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1、学 海 无 涯,砂石材料试验检测技术 一、砂石材料基本概念 砂石材料：是石料和集料(又称骨料)的总称。 石料分类：根据石料形成时的地质条件分成岩浆岩、沉积岩、 变质岩三大类。 集料的定义：在混合料中起骨架和填充作用的粒料。 标准筛：对颗粒性材料进行筛分试验用的符合标准形状和尺寸 规格要求的系列样品筛。 集料划分方法：（1）按集料形成过程：分为自然风化、地质作 用形成的卵石（砾石）和人工机械加工而成的碎石。（2）按粒径大小分 为粗集料和细集料（又称砂）。（3）按化学成分分为酸性集料和碱性集 料。 粗、细集料划分：水泥混凝土的分界尺寸是 4.75mm，沥青混合 料的分界尺寸为 2.36mm。 集料
2、最大粒径和公称最大粒径：公称最大粒径比最大粒径小一 个粒级。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筛余(筛余量不超 过 10%)的最小标准筛筛孔尺寸。实际上工程中所指的最大粒径往往是指 公称最大粒径。 二、石料 1真密度 ：石料在在规定试验条件下(温度 20)，单位真实体积 (不包括孔隙体积)的质量。 量纲为 gcm3。,1,学 海 无 涯,毛体积密度：石料在规定试验条件下，单位毛体积(包括矿质 实体和闭口、开口孔隙的体积)的质量。 孔隙率 P：石料孔隙体积占其总体积（即毛体积）的百分率。 吸水性：衡量一定条件下石料吸水能力
3、的大小称为石料的吸水 性。可用吸水率和饱水率两项指标表示。1）吸水率：石料在室温（20 2）和大气压条件下，石料试样最大吸水质量占烘干（1055） 石料试样质量的百分率。2)饱水率：石料在室温（202）和抽真空 （真空度残压为 2.67KPa)后的条件下，石料试样最大吸水量占烘干石料 试样质量的百分率。饱水率比吸水率大，饱水率的计算方法与吸水率相 似。 耐候性：石料在自然环境下的使用过程中，首先要承受周围环 境温度改变引起的温度应力作用，其次是承受因正、负气温的交替冻融 引起内部组织结构受到的破坏作用，评价石料这种抵抗自然破坏因素的 性能称为耐候性。该性能用抗冻性和坚固性两项指标来评价。 抗冻
4、性：石料抵抗多次冻融循环作用的性能称为抗冻性。该性质采 用一定条件下受测石料经历数次冻融循环过程后，其强度损失的百分率 (耐冻系数)来表示。 坚固性：石料抵抗多次由硫酸钠结晶膨胀循环后造成的破坏作用的 性能称为坚固性。由于硫酸钠从溶解的离子状态转化为结晶体，会产生 一定的晶胀作用，这类似于水在负温时结冰产生的冻胀作用，但晶胀的 作用程度要比冻胀作用更为显著。所以采用一定的试验方法，以检测石 料经历数次硫酸钠结晶产生的晶胀作用后其性能的变化程度(如质量损,2,岩石，3 级为中等强度的岩石，4 级为较软的岩石。 3,学 海 无 涯,失、强度降低等)，来作为石料坚固性的测定方法。 6力学性质：石料力
5、学性质主要采用石料抗压强度和磨耗性两项 指标来评价。 (1)单轴抗压强度：石料在饱水状态且几何尺寸为边长 50mm 的正立 方体在一定加载速率条件下的承载能力，来表示石料的单轴抗压强度 （MPa）。（最大荷载/受压面积）抗压强度越高，石料越好。 （2）磨耗性：磨耗性是石料抵抗撞击、剪切和摩擦等综合作用的 性能。通行的检测方法采用洛杉矶磨耗试验法。石料或水泥混凝土用粗 集料的磨耗率率=(m1-m2)/m1 ，m2 指试验后过 2mm 筛的筛余量（对于石料 或混凝土集料采用 2mm 筛，对于沥青混合料及基层采用 1.7mm 筛）。磨 耗率越大，抗磨耗性越差。 7化学性质 石灰岩石料与沥青拌和而成的
