《砂石材料》PPT课件.ppt

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1、第一章 砂石材料 本章重点： 砂石材料的技术性质和技术要求； 矿质混合料的级配理论和组成设计方法。 本章要求： 要求学生掌握评价砂石材料技术性质的主要指标； 学会应用级配理论设计矿质混合料配合组成的方法。 第一节 砂石材料的技术性质 按形状分类 按来源分类 砂石材料的分类 块 状 石 料( 石 料) 粒 状 石 料( 集 料) 天 然 岩 石 人 工 轧 制 的 集 料 工 业 冶 金 矿 渣 常见岩石 石英岩 花岗岩 玄武岩 石灰岩 砂岩 一、岩石的技术性质 单轴抗压强度 磨耗性 岩石酸碱性 化学性质 力学性质 物理常数 吸水性 抗冻性 物理性质 技术性质 1、物理性质 1）物理常数 岩石可

2、由各种矿物形 成不同排列的各种结构， 但是从其质量和体积的物 理观点出发，岩石的内部 组成结构主要是由 矿质实 体 和 孔隙 （包括与外界连 通的开口孔隙和不与外界 连通的闭口孔隙）所组成 （如图 1 1所示）。 天然花岗岩的 SEM 人工水泥石 SEM （ 1）真实密度 ： 定义：烘干（ 105 5 下烘至恒重，温度 20 2 ），岩石矿质实体单位 真实体积 的质量。 公式： 测定： 密度瓶法 t s s t V m （）毛体积密度 ： 定义：规定条件下，烘干岩石矿质实体包括孔隙 (开口、闭口孔隙 )体积在内的单位 毛体积 的质量。 公式： 测定： 量积法、水中称量法、蜡封法 b ins s

3、b VVV m （ 3）孔隙率 ： 定义：岩石孔隙体积占岩石总体积 (包括开口、 闭口孔隙体积 )的百分率 。 公式： 定义：岩石在规定条件下吸水的能力。 工程上常采用 吸水率 和 饱水吸水率 两项指 标表征。 吸水性越大，沥青粘附性越差。 2）吸水性 （ 1）吸水率： 定义：在规定条件下，岩石试样最大吸水质量 与烘干岩石试件质量的百分率。 %1 00m mm 1a 第二章 砂石材料 逐步加入水淹没石料 细砂 公式： 测定： 自由吸水法 （ 2）饱水吸水率： 定义： 在强制条件下，岩石试样最大吸水 质量与烘干岩石试件质量的百分率。 公式： %100m mm 2sa 第二章 砂石材料 加入水淹

4、没石料 细砂 抽真空 通常计算的饱和吸水率 吸水率 测定： 煮沸法、真空抽气法 吸水率与饱和吸水率之比称为 饱水系数 ，用 KW表示。 它是评价岩石抗冻性的一种指标。一般来说，岩石的 饱水系数为 0.5 0.8，饱水系数愈大，说明常压下吸水 后留余的空间有限，岩石愈容易被冻胀破坏，抗冻性差。 试件饱水， -15 冻 4h， 20 5 解冻 4h， 如此循环规定次数；测 定实验前后试件质量和 饱水抗压强度。 3）抗冻性 定义：岩石在吸水饱和状态下，经受规定次数的 冻融循环后抵抗破坏的能力。 %100m mmL 1 21 冻融质量损失 %100RRK 1 2 冻融系数 第二章 砂石材料 测定： 直

5、接冻融法、坚固性简易快速测定法 直接冻融法 硫酸钠浸泡 20h， 105 烘箱烘 4h，如此循环规定 次数；测定实验前后试件质 量。 评估岩石饱和硫酸钠多次浸泡与烘干循环后，不发 生显著破坏或强度降低的性能。 %100m mmL 1 21 j 有条件者均采用直接冻融 坚固性简易快速测定法 在不同的工程环境气候下，对岩石的抗冻性有不 同的要求。 公路工程岩石试验规程 （ JTG 41 2005）规定： 在 严寒 地区（最冷月的月平均气温低于 -15 ）岩 石的冻融循环次数为 25次； 在 寒冷 地区（最冷月的月平均气温低于 -15 - 5 ）为 15次； 寒冷、严寒地区应采用 直接冻融法 进行岩

6、石的抗 冻性试验。 对于桥涵工程用岩石， 公路圬工桥涵设计规范 （ JTG D61 2005）规定： 累年最冷月平均气温低于或等于 -10 的地区，所用的 石材抗冻性指标应符合表 1-2的要求，即试件在饱水状态下 经过 -15 的冻结与 20 的融化，达到表 1-2中所要求的冻融 循环次数后，无明显的损伤（裂缝、脱层），同时冻融系数 不低于 0.75，则认为抗冻性合格。 确定岩石等级的两项指标 抗压强度 和 磨耗性 1）单轴抗压强度 R ： 试验条件要求：试件形状、尺寸、吸水饱和、加荷速度等。 公式 ： 2）磨耗性 Q ： 岩石抵抗撞击、边缘剪力和摩擦的联合作用的性能；采用洛杉 矶磨耗试验测定

