第二章砂石材料課件

第二章砂石材料砂石材料的技術(shù)性質(zhì)及要求集料技術(shù)性質(zhì)細(xì)集料的級(jí)配設(shè)計(jì)杭州灣跨海大橋1可編輯課件PPT第一節(jié)砂石材料的技術(shù)性質(zhì)及要求一、砂石材料分類二、巖石的技術(shù)性質(zhì)1、物理性質(zhì)

2、力學(xué)性質(zhì)3、化學(xué)性質(zhì)三、道路和橋涵用巖石制品四、石料技術(shù)要求永吉橋

2可編輯課件PPT一、砂石材料分類☆按來源分類

①天然砂石材料：卵石、礫石、漂石；砂(海砂、河砂、山砂等)②人工軋制的砂石料：塊料、碎石集料③工業(yè)冶金礦渣集料：鋼渣、高爐渣、煤渣、粉煤灰等☆按尺寸和用途分類①石料②集料：粗集料——粒徑d＞4.75mm細(xì)集料——粒徑d≤4.75mm3可編輯課件PPT二、巖石的技術(shù)性質(zhì)1、物理性質(zhì)（1）物理常數(shù)(如真實(shí)密度、毛體積密度和孔隙率等)（2）吸水性（如吸水率、飽水率等)（3）耐候性(耐凍性、堅(jiān)固性等)4可編輯課件PPT（1）物理常數(shù)密度：巖石在規(guī)定條件(105土5℃烘干至恒重，溫度20℃)下，單位真實(shí)體積(不含孔隙的礦質(zhì)實(shí)體的體積)的質(zhì)量。真實(shí)密度用ρt表示。（2-1）式中：ρt——巖石的真實(shí)密度(g／cm3)；MS——巖石礦質(zhì)實(shí)體的質(zhì)量(g)；VS——巖石礦質(zhì)實(shí)體的體積(cm3)。5可編輯課件PPT（1）物理常數(shù)毛體積密度：巖石在規(guī)定條件下，單位毛體積(包括礦質(zhì)實(shí)體和孔隙體積)質(zhì)量。毛體積密度用ρh表示：（2-2）式中：ρh——巖石的毛體積密度(g／cm3)；Vi——巖石開口孔隙和閉口孔隙的體積(cm3)Vn——巖石開口孔隙和閉口孔隙的體積(cm3)6可編輯課件PPT（1）物理常數(shù)孔隙率：巖石的孔隙體積占其總體積的百分率。

(1-3)式中：P—巖石的孔隙率(％)

V0—巖石的孔隙(包括開口和閉口孔隙)的體積(cm3)

V—巖石的總體積(cm3)7可編輯課件PPT（2）吸水性吸水率：巖石吸水率是指在室內(nèi)常溫(20

2℃)和大氣壓條件下，巖石試件最大的吸水質(zhì)量占烘干(105

5℃干燥至恒重)巖石試件質(zhì)量的百分率。W吸=｛（M2－M1）/M1｝×100(2-4)式中：W吸——巖石吸水率(％)

M1——巖石試件烘干至恒量時(shí)的質(zhì)量(g)

M2——巖石試件吸水至恒量時(shí)的質(zhì)量(g)8可編輯課件PPT（2）吸水性飽水率：巖石飽水率是在室內(nèi)常溫(20

2℃)和真空抽氣(抽至真空度為殘壓2．67kPa)后的條件下，巖石試件最大吸水的質(zhì)量占烘干巖石試件質(zhì)量的百分率。測(cè)定方法采用真空抽氣法。因?yàn)楫?dāng)真空抽氣后占據(jù)巖石孔隙內(nèi)部的空氣被排出，當(dāng)恢復(fù)常壓時(shí)，則水即進(jìn)入具有稀薄殘壓的巖石孔隙中，此時(shí)水分幾乎充滿開口孔隙的全部體積，所以，飽水率大于吸水率。飽水率的計(jì)算方法與吸水率相同。9可編輯課件PPT（3）耐候性概述：構(gòu)件——抵抗自然界暴露大氣圬工砌體——水、溫——R→低（凍脹）測(cè)定方法：①抗凍性、②堅(jiān)固性。毛細(xì)孔的孔壁剝落水冰凍融循環(huán)Na2SO4抗壓、抗拉、抗剪10可編輯課件PPT①抗凍性定義：飽水，經(jīng)反復(fù)凍融循環(huán)（正負(fù)溫度交替強(qiáng)度降低、質(zhì)量損失符合要求。破壞現(xiàn)象：缺棱掉角松散一次凍融循環(huán)：20±5℃、4～5小時(shí)

