《建筑材料》第1章石料与集料

第1章石料与集料了解岩石矿物组成与分类；掌握石料与集料的技术性质（物理、力学、耐久性）和评价指标，以及主要检测方法；掌握矿质混合料的级配理论和级配曲线的绘制。

1.1 天然石料1.1.1岩石的矿物组成与分类岩石的组成单元，一定化学成分和一定结构特征的天然化合物或单质。

（附：7种重要矿物包括正长石、斜长石、石英、角闪石、辉石、橄榄石、方解石）举例比较：石英和方解石的不同特性（包括强度、硬度、耐久性）岩石性能同时取决于造岩矿物和成岩条件。

（火成岩、沉积岩和变质岩）（1）火成岩地壳深处岩浆侵入地壳内或喷出地表后冷却形成的岩石。

包括深成岩、喷出岩和火山岩深成岩——侵入地壳内缓慢冷却。

表现为全晶质粗粒结构，块状构造、致密举例：花岗岩、闪长岩、辉长岩、正长岩（硬度大、强度高、耐磨、耐久性好）喷出岩——喷出地表迅速冷却。

表现为细粒、隐晶质结构，斑状构造、疏松多孔举例：玄武岩、安山岩、流纹岩火山岩——空中急速冷却。

表现为玻璃体结构，多孔构造举例：火山灰、浮石、火山凝灰岩（2）沉积岩地表岩石在自然或生物破坏变成碎屑后经水流风力搬运沉积形成的岩石。

其性能与颗粒物质和胶结物密切相关。

举例：石灰岩、砂岩、页岩（密度小、强度较低、耐久性较差）（3）变质岩原生火成岩或沉积岩经地壳内高温、高压等作用后形成的岩石。

其性能与原岩性质和变质条件有关。

举例：大理石岩（石灰岩变质而成）、石英岩（砂岩变质而成）片麻岩（花岗岩变质而成）总结：试解释比较花岗岩与石灰岩、砂岩的性能差异及其原因（见表1）表1 花岗岩与石灰岩性能比较1.1.2石料的物理性质主要包括：物理常数（密度、毛体积密度、孔隙率）和吸水性（吸水率、饱和吸水率）在规定条件下，烘干岩石矿质单位体积（不包括开口与闭口孔隙体积）的质量。

反映岩石矿物组成、结构状态，与岩石的技术性质密切相关，是选择石料和配合比设计的重要参数。

st v m =ρ 试验方法：密度瓶法（《公路工程岩石试验规程》JTG E41-2005）试验过程：①试样制备——粉碎通过0.315mm 筛孔石粉。

②试样处理——烘干6-12h ，冷却至室温。

③体积标定——全部石粉装瓶后掺加一半水，排除气体（沸煮1h 或抽真空1h-2h ），加满水静置恒温水槽至规定温度（20℃±2℃）后称重，将空瓶加满水静置恒温水槽至规定温度（20℃）后称重。

密度计算：wt t m m m m ρρ⨯+=瓶、水、石粉瓶、水石粉石粉-注意事项：排除气体方法因试液不同（煤油必须使用真空）；试样恒温应与测试条件相一致 在规定条件下，烘干岩石包括孔隙在内的单位体积的质量。

间接反映岩石致密程度，孔隙发育程度，与岩石的力学性质有关。

根据岩石含水状态，分干密度d ρ、饱和密度s ρ和天然密度o ρ。

in s d v v v m++=ρ试验方法：量积法（规则试件）、水中称量法（不溶水的其他岩石）和蜡封法（二者之外） 试验过程：①试件制备——直径50mm ±2mm ，高径比2：1的圆柱体（量积法）；规则或不规则试件，一定质量和尺寸（水中称量法）；边长40-60mm 立方体或直径48-52mm 圆柱体试件（蜡封法）。

不同试件数量均不少于3个。

②试件处理——保持天然湿度，或105℃~110℃烘12h~24h 后冷却至室温，或饱水处理（量积法）；首先烘干然后饱水处理（1/2h —2h —浸泡沸煮6h ，或抽真空4h ；水中称量法）③体积标定——量取试件两端和中间3个端面、2个相互垂直的直径或边长平均值，量取试件断面周边对称4个点和中心1点的高度平均值（量积法）；首先称取饱和面干试件质量，然后称取试件在水中称量设备中的质量（水中称量法）。

