砂石材料-土木工程材ppt课件

1、第第2章章 砂石资料砂石资料南华大学杨建明教授 砂石资料是由岩石风化或加工而成。 重质致密的块体石材常用于砌筑根底、桥涵挡土墙、护坡、沟渠与隧道衬砌。 散粒石材如碎石、砾石、砂等广泛用作混凝土和沥青混合料的集料、道渣和筑路资料。 天然石材具有抗压强度高、耐久性和耐磨性良好，资源分布广，便于就地取材。 但岩石性质较脆，抗拉强度较低，表观密度大，硬度高，开采和加工比较困难。2.1 石料石料 一、工程常用的岩石及其制品 1、工程常用的岩石 1花岗岩 主要矿物组成为石英、长石及少量暗色矿物和云母。 体积密度大、抗压强度高、吸水率小、耐磨性好、耐久性相当高，且外观稳艰苦方。 适用于根底、柱子、地面，也是

2、高档装修资料。2.1 石料石料 2玄武岩 由斜长石、辉石和橄榄石组成。 玄武岩体积密度大、硬度高、脆性大、耐久性好、加工困难，普通用作筑路石材或混凝土集料。 3石灰岩 主要化学成分CaCO3,主要矿物成分是方解石。 石灰岩来源广，硬度低、易劈裂、便于开采，具有一定强度和耐久性。2.1 石料石料 石灰岩块石可作根底、墙身、阶石和路面，碎石是水泥混凝土和沥青混凝土的集料。 石灰岩也是消费水泥和石灰的主要原料。 4大理岩 主要矿物组成为方解石和白云石。 大理石锯切、雕刻性能好，磨光后非常美观，可用于高级装饰工程。如汉白玉。2.1 石料石料 5砂岩 主要矿物是石英、有时含有少量长石、方解石、白云石及云

3、母。 硅质砂岩 钙质砂岩 铁质砂岩 粘土质砂岩2.1 石料石料 6辉绿岩 高强混凝土的集料、道路路面的抗滑表层。 7火山灰、浮石 火山灰是颗粒粒径小于5mm的粉状火山岩，有火山灰活性，可作为水泥的混合材及混凝土的掺合料。 浮石中粒径大于5mm，并具有多孔构造的火山岩，可作轻质混凝土的集料。2.1 石料石料 8片麻岩 用作碎石、块石及人行道石板。2.1 石料石料 2、工程上常用的石料制品 1片石 2块石 3方块石 4粗料石 外表凹凸相差不大于10mm。砌缝宽度小于20mm。 5细料石 外表凹凸不大于5mm。砌缝宽度小于15mm。2.1 石料石料 6镶面石 7碎石 8石屑 9矿粉 10砾石 11砂

4、 12砂砾2.1 石料石料 二、石料的技术性质 物理性质、力学性质和化学性质 1、物理性质 1物理常数 石料主要由矿物实体和孔隙包括与外界连通的开口孔隙和不与外界连通的闭口孔隙所组成。如图2.1。图图2.1 石料的组成构造表示图石料的组成构造表示图2.1 石料石料 真实密度 表观密度 孔隙率 2吸水性 吸水率 饱水率2.1 石料石料 3耐候性 抗冻性 直接冻融法。该方法是将石料加工为规那么的块状试样，在常温下205条件下，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，然后在常温条件下融解4h，如此循环，察看其外观破坏情况并加以记录。 a.抗冻质量损失率 b

5、.耐冻系数2.1 石料石料 巩固性 采用硫酸钠侵蚀法来测定。该法是将烘干并以称量过的试件，浸入饱和的硫酸钠溶液中经20h后，取出置于1055的烘箱中烘4h，取出冷却至室温，这样一循环。然后再浸入饱和的硫酸钠溶液中4h，取出置于1055的烘箱中烘4h，如此循环。最后用蒸馏水沸煮洗净，烘干称量，计算其质量损失率。2.1 石料石料 2、力学性质 1单轴抗压强度 50mm50mm50mm立方体试件 或直径和高度为50mm的圆柱体。吸水饱和48h后的强度。 2磨耗性 采用洛杉矶磨耗实验 石料磨耗率以经过2.36mm筛孔的质量百分率来表示。2.1 石料石料 3、化学性质 1石料的酸碱性 SiO2含量 65

