力天平烘干蜡封浮力天平堆积密度(有干、湿之分) = ms/ Vs +Vp+Vv= M/Vf式中 堆积密度（ g/cm3 ） ms 材料的实体质量（g） Vp材料的孔隙体积（cm3） Vv材料的空隙体积（cm3） Vf 材料的堆积体积（cm3） 其中Vf = Vs + Vp+V

4、v, Vp = Vn+Vi其由于颗粒排列的松紧程度不同,又可分为自然堆积密度、振实密度和捣实密度。(详见书P285)孔隙率孔隙率指材料指材料体积内体积内，孔隙体积占其总体，孔隙体积占其总体积的百分比。直接反映材料的致密程度。积的百分比。直接反映材料的致密程度。公式 n= V0/V100 =(1- t/ 0) 100 其中n-材料的孔隙率 影响材料的：强度影响材料的：强度(n愈低，强度愈高)、 吸吸水性、耐久性、水性、耐久性、 导热性导热性空隙率空隙率散粒材料散粒材料在容器的堆积体积中，颗粒之在容器的堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占总体积的百分比。间的空隙体积占总体积的百分比。水泥混凝土用公式V

5、G=(1- / a) 100 其中 -粗集料的表观密度（ g/cm3 ） a按振实法测定的粗集料的堆积密度（ g/cm3 ）沥青混合料公式VCADRC=(1- / h) 100其中 VCADRC 捣实状态下粗集料骨架的间隙率(%) h 用网篮法确定的粗集料的毛体积密度（ g/cm3 ） 按捣实法测定的粗集料的自然堆积密度（ g/cm3 ）密实度指材料指材料体积内体积内被固体物质所充实的程度。被固体物质所充实的程度。反映材料的致密程度。反映材料的致密程度。 公式公式D= (V- V0)/V100 =t/ 0 100 所以有n+D=1填充率指指散粒材料散粒材料在某容器的堆积体积中，被在某容器的堆积

6、体积中，被其颗粒填充的程度。反映散粒材料堆积的致密程其颗粒填充的程度。反映散粒材料堆积的致密程度。度。 公式公式D= / a100 所以有VG + D= 1(2)吸水性.吸湿性-材料在空气中吸收空气中水分的性质。材料在空气中吸收空气中水分的性质。用含水率表示。用含水率表示。公式W含含=(m含含- m干干)/ m干干100%式中式中 W含含材料质量含水率（）材料质量含水率（） m含含材料含水时的质量（材料含水时的质量（g） m干干材料烘干到恒重的质量（材料烘干到恒重的质量（g）.吸水性-材料在浸水情况下吸入水分的能力。材料在浸水情况下吸入水分的能力。用吸水率表示。用吸水率表示。公式W含含=(m湿

7、湿- m干干)/ m干干100%式中式中 W质质材料的质量吸水率（）材料的质量吸水率（） m湿湿材料吸水饱和后的质量（材料吸水饱和后的质量（g） m干干材料烘干到恒重的质量（材料烘干到恒重的质量（g） 影响吸水率大小的因素影响吸水率大小的因素： a) 材料的本性亲水性或憎水性材料材料的本性亲水性或憎水性材料 b)材料的孔结构孔径大小、开口与材料的孔结构孔径大小、开口与 否、孔隙否、孔隙率大小等率大小等 吸水性对材料的影响：吸水性对材料的影响： a)导热性增大、热阻降低对围护结构材料不利导热性增大、热阻降低对围护结构材料不利 b)强度降低、体积膨胀强度降低、体积膨胀.饱和吸水率-在强制条件下,岩

