学习情境一 绪论 岩石与集料性能检测与分析

扬州职业大学道路建筑材料教案学习情境一绪论岩石与集料性能检测与分析学习目标：掌握评价砂石材料技术性质的主要指标，学会检验砂石材料技术性质的方法，学会应用级配理论设计矿质混合料配合组成的方法。教学内容：砂石技术性质，矿质混合料配合组成重点难点：砂石材料的技术性质和技术要求，以及矿质混合料的级配理论和组成设计方法，SHAPE同时对矿渣集料也作简要介绍。情境导入：砂石材料广泛应用于水泥混凝土、沥青混凝土以及道路与桥梁施工中。教学单元一岩石的技术性质及应用按照不同的用途，砂石材料可分为岩石、集料和矿质混合料。一、岩石的技术性质岩石的技术性质，主要从物理性质、力学性质和化学性质三方面进行评价。（一）物理性质岩石的物理性质包括:物理常数（如真实密度、毛体积密度和孔隙率等）、吸水性（如吸水率、饱水率）和抗冻性。1、物理常数岩石的物理常数是岩石矿物组成结构状态的反映，它与岩石的技术性质有着密切的关系。岩（1）用表示。（2）毛体积密度。用字母表示。（3）孔隙率。2、吸水性岩石的吸水性是岩石在规定条件下吸收水分的能力。。（1）吸水率（2）饱和吸水率3、抗冻性主要因浸入其孔隙的水，结冰后体积膨胀，对孔壁产生的应力所致。另外，冻融时的温差应力，亦产生破坏作用。抗冻性良好的材料，其耐水性、抗温度或干湿交替变化能力、抗风化能力等亦强（二）力学性质如抗拉、抗压、抗剪、抗折强度，还应具备如抗磨光、抗冲击和抗磨耗1、单轴抗压强度2、磨耗性岩石抵抗撞击、剪切、摩擦（三）化学性质酸性、碱性及中性。二、道路和桥涵用石料制品（一）道路路面建筑用石料制品1、高级铺砌用的整齐块石2、路面铺砌用半整齐石块3、铺砌用不整齐块石4、锥形块石教学单元二集料技术性质及应用分为粗集料和细集料两类一、细集料的技术性质1、物理常数物理性质：表观密度，堆积密度，紧装密度，空隙率，含水率，砂中有害杂质含量（1）表观密度（2）堆积密度（3）紧装密度（4）含水率（5）孔隙率2、级配①分计筛余百分率②累计筛余百分率③通过百分率（3）粗细程度粗砂：=3.7～3.1中砂：=3.0～2.3细砂：=2.2～1.6二、粗集料的技术性质包括物理性质和力学性质1、物理性质（1）物理常数①表观密度（2-8）②毛体积密度粗集料的毛体积密度是在规定条件下，单位毛体积（包括材料实体、闭口孔隙和开口孔隙）的质量。③堆积密度④空隙率（2）级配粗集料中各组成颗粒的分级和搭配情况称为级配，级配是通过筛分试验确定的。对水泥混凝土用粗集料可采用干筛法筛分试验，对沥青混合料及基层用粗集料必须采用水洗法筛分试验。（3）坚固性试样中各粒级颗粒的分计质量损失百分率按下式计算：2、力学性质粗集料力学性质主要是压碎值和磨耗率；其次是抗滑表层用集料的三项试验，即磨光值、道瑞磨耗值和冲击值。（1）压碎值（2）磨光值（3）冲击值（4）磨耗值集料磨耗值越高，表示集料耐磨性愈差。【例2-1】工地现有砂500g，筛分试验后的筛分结果如表2-1所示。计算该砂的细度模数，并评价其粗细程度。筛孔尺寸（）9.54.752.361.180.60.30.15底盘筛余量012.563.4110.5147.6102.845.118.1【解】按题所给筛分结果计算如下表。方孔筛筛孔尺寸（）9.54.752.361.180.60.30.15底盘筛余量012.563.4110.5147.6102.845.118.1分计筛余百分率（%）02.512.722.129.520.69.03.6累计筛余百分率（%）02.515.237.366.887.496.4100通过百分率（%）10097.584.862.733.212.63.60根据公式（2-19）计算细度模数：=由于细度模数为2.98在3.0～2.3之间，所以，此砂为中砂。细度模数虽能表示砂的粗细程度，但不能完全反映出砂的颗粒级配情况，因为相同细度模数的砂可能有不同的颗粒级配。因此，要全面表征砂的颗粒性质，必须同时使用细度模数和级配两个指标。教学单元三矿质混合料的组成设计1、最小空隙率不同粒径的各级矿质集料按一定比例搭配，使其组成具有最小空隙率（即最大密实度）的矿质混合料。2、最大摩擦力各级矿质集料在进行比例搭配时，应使各级集料紧密排列，形成一个多级空间骨架结构，且具有最大的摩擦力。矿质混合料进行组成设计（1）级配理论和级配范围的确定（2）基本组成的设计方法。一、矿质混合料的级配理论1、级配类型（1）连续级配（2）间断级配2、级配理论（1）最大密度曲线理论（富勒理论）（2）最大密度曲线次幂公式（泰波理论）二、级配曲线范围的绘制矿质混合料按级配理论公式计算出各粒级的通过百分率，以粒级为横坐标，以通过百分率为纵坐标，绘制理论级配曲线。