6、混合料在水稳性上要 比采用花岗岩石料与沥青拌和的混合料要好石灰岩是碱性岩，花岗岩 是酸性岩。公路工程上根据石料中氧化硅含量的多少，将其分成三种：,8石料分类：按矿物组成、成分含量和组织结构分为岩浆岩类、 石灰岩类、砂岩和片岩类、砾石类四种。按力学性质（饱水抗压强度和 洛杉矶杉矶耗率）划分为四个等级，1 级为最强的岩石，2 级为坚强的,学 海 无 涯,三、石料试验检测 (一 )1 石料的真密度试验步骤：测定在规定温度条件下，石料自身 单位体积的质量(体积中不包括石料内部的闭口孔隙和外部的开口孔 隙)，并结合石料毛体积密度的测定为计算石料的孔隙率提供依据。 2试验步骤 (1)过 0.25 筛，收集
7、备用。(2)取大约 lOOg 的石粉在 1055烘箱 中加热 6-12h，冷却至室温待用。(3)煤油注入李氏比重瓶至刻度线内(瓶 颈凸包下部)，在恒温水浴中保持恒温半小时后，取出比重瓶，以弯液 面下沿为准，读取煤油所处刻度 V1，准确至 O05mL(下同)。 (4)从干燥器中取出备用粉状石料样品，在天平上准确称出盛样器 皿和样品总质量 m1，精确至 0001g(下同)。(5)用牛角勺仔细地把石 粉样品通过长颈漏斗装入比重瓶中，装填过程中避免石粉粘在瓶颈处。 当煤油液面厂升至接近最大刻度处，装填过程结束。先小心晃动比重瓶， 将少量粘附在瓶颈上的样品带人瓶中，再挥动比重瓶排出瓶中带进的空 气。然后
8、再一次将比重瓶置于恒温水浴中保持恒温半小时，取出读取第 二次煤油所处刻度，记作 V2。 (6)将剩余样品连同盛样皿一起在天平上 称出质量，记作m2： 试验结果计算结果计算精确至 0.01g,Cm3，以两 次平行试验结果的算术平均值作为测定值；两次试验结果相差大于 0.02 时，应重新取样试验。 注意:装填结束要注意彻底排出瓶中空气，如需要可通过减压抽,真空的方式排气。,4,面积。,5,学 海 无 涯,（二）石料毛体积密度试验(静水称重法) (1)将待测石料通过切石机或钻石机制成边长 50mm 的立方体试件或 直径和高均 50mm 的圆柱体试件，并用磨平机加工磨平。也可用小锤将 石料打成粒径约
9、50mm 的不规则形状的试件至少 3 块，洗净编号备用。 试件在烘箱中加热烘至恒重，经干燥器中冷却至室温后，在天平上称出 待测试件在空气中的质量，精确至 001g。 (3)将试件放人盛水容器中， 通过逐步加水的过程浸泡试件，时间持续约 6h，并维持浸泡状态 48h， 确保试件达到充分吸水程度。(4)采用静水天平称出试件吸饱水后在水 中质量m1。然后取出已吸饱水的试件，用毛巾擦干试件表面水分后，立 即称出饱水状态时的质量 m2。（5）试验结果计算 h =m/v v=( m2- m3 1)/（水的密度 lgcm ） 计算结果对于材质均匀的石料，取 3 个试 件测试结果的平均值；不均匀的石料分别记录
10、最大和最小值。结果计算 精确至 001 gm3。（6）注意: （三）石料的饱水抗压强度 测定石料在饱水状态下极限受压承载能力，求得其抗压强度用于评 定石料强度等级 (1)采用切石机或钻石机切割并用磨平机加工磨平的边长 50mm 正 立方体或直径与高均为 50mm 的圆柱体试件，mm 上、下端面相互平行。 每组 6 个 。 (2)用游标卡尺测量尺寸，精确至 o1mm。对于立方体试 件，以两个底面相互平行的两条边长的算术平均值计算其受压面积；对 于圆柱体试件，以两个底面各自相互正交直径的算术平均值计算其受压,配：集料各组成颗粒的分级和搭配状况称为级配。坚固性：表征材料耐 6,学 海 无 涯,(3)
11、将试件编号后放入盛水容器中进行饱水处理，即三次分步加 水，每次间隔 2h，直至高出试件 20nm，浸泡时间不少于 48h。(4)取出 试件，擦干表面水分，观察有无表面缺陷。在压力机上按 0.51MPa 的 速率均匀加载。4结果计算MPa:=破坏荷载 N/受压面积 MM. （6）取 6 个试件计算结果的平均值作为测定值，如 6 个试件中 2 个与其他 4 个试件平均值相关 3 倍以上，则取相近的 4 个算术平均值作 为测定值。 (5)对于具有显著层理的石料，其抗压强度应为垂直层理和平行层 理两种抗压强度的平均值。 （四）洛杉矶磨耗试验：钢球放入后，设定转动次数 500 转。（详 见十二） 四、粗