-15℃（毛細(xì)孔）4小時(shí)常溫：融解要求：一月份氣溫低于-10℃必作；

證明具有足夠抗凍性的石料可不做。不超過25%不大于5%（3）耐候性11可編輯課件PPT（3）耐候性②堅(jiān)固性：評(píng)定巖石試樣經(jīng)飽和硫酸鈉溶液多次浸泡與烘干循環(huán)后，不發(fā)生顯著破壞或強(qiáng)度降低的性質(zhì)。計(jì)算堅(jiān)固性試驗(yàn)質(zhì)量損失率：（2-5）式中：Q凍——凍融后的質(zhì)量損失率(％)m1

——試驗(yàn)前烘干試件的質(zhì)量(g)m2

——試驗(yàn)后烘干試件的質(zhì)量(g)孔壁受到張應(yīng)力（簡(jiǎn)易、快速）5次浸泡20h12可編輯課件PPT2、力學(xué)性質(zhì)（1）單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)尺寸：橋梁工程——邊長(zhǎng)70㎜±2mm立方體路面工程——邊長(zhǎng)50㎜±2mm立方體（圓柱體）條件：吸水飽和公式：（影響因素——組成結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)條件）極限破壞荷載公式：受壓面積單位：MPa13可編輯課件PPT影響石料抗壓強(qiáng)度的因素內(nèi)因：材料的礦物成分結(jié)構(gòu)和構(gòu)造外因：試件尺寸加荷速率濕度等14可編輯課件PPT2、力學(xué)性質(zhì)（2）磨耗性：

定義：石料抵抗撞擊、剪切、摩擦綜合作用的性能。試驗(yàn)方法兩種：

洛杉磯式磨耗試驗(yàn)（擱板式—標(biāo)準(zhǔn)方法）

狄法爾式磨耗試驗(yàn)（雙筒磨耗）15可編輯課件PPT②擱板式（洛杉磯法）：試樣為～5000g有級(jí)配的集料，加入鋼球12個(gè)φ48mm，～5000g。轉(zhuǎn)速30～33r/min，轉(zhuǎn)500轉(zhuǎn)①雙筒式（狄法爾法）:50塊石料（50～75mm），質(zhì)量5000g左右，轉(zhuǎn)速30～33r/min，轉(zhuǎn)10,000轉(zhuǎn)（5.5～5.0h）磨耗率計(jì)算公式：

式中：m2——試驗(yàn)后2mm篩上烘干石料試樣質(zhì)量；m1——試驗(yàn)前烘干石料試樣質(zhì)量。16可編輯課件PPT圖1-3雙筒式磨耗儀示意圖①耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)5h以上②試件尺寸單一（50～75mm），與路用實(shí)際情況不符合

③石料間相互作用，不同性質(zhì)石料的磨耗率相差不大17可編輯課件PPT①省時(shí)：15min左右②使石料受到更嚴(yán)峻的沖擊、剪切、摩擦作用，石料級(jí)差大③試樣級(jí)配較符合路用狀況圖1-4擱板式磨耗儀示意圖18可編輯課件PPT3、化學(xué)性質(zhì)水泥與砂石復(fù)合材料——整體瀝青與砂石要求：堿性、酸性（面層）1）依據(jù)：SiO2含量——確定酸堿性酸性————＞65%（花崗巖）中性————52%～65%（輝綠巖）堿性————＜52%（石灰?guī)r）19可編輯課件PPT三、道路和橋涵用巖石制品1、道路路面建筑用巖石制品包括直接鋪砌路面面層用的整齊塊石、半整齊塊石和不整齊塊石三類；用作路面基層用的錐形塊石、片石等。高級(jí)鋪砌用整齊塊石路面鋪砌用半整齊塊石鋪砌用不整齊塊石錐形塊石20可編輯課件PPT2、橋梁建筑所用巖石主要制品片石塊石方塊石粗料石細(xì)料石鑲面石趙州橋21可編輯課件PPT四、石料的技術(shù)要求技術(shù)分級(jí)：路用石料按技術(shù)性質(zhì)分為四級(jí)名稱：按造巖礦物成分、含量及組織結(jié)構(gòu)命名。在飽和水狀態(tài)下的力學(xué)性質(zhì)分為四級(jí)：