8、石试件最大的吸水质量与烘干岩石试件质量之比,以百分率表示。采用煮沸法或真空抽气法测定。计算方法同吸水率,但大于吸水率。.亲水性与憎水性亲水性与憎水性材料在空气中与水接触时，材料在空气中与水接触时，根据其是否能被水润湿，根据其是否能被水润湿，将材料分为亲水性和憎水将材料分为亲水性和憎水性两大类。常用润湿角性两大类。常用润湿角表示。表示。 亲水性材料亲水性材料 90 憎水性材料憎水性材料 90.耐水性材料长期在饱水作用下不破坏，其强度也不材料长期在饱水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质。用软化系数表示。显著降低的性质。用软化系数表示。 公式公式K软软 f饱饱材材/ f干干 式中式中K软软材料的

9、软化系数（材料的软化系数（K软软01） f饱饱材料在饱水状态下的抗压强度（材料在饱水状态下的抗压强度（MPa） f干干材料在干燥状态下的抗压强度（材料在干燥状态下的抗压强度（MPa） 软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。越多，其耐水性越差。 对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地下构筑物、基础、水工结构）的材料，其下构筑物、基础、水工结构）的材料，其K软软0.85； 受潮较轻的或次要结构物的材料，其受潮较轻的或次要结构物的材料，其K软软0.75； K软软0.80的材料，一般称为耐水

10、的材料的材料，一般称为耐水的材料（3）耐候性.抗冻性-材料在吸水饱和的状态下，能经受多次冻结和融材料在吸水饱和的状态下，能经受多次冻结和融化作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质称为抗冻化作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质称为抗冻性。用抗冻标号性。用抗冻标号D表示。表示。质量损失率（质量损失率（ms mf） ms式中试件经冻融后的质量损失率（）式中试件经冻融后的质量损失率（） ms 试验前烘干试件的质量（试验前烘干试件的质量（g） mf 试验后烘干试件的质量（试验后烘干试件的质量（g）耐冻系数耐冻系数ff s式中式中f 耐冻系数耐冻系数f 未经冻融循环试验的岩石试件饱水抗压强度（未经冻

11、融循环试验的岩石试件饱水抗压强度（a） mf 经若干次冻融循环试验后的岩石试件饱水抗压强度经若干次冻融循环试验后的岩石试件饱水抗压强度（a）冻融破坏的原因 材料有孔且孔隙含水材料有孔且孔隙含水 水水冰体积膨胀冰体积膨胀9，结冰压力高达，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反复多次进一步加剧最终材料崩溃 严寒地区道路、桥梁、水坝、堤防、海上钻井严寒地区道

12、路、桥梁、水坝、堤防、海上钻井平台、跨海大桥等均需考虑冻融破坏平台、跨海大桥等均需考虑冻融破坏。冻融破坏的桥梁海上石油钻井平台坚固性质量损失率（mm） m式中式件经硫酸钠溶液浸泡后的质量损失率（）m试验前烘干试件的质量试验前烘干试件的质量（ g ）m 试验后烘干试件的质量试验后烘干试件的质量（ g ）抗渗性抗渗性材料抵抗有压介质（水、油、气）渗透的材料抵抗有压介质（水、油、气）渗透的性质称抗渗性。用渗透系数性质称抗渗性。用渗透系数K表示。表示。 依达西定律依达西定律 K W d A t H式中式中K材料的渗透系数（材料的渗透系数（ml/cm2.s） W透过材料试件的水量（透过材料试件的水量（m

13、l） t透水时间（透水时间（s） A透水面积（透水面积（ cm2 ） H净水压力（净水压力（cm） d试件的厚度（试件的厚度（cm）抗渗等级 渗透系数越大，材料的抗渗性越差。渗透系数越大，材料的抗渗性越差。 对于混凝土和砂浆，抗渗性常用抗渗等级对于混凝土和砂浆，抗渗性常用抗渗等级(S)表示：表示： S=10H1 H试件开始渗水时的水压力（试件开始渗水时的水压力（MPa） 影响材料抗渗性的因素：孔隙率、孔隙特征影响材料抗渗性的因素：孔隙率、孔隙特征 地下建筑（地铁、人防建筑、地下室）、水工结地下建筑（地铁、人防建筑、地下室）、水工结构、防水材料等均要求较高的抗渗性。构、防水材料等均要求较高的抗渗

