砂石材料课件

第二章砂石材料砂石材料的技术性质及要求集料技术性质细集料的级配设计杭州湾跨海大桥第一节砂石材料的技术性质及要求一、砂石材料分类二、岩石的技术性质1、物理性质

2、力学性质3、化学性质三、道路和桥涵用岩石制品四、石料技术要求永吉桥

一、砂石材料分类☆按来源分类

①天然砂石材料：卵石、砾石、漂石；砂(海砂、河砂、山砂等)②人工轧制的砂石料：块料、碎石集料③工业冶金矿渣集料：钢渣、高炉渣、煤渣、粉煤灰等☆按尺寸和用途分类①石料②集料：粗集料——粒径d＞4.75mm细集料——粒径d≤4.75mm（1）物理常数密度：岩石在规定条件(105土5℃烘干至恒重，温度20℃)下，单位真实体积(不含孔隙的矿质实体的体积)的质量。真实密度用ρt表示。（2-1）式中：ρt——岩石的真实密度(g／cm3)；MS——岩石矿质实体的质量(g)；VS——岩石矿质实体的体积(cm3)。（1）物理常数毛体积密度：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ρh表示：（2-2）式中：ρh——岩石的毛体积密度(g／cm3)；Vi——岩石开口孔隙和闭口孔隙的体积(cm3)Vn——岩石开口孔隙和闭口孔隙的体积(cm3)（1）物理常数孔隙率：岩石的孔隙体积占其总体积的百分率。

(1-3)式中：P—岩石的孔隙率(％)

V0—岩石的孔隙(包括开口和闭口孔隙)的体积(cm3)

V—岩石的总体积(cm3)（2）吸水性饱水率：岩石饱水率是在室内常温(202℃)和真空抽气(抽至真空度为残压2．67kPa)后的条件下，岩石试件最大吸水的质量占烘干岩石试件质量的百分率。测定方法采用真空抽气法。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，所以，饱水率大于吸水率。饱水率的计算方法与吸水率相同。（3）耐候性概述：构件——抵抗自然界暴露大气圬工砌体——水、温——R→低（冻胀）测定方法：①抗冻性、②坚固性。毛细孔的孔壁剥落水冰冻融循环Na2SO4抗压、抗拉、抗剪①抗冻性定义：饱水，经反复冻融循环（正负温度交替强度降低、质量损失符合要求。破坏现象：缺棱掉角松散一次冻融循环：20±5℃、4～5小时

-15℃（毛细孔）4小时常温：融解要求：一月份气温低于-10℃必作；

证明具有足够抗冻性的石料可不做。不超过25%不大于5%（3）耐候性2、力学性质（1）单轴抗压强度标准尺寸：桥梁工程——边长70㎜±2mm立方体路面工程——边长50㎜±2mm立方体（圆柱体）条件：吸水饱和公式：（影响因素——组成结构和试验条件）极限破坏荷载公式：受压面积单位：MPa影响石料抗压强度的因素内因：材料的矿物成分结构和构造外因：试件尺寸加荷速率湿度等2、力学性质（2）磨耗性：

定义：石料抵抗撞击、剪切、摩擦综合作用的性能。试验方法两种：

洛杉矶式磨耗试验（搁板式—标准方法）

狄法尔式磨耗试验（双筒磨耗）图1-3双筒式磨耗仪示意图①耗时长达5h以上②试件尺寸单一（50～75mm），与路用实际情况不符合

③石料间相互作用，不同性质石料的磨耗率相差不大①省时：15min左右②使石料受到更严峻的冲击、剪切、摩擦作用，石料级差大③试样级配较符合路用状况图1-4搁板式磨耗仪示意图3、化学性质水泥与砂石复合材料——整体沥青与砂石要求：碱性、酸性（面层）1）依据：SiO2含量——确定酸碱性酸性————＞65%（花岗岩）中性————52%～65%（辉绿岩）碱性————＜52%（石灰岩）2、桥梁建筑所用岩石主要制品片石块石方块石粗料石细料石镶面石赵州桥四、石料的技术要求技术分级：路用石料按技术性质分为四级名称：按造岩矿物成分、含量及组织结构命名。在饱和水状态下的力学性质分为四级：