6、% 酸性石料 SiO2含量 65%52% 中性石料 SiO2含量 12010020080100-1008010060803060100801005080305030303535454560砾石-1234-202030305050602.2 集料集料 集料包括岩石天然风化而成的砾石卵石和砂，以及岩石经轧制而成的各种尺寸的碎石和石屑等。也称骨料。 1对于水泥混凝土用集料，粒径大于4.75mm者称为粗集料，粒径小于4.75mm者称为细集料。 2对于沥青混合料用集料，粒径大于2.36mm者称为粗集料，粒径小于2.36mm者称为细集料。2.2 集料集料 集料的最大粒径分为集料最大粒径和集料公称最大粒径。

7、 1集料最大粒径指集料100%都要求经过的最小规范筛筛孔尺寸。 2集料公称最大粒径指集料能够全部经过或允许有少量筛余筛余量不超越10%的最小规范筛筛孔尺寸。2.2 集料集料 一、集料的物理性质 1、物理常数 集料的体积和质量的关系如图2.2 1表观密度 2堆积密度 3空隙率图图2.2 集料的体积和质量关系图集料的体积和质量关系图2.2 集料集料%100)1 (bfVCA4粗集料骨架间隙率VCA粗集料骨架间隙率通常指4.75mm以上粗集料颗粒间的空隙体积的百分含量。粗集料骨架间隙率的大小用于确定沥青混合料中的细集料和沥青结合料的数量，并评价集料的骨架构造。式中：f-粗集料的装填密度，在沥青混合料

8、中采用捣实密度，g/cm3；b-粗集料的表观密度或毛体积密度，g/cm3。2.2 集料集料 2、颗粒外形和外表构造 1粗集料的颗粒外形 集料的颗粒外形可按表2.2分为四种类型 2细集料的棱角性 3、含泥量和泥块含量 1含泥量与石粉含量 含泥量是指集料中粒径小于0.075mm的颗粒含量，石粉含量是指人工砂中小于0.075mm的颗粒含量。 采用砂当量实验或甲基蓝MB值实验表表2.2 集料颗粒外形的根本类型集料颗粒外形的根本类型类型类型颗粒形状的特点颗粒形状的特点集料品种集料品种蛋圆形具有较光滑的表面，无明显棱角，颗粒浑圆天然砂及各种砾石、陶粒棱角形具有粗糙的表面及明显的棱边碎石、石屑、破碎矿渣针状

9、长度方向远大于其他方向尺寸而呈细条形砾石、碎石中均存在片状厚度方向远小于其他方向尺寸而呈薄片形砾石、碎石中均存在2.2 集料集料 2泥块含量 泥块含量是指粗集料中原尺寸大于4.75mm细集料中1.18mm，但经水浸洗、手捏后小于2.36mm细集料中0.6mm的颗粒含量。 4、巩固性 巩固性实验采用硫酸钠侵蚀法。 5、级配 集料中各组成颗粒的分级和搭配称为级配。2.2 集料集料 方孔规范筛孔尺寸 75mm、63mm、53mm、37.5mm、31.5mm、26.5mm、19mm、16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.

10、075mm。 1分计筛余百分率%100mmaii2.2 集料集料 2累计筛余百分率 3经过百分率 分计筛余、累计筛余和经过率的关系参见表2.3iiaaaA21iiAP100表表2.3 分计筛余、累计筛余和经过率的关系分计筛余、累计筛余和经过率的关系筛孔尺筛孔尺寸寸(mm)筛余量筛余量mi(g)分计筛分计筛余余ai(%)累计筛余累计筛余Ai(%)通过度通过度Pi(%)4.75m4.75a4.75A4.75=a4.75P4.75=100-A4.752.36m2.36a2.36A2.36=a4.75+a2.36P2.36=100-A2.361.18m1.18a1.18A1.18=a4.75+a2.3

