2012-3-7第二章 砂石材

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1、1,第二章 砂石材料,砂石材料的技术性质及要求 集料技术性质 细集料的级配设计,杭州湾跨海大桥,2,第一节 砂石材料的技术性质及要求,一、砂石材料分类 二、岩石的技术性质 1、物理性质 2、力学性质 3、化学性质 三、道路和桥涵用岩石制品 四、石料技术要求,永吉桥,3,一、砂石材料分类,按来源分类 天然砂石材料：卵石、砾石、漂石；砂(海砂、河砂、山砂等) 人工轧制的砂石料：块料、碎石集料 工业冶金矿渣集料：钢渣、高炉渣、煤渣、粉煤灰等 按尺寸和用途分类 石料 集料：粗集料粒径d4.75mm 细集料粒径d4.75mm,4,二、岩石的技术性质,1、物理性质 （1）物理常数(如真实密度、毛体积密度和

2、孔隙率等) （2）吸水性（如吸水率、饱水率等) （3）耐候性(耐冻性、坚固性等),5,（1）物理常数,密度：岩石在规定条件(105土5烘干至恒重，温度20)下，单位真实体积(不含孔隙的矿质实体的体积)的质量。真实密度用t表示。 （2-1） 式中：t 岩石的真实密度 (gcm3) ； MS 岩石矿质实体的质量 (g)； VS 岩石矿质实体的体积 (cm3)。,6,（1）物理常数,毛体积密度：岩石在规定条件下，单位毛体积(包括矿质实体和孔隙体积)质量。毛体积密度用h表示： （2-2） 式中：h岩石的毛体积密度(gcm3)； Vi岩石开口孔隙和闭口孔隙的体积(cm3) Vn岩石开口孔隙和闭口孔隙的体

3、积(cm3),7,（1）物理常数,孔隙率：岩石的孔隙体积占其总体积的百分率 。 (1-3) 式中：P岩石的孔隙率() V0岩石的孔隙(包括开口和闭口孔隙)的体积(cm3) V 岩石的总体积( cm3),8,（2）吸水性,吸水率：岩石吸水率是指在室内常温(202)和大气压条件下，岩石试件最大的吸水质量占烘干(1055干燥至恒重)岩石试件质量的百分率。 W吸=（M2M1）/ M1100 (2-4) 式中：W吸 岩石吸水率() M1 岩石试件烘干至恒量时的质量(g) M2 岩石试件吸水至恒量时的质量(g),9,（2）吸水性,饱水率：岩石饱水率是在室内常温(202)和真空抽气(抽至真空度为残压267k

4、Pa)后的条件下，岩石试件最大吸水的质量占烘干岩石试件质量的百分率。 测定方法采用真空抽气法。因为当真空抽气后占据岩石孔隙内部的空气被排出，当恢复常压时，则水即进入具有稀薄残压的岩石孔隙中，此时水分几乎充满开口孔隙的全部体积，所以，饱水率大于吸水率。饱水率的计算方法与吸水率相同。,10,（3）耐候性,概述： 构件抵抗自然界暴露大气 圬工砌体水、温R低（冻胀） 测定方法：抗冻性、坚固性。,毛细孔的孔壁剥落,水 冰冻融循环,Na2SO4,抗压、抗拉、抗剪,11,抗冻性 定义：饱水，经反复冻融循环（正负温度交替强度降低、质量损失符合要求。 破坏现象：缺棱 掉角 松散 一次冻融循环：205、45小时

5、-15（毛细孔） 4小时 常温：融解 要求：一月份气温低于-10必作； 证明具有足够抗冻性的石料可不做。,不超过25%,不大于5%,（3）耐候性,12,（3）耐候性,坚固性：评定岩石试样经饱和硫酸钠溶液多次浸泡与烘干循环后，不发生显著破坏或强度降低的性质。 计算坚固性试验质量损失率： （2-5） 式中：Q冻 冻融后的质量损失率() m1 试验前烘干试件的质量(g) m2 试验后烘干试件的质量(g) 孔壁受到张应力（简易、快速）,5次,浸泡20h,13,2、力学性质,（1）单轴抗压强度 标准尺寸： 桥梁工程边长702mm 立方体 路面工程边长502mm 立方体（圆柱体） 条件：吸水饱和公式： （