①最堅(jiān)強(qiáng)②堅(jiān)強(qiáng)③中等堅(jiān)強(qiáng)④較弱軟主要力學(xué)性質(zhì)：抗壓強(qiáng)度、磨耗率。

22可編輯課件PPT第二節(jié)集料技術(shù)性質(zhì)一、細(xì)集料的技術(shù)性質(zhì)1、物理常數(shù)2、級(jí)配3、粗度4、含泥量和泥塊含量23可編輯課件PPT產(chǎn)源：天然砂——山砂、河砂、人工砂——提高粘結(jié)力廢料——廢模型砂（砂——細(xì)碎如砂的物質(zhì)，砂礫）（沙—極細(xì)碎的石礫，沙漠、風(fēng)沙）骨架和填充作用考慮：產(chǎn)源、粒徑、物理、酸堿性、級(jí)配

總結(jié)：瀝青混合料中的細(xì)集料是指粒徑——小于2.36mm。

水泥混凝土中的細(xì)集料是指粒徑——小于4.75mm。一、細(xì)集料的技術(shù)性質(zhì)24可編輯課件PPT

1、物理常數(shù)（同粗集料）

分析：與粗集料不同點(diǎn)——粒徑小、量少；

要求——干凈的（含泥量、雜質(zhì)量、有機(jī)質(zhì)）2、級(jí)配：是砂各級(jí)粒徑顆粒的分配情況。方法：采用篩析法（圓孔篩——一套標(biāo)準(zhǔn)篩）分析：級(jí)配——目的：提高密實(shí)（耐久性好）細(xì)度模數(shù)——目的：控制抗折強(qiáng)度、節(jié)約水泥總結(jié)：砂子的級(jí)配兩方面控制。同時(shí)滿足要求。25可編輯課件PPT（舊篩方孔）5.0mm——4.75mm（新）

2.5mm——

2.36mm

1.25mm——1.18mm

0.63mm——0.6mm

控制粒徑

0.315mm——0.3mm

0.16mm——0.15mm

篩底<0.16——

篩底2、級(jí)配總稱量500g篩析法：一套標(biāo)準(zhǔn)篩。0.6mm粒徑的含量決定它的區(qū)間。26可編輯課件PPT有關(guān)級(jí)配的重要參數(shù)存留量：mi；總量：M=500g⑴分計(jì)篩余百分率⑵累計(jì)篩百分率⑶通過百分率目的：求100g砂中各篩上存留量。27可編輯課件PPT砂子篩析試驗(yàn)28可編輯課件PPT粗砂中砂細(xì)砂標(biāo)準(zhǔn)砂水泥混凝土組成材料用測(cè)水泥膠砂強(qiáng)度用29可編輯課件PPT3、粗度：粗度是評(píng)價(jià)砂粗細(xì)的一種指標(biāo)。用細(xì)度模數(shù)表示，是各號(hào)篩的累計(jì)篩余百分率之和除以100之商。規(guī)定：砂的細(xì)度模數(shù)分為三級(jí)。

MX

=3.7～3.1

粗砂

MX=3.0～2.3中砂

MX=2.2～1.6細(xì)砂“%”不代入計(jì)算A1：不是砂子公式：30可編輯課件PPT（1）細(xì)度模數(shù)——水泥裹覆著集料平均粒徑組成;

分析：①粒徑差太大，拌合困難；②粒徑差太小，細(xì)小顆粒多受力易斷裂；③細(xì)級(jí)料粒徑過小，表面積大，浪費(fèi)水泥；④完全是一種顆粒的砂，密實(shí)度不夠?！€必須考慮顆粒的級(jí)配。總結(jié)（一）問題：粗、中、細(xì)砂如何確定？⒈砂的粗細(xì)程度確定的指標(biāo)有哪兩項(xiàng)？31可編輯課件PPT例：集料粒徑從大變小，總表面積增大。①設(shè)正方體邊長(zhǎng)為10cm，