14、性。（）耐久性 定义：材料在使用过程中能抵抗周围各种介质的侵蚀而不定义：材料在使用过程中能抵抗周围各种介质的侵蚀而不破坏，也不易失去其原有性能的性质。破坏，也不易失去其原有性能的性质。 1、物理作用：干、湿变化，温度变化，冻融循环；、物理作用：干、湿变化，温度变化，冻融循环； 2、化学作用：酸、碱、盐、气体侵蚀；、化学作用：酸、碱、盐、气体侵蚀； 3、生物作用：昆虫、菌类的侵蚀作用。、生物作用：昆虫、菌类的侵蚀作用。 包括：抗冻性混凝土、砖、石材包括：抗冻性混凝土、砖、石材 抗风化性陶瓷、砖抗风化性陶瓷、砖 抗老化性有机建材抗老化性有机建材 耐化学腐蚀金属材料耐化学腐蚀金属材料侵蚀介质 物理介

15、质温度、湿度、冻融、阳光、辐射物理介质温度、湿度、冻融、阳光、辐射 化学介质酸、碱、盐的溶液或气体、水、大气化学介质酸、碱、盐的溶液或气体、水、大气 生物介质昆虫、菌类、生物介质昆虫、菌类、白蚁白蚁 机械介质荷载、冲击、震动、磨损、磨耗机械介质荷载、冲击、震动、磨损、磨耗 如沥青的老化、木材的腐蚀、钢材的腐蚀等如沥青的老化、木材的腐蚀、钢材的腐蚀等耐久性的特点 长期性、后期加剧作用；长期性、后期加剧作用； 多种介质同时作用；多种介质同时作用； 材料劣化结构失效服务寿命降低材料劣化结构失效服务寿命降低力学性质主要是岩石等级的抗压强度和磨耗两项性质。岩石的单轴抗压强度式中岩石的抗压强度（MPaMP

16、a）极限破坏时的荷载（）试件的截面积（）化学性质 按i2的含量多少将岩石划分为 酸性：i2的含量 碱性：i2的含量 中性：i2的含量二、道路岩石制品道路路面建筑用岩石制品高级铺砌用整齐块石路面铺砌用半整齐块石铺砌用不整齐块石锥形块石桥梁建筑用岩石制品片石、块石、方块石 、粗料石 、细料石 、镶面石。第二节 集料1.集料是指混合物中起骨架或填充作用的颗粒,包括碎石(卵石) 、石屑和砂。工程上一般分为细集料粒径小于2.36(沥青混合料) 粒径小于4.75(水泥混凝土) 粗集料。一、细集料的技术性质1.工程中用的较多的为天然砂,也有人工砂(造价较高)。2.物理常数 表观密度、堆积密度和空隙率等。 天

17、然砂河砂山砂海砂3.级配(1).级配是集料各粒径颗粒的分配情况。 对水泥混凝土可用干筛法,需要时也可用水洗法筛分;对沥青混合料及基层用必须用水水洗法筛分。(2).分计筛余百分率ai=mi/M100 累计筛余百分率Ai=a1+a2 + +ai 通过百分率Pi=100-Ai 细度模数Mx=(A0.15+A0.3+A0.6+A1.18+A2.36)-5A4.75/(100-A4.75)Mx=3.73.1为粗砂, Mx=3.02.3为中砂, Mx=2.21.6为细砂4.含泥量和泥块含量(1).含泥量指集料中粒径小于0.075的颗粒含量。 石粉含量指人工砂中小于0.075的颗粒含量。 但采用筛洗法得到的

18、粒径小于0.075的颗粒中实际上包含了矿粉、细砂与粘土成分,而筛洗法很难区分。 所以在公路沥青路面施工技术规范中以“砂当量”代替含泥量指标,将筛洗法测定的结果称为 0.075的颗粒含量。.砂当量SE用来判定集料的洁净程度，对集料中粒径小于0.075的矿粉、细砂与“泥土”加以区别。.甲基蓝MB值 用于判别人工砂中粒径 0.075颗粒含量,主要是泥土还是与被加工母岩化学成分相同的石粉。甲基蓝MB值较小时表明主要是石粉。(2).泥块含量是指粗集料中原尺寸大于4.75(细集料中1.18 ),但经水浸洗、手捏后小于2.36 (细集料中0.6)的颗粒含量。 集料中的泥块主要以三种类型存在:由纯泥组成的团块