11、6+a1.18P1.18=100-A1.180.6m0.6a0.6A0.6=a4.75+a2.36+a1.18+a0.6P0.6=100-A0.60.3m0.3a0.3A0.3=a4.75+a2.36+a1.18+a0.6+a0.3P0.3=100-A0.30.15m0.15a0.15A0.15=a4.75+a2.36+a1.18+a0.6+a0.3+a0.15P0.15=100-A0.150.075m0.075a0.075A0.075=a4.75+a2.36+a1.18+a0.6+a0.3+a0.15+a0.075P0.075=100-A0.0750.075m0.075a0.075mi=ma

12、i=100 4细集料的粗细程度 细集料的粗细程度用细度模数目的来评价。 式中：Mx-砂的细度模数； A0.15、A0.3、A4.75-分别为0.15mm、0.3mm、4.75mm各号筛的累计筛余百分率，%。2.2 集料集料沥青混合料水泥混凝土100100575. 436. 218. 16 . 03 . 015. 075. 475. 415. 03 . 06 . 018. 136. 2AAAAAAMAAAAAAAMxx2.2 集料集料 Mx=3.73.1 粗砂 Mx=3.02.3 中砂 Mx=2.21.6 细砂 5级配曲线 集料级配可以用级配曲线直观地表示出来。见图2.3图图2.3 集料级配曲线

13、表示图集料级配曲线表示图 二、粗集料的力学性质 1、粗集料的压碎值 粗集料压碎值是粗集料在延续添加的荷 载作用下抵抗压碎的才干。 用以评价公路路面和基层用集料的质量。 式中：m0-加压实验前的试样质量，g； m1-加压实验后经过2.36mm筛的试样质量，g。2.2 集料集料%10001mmcQ2.2 集料集料 JTG F30-2003规定的压碎值是以原T0315实验方法为基准的，所以上述方法得到的压碎值换算成原T0315方法得到的压碎值Q原。5816. 0cQQ原2.2 集料集料 2、磨光值 作为路面用的集料，在车辆轮胎作用下，不仅要求具有高的抗磨耗性，而且要求具有主的抗磨光性。 采用石料磨光

14、值PSV来表示。 典型集料磨光值如表2.4表表2.4 典型集料的磨光值例如典型集料的磨光值例如岩石名称岩石名称石灰石灰岩岩角页角页岩岩斑岩斑岩石英石英岩岩花岗花岗岩岩玄武玄武岩岩砂岩砂岩磨光值（PSV）平均值43455658596272范围30704050437145674570458160822.2 集料集料%10021mmAIV 3、集料冲击值 集料抵抗多次延续反复冲击荷载作用的性质，称为抗冲击韧性。 采用集料冲击值AIV表示。 式中：m1-原试样质量，g； m2-冲击实验后，经过2.36mm筛的石屑质量，g。2.2 集料集料 4、集料道瑞磨耗值 磨耗值AAV用于确定石料抵抗外表磨损的才干

15、，适用于对路面抗滑表层所用集料抵抗车轮磨耗才干的评定。 式中：m1-磨耗前试样的质量，g； m2-磨耗后试样的质量，g； s-集料的表干密度，g/cm3。smmAAV)(3212.2 集料集料 三、岩石集料的技术要求 1、粗集料的技术要求 表2.5 2、细集料的技术要求 表2.6表表2.5 碎石和卵石技术要求碎石和卵石技术要求GB/T 14685-2001技术指标技术指标技术要求技术要求级级级碎石压碎指标（%）102030卵石压碎指标（%）121616针片状颗粒含量（%）51525含泥量（%）0.51.01.5泥块含量（%）00.50.7表表2.6 细集料技术要求细集料技术要求GB/T 146

16、84-2001项目项目技术要求技术要求级级级人工砂单级最大压碎指标（%） 202530亚甲蓝试验MB值1.40或合格石粉含量（%）3.05.07.0泥块含量（%）01.02.0MB值1.40或不合格石粉含量（%）1.03.05.0泥块含量（%）01.02.0天然砂含泥量（%） 1.03.05.0泥块含量（%） 01.02.0表表2.6 细集料技术要求细集料技术要求GB/T 14684-2001有害有害物质物质含量含量云母（%） 1.02.02.0轻物质（%） 1.01.01.0有机质（比色法） 合格合格合格硫化物及硫酸盐（按SO3质量计，%）0.50.50.5氯化物（以氯离子质量计，%） 0.

