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第二章第二章 砂石材料砂石材料砂石材料的技砂石材料的技术性质及要求术性质及要求集料技术性质集料技术性质细集料的级配细集料的级配设计设计杭州湾跨海大桥第一节第一节 砂石材料的技术性质及要求砂石材料的技术性质及要求n一、砂石材料分类一、砂石材料分类n二、岩石的技术性质二、岩石的技术性质n三、道路和桥涵用岩石制品三、道路和桥涵用岩石制品n四、石料技术要求四、石料技术要求永吉桥 一、砂石材料分类一、砂石材料分类二、岩石的技术性质二、岩石的技术性质1 1、物理性质、物理性质（1 1）物理常数物理常数(如真实密度、毛体积密度和如真实密度、毛体积密度和孔隙率等孔隙率等)（2 2）吸水性吸水性（如吸水率、饱水率等（如吸水率、饱水率等)（3 3）耐候性耐候性(耐冻性、坚固性等耐冻性、坚固性等)（1 1）物理常数）物理常数 密度：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)。ss=VM（1 1）物理常数）物理常数 毛体积密度：毛体积密度：岩石在规定条件下，单位毛体积岩石在规定条件下，单位毛体积(包包括矿质实体和孔隙体积括矿质实体和孔隙体积)质量。毛体积密度用质量。毛体积密度用h h表表示：示：（2-22-2）式中：式中：h h岩石的毛体积密度岩石的毛体积密度(g(gcmcm3 3)；V Vi i岩石开口孔隙和闭口孔隙的体积岩石开口孔隙和闭口孔隙的体积(cm(cm3 3)V Vn n岩石开口孔隙和闭口孔隙的体积岩石开口孔隙和闭口孔隙的体积(cm(cm3 3)shsinmMVVVV（1 1）物理常数）物理常数孔隙率：孔隙率：岩石的孔隙体积占其总体积的百分率岩石的孔隙体积占其总体积的百分率 。(1-3)(1-3)式中：式中：P P岩石的孔隙率岩石的孔隙率()V V0 0岩石的孔隙岩石的孔隙(包括开口和闭口孔隙包括开口和闭口孔隙)的体的体积积(cm(cm3 3)V V 岩石的总体积岩石的总体积(cm(cm3 3)01100htVPVp（2 2）吸水性）吸水性 吸水率：吸水率：岩石吸水率是指在室内常温岩石吸水率是指在室内常温(20(20 2)2)和大和大气压条件下，岩石试件最大的吸水质量占烘干气压条件下，岩石试件最大的吸水质量占烘干(105(105 55干燥至恒重干燥至恒重)岩石试件质量的百分率。岩石试件质量的百分率。W W吸吸=（M M2 2M M1 1）/M/M1 1100 (2-4)100 (2-4)式中：式中：W W吸吸 岩石吸水率岩石吸水率()M M1 1 岩石试件烘干至恒量时的质量岩石试件烘干至恒量时的质量(g)(g)M M2 2 岩石试件吸水至恒量时的质量岩石试件吸水至恒量时的质量(g)(g)（2 2）吸水性）吸水性 饱水率：饱水率：岩石饱水率是在室内常温岩石饱水率是在室内常温(20(20 2)2)和真空和真空抽气抽气(抽至真空度为残压抽至真空度为残压2 267kPa)67kPa)后的条件下，岩后的条件下，岩石试件最大吸水的质量占烘干岩石试件质量的百分率。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。水率的计算方法与吸水率相同。（3 3）耐候性）耐候性n概述：概述：n构件构件抵抗自然界暴露大气抵抗自然界暴露大气n圬工砌体圬工砌体水、温水、温RR低（冻胀）低（冻胀）n测定方法：抗冻性、坚固性。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、抗剪抗冻性抗冻性定义：定义：饱水，经反复冻融循环（正负温度交替强度饱水，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。降低、质量损失符合要求。破坏现象：破坏现象：缺棱缺棱 掉角掉角 松散松散一次冻融循环：一次冻融循环：202055、4 45 5小时小时 -15-15（毛细孔）（毛细孔）4 4小时小时 常温：融解常温：融解要求：要求：一月份气温低于一月份气温低于-10-10必作；必作；证明具有足够抗冻性的石料可不做。证明具有足够抗冻性的石料可不做。不超过25%不大于5%（3 3）耐候性）耐候性（3 3）耐候性）耐候性坚固性：坚固性：评定岩石试样经饱和硫酸钠溶液多次浸泡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。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：计算坚固性试验质量损失率：（2-52-5）式中：式中：Q Q冻冻 冻融后的质量损失率冻融后的质量损失率()m m1 1 试验前烘干试件的质量试验前烘干试件的质量(g)(g)m m2 2 试验后烘干试件的质量试验后烘干试件的质量(g)(g)|孔壁受到张应力（简易、快速）孔壁受到张应力（简易、快速）121m-mQ=100m冻5次浸泡20h2 2、力学性质、力学性质（1 1）单轴抗压强度）单轴抗压强度标准尺寸：标准尺寸：桥梁工程桥梁工程边长边长70702mm 2mm 立方体立方体路面工程路面工程边长边长50502mm 2mm 立方体（圆柱体）立方体（圆柱体）条件：条件：吸水饱和吸水饱和公式：公式：（影响因素（影响因素组成结构和试验条件）组成结构和试验条件）ma x0s cffA极限破坏荷载公式：受压面积单位：MPa影响石料抗压强度的因素影响石料抗压强度的因素内因：材料的矿物成分内因：材料的矿物成分 结构和构造结构和构造外因：试件尺寸外因：试件尺寸 加荷速率加荷速率 湿度等湿度等2 2、力学性质、力学性质 搁板式（洛杉矶法）：试样为搁板式（洛杉矶法）：试样为5000g5000g有级配的集料，有级配的集料，加入钢球加入钢球1212个个48mm48mm，5000g5000g。