那么它的表面積為：

S1=10×10×6=600cm2②該正方體一分為二，那么它的總表面積為：

S2=10×10×4+10×5×8=800cm232可編輯課件PPT③正方體一分為四。

那么它的總表面積為：

S3=10×5×16+5×5×8

=1000cm2④正方體一分為八。

那么它的總表面積為：S4=5×5×48=1200cm2總結(jié)：相同體積的集料粒徑變小，———總表面積增大。33可編輯課件PPT（2）顆粒級(jí)配：砂子級(jí)配好——密實(shí)——耐久性好——強(qiáng)度高。混凝土用砂的級(jí)配按《建筑用砂》（GB/T14684—2001）的規(guī)定劃分為三個(gè)級(jí)配區(qū)有：粗砂、中砂、細(xì)砂。完全粗的不行，小顆粒的也需要。要符合2-3規(guī)定。從級(jí)配來說，就是填滿骨架的空隙。總結(jié)（二）34可編輯課件PPT級(jí)配區(qū)篩孔尺寸（mm）9.54.752.361.180.60.30.15累計(jì)篩余（%）Ⅰ（粗）010～035～565～3585～7195～80100～90Ⅱ（中）010～025～050～1070～4192～70100～90Ⅲ（細(xì)）010～015～025～040～1685～55100～90砂的分區(qū)及級(jí)配范圍

表2-3說明：Ⅰ區(qū)砂屬于粗砂——采用較Ⅱ區(qū)大的砂率（不易搗實(shí)）；Ⅱ區(qū)砂屬于中砂——由中砂和一部分偏粗砂的細(xì)砂組成；Ⅲ區(qū)砂屬于細(xì)砂——采用較Ⅱ區(qū)小的砂率（易搗實(shí)）。35可編輯課件PPT0102030405060708090100累計(jì)篩余百分率(%)上限下限P62—控制粒徑偏粗偏細(xì)中砂——Ⅱ區(qū)砂樣36可編輯課件PPT粗砂——Ⅰ區(qū)細(xì)砂——Ⅲ區(qū)規(guī)定：必須同時(shí)滿足級(jí)配和Mx兩項(xiàng)指標(biāo)。砂樣砂樣37可編輯課件PPT注意⒈砂樣的曲線完全在標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間之內(nèi)，且Mx符合規(guī)定二者統(tǒng)一，如：都屬于二區(qū)，該項(xiàng)砂是中砂；⒉除4.75mm和0.60mm篩孔外,允許超出分界線，但其總量不應(yīng)大于5%；⒊如何選擇細(xì)集料屬于哪個(gè)級(jí)配區(qū)？①先計(jì)算細(xì)度模數(shù)，但超出量符合規(guī)定，來確定。②若有一方面不符合規(guī)定，該集料不符合要求。⒋若給定的集料不符合規(guī)定，可取用二種以上集料組合級(jí)配，直到符合要求為止。⒌集料一定要干凈，符合有害雜質(zhì)含量的規(guī)定。38可編輯課件PPT4、含泥量和泥塊含量泥塊含量：指細(xì)集料中原尺寸大于1.18mm，但經(jīng)水浸洗、手捏后小于0.60mm的顆粒含量。集料中的泥塊（三種類型存在）：由純泥組成的團(tuán)塊；由砂、石屑與泥組成的團(tuán)塊；包裹在集料顆粒表面的泥。含泥量是指集料中粒徑小于0.075mm的顆粒含量。石粉含量是指人工砂中小于0.075mm的顆粒含量。39可編輯課件PPT計(jì)算公式：式中：Qb——集料的含泥量（%）；G1——細(xì)集料為1.18mm篩上試樣的質(zhì)量（g）；G2——細(xì)集料為1.18mm篩上試樣經(jīng)水洗后，細(xì)集料為0.6mm篩上烘干試樣的質(zhì)量（g）。40可編輯課件PPT砂子類別確定的設(shè)計(jì)步驟例：已知砂子篩分的存留量設(shè)計(jì)步驟：計(jì)算分計(jì)篩余量⒈計(jì)算重要參數(shù)：計(jì)算累計(jì)篩余量計(jì)算通過百分率⒉計(jì)算細(xì)度模數(shù)（結(jié)果）⒊用標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配確定砂子的級(jí)配范圍（結(jié)果）⒋結(jié)論（根據(jù)細(xì)度模數(shù)和級(jí)配范圍）。41可編輯課件PPT例題某工地現(xiàn)有水泥混凝土用砂取500g做篩分試驗(yàn),篩分結(jié)果如下表所示。計(jì)算該砂樣的規(guī)格和類別。（1）列表計(jì)算42可編輯課件PPT（2）計(jì)算細(xì)度模數(shù)MX∵M(jìn)X=2.05介于2.2～1.6之間，∴由細(xì)度模數(shù)判別該砂的規(guī)格為細(xì)砂。43可編輯課件PPT（3）確定砂子的類別①畫Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配圖②在標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配Ⅲ區(qū)內(nèi)畫出砂樣。③由級(jí)配類別知：該砂屬于細(xì)砂。結(jié)論：由細(xì)度模數(shù)和級(jí)配二項(xiàng)指標(biāo)確定該砂為細(xì)砂。步驟：44可編輯課件PPT課堂練習(xí)某砂篩分試驗(yàn)結(jié)果如下表，試計(jì)算其累計(jì)篩余及細(xì)度模數(shù)，并畫出級(jí)配曲線。0.600.300.1545可編輯課件PPT二、粗集料的技術(shù)性質(zhì)1、物理常數(shù)⑴密度：表觀密度、毛體積密度、裝填密度裝填密度①堆積（松裝）密度——集料按自由下落方式裝樣②振實(shí)（緊裝）密度——集料振搖方式裝樣③搗實(shí)密度——集料振搖方式裝樣⑵空隙率VG：集料空隙體積占集料總體積的百分比