6、影响因素组成结构和试验条件）,极限破坏荷载,公式：,受压面积,单位：MPa,14,影响石料抗压强度的因素,内因：材料的矿物成分 结构和构造 外因：试件尺寸 加荷速率 湿度等,15,2、力学性质,（2）磨耗性： 定义：石料抵抗撞击、剪切、摩擦综合作用的性能。 试验方法两种： 洛杉矶式磨耗试验（搁板式标准方法） 狄法尔式磨耗试验 （双筒磨耗）,16, 搁板式（洛杉矶法）：试样为5000g有级配的集料，加入钢球12个48mm， 5000g。转速3033r/min，转500转, 双筒式（狄法尔法）: 50块石料（5075mm），质量5000g左右，转速3033r/min，转10,000转（5.55.0

7、h） 磨耗率计算公式： 式中：m2试验后2mm筛上烘干石料试样质量； m1试验前烘干石料试样质量。,17,图1-3 双筒式磨耗仪示意图, 耗时长达5h以上 试件尺寸单一（5075mm），与路用实际情况不符合 石料间相互作用，不同性质石料的磨耗率相差不大,18, 省时：15min左右 使石料受到更严峻的冲击、剪切、摩擦作用，石料级差大 试样级配较符合路用状况,图1-4 搁板式磨耗仪示意图,19,3、化学性质,水泥与砂石 复合材料整体 沥青与砂石 要求：碱性、酸性（面层） 1）依据：SiO2含量确定酸碱性 酸性 65% （花岗岩） 中性52%65%（辉绿岩） 碱性52% （石灰岩）,20,三、道路

8、和桥涵用岩石制品,1、道路路面建筑用岩石制品 包括直接铺砌路面面层用的整齐块石、半整齐块石和不整齐块石三类；用作路面基层用的锥形块石、片石等。 高级铺砌用整齐块石 路面铺砌用半整齐块石 铺砌用不整齐块石 锥形块石,21,2、桥梁建筑所用岩石主要制品 片石 块石 方块石 粗料石 细料石 镶面石,赵州桥,22,四、石料的技术要求,技术分级：路用石料按技术性质分为四级 名称：按造岩矿物成分、含量及组织结构命名。 在饱和水状态下的力学性质分为四级： 最坚强 坚强 中等坚强 较弱软 主要力学性质：抗压强度、磨耗率。,23,第二节 集料技术性质,一、细集料的技术性质 1、物理常数 2、级配 3、粗度 4、

9、含泥量和泥块含量,24,产源： 天然砂山砂、河砂、 人工砂提高粘结力 废 料废模型砂 （砂细碎如砂的物质，砂砾） （沙极细碎的石砾，沙漠、风沙）,骨架和填充作用,考虑：产源、粒径、物理、酸碱性、级配,总结：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。,一、细集料的技术性质,25,1、物理常数（同粗集料） 分析：与粗集料不同点粒径小、 量少； 要求干净的（含泥量、杂质量、有机质）,2、级配：是砂各级粒径颗粒的分配情况。 方法：采用筛析法（圆孔筛一套标准筛） 分析：级配目的：提高密实（耐久性好） 细度模数目的：控制抗折强度、节约 水泥 总结：砂子的

10、级配两方面控制。同时满足要求。,26,（旧筛方孔）5.0 mm4.75mm （新） 2.5 mm 2.36mm 1.25 mm1.18mm 0.63 mm0.6mm 控制粒径 0.315 mm0.3mm 0.16 mm0.15mm 筛底0.16 筛底,2、级配,总称量500g,筛析法：一套标准筛。,0.6mm 粒径的含量决定它的区间。,27,有关级配的重要参数,存留量 ：mi； 总量：M=500g,分计筛余百分率,累计筛百分率,通过百分率,目的：求100g砂中各筛上存留量。,28,砂子筛析试验,29,粗砂,中砂,细砂,标准砂,水泥混凝土组成材料用,测水泥胶砂 强度用,30,3、粗度：粗度是评价