转速。转速303033r/min33r/min，转转500500转转%100121abmmmQ 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（5.55.0h）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。图图1-3 1-3 双筒式磨耗仪示意图双筒式磨耗仪示意图 耗时长达耗时长达5h5h以上以上 试件尺寸单一（试件尺寸单一（505075mm75mm），与路用实际情况不符合），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石料间相互作用，不同性质石料的磨耗率相差不大 省时：省时：15min15min左右左右 使石料受到更严峻的冲击、剪切、摩擦作用，石料级差大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试样级配较符合路用状况图图1-4 1-4 搁板式磨耗仪示意图搁板式磨耗仪示意图3 3、化学性质、化学性质n 水泥与砂石水泥与砂石 复合材料复合材料整体整体n 沥青与砂石沥青与砂石n要求：要求：碱性、酸性碱性、酸性（面层）（面层）n1 1）依据：）依据：SiOSiO2 2含量含量确定酸碱性确定酸碱性n 酸性酸性 65%65%（花岗岩）（花岗岩）n 中性中性52%52%65%65%（辉绿岩）（辉绿岩）n 碱性碱性52%52%（石灰岩）（石灰岩）三、道路和桥涵用岩石制品三、道路和桥涵用岩石制品1 1、道路路面建筑用岩石制品、道路路面建筑用岩石制品Y包括直接铺砌路面面层用的整齐块石、半整齐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。形块石、片石等。Y高级铺砌用整齐块石高级铺砌用整齐块石Y路面铺砌用半整齐块石路面铺砌用半整齐块石Y铺砌用不整齐块石铺砌用不整齐块石Y锥形块石锥形块石2 2、桥梁建筑所用岩石主要制品、桥梁建筑所用岩石主要制品片石片石块石块石方块石方块石粗料石粗料石细料石细料石镶面石镶面石赵州桥四、石料的技术要求四、石料的技术要求z技术分级：路用石料按技术性质分为四级技术分级：路用石料按技术性质分为四级z名称：按名称：按造岩矿物成分造岩矿物成分、含量含量及及组织结构组织结构命名。命名。z在饱和水状态下的力学性质分为四级：在饱和水状态下的力学性质分为四级：最坚强最坚强 坚强坚强 中等坚强中等坚强 较弱软较弱软z主要力学性质主要力学性质：抗压强度、磨耗率。：抗压强度、磨耗率。第二节第二节 集料技术性质集料技术性质一、细集料的技术性质一、细集料的技术性质 1 1、物理常数物理常数 2 2、级配级配 3 3、粗度粗度 4 4、含泥量和泥块含量含泥量和泥块含量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、细集料的技术性质一、细集料的技术性质 1 1、物理常数、物理常数（同粗集料）（同粗集料）分析：与粗集料不同点分析：与粗集料不同点粒径小、粒径小、量少；量少；要求要求干净的（含泥量、杂质量、有机质）干净的（含泥量、杂质量、有机质）2 2、级配、级配：是砂各级粒径颗粒的分配情况。：是砂各级粒径颗粒的分配情况。方法：采用筛析法（圆孔筛方法：采用筛析法（圆孔筛一套标准筛）一套标准筛）分析：级配分析：级配目的：提高密实（耐久性好）目的：提高密实（耐久性好）细度模数细度模数目的：控制抗折强度、节约目的：控制抗折强度、节约 水泥水泥 总结：砂子的级配两方面控制。同时满足要求。总结：砂子的级配两方面控制。同时满足要求。（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 2、级配、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。n存留量：mi；总量：M=500g分计筛余百分率 iima=100=100M筛 上 的 存 留 量总 量累计筛百分率126iAaaa 通过百分率1 0 0iipA目的：求100g砂中各筛上存留量。砂子筛析试验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3 3、粗度、粗度：粗度是评价砂粗细的一种指标。：粗度是评价砂粗细的一种指标。用细度模数表示，是各号筛的累计筛余用细度模数表示，是各号筛的累计筛余百分率之和除以百分率之和除以100100之商。之商。23456115100 xAAAAAAMA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：（1 1）细度模数）细度模数水泥裹覆着集料平均粒径组成水泥裹覆着集料平均粒径组成;分析：分析：粒径差太大，拌合困难；粒径差太大，拌合困难；粒径差太小，细小颗粒多受力易断裂；粒径差太小，细小颗粒多受力易断裂；细级料细级料粒径过小，粒径过小，表面积大，浪费水泥；表面积大，浪费水泥；完全是一种颗粒的砂，密实度完全是一种颗粒的砂，密实度不够不够。还必须考虑颗粒的级配。还必须考虑颗粒的级配。总结（一）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？例：集料粒径从大变小，总表面积增大。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正方体一分为四。正方体一分为四。那么它的总表面积为：那么它的总表面积为：S