道路建筑材料第一章砂石材料

第一章砂石材料王爱国材料与化学工程学院无机非金属系知识教学点和学习要求知识教学点砂石材料的技术性质和技术要求(石料和集料)矿质混合料的级配理论和组成设计方法学习要求了解并掌握砂石材料的技术性质和技术要求掌握级配理论和组成设计方法，会用图解法和试算法设计矿质混合料的配合比第一节砂石材料的技术性质砂石材料按形状分类1）块状石料：简称石料2）粒状石料：简称集料，又按大小分为：A、粗集料：如碎石、卵石B、细集料：如砂、C、石屑砂石材料按来源分类A、天然石料B、人工轧制的集料C、工业冶金矿渣第一节砂石材料的技术性质石路面中国现存最早，并且保存良好的是隋代赵州安济桥又称赵州桥。桥为敞间圆弧石拱，净跨37.02m。第一节砂石材料的技术性质第一节砂石材料的技术性质碎石砂工业废渣骨料封闭孔隙（体积为）Vn)开口孔隙（体积为Vi）固体物质（体积为Vs）孔隙体积：V0=Vi+Vn材料在自然状态下总体积V=Vs+V0（一）石料的技术性质1.石料内部组成结构：A.矿质实体B.开口孔隙C.闭口孔隙石料组成结构外观示意图一、石料的技术性质与技术要求2、物理性质：包括物理常数、吸水性和耐久性1）物理常数意义：表征石料的内部组成结构，并间接反映物理力学特性，也是混合料组成设计计算时的重要原始资料。指标：真实密度、毛体积密度和空隙率（一）石料的技术性质1）物理常数—真实密度（密度）定义：是指在规定条件下，烘干石料矿质单位真实体积（不含开口孔隙和闭口孔隙的体积）的质量。测试方法：煮沸法和真空抽气法（一）石料的技术性质—物理性质JGJE41-2005《公路工程石料试验规程》中的T0203-20051）物理常数—毛体积密度定义：是指在规定条件下，烘干石料矿质单位毛体积（包含矿质实体和孔隙的体积）的质量。测试方法：量积法、水中测量法和蜡封法（一）石料的技术性质—物理性质JGJE41-2005《公路工程石料试验规程》中的T0204-20051）物理常数—孔隙率定义：一般提到的岩石孔隙率是指总孔隙率，总孔隙率是指是指孔隙体积(开口+闭口)占总体积的百分率。测试方法：石料孔隙率一般不能实测，可根据岩石的真实密度和毛体积密度计算。（一）石料的技术性质—物理性质例1：经试验测得某石料试样在空气中重80g，封蜡后空气中重86g，水中重48g，孔隙率为11%。试计算该试样的毛体积密度是多少？真实密度是多少？(蜡的密度为0.93g/cm3)解：V=(86-48)/1-(86-80)/0.93=38-6/0.93=31.55cm3真实密度、毛体积密度与孔隙率之间的关系M=80gVs=(1-P)×V=0.89×31.55=28.1cm3=80/28.1=2.84g/cm3=2.54g/cm3stvsm2）吸水性定义：是指石料在规定条件下吸入水分的能力。意义：有效的反映石料微裂纹的发育程度，用于判断石料的抗冻和抗风化性能。指标：吸水率、饱和吸水率和饱水系数吸水率是指在规定条件下，试件最大吸水质量与烘干石料试件质量之比。（测试方法：将已知质量的干燥试件逐层加水至浸没，用自由吸水法测定其吸水后的质量）饱和吸水率是指在强制条件下，石料试件最大吸水质量与烘干试件质量之比。（测试方法：将已知质量的干燥试件用煮沸法和真空抽气法强制饱水，测定其饱水后的质量）（一）石料的技术性质—物理性质JGJE41-2005《公路工程石料试验规程》中的T0205-20052）吸水性吸水性—饱水系数定义：岩石吸水率与饱和吸水率之比（0.5~0.8）。意义：一般来说，石料的饱水系数越大，常压下吸水后留余的空间就越少，岩石越容易被冻胀破坏，其抗冻性就越差。吸水性—影响因素影响因素：孔隙大小、孔隙构造特征规律：一般来说，孔隙结构相同的石料，孔隙率越大，吸水率越大；表观密度越大的石料，孔隙越小，吸水率也越小；（一）石料的技术性质—物理性质3）耐久性（原耐候性）定义：是指石料承受干湿、冻融等环境条件及交通条件的变化不老化、不劣化的抵抗能力。