①最坚强②坚强③中等坚强④较弱软主要力学性质：抗压强度、磨耗率。

第二节集料技术性质一、细集料的技术性质1、物理常数2、级配3、粗度4、含泥量和泥块含量

1、物理常数（同粗集料）

分析：与粗集料不同点——粒径小、量少；

要求——干净的（含泥量、杂质量、有机质）2、级配：是砂各级粒径颗粒的分配情况。方法：采用筛析法（圆孔筛——一套标准筛）分析：级配——目的：提高密实（耐久性好）细度模数——目的：控制抗折强度、节约水泥总结：砂子的级配两方面控制。同时满足要求。（旧筛方孔）5.0mm——4.75mm（新）

2.5mm——

2.36mm

1.25mm——1.18mm

0.63mm——0.6mm

控制粒径

0.315mm——0.3mm

0.16mm——0.15mm

筛底<0.16——

筛底2、级配总称量500g筛析法：一套标准筛。0.6mm粒径的含量决定它的区间。粗砂中砂细砂标准砂水泥混凝土组成材料用测水泥胶砂强度用3、粗度：粗度是评价砂粗细的一种指标。用细度模数表示，是各号筛的累计筛余百分率之和除以100之商。规定：砂的细度模数分为三级。

MX

=3.7～3.1

粗砂

MX=3.0～2.3中砂

MX=2.2～1.6细砂“%”不代入计算A1：不是砂子公式：（1）细度模数——水泥裹覆着集料平均粒径组成;

分析：①粒径差太大，拌合困难；②粒径差太小，细小颗粒多受力易断裂；③细级料粒径过小，表面积大，浪费水泥；④完全是一种颗粒的砂，密实度不够。——还必须考虑颗粒的级配。总结（一）问题：粗、中、细砂如何确定？⒈砂的粗细程度确定的指标有哪两项？例：集料粒径从大变小，总表面积增大。①设正方体边长为10cm，

那么它的表面积为：

S1=10×10×6=600cm2②该正方体一分为二，那么它的总表面积为：

S2=10×10×4+10×5×8=800cm2③正方体一分为四。

那么它的总表面积为：

S3=10×5×16+5×5×8

=1000cm2④正方体一分为八。

那么它的总表面积为：S4=5×5×48=1200cm2总结：相同体积的集料粒径变小，———总表面积增大。（2）颗粒级配：砂子级配好——密实——耐久性好——强度高。混凝土用砂的级配按《建筑用砂》（GB/T14684—2001）的规定划分为三个级配区有：粗砂、中砂、细砂。完全粗的不行，小颗粒的也需要。要符合2-3规定。从级配来说，就是填满骨架的空隙。总结（二）级配区筛孔尺寸（mm）9.54.752.361.180.60.30.15累计筛余（%）Ⅰ（粗）010～035～565～3585～7195～80100～90Ⅱ（中）010～025～050～1070～4192～70100～90Ⅲ（细）010～015～025～040～1685～55100～90砂的分区及级配范围

