第一章砂石材料

第一章砂石材料本章重點：

砂石材料的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)要求；礦質(zhì)混合料的級配理論和組成設(shè)計方法。本章要求：

要求學(xué)生掌握評價砂石材料技術(shù)性質(zhì)的主要指標；學(xué)會應(yīng)用級配理論設(shè)計礦質(zhì)混合料配合組成的方法。第一節(jié)砂石材料的技術(shù)性質(zhì)按形狀分類按來源分類砂石材料的分類塊狀石料(石料)粒狀石料(集料)天然巖石人工軋制的集料工業(yè)冶金礦渣常見巖石石英巖花崗巖玄武巖石灰?guī)r砂巖一、巖石的技術(shù)性質(zhì)單軸抗壓強度磨耗性巖石酸堿性化學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)物理常數(shù)吸水性抗凍性物理性質(zhì)技術(shù)性質(zhì)1、物理性質(zhì)1）物理常數(shù)

巖石可由各種礦物形成不同排列的各種結(jié)構(gòu)，但是從其質(zhì)量和體積的物理觀點出發(fā)，巖石的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)主要是由礦質(zhì)實體和孔隙（包括與外界連通的開口孔隙和不與外界連通的閉口孔隙）所組成（如圖1—1所示）。天然花崗巖的SEM人工水泥石SEM

（1）真實密度：

—定義：烘干（105℃±5℃下烘至恒重，溫度20℃±2℃），巖石礦質(zhì)實體單位真實體積的質(zhì)量。

公式：

測定：密度瓶法

（２）毛體積密度：

—定義：規(guī)定條件下，烘干巖石礦質(zhì)實體包括孔隙(開口、閉口孔隙)體積在內(nèi)的單位毛體積的質(zhì)量。

公式：

測定：量積法、水中稱量法、蠟封法

（3）孔隙率

ｎ

：

—定義：巖石孔隙體積占巖石總體積(包括開口、閉口孔隙體積)的百分率。

公式：

—定義：巖石在規(guī)定條件下吸水的能力。工程上常采用吸水率和飽水吸水率兩項指標表征。吸水性越大，瀝青粘附性越差。2）吸水性（1）吸水率：

—定義：在規(guī)定條件下，巖石試樣最大吸水質(zhì)量與烘干巖石試件質(zhì)量的百分率。

第二章砂石材料逐步加入水淹沒石料細砂公式：測定：

自由吸水法

（2）飽水吸水率：—定義：在強制條件下，巖石試樣最大吸水質(zhì)量與烘干巖石試件質(zhì)量的百分率。

公式：

第二章砂石材料加入水淹沒石料細砂抽真空通常計算的飽和吸水率>吸水率測定：

煮沸法、真空抽氣法吸水率與飽和吸水率之比稱為飽水系數(shù)，用KW表示。

它是評價巖石抗凍性的一種指標。一般來說，巖石的飽水系數(shù)為0.5～0.8，飽水系數(shù)愈大，說明常壓下吸水后留余的空間有限，巖石愈容易被凍脹破壞，抗凍性差。

試件飽水，-15℃凍4h，20±5℃解凍4h，

如此循環(huán)規(guī)定次數(shù)；測

定實驗前后試件質(zhì)量和

飽水抗壓強度。3）抗凍性—定義：巖石在吸水飽和狀態(tài)下，經(jīng)受規(guī)定次數(shù)的凍融循環(huán)后抵抗破壞的能力。

第二章砂石材料測定：

直接凍融法、堅固性簡易快速測定法直接凍融法—

硫酸鈉浸泡20h，105℃烘箱烘4h，如此循環(huán)規(guī)定次數(shù)；測定實驗前后試件質(zhì)量。

評估巖石飽和硫酸鈉多次浸泡與烘干循環(huán)后，不發(fā)生顯著破壞或強度降低的性能。

有條件者均采用直接凍融堅固性簡易快速測定法—在不同的工程環(huán)境氣候下，對巖石的抗凍性有不同的要求?！豆饭こ處r石試驗規(guī)程》（JTGＥ41—2005）規(guī)定：在嚴寒地區(qū)（最冷月的月平均氣溫低于-15℃）巖石的凍融循環(huán)次數(shù)為25次；在寒冷地區(qū)（最冷月的月平均氣溫低于-15℃～-5℃）為15次；寒冷、嚴寒地區(qū)應(yīng)采用直接凍融法進行巖石的抗凍性試驗。對于橋涵工程用巖石，《公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD61—2005）規(guī)定：累年最冷月平均氣溫低于或等于-10℃的地區(qū)，所用的石材抗凍性指標應(yīng)符合表1-2的要求，即試件在飽水狀態(tài)下經(jīng)過-15℃的凍結(jié)與20℃的融化，達到表1-2中所要求的凍融循環(huán)次數(shù)后，無明顯的損傷（裂縫、脫層），同時凍融系數(shù)不低于0.75，則認為抗凍性合格。

確定巖石等級的兩項指標抗壓強度和磨耗性1）單軸抗壓強度R：試驗條件要求：試件形狀、尺寸、吸水飽和、加荷速度等。

公式：2）磨耗性Q

：—巖石抵抗撞擊、邊緣剪力和摩擦的聯(lián)合作用的性能；采用洛杉磯磨耗試驗測定。

2、力學(xué)性質(zhì)公式：(1)巖石酸堿性：酸性巖石：>65%SiO2含量中性巖石：65%～52%堿性巖石：<52%(2)巖石與瀝青粘附性測定方法：

水煮法：13.2～19mm的碎石，5顆石料，熱瀝青裹附，沸水煮3min

水浸法：9.5～13.2mm的碎石100g與5.5g瀝青拌合，冷后在80℃水中30min3、化學(xué)性質(zhì)