检测试验：T0241-1994抗冻性试验：石料在浸水条件下，经多次冻结与融化作用后测定试件的质量损失以及单轴饱水抗压强度的变化。（指标：冻融系数、质量损失率和外观变化）T0241-1994坚固性试验：石料经多次饱和硫酸盐溶液浸泡与干燥作用后，测定试样质量损失的变化。(指标：质量损失率)（一）石料的技术性质—物理性质JGJE41-2005《公路工程石料试验规程》技术指标：单轴抗压强度、单轴压缩变形、劈裂强度、抗剪强度、点荷载强度和抗折强度，以及抗压碎、抗冲击、抗磨光和抗磨耗等性能。关键指标：单轴抗压强度和抗磨耗性（一）石料的技术性质—力学性质JGJE41-2005《公路工程石料试验规程》1）单轴抗压强度（T0221-2005）意义：反映石料力学性能的重要指标。测试方法：将石料制成规定标准试件，饱水后处理后用万能试验机（或压力试验机），使试件在按规定加载条件下单轴受压，直至到达极限破坏时的单位承压面积强度。（一）石料的技术性质—力学性质2）单轴压缩变形（T0222-2005）意义：测定岩石试件在单轴压缩应力条件下的轴向及径向应变值，据此计算岩石的弹性模量和泊松比。测试方法：将石料制成规定圆柱体标准试件后采用电阻应变仪或千分表进行测定。（一）石料的技术性质—力学性质3）劈裂强度（T0223-1994）意义：岩石的抗拉能力较弱，并且在工程实践中拉断破坏是工程岩体的主要破坏方式之一，因此需对其进行测定。测试方法：将圆柱体石料试件置于万能试验机上，采用劈裂法在规定条件下加压，直至试件劈裂破坏。（一）石料的技术性质—力学性质4）抗剪强度（T0224-2005）意义：抗剪强度是指石料在剪切面上所能承受的极限剪应力，它是岩体基础设计的基本参数。测试方法：利用直剪仪对岩石试件施加法向荷载和剪切荷载直至试件破坏，并观察破坏形状。（一）石料的技术性质—力学性质5）点荷载强度（T0225-1994）意义：点荷载强度反映了石料各向异性的特点，为岩体分级和抗拉强度计算提供设计参数。测试方法：将岩石钻芯取样，利用点荷载试验仪对岩芯试样进行径向和轴向加载直至破坏，以点荷载强度指数表征。（一）石料的技术性质—力学性质6）抗折强度（T0226-1994）意义：抗折强度是石料在荷载作用下受弯至折断时的极限弯曲应力，它评价岩石板材、条石基础和条石路面等建材的主要力学指标。测试方法：将石料制成规定的标准长方体试件，并在规定条件下施加荷载直至试件折断破坏。（一）石料的技术性质—力学性质3）化学性能—酸碱性决定因素：氧化硅和氧化钙在岩石组份中比例的多少决定了石料的酸碱性。分类：①酸性岩SiO265%（例花岗岩、石英岩等）②中性岩SiO2含量在52%~65%③碱性岩SiO252%（例石灰岩、玄武岩等）意义：石料与沥青的粘接性能不良而造成的沥青混合料剥离是沥青路面常见的破坏形式之一。试验方法：水煮法或水浸法（一）石料的技术性质—化学性质工程实际中所采用的石料必须满足一定的技术要求，该要求就是石料的技术标准。标准制定思路是：首先根据石料所属岩石类型，将石料分成四大类——岩浆岩、石灰岩、砂岩或片麻岩以及砾岩；再依据石料物理-力学性能将每种类型岩石划分成四个等级。其中：I级—最坚强的岩石；II级—坚强的岩石；III级—中等强度岩石；IV级—较软的岩石。（一）石料的技术要求（一）石料的技术要求—技术标准（一）道路用石料制品分类？（二）桥梁建筑用主要岩石制品有那些？第二节道路和桥涵用石料制品（自学）第三节集料的技术性质概述：笼统的说集料就是粒状石质材料。包括天然砂、人工砂、卵石、碎石，另有工业冶金矿渣。1.集料分类根据集料形成的过程不同，分为卵石（又称砾石）和碎石；根据粒径大小的不同，分为粗集料和细集料。2.粗细集料粒径的界限水泥混凝土用集料的粗细界限尺寸为4.75mm，沥青混合料用集料粗细界限尺寸为2.36mm。大于或等于该尺寸的颗粒为粗集料，余为细集料。3.