三、矿质混合料的组成设计方法确定矿质混合料配合比的方法很多，但一般主要采用试算法和图解法。不管采用哪种方法，需在两项已知条件的基础上进行：1、数解法（1）基本原理此方法的基本原理是，现有几种矿质集料，欲配制成某一种符合一定级配要求的矿质混合料，在决定各组成集料在混合料中的比例时，先假定混合料中某种粒径的颗粒是由某一种对这一粒径占优势的集料组成，而其它各种集料中不含这种粒径。（2-24）(2-25)（2）计算步骤1）计算A料在矿质混合料中的用量（2-26）2）计算C料在矿质混合料中的用量（2-27）3）计算B料在矿质混合料中的用量（2-28）4）校核调整【例2-2】现有的碎石、石屑和矿粉三种集料，经筛分试验，各集料的分计筛余百分率列于表2-2，要求配制成A-13级配要求（参照国标（GB50092—96）中规定的细粒式混凝土A-13级配要求）的混合料，试求碎石、砂和矿粉三种集料在要求级配混合料中的用量比例。原有集料的分计筛余和混合料要求的级配范围表2-2原材料筛孔尺寸（mm）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075＜0.075各种矿料分计筛余（％）碎石—0.841.350.07.9——————石屑———2.822.822.516.012.411.510.81.2矿粉————————4.512.283.3A-13级配范围通过率（%）10095~10070~8848~6836~5324~4118~3012~228~164~8—【解】(1)先将矿物混合料要求级配范围的通过百分率换算为分计筛余百分率，计算A-13级配范围的分计筛余百分比中值，计算结果列于表2-3。计算分计筛余百分比中值表2-3筛孔尺寸（mm）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075＜0.075A-13级配范围通过率（%）10095~10070~8848~6836~5324~4118~3012~228~164~8—A-13级配范围累计筛余（%）—15~030~1252~3264~4776~5982~7088~7892~8496~92—A-13级配范围累计筛余中值（%）—7.521.042.055.567.576.083.088.094.0100A-13级配范围分计筛余中值（%）—7.513.521.013.512.08.57.05.06.06.0（2）计算碎石在混合料中的含量碎石在4.75mm筛孔占优势（分计筛余百分比最大），令==0，因此：（3）计算矿粉在混合料中的含量矿粉＜0.075mm筛孔占优势（分计筛余百分比最大），令==0，因此：（4）计算石屑在混合料中的含量（5）校核根据以上计算得到矿质混合料的组成配合比为：碎石=42.0%，石屑=50.8%，矿粉=7.2%。按表2-4进行校核：矿质混合料组成计算和校核表2-4原材料筛孔尺寸（mm）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075＜0.075各种矿料分计筛余（%）碎石—0.841.350.07.9——————石屑———2.822.822.516.012.411.510.81.2矿粉————————4.512.283.3各矿料在混合料中用量（%）碎石42.0—0.317.421.03.3——————石屑50.8———1.411.611.48.16.35.95.50.6矿粉7.2————————0.30.96.0混合料分计筛余（%）—0.317.422.414.911.48.16.36.26.46.6混合料累计筛余（%）—0.317.740.155.066.474.580.887.093.4100混合料通过量（%）10099.782.359.945.033.625.519.213.06.6—A-13级配范围通过率（%）10095~10070~8848~6836~5324~4118~3012~228~164~8—根据校核结果，符合级配范围要求。如不符合级配范围，应调整配合比再进行试算，经几次调整，逐步接近，直至达到要求。如经计算确实不能符合级配要求，应调整或增加集料品种。2、图解法设计步骤如下：（1）准备工作（2）绘制框图（3）确定各集料用量随堂练习：一、填空题：测定石料与沥青粘附性的主要方有。粗集料毛体积密度是指粗集料在规定的条件下，单位毛体积（包括、和矿质实体体积）的质量。3、目前集料掺配中常见的级配理论主要有和等。4、我国现在对岩石抗冻性测定方法有和两种。