——不含開口孔隙

——含開口孔隙顆粒之間的空間體積46可編輯課件PPT（3）堅(jiān)固性：除前述的將原巖石加工成規(guī)則試塊進(jìn)行抗凍性和堅(jiān)固性試驗(yàn)外，對(duì)已軋制成的碎石或天然的卵石，亦可采用規(guī)定級(jí)配的各粒級(jí)集料，按現(xiàn)行《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ058—2000)選取規(guī)定數(shù)量，分別裝在金屬網(wǎng)籃中浸入飽和硫酸鈉溶液中進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)。經(jīng)一定的循環(huán)次數(shù)后，觀察其表面破壞情況，并用質(zhì)量損失百分率來計(jì)算其堅(jiān)固性。47可編輯課件PPT碎石集料

不同粒徑、尺寸較小的石料顆粒的集合體48可編輯課件PPT2、級(jí)配：指集料中不同尺寸顆粒的比例。反映了粒徑大小不同的礦質(zhì)顆粒的相互搭配情況篩析試驗(yàn)（方孔篩邊長(zhǎng)）9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15粗集料篩析試驗(yàn)用套篩49可編輯課件PPT（1）顆粒級(jí)配：表示石子大小搭配的情況。連續(xù)粒級(jí)：分級(jí)尺寸是連續(xù)的。即從某一最大粒級(jí)以下依次有其它粒級(jí)。單粒級(jí)：不含較小粒級(jí)，大部分集中于某一個(gè)粒徑或某兩個(gè)粒徑的顆粒。注意：?jiǎn)瘟＜?jí)一般不宜單獨(dú)用來配制混凝土。（2）最大粒徑：粗骨料中公稱粒級(jí)的上限。50可編輯課件PPT級(jí)配的幾種情況51可編輯課件PPT3、含泥量和泥塊含量泥塊含量：指粗集料中原尺寸大于4.75mm，但經(jīng)水浸洗、手捏后小于2.36mm的顆粒含量。集料中的泥塊（三種類型存在）：由純泥組成的團(tuán)塊；由砂、石屑與泥組成的團(tuán)塊；包裹在集料顆粒表面的泥。含泥量是指集料中粒徑小于0.075mm的顆粒含量。石粉含量是指人工砂中小于0.075mm的顆粒含量。52可編輯課件PPT計(jì)算公式：式中：Qb——集料的含泥量（%）；G1——粗集料為4.75mm篩上試樣的質(zhì)量（g）；G2——粗集料為4.75mm篩上試樣經(jīng)水洗后，粗集料為2.36mm篩上烘干試樣的質(zhì)量（g）。53可編輯課件PPT4、集料的顆粒形狀與表面特征（1）顆粒形狀：蛋圓形、棱角形、針狀、片狀針狀：長(zhǎng)度大于其平均粒徑2.4倍的顆粒片狀：厚度小于其平均粒徑0.4倍的顆粒（2）表面特征：表面的粗糙程度及孔隙特征等碎石受壓礫石受壓54可編輯課件PPT5、粗集料的力學(xué)性能壓碎值：石料抵抗壓碎的能力磨光值：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、剪切的能力沖擊值：石料抵抗多次連續(xù)的重復(fù)沖擊荷載的能力55可編輯課件PPT（1）壓碎值：石料抵抗壓碎的能力①壓碎指標(biāo)值（適用于水泥混凝土用集料）

圖1-11壓碎值測(cè)試儀具尺寸圖②壓碎值（瀝青混合料用集料）

圖1-12壓碎值測(cè)試儀

式中：m0—試驗(yàn)前風(fēng)干試件的質(zhì)量

m1—試驗(yàn)后2.36m