表2-3说明：Ⅰ区砂属于粗砂——采用较Ⅱ区大的砂率（不易捣实）；Ⅱ区砂属于中砂——由中砂和一部分偏粗砂的细砂组成；Ⅲ区砂属于细砂——采用较Ⅱ区小的砂率（易捣实）。0102030405060708090100累计筛余百分率(%)上限下限P62—控制粒径偏粗偏细中砂——Ⅱ区砂样粗砂——Ⅰ区细砂——Ⅲ区规定：必须同时满足级配和Mx两项指标。砂样砂样注意⒈砂样的曲线完全在标准区间之内，且Mx符合规定二者统一，如：都属于二区，该项砂是中砂；⒉除4.75mm和0.60mm筛孔外,允许超出分界线，但其总量不应大于5%；⒊如何选择细集料属于哪个级配区？①先计算细度模数，但超出量符合规定，来确定。②若有一方面不符合规定，该集料不符合要求。⒋若给定的集料不符合规定，可取用二种以上集料组合级配，直到符合要求为止。⒌集料一定要干净，符合有害杂质含量的规定。4、含泥量和泥块含量泥块含量：指细集料中原尺寸大于1.18mm，但经水浸洗、手捏后小于0.60mm的颗粒含量。集料中的泥块（三种类型存在）：由纯泥组成的团块；由砂、石屑与泥组成的团块；包裹在集料颗粒表面的泥。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。计算公式：式中：Qb——集料的含泥量（%）；G1——细集料为1.18mm筛上试样的质量（g）；G2——细集料为1.18mm筛上试样经水洗后，细集料为0.6mm筛上烘干试样的质量（g）。砂子类别确定的设计步骤例：已知砂子筛分的存留量设计步骤：计算分计筛余量⒈计算重要参数：计算累计筛余量计算通过百分率⒉计算细度模数（结果）⒊用标准级配确定砂子的级配范围（结果）⒋结论（根据细度模数和级配范围）。例题某工地现有水泥混凝土用砂取500g做筛分试验,筛分结果如下表所示。计算该砂样的规格和类别。（1）列表计算（2）计算细度模数MX∵MX=2.05介于2.2～1.6之间，∴由细度模数判别该砂的规格为细砂。（3）确定砂子的类别①画Ⅲ标准级配图②在标准级配Ⅲ区内画出砂样。③由级配类别知：该砂属于细砂。结论：由细度模数和级配二项指标确定该砂为细砂。步骤：课堂练习某砂筛分试验结果如下表，试计算其累计筛余及细度模数，并画出级配曲线。0.600.300.15二、粗集料的技术性质1、物理常数⑴密度：表观密度、毛体积密度、装填密度装填密度①堆积（松装）密度——集料按自由下落方式装样②振实（紧装）密度——集料振摇方式装样③捣实密度——集料振摇方式装样⑵空隙率VG：集料空隙体积占集料总体积的百分比

——不含开口孔隙

——含开口孔隙颗粒之间的空间体积（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》(JTJ058—2000)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。碎石集料

不同粒径、尺寸较小的石料颗粒的集合体2、级配：指集料中不同尺寸颗粒的比例。反映了粒径大小不同的矿质颗粒的相互搭配情况筛析试验（方孔筛边长）9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15粗集料筛析试验用套筛（1）颗粒级配：表示石子大小搭配的情况。连续粒级：分级尺寸是连续的。即从某一最大粒级以下依次有其它粒级。单粒级：不含较小粒级，大部分集中于某一个粒径或某两个粒径的颗粒。注意：单粒级一般不宜单独用来配制混凝土。（2）最大粒径：粗骨料中公称粒级的上限。级配的几种情况3、含泥量和泥块含量泥块含量：指粗集料中原尺寸大于4.75mm，但经水浸洗、手捏后小于2.36mm的颗粒含量。集料中的泥块（三种类型存在）：由纯泥组成的团块；由砂、石屑与泥组成的团块；包裹在集料颗粒表面的泥。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。计算公式：式中：Qb——集料的含泥量（%）；G1——粗集料为4.75mm筛上试样的质量（g）；G2——粗集料为4.75mm筛上试样经水洗后，粗集料为2.36mm筛上烘干试样的质量（g）。4、集料的颗粒形状与表面特征（1）颗粒形状：蛋圆形、棱角形、针状、片状针状：长度大于其平均粒径2.4倍的颗粒片状：厚度小于其平均粒径0.4倍的颗粒（2）表面特征：表面的粗糙程度及孔隙特征等碎石受压砾石受压5、粗集料的力学性能压碎值：石料抵抗压碎的能力磨光值：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力磨耗值：石料抵抗磨擦、剪切的能力冲击值：石料抵抗多次连续的重复冲击荷载的能力（1）压碎值：石料抵抗压碎的能力①压碎指标值（适用于水泥混凝土用集料）

图1-11压碎值测试仪具尺寸图②压碎值（沥青混合料用集料）

图1-12压碎值测试仪

式中：m0—试验前风干试件的质量

m1—试验后2.36mm筛上集料质量压碎指标值测试仪具尺寸图10～20mm集料分二层夯实，在3～5min加荷至Pmax=