《工程试验与检测》课件 砂石材料

砂石材料砂石材料的技术性质一、岩石的技术性质内容提要二、道路与桥涵用岩石制品三、集料的技术性质四、冶金矿渣集料一、岩石的技术性质岩石是在各种地质作用下,按一定方式结合而成的矿物集合体,它是构成地壳和地幔的主要物质.

其主要应用有：

1、建筑地基

2、砌体工程

3、集料1、物理性质：包括物理常数、吸水性和抗冻性等。1）物理常数①真实密度：是岩石在规定条件下，烘干岩石矿质实体单位体积（不包括开口与闭口空隙）的质量，用

t表示。则：V=VS+VOVS-矿质实体的体积VO-岩石孔隙的体积②毛体积密度:在规定条件下，烘干岩石（包括孔隙在内)的单位体积的质量。测定方法：利用量积法、水中称量法和蜡封法。蜡封法步骤：（1）将试件烘干；（2）称出试件空气中质量；（3）将试件表面封蜡；（4）称出试件封蜡后的空气中质量；（5）称出封蜡后试件的水中质量；（6）计算毛体积密度。③孔隙率：开口孔隙闭口孔隙按与外界是否连通分孔隙体积占岩石总体积的百分率。用n来表示孔隙率是衡量材料密实程度的指标。孔隙对材料的强度、吸水性、抗冻性、吸音性等均有影响。开口孔多的材料：吸音效果好。声波材料反射穿透吸收闭口孔多的材料：保温隔热效果好粗大孔：水不易存留、易流出细小孔：水进入以后不易流出孔隙对材料性能的影响：2）吸水性定义：岩石在规定条件下吸水的能力指标：吸水率、饱和吸水率①、吸水率：岩石吸水率是指在室内常温（20℃±2℃）和大气压条件下，岩石试样最大的吸水质量占烘干（105

5℃干燥至恒重）岩石试件质量的百分率。②饱和吸水率：在室内常温和真空抽气后的条件下，岩石试样最大吸水的质量占烘干岩石试件质量的百分率。区别：饱水率是在石料抽至真空的条件下测定的，此时水几乎充满开口孔隙的全部体积，而在常压下测定的吸水率，通常认为水分只填充部分孔隙。影响吸水性的因素：a、孔隙特征、孔隙率

b、矿物成分组织构造饱水率>吸水率

吸水率、饱和吸水率能有效地反映岩石微裂隙的发育程度，可用来判断岩石的抗冻性和抗风化等性能。3）抗冻性定义：岩石在吸水饱和的状态下，抵抗多次冻结和融化作用而不发生显著破坏，同时也不严重降低强度的性能。测定方法：直接冻融法抗冻标号越大，抗冻性越好

若无条件进行冻融实验，可采用坚固性简易快速测定法：

将烘干并已称量过的规则试件，浸入饱和的硫酸钠溶液中经20h，取出置于105℃

5℃的烘箱中烘4h。然后取出冷却至室温，作为一个循环。如此重复若干个循环。最后用蒸馏水沸煮洗净，烘干称量，计算质量损失百分率。

2、力学性质

抗压强度磨耗性1）单轴抗压强度：（无侧限抗压强度）定义：按我国现行《公路工程岩石试验规程》规定的标准试件经吸水饱和后，单轴受压并按规定的加载条件下，达到极限破坏时，单位承压面积上所承受的荷载。影响岩石抗压强度的主要因素：岩石的组成结构矿物组成岩石的结构和构造

裂隙的分布试验条件试件尺寸和形状加载速度（0.5~1.0MPa/S

）试验温度和湿度（饱和水状态）用于评定岩石强度、划分石料等级定义：岩石抵抗撞击、边缘剪力和摩擦等联合作用的性能，以磨耗率表示。试验方法：洛杉矶式（搁板式）狄法尔式（双筒式）2）磨耗性