19、;由砂、石屑与泥组成的团块;包裹在集料颗粒表面的泥。二、粗集料的技术性质1.物理性质(已讲解) (1)物理常数(已讲解) (2)级配(基本同细集料) (3)坚固性 除将原石加工成规则试块进行抗冻性和坚固性试验外,对碎石或卵石可浸入饱和硫酸钠溶液中进行干湿循环试验,观察表面破坏情况,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(1).压碎值 Qa=mi/m0100式中:Qa-集料的压碎值(%) m0-试验前试样的质量(g) mi-试验后通过2.36筛孔的细料质量(g)(2).磨光值反映岩石抵抗轮胎磨光作用能力的指标,用磨光值高的岩石来铺筑路面,可以提高路表的抗滑能力,保障车辆的安全行驶

20、。(3).冲击值反映岩石抵抗多次连续重复荷载作用的能力。冲击值ATV=m2/m100m2-冲击试验后通过2.36筛孔的试样质量(g)m-试样的总质量(g)(4).磨耗值用于确定岩石抵抗表面磨损的能力,适用于对路面表层所用集料抵抗车轮磨耗能力的评定。道瑞磨耗值AAV=3(m1-m2)/s m1-磨耗前试样的质量(g)m2-磨耗后试样的质量(g)s -集料表干密度（ g/cm3 ）(5).磨耗性是岩石抵抗撞击、剪切和摩擦等综合作用的性能。采用洛杉矶式磨耗试验以磨耗损失表示。洛杉矶式磨耗损失率Q=(m1-m2)/m1100m1-装入圆筒中的试样质量(g)m2-试验后经1.7筛筛余洗净烘干的试样质量(

21、g)第三节 矿质混合料的组成设计 欲使水泥混凝土和沥青混合料具备优良的路用性能,除各种矿质集料的技术性质应符合技术要求外,矿质混合料还必须满足最小空隙率(即最大密实度)和最大摩擦力(各种集料紧密排列)的基本要求。 因此,必须对矿质混合料进行组成设计。一、矿质混合料的级配理论1.矿质混合料的级配理论(1)级配曲线连续级配(曲线平顺圆滑)间断级配(曲线有水平段)见书P21图1-3(2)级配理论最大密度曲线理论p2=kd最大密度曲线的n幂公式p=100(d/D)n二、级配曲线范围的绘制以通过百分率为纵坐标轴,以粒径()为横坐标轴,绘制成曲线,即为理论级配曲线。为半对数坐标系绘制。三、矿质混合料的组成

22、设计方法1.试算法(具体例题需要在黑板上板书演示) 两点假设:(1)设A、B、C三种集料在混合料M中的用量比例为X、 Y、 Z,则XYZ=100%(2)又设混合料M中某一级粒径(i)要求的含量为aM(i), A、B、C三种集料在该粒径的含量为aA(i)、 aB(i)、 aC(i), 则aA(i) X aB(i) Y aC(i) Z= aM(i)计算步骤(1) 、计算A料在矿质混合料中的用量X= aM(i)/ aA(i) 100%(2) 、计算C料在矿质混合料中的用量Z= aM(j)/ aC(j) 100%(3) 、计算B料在矿质混合料中的用量Y= 100-(X+Z)%(4) 、校核调整.2.图解法(具体例题需要在黑板上板书演示)通常采用“修正平衡面积法”(1).绘制级配曲线坐标图 见书P27图1-7(2).确定各种集料用量 见书P27图1-8两相临级配曲线的关系有三种情况: 重叠、相接和相离。(3).合成级配的计算与校核第四