毛体积密度计算：vm d 饱和=ρ（量积法）w d m m m ρρ⨯=水中饱和烘干-（水中称量法）注意事项：岩石孔隙体积占岩石总体积（包括孔隙体积在内）的百分率。

孔隙率和孔结构影响岩石的力学性质。

%100)1(⨯-=tdn ρρ 吸水率——在规定条件下，岩石试样最大的吸水质量与烘干岩石试件质量之比，以百分率表示。

反映岩石微裂隙的发育程度，与岩石的抗冻性、抗风化性能有关。

%100⨯=mm w wa 饱和吸水率——在强制条件下，岩石试样最大的吸水质量与烘干岩石试件质量之比，以百分率表示。

反映岩石微裂隙的发育程度，与岩石的抗冻性、抗风化性能有关。

%100⨯=mm w swsa 试验方法：吸水性试验 试验过程：①试件制备——规则试件采用直径50mm ±2mm ，高径比2：1的圆柱体，不规则试件采用边长或直径40mm~50mm 的浑圆形试件，试件数量不少于3个。

②试件吸水——首先105℃~110℃烘12h~24h 后冷却至室温；然后进行自由吸水（1/4h —2h —1/2h —2h —3/4h —2h —浸泡48h ，吸水率试验），或进行饱水处理（1/2h —2h —浸泡沸煮6h ，或抽真空4h ；饱和吸水率试验）吸水率或饱和吸水率计算：%100-⨯=烘干烘干自由吸水m m m w a%100-⨯=烘干烘干饱和吸水m m m w sa注意事项：1.1.3石料的力学性质主要包括：抗压强度（单轴抗压强度）和磨耗性（磨耗损失）岩石试件抵抗单轴压力时保持自身不被破坏的极限应力。

根据试件含水状态，分饱和状态、天然状态、烘干状态和冻融循环状态。

AP R =试验方法：单轴抗压强度试验 试验过程：①试件制备——直径50mm ±2mm ，高径比2：1的圆柱体试件（建筑地基）；边长70mm ±2mm 立方体试件（桥梁工程）；边长50mm ±2mm 立方体或高径均为50mm ±2mm 圆柱体试件（路面工程）。

不同试件数量均为6个。

②试件处理——保持天然状态，或105℃~110℃烘12h~24h 后冷却至室温，或饱水处理；或冻融循环处理（自由吸水饱和试件-15℃、4h —20℃±5℃、4h ）。

③体积标定——首先量取立方体试件底面和顶面相互平行的2个边长平均值计算各自承压面积，或量取圆柱体底面和顶面相互垂直2个直径平均值计算各自承压面积；然后以其顶面和底面的算术平均值作为最终截面积。

④强度测定——以0.5MPa~1.0MPa/s 加载速度进行单轴抗压，记录破坏荷载和现象。

单轴抗压强度和软化系数计算：饱水抗压强度 AP R w = 软化系数 dwP R R K = 注意事项：石料抵抗撞击、剪切和摩擦综合作用的性能。

与沥青混合料和基层用集料的抗车辙能力、耐磨性，耐久性密切相关。

试验方法：洛杉矶法 试验过程：①试样制备——满足一定质量和级配要求。

②试样处理——清洗并烘干。

③试样磨耗——首先，将试样和一定数量钢球共同置于磨耗机中以30-33r/min 转速转动规定次数；然后称取试样在1.7mm 方孔筛的筛余量。

洛杉矶磨耗损失计算：%100-m 7.1⨯=试样筛余试样m m m Q m注意事项：1.1.4石料的耐久性 主要包括：抗冻性岩石试样在饱和状态下，抵抗反复冻结和融化的性能。

