1 砂石材料

黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料道路建筑材料黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料1砂石材料1.1砂石材料的技术性质与检测1.1.1岩石的技术性质与检验☆1.1.2集料的技术性质与检验☆☆☆1.1.3冶金矿渣集料的技术性质1.2矿质混合料的组成设计1.1.2矿质混合料的级配☆☆☆1.1.2矿质混合料的组成设计☆☆☆黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料本章主要内容与目的：介绍石料的岩石学特征、阐述石料与集料的主要技术性能及主要评价方法和评价指标；讨论集料的级配概念和级配理论，并以此为基础，学习矿料的配合比设计方法。通过学习，要求学生了解石料和集料的技术性质和技术标准，掌握级配理论和组成设计方法黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料1.1砂石材料的技术性质与检验黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料重要但又容易引起混淆的概念集料概述：集料是在混合料中起骨架和填充作用的粒料。分类总分类：包括天然砂、人工砂、卵石、碎石，另有工业冶金矿渣集料形成的过程不同：分为卵石(又称砾石)和碎石粒径大小的不同：分为粗集料和细集料粗细粒径的界限：水泥混凝土4.75mm，沥青混凝土2.36mm，大于或等于该尺寸的颗粒为粗集料，余为细集料。最大粒径：集料最大粒径和集料公称最大粒径物理性质物理常数集料的级配颗粒形状和表面特征含泥量和泥块含量力学性质：在结构层或混合料中，粗集料起骨架作用，其性能用压碎值、磨光值、磨耗值和冲击值等指标表示。岩石集料的技术要求：以粗细两种类型的集料分别提出各自的技术要求。黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料最大粒径：集料的最大粒径这一概念由两个不同定义构成集料最大粒径:指集料100%都要求通过的最小标准筛筛孔尺寸集料公称最大粒径:指集料可能全部通过或允许有少量不通过(一般容许筛余不超过10%)的最小标准筛筛孔尺寸。黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料一、石料的技术性质石料通常指由天然岩石经机械加工制成的，或者由直接开采得到的具有一定形状和尺寸的石料制品。石料的技术性质物理性质力学性质化学性质黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料1.物理性质石料的物理性质包括：物理常数、吸水性，以及耐候性。（1）物理常数石料的物理常数是石料矿物组成结构状态的反映。矿物实体闭口孔隙开口孔隙三部分组成黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料石料体积组成示意图m0VnMmSViVsVV0开口孔隙闭口孔隙物矿实体黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料1）（密度）真实密度——石料在规定条件（105±5℃烘干至恒重，温度20±2℃）下，单位实体体积（闭口孔隙+矿质实体的体积）的质量。公式：sstvm式中：t——石料的真实密度，g/cm3；ms——石料矿质实体的质量，g；vs——石料矿质实体的体积，cm3。在空气中称量石料质量，m0=0，ms=MsvM1－1黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料nssaVVmtsmsVnV2）表观密度表观密度是指在规定条件下，烘干石料矿质实体包括闭口孔隙在内的单位表观体积的质量，由公式（1-2）计算——石料的表观密度，g/cm3；——石料矿质实体的体积，g；——石料矿质实体的质量,cm3；——石料矿质实体中闭口孔隙的体积，cm3。1－2黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料3）毛体积密度——指在规定条件下，石料单位毛体积（矿质实体+孔隙的体积）的质量。公式：式中：h——石料的毛体积密度，g/cm3；ms、vs——意义同前式；vi——石料开口孔隙的体积，cm3；vn——石料闭口孔隙的体积，cm3。V——石料的毛体积，cm3。insshvvvmVM1－3黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料4）孔隙率——石料的孔隙体积占其总体积的百分率。定义式为：式中：n——石料的孔隙率，％；V0——石料的孔隙（开口+闭口孔隙）的体积，cm3；V——石料的总体积，cm3。1000VVn100)1(thn计算式：1－41－5黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料（2）吸水性——石料在规定的条件下吸水的能力。工程上常采用吸水率和饱水率这两项指标表征。1）吸水率吸水率是指在室内常温和大气压条件下，石料试件最大的吸水质量占烘干（105土5℃干燥至恒重）石料试件质量的百分率。100112mmmW式中：W——石料吸水率，％；m1——石料烘干至恒量时的质量，g；m2——石料试件吸水至恒量时的质量，g。1－6黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料2）饱水率——在内常温（20±2℃）和真空（真空度为2.67kPa）条件下，石料试件的最大吸水质量占烘干石料试件质量的百分率。计算方法与吸水率相似，但饱水率＞吸水率。黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料（3）耐候性——石料抵抗大气等自然因素作用的性能称为耐候性。试验方法：抗冻性和坚固性。1）抗冻性——石料在饱水状态下，能抵抗多次冻结和融化作用而不破坏的性能。(1)直接冻融法表征指标：①抗冻损失率（质量损失率）按下式计算：100121mmmQfr式中：Qfr——抗冻质量损失率％；m1——试验前烘干试件质量,g；m2——试验后烘干试件质量,g。1－7黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料②耐冻系数计算公式：scfrscfrffK)(式中：Kfr——试件的耐冻系数；fsc——试验前石料试件饱水抗压强度，MPa；fsc(fr)——经冻融循环试验后石料试件饱水抗压强度，MPa。公路工程用石料技术要求：一般要求其耐冻系数大于0.75；质量损失率不大于5%。同时试件应无明显缺损(包括剥落、裂缝和边角损坏等情况)1－8黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料182）坚固性测定方法：采用硫酸钠坚固性法，将硫酸钠饱和溶液浸入石料孔隙后，经烘干、硫酸钠结晶体积膨胀，产生有如水结冻相似的作用，使石料孔隙周壁受到张应力，经过多次循，引起石料破坏。