最大粒径这是一个较为重要但又容易引起混淆的概念，集料的最大粒径这一概念由两个不同定义构成，即集料最大粒径和集料公称最大粒径。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。这两个定义涉及的粒径有着明显区别，通常集料公称最大粒径比最大粒径要小一个粒级。但在实际使用过程中、甚至在一些书本资料上也经常不加严格区别，容易引起混淆。实际上工程中所指的最大粒径往往是指公称最大粒径，这一点在今后的应用中要加以区分。第三节集料的技术性质（一）粗集料的技术性质路用粗集料的物理性质：物理常数（表观密度、毛体积密度、堆积密度及空隙率等）、级配和坚固性。路用粗集料的力学性质：压碎性磨光性冲击性磨耗性（一）粗集料的技术性质—物理性能（1）物理常数—表观密度定义：是指在规定条件下，烘干石料矿质单位表观体积（含括矿物实体和闭口孔隙体积）集料的质量。测试方法：网篮法JGJE42-2005《公路工程集料试验规程》中的T0304-2005（一）粗集料的技术性质—物理性能（1）物理常数—毛体积密度定义：是指在规定条件下，单位毛体积（含括矿物实体、开口孔隙体积和闭口孔隙体积）的质量。测试方法：容量瓶法JGJE42-2005《公路工程集料试验规程》中的T0308-2005（一）粗集料的技术性质—物理性能（1）物理常数—堆积密度及空隙率堆积密度：在一定条件下(自然堆积、振实和捣实)，单位体积(包括矿物实体、开口孔隙体积、闭口孔隙体积及颗粒间空隙体积)集料的质量。空隙率：集料在某种装填状态下的空隙体积（含开口隙）占装填体积的百分率。封闭孔隙（体积为Vn)开口孔隙（体积为Vi）固体物质（体积为Vs）孔隙体积：V0=Vi+Vn材料在自然状态下总体积V=Vs+V0复习stVmnshVVminshVVVm%100)1(thinvVvvP石料组成结构外观示意图孔隙：矿物之间的空间—Vn+Vi空隙：集料颗粒之间的空间—Vv颗粒之间的空间体积集料的体积组成复习⑴密度：表观密度、毛体积密度、堆积密度堆积密度①自然堆积状态下的堆积密度②振实状态下的堆积密度③捣实状态下的堆积密度⑵空隙率VG：集料空隙体积占集料总体积的百分比——不含开口孔隙——含开口孔隙vinssfVVVVm%100)1(hfGV%100)1(hfGV颗粒之间的空间体积（一）粗集料的技术性质—物理性能（2）级配定义：是指集料中各种粒径颗粒的搭配比例或分布情况。意义：级配对水泥混凝土及沥青混合料的强度、稳定性及施工和易性有着显著的影响。测定：筛分析试验沥青路面及各类基层集料用标准筛均以方孔筛为准（相应的筛孔尺寸依次为75mm、63mm、53mm、37.5mm、31.5mm、26.5mm、19mm、16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm），前期水泥混凝土路面使用的是圆孔筛（相应筛孔尺寸依次为100mm、80mm、63mm、50mm、40mm、31.5mm、25mm、20mm、16mm、10mm、5mm、2.5mm、1.25mm、0.63mm、0.315mm、0.16mm、0.075mm），原规程保留了方孔筛和圆孔筛两种筛孔，但在实际使用过程中两套筛孔易使试验人员在操作上引起混乱。目前，所有试验规程中的集料全部统一为方孔筛规格。（一）粗集料的技术性质—物理性能（一）粗集料的技术性质—物理性能（3）坚固性根据JGJE42-2005《公路工程集料试验规程》中T0314-2005粗集料坚固性试验规定，选取规定数量，分别装在金属网篮中浸入饱和硫酸钠溶液中进行干湿循环试验，经5次循环次数后，观察其表面破坏情况，并用质量损失百分率来计算其坚固性（也称安定性）。压碎值：集料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力。衡量集料强度的相对指标，以鉴定集料品