试验时将规定质量且有一定级配的试样和一定质量的钢球置于试验机内，磨耗鼓以30-33r/min的速度旋转，至达到要求次数后停止，将试样取出，用1.7mm方孔筛筛去石屑，将留在筛上的试样洗净烘干并称其质量。石料磨耗率计算公式为：酸性石料中性石料碱性石料

SiO2＞65﹪52﹪≤SiO2≤65﹪SiO2＜52﹪3、化学性质：

当采用同一种沥青时，选择矿料从碱性、中性直至酸性，集料与沥青粘附性逐渐降低。为保证沥青混合料的强度，在选择集料时应优先考虑采用碱性石料。若当地缺乏碱性石料且必须采用酸性石料时，可掺加各种抗剥剂以提高沥青与石料的粘附性。（2）技术要求路用石料的技术分级：分4级Ⅰ级——最坚强的岩石Ⅱ级——坚强的岩石Ⅲ级——中等坚强的岩石Ⅳ级——较软的岩石补充内容：三、集料的技术性质集料：在混合料中起骨架或填充作用的粒料。

工程上以粒径的大小为界，通常将集料分粗集料及细集料；其中在沥青混合料中，以2.36mm为界，在水泥混凝土中以4.75mm为界。细集料：指天然砂（河砂、山砂和海砂）、人工砂及石屑粗集料：指碎石、卵石等。1、物理常数集料的质量与体积的关系见图所示：（1）表观密度（又称视密度）在规定条件下，单位表观体积的质量。表观体积是指包括集料矿质实体和闭口孔隙的体积。孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量或体积。因此，材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关。测定方法：①粗集料：采用网篮法。②细集料：采用容量瓶法。（2）毛体积密度在规定条件下，单位毛体积的质量。毛体积是指包括集料矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙的体积。（3）堆积密度单位体积物质颗粒的质量。单位体积包括集料矿质实体、闭口孔隙、开口孔隙及颗粒间空隙的体积。砂堆积密度测定将容量筒内材料刮平，容量筒的容积即为材料堆积体积（4）空隙率集料颗粒之间空隙体积占集料总体积的百分率。

空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。（2）级配粗集料中各组成颗粒的分级和搭配称为级配，通过筛分试验确定。细集料的级配是集料各级粒径颗粒的分配情况，通过筛分试验确定。

对水泥混凝土用集料一般可采用干筛法筛分试验，对沥青混合料及基层用集料必须采用水洗法筛分试验。（1）粗集料筛分试验标准及取样量公称量大粒径（mm）方孔756337.531.526.519169.54.75圆孔80634031.5252016105试样质量不少于（kg）108542.52110.5（2）细集料筛分试验标准及取样量标准筛:4.752.361.180.60.30.150.075mm(方孔)标准筛摇（振)筛机筛分后，计算相关参数如下：分计筛余百分率：各号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率。累计筛余百分率：该号筛和大于该号筛的各号筛的分计筛余百分率之和。通过百分率：100减去该号筛的累积筛余百分率。

4.75mm0.60mm0.30mm0.15mm1.18mm2.36mmm1m2m4m3m5m6分计筛余(a%)a1=a2=a3=a4=a5=a6=m1/mm2/mm3/mm4/mm6/mm5/m筛分试验设总质量为m累计筛余(A%)A1=A2=A3=A4=A5=A6=a1a1+a2a1+a2+a3a1+…+a4a1+…+a5a1+…+a6（3）粗度:评价砂粗细程度的一种指标。指标：细度模数（细度模量）砂的粗度分类

=3.7-3.1为粗砂

=3.0-2.3为中砂

=2.2-1.6为细砂（4）粗集料的坚固性:

用饱和Na2SO4溶液干湿循环5次后，测定试样质量损失。

用质量损失百分率计算坚固性（即安定性）。2、粗集料的力学性质压碎值磨耗率抗滑表层三项指标道瑞磨耗值磨光值冲击值（1）粗集料压碎值：集料在连续增加的荷载下抵抗压碎的能力。用来评价公路路面和基层用集料的相对强度。试验方法：取粒径约9.5mm—13.2mm的集料试样3kg，装入压碎值测定仪的金属筒内，放在压力机上，于10min加荷至400kN，稳压5s然后卸载，称其通过2.36mm的筛余质量。压碎值测定仪⑵磨光值（PSV）反映岩石抵抗轮胎磨光作用能力的指标，它是采用加速磨光机磨光岩石，并用摆式摩擦系数测定仪测得的磨光后集料的摩擦系数。用高磨光值的岩石来铺筑道路路面表层，可以提高路表抗滑能力，保障车辆安全行驶。

要求：一级公路、高速公路PSV

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其它公路PSV

35⑶冲击值（AIV）反映集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能，可采用冲击试验仪测定。粗集料冲击值愈小，表示抗冲击能力愈好。式中：AIV‑‑‑‑集料冲击值(%)m1‑‑‑‑冲击破碎后通过2.36mm筛孔的质量

m‑‑‑‑试样总质量⑷磨耗值（AAV）评定抗滑表层的集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。

采用道瑞磨耗试验机来测定集料磨耗值（AAV）。集料磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差。高速公路、一级公路抗滑层用集料的AAV应不大于14。ρs‑‑‑‑集料表干密度(g/cm3）1.现将碎石磨细后烘干称取50.0g，用密度瓶法测定其体积为18.9cm3。另外将碎石直接烘干后称取1000g，用1000ml的量筒，盛水500ml，然后将碎石装入，水面升高至884ml。试问该碎石的真实密度和表观密度各为多少？练习：2．从某工地取回砂样，经烘干后称取500，进行筛分试验，筛分结果如下表：筛孔尺寸（mm）10.04.752.361.180.60.30.15<0.16筛底各筛筛余量（g）0153080160125651510计算：（1）该砂样的分计筛余百分率ai、累计筛余百分率Ai和通过量百分率Pi？（i按筛孔大小顺序由1、2、3、…

排列）（2）计算细度模数，确定砂的类型？二、矿质混合料的组成设计1、最小空隙率：即使不同粒径的各级矿质集料按一定的比例搭配后，应有最大密实度。2、最大磨擦力：各级矿质集料在进行比例搭配时，应使各级集料排列紧密，形成一个多级空间骨架结构，且具有最大的摩擦力。（一）级配类型1、连续级配是采用标准筛对某一混合料进行筛分试验，所得级配曲线平顺圆滑，具有连续性。2、间断级配是在矿质混合料中剔徐其中一个分级或几个分级而形成的不连续的混合料。（二）级配理论1、富勒理论最大密度曲线理论。最大密度曲线是通过试验提出的一种理想曲线，该理论认为“矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大”。图1-4富勒理想级配曲线a）常坐标；b）半对数坐标2、泰波理论认为：在实际应用中矿质混合料的级配曲线应该允许在一定范围内波动，故把最大密度曲线改为n次幂的通式。实验指数n幂常在0.3-0.6之间时，矿质混合料具有较好的密实度。（三）级配曲线范围的绘制我国沿用半对数坐标，即横坐标颗粒粒径（筛孔尺寸）采用对数坐标，而纵坐标通过百分率采用常坐标。建立对数坐标的方法：1、计算出各颗粒粒径在横坐标上的位置，2、确定横坐标，以Pi为纵坐标，即为对数坐标，3、建立好坐标后，将计算出的各粒粒径的通过百分率绘制在坐标图上，再将确定的各点连接成光滑的曲线。（四）矿质混合料的组成设计方法设计依据：①各种集料的筛分结果

②按规范要求的级配范围即标准级配1、试算法

基本原理:现有几种矿质集料，欲配制某一种符合一定级配要求的混合料。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该粒径占优势的集料所组成，而其他各种集料中不含此粒径。如此根据各个主要粒径去试算各种集料在混合料中的大致比例。如果比例不合适，则稍加调整，这样逐步渐进，最终达到符合混合料级配要求的各集料配合比例。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：X+Y+Z=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三种集料在原级配中此粒径的含量分别为aA(i)