17、010.020.06坚固性硫酸钠溶液循环后质量损失（%） 8810碱-集料反应经碱-集料反应试验后，由砂制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期膨胀率小于0.10%密度和空隙率表观密度大于2500kg/m3；松散堆积密度大于1350kg/m3；空隙率小于47%2.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 一、矿质混合料的级配实际 1、级配曲线 各种不同粒径的集料，按照一定比例搭配起来，以到达较高的密实度和/或较大摩擦力，可以采用以下两种级配组成。2.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 1延续级配是某一矿质混合料在规范筛孔配成的套筛中进展筛析时，所得的级配曲线平顺圆

18、滑，具有延续的不延续的性质，相邻粒径的粒料之间，有一定的比例关系按质量计。这种由大到小，逐级粒径均有，并按比例相互搭配组成的矿质混合料，称为延续级配矿质混合料。 2延续级配是在矿质混合料中剔除其一个或几个分级，构成一种不延续的混合料。称为延续级配矿质混合料。2.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 2、级配实际 发源于我国的垛积实际 最大密度曲线实际和粒子干涉实际 1最大密度曲线实际 W.B.富勒Fuller和他的同事研讨以为：固体颗粒按粒度大小，有规那么地组合陈列，粗细搭配，可以得到密度最大、空隙最小的混合料。2.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 初期研讨的理想曲线是：细

19、集料以下的颗粒级配为椭圆形曲线，粗集料为椭圆曲线相切的直线，由这两部分组成的级配曲线，可以到达最大密度。 简化的“抛物线最大密度理想曲线。该实际以为：“矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，那么其密度愈大。2.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 1最大密度曲线公式 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经过量%； k-常数。kdp 22.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 当颗粒粒径d等于最大粒径D时，那么经过量p=100%。即d=D时，p=100。 故： 式中：d-希望计算的某级集料粒径mm； D-矿质混合料的最大粒径mm； p-希望计算的某级集料

20、的经过量%。DdpDk100110022.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 2最大密度曲线n幂公式 研讨以为：沥青混合料中运用，当n=0.45量密度最大；水泥混凝土中运用，当n=0.250.45时任务性较好。nDdp)(1002.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 2粒子干涉实际 C.A.G.魏矛斯研讨以为：为到达最大密度，前一级颗粒之间的空隙，应由次一级颗粒所填充；其所余空隙又由再次小颗粒所填充，但填隙的颗粒粒径不得大于其间隙之间隔，否那么大小颗粒粒子之间势必发生干涉景象，为防止干涉起见，大小粒子之间应按一定数量分配，并从临界干涉的情况下可导出前一级颗粒间的间隔。2.3

21、 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 3、级配曲线范围的绘制 图2.4图图2.4 级配范围曲线级配范围曲线2.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 二、矿质混合料的组成设计方法 矿质混合料组成设计的目的就是根据级配范围要求，确定各种集料在矿质混合料中的合理比例。 数解法和图解法 两类设计方法均需求在两个知条件的根底上进展：第一个条件是各种集料的级配参数；第二个条件是根据设计要求、技术规范或实际计算，确定矿质混合料级配范围。2.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 一试算法 1、根本原理 试算法的根本原理是将几种知级配的集料配制成满足目的级配要求的矿质混合料时，先假定混合料

22、中某种粒径的颗粒是由某一种对该粒径占优势的集料所组成，其他各种集料不含这种粒径。如此根据各个主要粒径去试算各种集料在混合料的大致比例。假设比例不适宜，那么稍加调整，这样逐渐渐进，最终到达符合混合料级配要求的各集料配合比例。2.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计2、计算步骤1根本计算方程的建立2根本假定在矿质混合料中，某一粒径的颗粒是由一种集料提供的，在其他集料中不含这一粒径的颗粒。在详细计算时，所选择的粒径应在该集料中占有较大优势。从而求出A、B、C三种集料在矿质混合料中的用量。)()()()(100iMiCiBiAaZaYaXaZYX2.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计