集料是指在混合料中起骨架或填充作用的粒料。來源分類：天然砂(0.75～2mm)碎石(>4.75mm)

天然集料礫石(2～60mm)人工集料人工砂(<2.36mm)

卵石(60～200mm)石屑(2.36或4.75篩下)

顆粒尺寸分類（工程）：

粗集料：指集料的粒徑>4.75mm(水泥混凝土中)或>2.36mm(瀝青混合料中）的碎石、礫石。

細集料：指集料的粒徑<4.75mm(水泥混凝土中)或<2.36mm(瀝青混合料中）的天然砂、人工砂和石膏。

第二章砂石材料二、集料的技術(shù)性質(zhì)在計算粗集料的物理常數(shù)時，不僅要考慮到粗集料顆粒中的孔隙（開口孔隙和閉口孔隙），還要考慮顆粒間的空隙。工程中常用的粗集料密度包括表觀密度、毛體積密度、堆積密度。

第二章砂石材料1、物理性質(zhì)1）物理常數(shù)（一）粗集料的技術(shù)性質(zhì)礦質(zhì)實體msm0mVsVnVVi質(zhì)量m體積VVo開口孔隙閉口孔隙空隙Vv（1）表觀密度：

—定義：規(guī)定條件（105℃±5℃烘干至恒重）下，單位表觀體積（包括集料礦質(zhì)實體和閉口孔隙的體積）的質(zhì)量；

公式：

測定：網(wǎng)籃法

第二章砂石材料（2）毛體積密度：

—定義：規(guī)定條件下，單位毛體積（包括礦質(zhì)實體、閉口和開口孔隙體積）的質(zhì)量。

公式：

測定：將已知質(zhì)量的干燥粗集料經(jīng)24h飽水后，用濕毛巾擦干而求得飽和面干質(zhì)量。然后用排水法求得水中的體積，即求得粗集料毛體積密度。

第二章砂石材料（3）堆積密度ρ：

—定義：單位體積（包括礦質(zhì)實體、閉口和開口孔隙及顆粒間空隙體積）物質(zhì)顆粒的質(zhì)量。

公式：

按堆積的松緊程度不同分為：自然堆積密度振實堆積密度搗實堆積密度

測定：容量筒法（4）空隙率n

：

—定義：指粗集料顆粒之間空隙體積占粗集料總體積的百分率。

公式：

區(qū)別：

空隙：指集料中顆粒間的空隙孔隙：指單一石料中的孔隙

測定：容量筒法2）級配—定義：指粗集料中各組成顆粒的分級和搭配，通過篩分試驗確定。有關(guān)參數(shù)：①分計篩余百分率②累計篩余百分率③通過百分率

水泥混凝土用粗集料干篩法瀝青混合料及基層用粗集料水洗法堅固性也稱安定性，是指集料在自然風化和其他外界物理化學(xué)因素作用下抵抗碎裂的能力。集料長期受到各種自然因素的綜合作用，其物理力學(xué)性能會逐漸下降。自然因素主要包括溫度變化、干濕變化和凍融循環(huán)等，其中凍融循環(huán)的破壞作用占主導(dǎo)地位?！豆饭こ碳显囼炓?guī)程》（JTGE42-2005）規(guī)定，堅固性的檢驗采用硫酸鹽浸泡法：試樣經(jīng)飽和硫酸鈉溶液多次浸泡與烘干循環(huán)，承受硫酸鈉結(jié)晶壓，檢驗5次循環(huán)后試樣的表面破壞情況，并用質(zhì)量損失百分率來計算其堅固性。3）堅固性2、力學(xué)性質(zhì)

—主要是壓碎值、磨耗率，其次是抗滑表層用集料的三項試驗，即磨光值、磨耗值和沖擊值。

第二章砂石材料1)壓碎值—指集料在逐漸增加的荷載下，抵抗壓碎的能力。2)磨光值壓碎指標儀測定方法：先將試樣磨光，再測定擺值，經(jīng)換算后得磨光值PSV磨光值愈高，表示其抗滑性愈好3）沖擊值

—抵抗多次連續(xù)重復(fù)沖擊荷載作用的性能。4）磨耗值

—指評定抗滑表層的集料抵抗車輪撞擊及磨耗的能力。磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差瀝青混合料中的細集料是指粒徑—小于2.36mm水泥混凝土中的細集料是指粒徑—小于4.75mm

按來源砂可以分為：

天然砂：由巖石在自然條件下風化形成的。（1）河砂：性質(zhì)較好，多用（2）山砂：含泥量及有機雜質(zhì)多（3）海砂：混有貝殼和鹽分等有害雜質(zhì)人工砂：由巖石軋碎而成的顆粒，表面有棱角，較潔凈，但價格較高，無特殊情況多不采用。上述幾種細集料中，一般工程上多使用河砂（二）細集料的技術(shù)性質(zhì)細集料的技術(shù)性質(zhì)物理性質(zhì)顆粒級配粗度用篩分