11、砂粗细的一种指标。用细度模数表示，是各号筛的累计筛余百分率之和除以100之商。,规定：砂的细度模数分为三级。 MX =3.73.1 粗砂 MX =3.02.3 中砂 MX =2.21.6 细砂,“%”不代入计算,A1：不是砂子,公式：,31,（1）细度模数水泥裹覆着集料平均粒径组成; 分析： 粒径差太大，拌合困难； 粒径差太小，细小颗粒多受力易断裂； 细级料粒径过小，表面积大，浪费水泥； 完全是一种颗粒的砂，密实度不够。 还必须考虑颗粒的级配。,总结（一）,问题：粗、中、细砂如何确定？ 砂的粗细程度确定的指标有哪两项？,32,例：集料粒径从大变小，总表面积增大。,设正方体边长为10cm， 那么

12、它的表面积为： S1=10106=600cm2,该正方体一分为二， 那么它的总表面积为： S2=10104+1058 =800cm2,33,正方体一分为四。 那么它的总表面积为： S3=10516+558 =1000cm2,正方体一分为八。 那么它的总表面积为： S4=5548=1200cm2,总结：相同体积的集料粒径变小， 总表面积增大。,34,（2）颗粒级配： 砂子级配好密实耐久性好强度高。混凝土用砂的级配按建筑用砂（GB/T 146842001）的规定划分为三个级配区有：粗砂、中砂、细砂。完全粗的不行，小颗粒的也需要。要符合2-3规定。 从级配来说，就是填满骨架的空隙。,总结（二）,35

13、,砂的分区及级配范围 表2-3,说明：区砂属于粗砂采用较区大的砂率（不易捣实）；区砂属于中砂由中砂和一部分偏粗砂的细砂组成； 区砂属于细砂采用较区小的砂率（易捣实）。,36,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100,累 计 筛 余 百 分 率 (%),上限,下限,P62控制粒径,偏粗,偏细,中砂区,砂样,37,粗砂区,细砂区,规定：必须同时满足级配和Mx两项指标。,砂样,砂样,38,注 意,砂样的曲线完全在标准区间之内，且Mx符合规定二者统一，如：都属于二区，该项砂是中砂； 除4.75mm和0.60mm筛孔外,允许超出分界线，但其总量不应大于5%； 如何选择细集料属于哪

14、个级配区？ 先计算细度模数，但超出量符合规定，来确定。 若有一方面不符合规定，该集料不符合要求。 若给定的集料不符合规定，可取用二种以上集料组合级配，直到符合要求为止。 集料一定要干净，符合有害杂质含量的规定。,39,4、含泥量和泥块含量,泥块含量：指细集料中原尺寸大于1.18mm，但经水浸洗、手捏后小于0.60mm的颗粒含量。 集料中的泥块（三种类型存在）： 由纯泥组成的团块； 由砂、石屑与泥组成的团块； 包裹在集料颗粒表面的泥。 含泥量是指集料中粒径小于0.075mm的颗粒含量。 石粉含量是指人工砂中小于0.075mm的颗粒含量。,40,计算公式： 式中：Qb集料的含泥量（%）； G1细集

15、料为1.18mm筛上试样的质量（g）； G2细集料为1.18mm筛上试样经水洗后，细 集料为0.6mm筛上烘干试样的质量（g）。,41,砂子类别确定的设计步骤,例：已知砂子筛分的存留量 设计步骤： 计算分计筛余量 计算重要参数： 计算累计筛余量 计算通过百分率 计算细度模数（结果） 用标准级配确定砂子的级配范围（结果） 结论（根据细度模数和级配范围）。,42,例 题,某工地现有水泥混凝土用砂取500g做筛分试验,筛分结果如下表所示。计算该砂样的规格和类别。,（1）列表计算,43,（2）计算细度模数MX,MX=2.05 介于2.21.6之间， 由细度模数判别该砂的规格为细砂。,44,（3）确定砂子的类别,画标准级配图,在标准级配区内画出砂样。,由级配类别知：该砂属于细砂。,结论：由细度模数和级配二项指标确定该砂为细砂。,步骤：,45,课堂练习,某砂筛分试验结果如下表，试计算其累计筛余及细度模数，并画出级配曲线。,46,二、粗集料的技术性质,1、物理常数 密度：表观密度、毛体积密度、装填密度 装填密度 堆积（松装）密度集料按自