12、集料的技术性质 1、粗集料物理性质：(1)物理常数（密度、空隙率）。（2）级配（3） 坚固性 表观密度（视密度）a：指粗集料在规定条件下单位表观体积（指 矿质实体体积和闭口孔隙体积之和）里的质量。毛体积密度h：指在规 定条件下，粗集料毛体积（指集料自身实体体积、闭口孔隙体积和开口 孔隙之和）里的质量。堆积密度f：粗集料按一定方式装填于容器中， 包括集料自身实体体积、孔隙（闭口孔隙体积和开口孔隙之和）以及颗 粒之间的空隙体积在内的单位体积下的质量。空隙率：粗集料按照一定 方式堆积时，空隙体积占试样总体积的百分率 VV=(1-f/a)*100% 级,学 海 无 涯,候性。 2、粗集料力学性质：主要
13、有抗压碎能力、磨耗性（与石料的一致， 指标为磨耗率；同时包括高等级公路抗滑表层用粗集料专用指标磨光 值、磨耗值、冲击值）。压碎值：指在连续施加荷载的试验条件下，集 料抵抗被压碎的能力，评价其相对承载能力。压碎值越大，集料抗压碎 能力越差。磨光值：耐磨光性，以满足长期使用时高速行驶车辆对路面 抗滑的要求。用石料的磨光值（PSV）来表示，磨光值越高，抗滑性越 好。冲击值： 车辆在高速行驶过程中急刹车或车辆产生颠簸时，对路 面产生冲击作用，集料抵抗连续重复冲击荷载作用的性能称为冲击韧 性。用集料冲击值（AIV）表示。冲击值越小，表示集料的抗冲击性能 越好。磨耗值：评定抗滑表层中的集料抵抗车轮磨耗的能
14、力。采用道瑞 磨耗试验机测定的集料的磨耗值（AAV）。磨耗值越小，表示抗磨耗性越 好。 五、细集料的技术性质 1 物理常数：包括密度、空隙率等。2 级配：通过筛分试验确定细 集料颗粒的粒级分布状况，称为级配。3 粗度：是评价细集料粗细程度 的一种指标， 通常用细度模数f 表示。特细砂f=0.7-1.5 细砂f=1.6 2.2 中砂f=2.33.0 粗砂f=3.13.7,2 细度模数计算：,7,六、集料的技术要求（复印 155 页） 七、粗集料表观密度试验步骤： 1试验目的：测定粗集料多种形式的密度，包括表观(相对)密度、,8,学 海 无 涯,表干(相对)密度、毛体积(相对)密度等，为计算空隙率
15、和混合料配合比 设计提供依据。 3试验方法和步骤 (1)将待测试样用 4.75mm 的方孔筛或 5mm 的圆孔筛过筛，然后用 四分法缩分成所需的质量，留两份待用。针对沥青路面用粗集料，应对 不同规格的集料分别测定，并要求每份试样保持原有的级配。(2)将待 测试样浸泡水中一段时间后，小心漂洗干净，漂洗时防止颗粒损失。(3) 取一份试样放入盛水器皿中，注入清水，高出试样至少 20mm，搅动石料， 排除其上的气泡。在室温下保持浸水 24h。(4)将吊篮浸入溢流水槽中， 控制水温在 15-25的范围。水槽的水面高度由溢流口调节，试验过程 始终保持在同一位置。天平调零。(5)将试样转入吊篮，在水面维持不
16、 变的状态下，称取集料在水中的质量(mw)。（6)提起吊篮稍加滴水后，将 试样全部倒入瓷盘或直接倒在拧干的湿毛巾上。用拧干的湿毛巾轻轻擦 拭集料颗粒表面的水，直到表面看不到发亮的水迹，使石料处在饱和面 干状态；当集料颗粒较大时，也可逐颗擦干。整个过程不得有试样颗粒 丢失。(7)立即在天平上称出集料在饱和面干时的质量(mf)。(8)将称重 后的试样转入瓷盘中，放入 1055的烘箱中烘干至恒，取出在干燥器 中冷却至室温，称取试样的烘干质量(ma)。(9)每个试样平行试验两次， 取平均值作为试验的结果。ma 指集料烘干质量 mw 指集料水中质量 mf 指集料饱和面干质量。 表观相对密度a= ma/( ma- mw)，无量纲；表干相对密度s= mf/( ms- mw)，无量纲；,9,学 海 无 涯,毛体积相对密度b=ma/( mf- mw)，无量纲； 集料的吸水率 wx=（( mf- ma)/ma）100%，准确至 0. 01% 粗集料的表观密度a=a*t 或a=（a-T）*w 粗集料的表干密度s=s*t 或s=（s-T）*w 粗集料的毛体积密度bs=b*t 或b=（b-T）*w