23、 3计算各集料在矿质混合料中的用量 首先确定在某种集料中占优势含量的某一粒径，忽略其他集料在此粒径的含量。 计算集料A在矿质混合料中的用量时，按A料在优势含量的某一粒径i进展计算，那么B料和C料在该粒径的含量aB(i)和aC(i)均等于零，那么： 即集料A在矿质混合料中的用量X为：)()(iMiAaXa%100)()(iAiMaaX2.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 计算集料B在矿质混合料中的用量时，先确定这种集料中占优势的某一粒径，而忽略另两种集料中同一粒径的含量。根据上述一样方法，计算集料B的用量。 集料B在矿质混合料中的用量Y为：%100)()(iBiMaaY2.3 矿质混

24、合料的组成设计矿质混合料的组成设计 集料C在矿质混合料中用量Z为： 4合成级配的计算、校核和调整)(%100YXZ2.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 二正规方程法 设矿质混合料任何一级筛孔的经过率为p(j)，它是由各种组成集料在该级的经过百分率pi(j)，乘各种集料在混合料中的用量xi之和。即)()(2)(21)(1)2()2(2)2(21)2(1)1()1(2)1(21)1(1nknknnkkkkpxpxpxppxpxpxppxpxpxp2.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 三图解法 通常采用“修正平衡面积法确定矿质混合料的合成级配。在“修正平衡面积法中，将设计要求

25、的级配中值曲线绘制成一条直线，纵坐标和横坐标分别代表经过百分率和筛孔尺寸。 纵坐标采用算术坐标时，横坐标的位置采用d/Dn表示。2.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 1、绘制级配曲线坐标图 图2.5 2、确定各种集料用量 图2.6 根据两条级配曲线之间的关系确定各种集料的用量。 1两相邻级配曲线重叠 如集料A级配曲线的下部与集料B级配曲线上部搭接时，在两级配曲线之间引一根垂直于横坐标的直线即a=a线AA与对角线OO交于点M，经过M作一程度线与纵坐标交于P点。OP即为集料的用量。图图2.5 设计级配范围中值曲线设计级配范围中值曲线图图2.6 图解法用图图解法用图2.3 矿质混合料的组

26、成设计矿质混合料的组成设计 2两相邻级配曲线相接 如集料B的级配曲线末端于集料C的级配曲线首端，正好在一垂直线上时，将前一集料曲线末端与后一集料曲线首端作垂线相联，垂线BB与对角线OO相交于点N，经过N作一程度线与纵坐标交于Q点。PQ即为集料B的用量。 3两相邻级配曲线相离 如集料C的级配曲线末端与集料D的级配曲线首端，在程度方向彼此分开一段间隔时，作一垂无战五兵闲分相分开的间隔即b=b，垂线CC与对角线OO交于点R，经过R作一程度线与纵坐标交于S点，QS即为C集料的用量。剩余ST即为集料D用量。2.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 3、合成级配的计算与校核2.3 矿质混合料的组成

27、设计矿质混合料的组成设计 【例题】采用图解法确定矿质混合料配合比 【原始资料】有碎石、石屑、砂和矿粉四种资料，筛分实验结果见表2.5。 【设计要求】按照表2.6的级配范围进展矿料组成设计。 【解题步骤】 绘制级配曲线图，图2.7。在纵坐标上按算术坐标绘出经过百分率。表表2.5 原资料筛分结果原资料筛分结果材料材料名称名称筛孔尺寸（方孔筛）（筛孔尺寸（方孔筛）（mm）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过百分率（%）碎石10094260石屑 1008040170砂10094907638170矿粉10083表表2.6 矿质混合料要求级配范围和中值表矿质混合

28、料要求级配范围和中值表级配级配要求要求筛孔尺寸（方孔筛）（筛孔尺寸（方孔筛）（mm）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075级配范围（%）100951007088 4868 3653 2441 1830 1222 81648中值（%）10098795845332417126图图2.7 图解法计算图图解法计算图2.3 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计 连对角线OO，表示要求的级配范围中值。在纵坐标上找到各筛孔的中值，作程度线与对角线OO相交，再从各交点作垂线交于横坐标上，确定各筛孔在横坐标上的位置。 将原资料的筛分曲线绘于图2.7上。 在碎石和石屑筛分曲线相重叠部分作一垂线AA，使垂线截取两曲线的截距相等即a=a。自垂线AA与对角线交点M引一程度线，与纵坐标交于P点，OP的长度X=36%，即为碎石的用量。 同理，求出石屑的用量Y=31%，砂