5、道路和桥梁所用建筑材料需具备四方质：、、和工艺性质。在选择沥青结合料时，应该优选性石料，如果没有时，可掺加各种抗剥剂以提高沥青与石料的粘附性。粗集料表观密度是指集料在烘干的至恒重的条件下，单位体积（矿质实体体积和）的质量。8、测定岩石的密度，须先将岩粉在温度为度的烘箱中烘至恒重。9、我国现行测定岩石毛体积密度的主要方法是量积法、、。10、对于同种岩石材料来说的孔隙率越小，材料的密度越，当材料的密度固定时，其质量越大，则该材料的体积越。11、岩石的在规定条件下吸水的能力主要采用和两项指标表示。12、粗集料的堆积密度是指单位体积的质量，其中堆积体积包栝体积、体积、体积、体积。13、岩石的吸水率与饱和水率的主要区别是试验条件不同，前者是在规定条件下测得的，后者是在条件下测得的。14、岩石经若干次冻融试验后的试件饱水抗压强度与未经冻融试验的试件饱水抗压强度之比为岩石的，它是用以评价岩石的指标。15、磨耗率是指石料抵抗、和等综合作用的性能。16、粗集料筛分试验过程中，筛上剩余总质量与筛分前总质量相差不得超过筛分前总质量的。17、混合料料的掺配方法主要有法和法。18、石料的抗压强度是以标准试件在状态下，单轴受压时的来表示的。19、测定粗集料空隙率时，必需先测定粗集料的密度和密度。20、我国现行采用法和法测定岩石的饱和水率。21、砂的粗细程度用表示。可以将砂分为粗砂、和。二、名词解释：1、石料的等级：2、岩石的磨耗性：3、连续级配：4、间断级配：5、粗集料表观密度：6、粗集料毛体积密度：7、压碎值8、集料：9、级配：三、单选题：1、砂子的细度模数越大表示砂子（）（A）越粗（B）越细（C）级配越好（D）级配越差2、岩石的吸水率、含水率、饱和吸水率三者在数值上有如下关系()。（A）吸水率＞自然含水率＞饱和吸水（B）吸水率＞自然含水率＞饱和吸水率（C）自然含水率＞吸水率＞饱和吸水率（D）饱和吸水率＞吸水率＞自然含水率3、材料的密度ρt毛体积密度ρh和表观密度ρa之间存在如下关系（）。（A）ρt＜ρa＜Ph(B)ρt＞ρa＞ρh（C）ρt＜ρh＜ρa(D)ρt＞ρh＞ρa4、粗集料压碎值试验时要求集料分三层装入压碎筒中，每层分别插捣（）次。（A）10（B）15（C）20(D)255、岩石密度试验时平行试验误差要求为（）g/cm3。（A）0.02（B）0.05（C）0.002（D）0.0056、路用石料单轴抗压强度试验标准试件的边长为（）mm。（A）200（B）150（C）100（D）507、测定岩石密度时，要求天平精度为（）（A）0.1（B）0.01（C）0.001（D）0.00018、细集料筛分试验要求每次称取的质量为（）g。（A）300g（B）400g（C）500g（D）600g9、粗集料压碎值试验时要求集料的尺寸为（）。（A）大于2.36mm小于4.75mm（B）大于4.75mm小于9.5mm（C）大于9.5mm小于13.2mm（D）大于13.2mm小于16.0mm10、细度莫数MX等于2.3的砂为（）。（A）细砂（B）中砂（C）粗砂（D）无法确定粗细11、混凝土所用细集料是指粒径小于（）mm的集料。（A）2.36（B）4.75（C）9.5（D）13.2四、判断题：1、岩石等级的划分是通过单轴抗压强度测定的。（）2、细度模数是评价细集料粗细程度的指标。（）3、桥梁用岩石抗压强度的标准试件是边长为3cm的立方体试件。（）4、岩石耐候性的两项指标为抗冻性和坚固性。（）5、岩石的孔隙率愈大，吸水率也愈大，抗冻性亦愈差。（）6、石料的酸碱性是根据石料的PH值定的。（）7、集料的最大粒径肯定不等于公称最大粒径（）8、洛杉叽磨耗法测定集料的磨耗率时需要用水洗静集料并烘干备用。（）9、集料压碎值测定时需要用水洗静集料并烘干备用。（）10、洛杉叽磨耗法测定集料的磨耗率时需要2.36mm筛过筛。（）11、粗集料的筛分试验取样为1kg，跟其它因素无关。（）12、封蜡法可用来测定岩石的毛体积密度。（）13、岩石的真实密度试验中，总共需加热3小时才能测定真实密度。（）14、在各种混合料中连续级配都优于间断级配，应优先选用。（）15、同种矿物组成的岩石，饱和吸水率越大则抗冻性也越强。（）16、用广口瓶法测定粗集料的表观密度时需要做三次试验，取算术平均值作为最终结果。17、同种矿物组成的岩石，饱和吸水率越大则抗压强度也越大。（）18、细集料的筛分试验取样为500g，跟其它因素无关。（）19、做筛分试验时，用摇筛机筛过后，就可以分别称取各号筛上筛余质量计算分计筛余、累计筛余及通过百分率。（）五、简答题：1、岩石的技术性质主要从哪三个方面来进行评定？主要的物理常数有哪些？2、岩石和集料