坚固性是测定石料耐候性的一种简易、快速的方法。有条件者均应采用直接冻融法。黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料二.力学性质——主要讨论确定石料等级的抗压强度和磨耗率两项性质。（1）单轴抗压强度(饱水)石料的工程用途不同，抗压强度的测试方法也不相同。道路工程、建筑工程用石料的单轴抗压强度按下式计算：AFfscmax式中：fsc——石料的抗压强度，MPa；Fmax——极限破坏时的荷载，N；A——试件的截面积，mm2。1－9黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料2050mm±０.５mm立方体或圆柱体黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料21万能材料试验机黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料（2）磨耗性——石料抵抗冲击、边缘剪切和摩擦等的联合作用的性能。也是评定石料等级的依据之一。测定方法：可采用洛杉矶试验法或狄法尔试验法确定。1）洛杉矶试验法石料磨耗率计算公式：式中：Q磨——石料的磨耗率,％；m1——装入磨耗机的试样质量，g；m2——试验后洗净烘干的试样质量，g。通过2mm圆孔筛或1.6mm方孔筛100121mmmQ磨1-10黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料试样为~5000g有一定级配的集料，加入钢球12个φ48mm，~5000g。转速30～33r/min，转500转。磨耗率——洛杉矶法（搁板式）%100121abmmmQ＝式中：m2——试验后2mm筛上烘干石料试样质量；m1——试验前烘干石料试样质量。黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料搁板式磨耗仪示意图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黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料25三、化学性质（1）石料化学性质石料按SiO2的含量划分为：酸性石料：SiO265%中性石料：SiO2=52%～65%碱性石料：SiO252%（2）石料与沥青粘附性测定方法按照我国现行标准，可采用水煮法和水浸法。黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料二、集料的技术性质1.物理性质（1）密度1）真实密度、真实相对密度质量m体积V矿质实体msm0mVsVnVViVo开口孔隙闭口孔隙空隙Vvsstvm3212mmmm黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料质量m体积V矿质实体msm0mVsVnVViVo开口孔隙闭口孔隙空隙Vv2）表观密度nssavvm黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料质量m体积V矿质实体msm0mVsVnVViVo开口孔隙闭口孔隙空隙Vv3）毛体积密度inssbvvvm黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料质量m体积V矿质实体msm0mVsVnVViVo开口孔隙闭口孔隙空隙Vv4）堆积密度vm黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料质量m体积V矿质实体msm0mVsVnVViVo开口孔隙闭口孔隙空隙Vv5）空隙率/间隙率%100)1(an黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料（2）含水率集料的含水率是指集料所含水分与集料烘干（105℃±5℃烘干至恒重）后的质量之比%100021mmm黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料（3）级配级配是指集料中各种粒径颗粒在集料中所占的比例，该比例通过标准筛并通过筛分试验确定。标准筛：5/2.5/1.25/0.63/0.315/0.16mm(圆孔)4.75/2.36/1.18/0.6/0.3/0.15mm(方孔)标准筛：80/63/40/31.5/25/20/16/10mm(圆孔)75/63/37.5/31.5/26.5/19/16/9.5mm(方孔)黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料采用标准套筛对集料进行过筛分析，以确定集料粗细颗粒的分布即级配就是所谓筛分试验。通过筛分试验，求得集料试样的级配参数。以细集料的筛分为例：在筛分试验中，分别称量500g砂样充分过筛，根据砂样存留在各筛上的筛余质量，分别计算出分计筛余百分率、累计筛余百分率、通过百率。分计筛余百分率𝑎𝑖是指某号筛上的筛余质量占试样总质量百分率式中：mi——存留在某号筛上的试样质量，g；M——集料风干试样的总质量，g。黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料累计筛余百分率𝑨𝑰指某号筛的分计筛余百分率和大于该号筛的各筛分计筛余百分率之总和。式中：a1，a2….a1，…——各筛的分计筛余百分率，%通过百分率𝑷𝒊是指通过某号筛的试样质量占试样总质量的百分率，即100与某号筛累计筛余百分率之差。式中：Ai——某号筛的累计筛余百分率，%黄河交通学院修德、启智、博学、笃信道路建筑材料细集料的细度模数用于评价细集料粗细程度的指标，是细集料筛分试验中各号筛上的累计筛余百分率之和（以水泥混凝土用细集料为例）：式中：Mf——砂的细度模数；A4.75,A2.36,…A0.15——分别为4.75mm、2.36mm、…0.15mm各筛的累计筛余百分率，%细度模数愈大，表示细集料愈粗。砂按细度模数分为粗、中、细三种规格，相应的细度模数分别为：粗砂Mf=3.7～3.1；中砂Mf=3.0～2.3；细砂Mf=2.2～1.6黄河交通学院修德、启智、博学、笃信隧道施工技术（4）．集料的颗粒形状与表面特征集料的性质除了与形成集料的岩石特征和孔隙结构等有直接关系之外，还与集料的颗粒形状和表面特征有一定的关系。因为集料的形状和表面特征都将影响集料颗粒间的内摩阻力、集料颗粒与结合料粘结性及吸附性等方面。1）理想的集料颗粒形状是球状或立方体，而扁平、薄片、细长状的颗粒不仅增加集料的空隙率，还对施工的和易性和混凝土强度造成不利影响；针片状：最小厚度与最大长度只比小于1：3黄河交通学院修德、启智、博学、笃信隧道施工技术2）集料表面特征指集料的粗糙程度和孔隙特征。表面粗糙的集料颗粒有较显著的摩阻力，同时也会影响集料的施工和易性；3