与其矿物组成、结构特征和吸水率指标密切相关。

试验方法：抗冻性试验和坚固性试验 试验过程：①试件制备——直径50mm ±2mm ，高径比2：1的圆柱体，试件数量不少于6个。

②试件处理——试件烘干冷却并自由吸水饱和，然后进行冻融循环规定次数（抗冻性试验）；试件烘干冷却，然后进行浸泡烘干循环5次（浸泡20h —烘干4h ，坚固性试验）③吸水率和强度测试——称取冻融后试件烘干质量和饱水质量，测试冻融循环前后试件的单轴抗压强度（抗冻性试验）结果计算：抗冻性试验： 质量损失率%100-⨯=冻融前冻融后冻融前m m m L冻融后吸水率%100-/⨯=冻融后烘干冻融后烘干冻融后饱水m m m w sa冻融系数冻融前冻融后R R K f =坚固性试验： 质量损失率%100-⨯=试验前试验后试验前m m m Q1.2 集料1.2.1基本概念在混合料中起骨架和填充作用的粒料，包括粗集料（骨架作用）和细集料（填充作用）。

沥青混合料：＞2.36mm 的碎石、砾石（破碎、筛选）、矿渣等（附：高速和一级公路禁用） 水泥混凝土：＞4.75mm 的碎石、砾石、破碎砾石 沥青混合料：＜2.36mm 的天然砂、人工砂（包括机制砂）及石屑 水泥混凝土：＜4.75mm 的天然砂、人工砂 碎石——天然岩石或卵石破碎筛分得到，粒径＞4.75mm 的岩石颗粒。

砾石——水流冲刷得到，粒径＞4.75mm 的岩石颗粒。

（无明显棱角）天然砂——自然风化、水流冲刷、堆积而成，粒径小于＜4.75mm 的岩石颗粒。

分河砂、海砂、山砂等。

人工砂——人工加工处理得到的符合规格要求的细集料。

包括机制砂、矿渣砂和煅烧砂等。

机制砂——由碎石及砾石经制砂机反复破碎加工至粒径＜2.36mm 的人工砂。

石屑——采石场加工碎石时通过最小筛孔（通过为2.36mm 或4.75mm ）的筛下部分。

（附：混合砂即为以上4种细集料按一定比例混合形成的细集料统称） 集料的100%都要求通过的最小的标准筛筛孔尺寸。

集料可能全部通过或允许有少量不通过（一般筛余≤10%）的最小标准筛筛孔尺寸。

通常比最大粒径小一个粒级。

1.2.2集料的物理性质主要包括：物理常数（表观密度、毛体积密度、表干密度、堆积密度、空隙率、粗集料骨架间隙率、细集料棱角性）、级配、颗粒形状及表面特征、含泥量及泥块含量。

表观密度——单位体积（含材料的实体矿物成分及闭口孔隙体积）物质颗粒的干质量。

（附：表观相对密度（视比重）指表观密度与同温度水的密度之比值。

常用于沥青混合料配合比设计）ns a v v m+=ρ毛体积密度——单位体积（含材料的实体矿物成分及其闭口孔隙、开口孔隙等颗粒表面轮廓线所包围的毛体积）物质颗粒的干质量。

（附：毛体积相对密度指毛体积密度与同温度水的密度之比值。

常用于沥青混合料配合比设计）in s b v v v m++=ρ表干密度（饱和面干毛体积密度）——单位体积（含材料的实体矿物成分及其闭口孔隙、开口孔隙等颗粒表面轮廓线所包围的毛体积）物质颗粒的饱和面干质量。

（附：表干相对密度指表干密度与同温度水的密度之比值。

常用于水泥混凝土材料）in s wi n s a s v v v m m v v v m +++=++=ρ 试验方法：网篮法和容量瓶法（粗集料）、容量瓶法（＞2.36mm 细集料表观密度）、坍落筒法（＜2.36mm 细集料各种密度）（《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005）网篮法试验过程：①试样准备——首先用4.75mm 或2.36mm 筛过筛得到粗集料，然后缩分至要求的质量，最后浸泡洗净；②试样处理——室温浸泡24h 。

③体积标定——调节水温15℃-25℃，将网篮置于天平吊钩后浸入溢流水槽，将集料移入网篮中称取集料的水中质量；用拧干湿毛巾擦干集料颗粒的表面水至表面无发亮水痕迹（即饱和面干状态），称取集料的表干质量；将集料用105℃±5℃烘箱烘干集料，称取集料的烘干质量。