7、。 2、力学性质 A PR 1 0 0 1 21 m mmQ 磨 公式 ： (1) 岩石酸碱性： 酸性岩石： 65% SiO2含量 中性岩石： 65% 52% 碱性岩石： 4.75mm) 天然集料 砾石 (2 60mm) 人工集料 人工砂 ( 4.75mm(水泥混凝土中 )或 2.36mm(沥青 混合料中）的碎石、砾石。 细集料 ：指集料的粒径 4.75mm(水泥混凝土中 )或 2.36mm(沥青 混合料中）的天然砂、人工砂和石膏。 第二章 砂石材料 二、集料的技术性质 在计算粗集料的物理 常数时，不仅要考虑到粗 集料颗粒中的 孔隙 （开口 孔隙和闭口孔隙），还要 考虑颗粒间的 空隙 。 工程

8、中常用的粗集料密 度包括 表观密度、毛体积密 度、堆积密度 。 第二章 砂石材料 1、物理性质 1）物理常数 （一）粗集料的技术性质 矿质实体 m s m 0 m V s V n V V i 质量 m 体积 V V o 开口孔隙 闭口孔隙 空隙 V v （ 1）表观密度 ： 定义：规定条件（ 105 5 烘干至恒重）下， 单位表观体积 （包括集料矿质实体和闭口孔隙的体积） 的质量； 公式： 测定： 网篮法 ns sa VV m 第二章 砂石材料 a （ 2）毛体积密度 ： 定义：规定条件下， 单位毛体积 （包括矿质实体、 闭口和开口孔隙体积）的质量。 公式： 测定： 将已知质量的干燥粗集料经

9、24h饱水后，用湿 毛巾擦干而求得饱和面干质量。然后用排水法求得水 中的体积，即求得粗集料毛体积密度。 第二章 砂石材料 b （ 3）堆积密度 ： 定义： 单位体积 （包括矿质实体、闭口和开口孔 隙及颗粒间空隙体积）物质颗粒的质量。 公式： 按堆积的松紧程度不同分为： 自然堆积密度 振实堆积密度 捣实堆积密度 测定： 容量筒法 （ 4） 空隙率 n ： 定义：指粗集料颗粒之间空隙体积占粗集料总体 积的百分率。 公式： 区别： 空隙：指集料中颗粒间的空隙 孔隙：指单一石料中的孔隙 测定： 容量筒法 2）级配 定义：指粗集料中各组成颗粒的分级和搭 配，通过筛分试验确定。 有关参数： 分计筛余百分率

10、 累计筛余百分率 通过百分率 水泥混凝土用粗集料 干筛法 沥青混合料及基层用粗集料 水洗法 坚固性也称安定性，是指集料在自然风化和其他外 界物理化学因素作用下抵抗碎裂的能力。集料长期受到 各种自然因素的综合作用，其物理力学性能会逐渐下降。 自然因素主要包括温度变化、干湿变化和冻融循环等， 其中冻融循环的破坏作用占主导地位。 公路工程集料试验规程 （ JTG E42-2005）规定， 坚固性的检验采用 硫酸盐浸泡法 ：试样经饱和硫酸钠溶 液多次浸泡与烘干循环，承受硫酸钠结晶压，检验 5次循 环后试样的表面破坏情况，并用质量损失百分率来计算 其坚固性。 3）坚固性 2、力学性质 主要是压碎值、磨耗

11、率，其次是抗滑表层用 集料的三项试验，即磨光值、磨耗值和冲击值。 第二章 砂石材料 1)压碎值 指集料在逐渐增加的荷载下，抵抗压碎的能力。 2) 磨光值 压碎指标仪 测定方法：先将试样磨光，再测定摆值， 经换算后得磨光值 PSV 磨光值愈高，表示其抗滑性 愈 好 3）冲击值 抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能。 1001 mmAI V 4）磨耗值 指评定抗滑表层的集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。 磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差 沥青混合料中的细集料是指粒径 小于 2.36mm 水泥混凝土中的细集料是指粒径 小于 4.75mm 按来源砂可以分为： 天然砂 ：由岩石在自然条件下风化形成的。 （ 1）

12、河砂：性质较好，多用 （ 2）山砂：含泥量及有机杂质多 （ 3）海砂：混有贝壳和盐分等有害杂质 人工砂 ：由岩石轧碎而成的颗粒，表面有棱角，较洁 净，但价格较高，无特殊情况多不采用。 上述几种细集料中，一般工程上多使用 河砂 （二）细集料的技术性质 细集料的技术性质 物理性质 颗粒级配 粗度 1 0 0 Mma ii ii aaaA 21 ii Ap 100 用筛分法测定砂的级配 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 ) 筛分后，计算相关参数如下： （ 1） 分计筛余百分率 （ 2） 累计筛余百分率 （ 3） 通过百分率 级配 振筛机 1.37.3 xM 3.20.3 xM 6.12.2 xM 定义：评价砂粗细程度的一种指标，用 细度模数 表示。 砂的粗度分类： 细砂 粗砂 中砂 粗度 细度模数愈 大 表 示细集料愈 粗