建筑材料第1章(石料与集料)

——蜡封石料在水中的质量
（2）孔隙率
孔隙率是指石料孔隙体积占石料总体积（包括开口孔隙
和闭口孔隙体积）的百分率。
Vn Vi n 100% Vh
（1.4）
n
——石料的孔隙率，%；
Vn ——石料矿质实体中闭口孔隙的体积，cm3 V i ——石料矿质实体中开口孔隙的体积，cm3； Vh ——石料的毛体积（含矿质实体、开口孔隙和 3
R2 ——经历若干次冻融循环作用后，石料试件的饱水抗压强度，MPa。
（2）坚固试验法
又称快速冻融法，是评定石料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能。
试验方法：
烘干石料试件——饱和硫酸钠溶液中浸泡20h——
105 ±5 ℃烘箱中烘烤4h （第一个循环）—— 试样冷却至室温后即开始第2个循环，以后浸泡和烘烤 时间均为4h。 完成5次循环后，有无破坏现象，将试件洗净烘至恒重， 称其质量，用1.9式计算Q值。
2、磨耗性
指石料抵抗冲击、边缘剪切和摩擦的联合作用的能力。
洛杉矶磨耗试验
一定质量一定级配的石料试样和钢球置于搁板式试验 机中，以30～33r/min的转速转动要求次数（500次）后停 止，取出过1.7mm筛称重。
m1 m2 Q磨 100% m1
（1.8）
磨耗率越高，表示其耐磨性愈差。
四、 石料的耐久性
开口孔隙率：
h ni (1 ) 100% a
（1.5）
ni ——石料的开口孔隙率，%；
a ——石料的表现密度，g/cm3；
h ——石料的毛体积密度，g/cm3。
2、吸水性
吸水性是指石料吸水能力的大小。
这一性质用吸水率和饱水率两种形式表示。分别指常温、
常压（减压）条件下石料最大吸水质量是干燥试样质量的百 分率；两者可采用下试计算：
抗冻性是指石料在饱水状态下，能够经受反复冻结和融 化而不破坏，并不严重降低强度的能力。
（1）直接冻融法
试验方法：标准试样烘干称重后， 吸水饱和——－15℃冻结4h——20±5 ℃融解4h
（一个冻融循环）
——－15℃冻结4h——20±5 ℃融解4h… 抗冻性通常用石料在饱水状态下能 经受冻融循环的次数 来表示（质量损失不超过5％，抗压强度降低不超过25％）。
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。
1.2.1 集料的物理性质
1．密度
1）表观密度、毛体积密度、表干密度
表观密度，毛体积密度与石料相应密度在概念上相同， 仅在实际的密度测定方法上有所区别。
计算石料的孔隙 率和集料的骨架 间隙率
可用于集料 磨耗值计算
计算集料的空隙 率
2.空隙率
空隙率是指集料在某种装填状态下的空隙体积（含开 口孔隙）占堆积体积的百分率。
Vv Vi n 100% Vf
n
——集料的空隙率，%；
V f ——集料颗粒的装填体积 V f Vs Vn Vi Vv ，cm3；
m1 m2 Q冻 100% m1
（1.9）
R2 K 100% R1
（1.10）
Q K ——经历冻融循环作用后，石料的质量损失率和耐冻系数，%；
m1 m2
——试验前烘干石料试件的质量，g； ——经历若干次冻融循环作用后，烘干石料试件的质量，g；
R1 ——试验前石料试件的饱水抗压强度，MPa；
3）毛体积密度
毛体积密度是指在规定条件下，烘干石料矿质实体包括
孔隙（闭口、开口孔隙）体积在内的单位毛体积的质量。
ms h Vs Vn Vi
（1.3）
h
——石料的毛体积密度，g/cm3；
m s ——石料矿质实体的质量，g
V s ——石料矿质实体的体积，cm3
Vn ——石料矿质实体中闭口孔隙的体积，cm3
砂石材料密度概念小结
密度类型 真密度 表观密度 毛体积密度 石料矿质实体包 括孔隙（闭口、 开口孔隙）体积 在内的单位毛体 积的质量
h
ms Vs Vn Vi
表干密度 单位毛体积 （包括集料 矿质实体体 积及全部孔 隙体积）的 饱和面干质 量
s
ma V s V n Vi
装填密度 集料颗粒矿质实 体的单位装填体 积（包括集料颗 粒间空隙体积、 集料矿质实体及 全部孔隙体积） 的质量
直接开采得到的具有一定形状和尺寸的石料制品。
一、石料的岩石学特性 岩石是指由各种不同的地质作用所形成的天然 矿物的集合体。 造岩矿物-组成岩石的矿物。
1、造岩矿物（矿物）
所谓的造岩矿物是具有一定化学成分和结构特
性的天然化合物或单质，简称矿物，由一种或两种 以上的矿物组成不同的岩石。 由于各种矿物具有确定的化学组成与特有的结 构构造，对石料的物理力学特性有着不同的影响。
集料的表干密度又称作饱和面干毛体积密度，它的计 算体积与毛体积密度相同，但计算质量为集料颗粒的表干 质量（饱和面干状态，包括了吸入开口孔隙中的水）。
ma s V s V n Vi
s
ma
——集料的表干密度,g/cm3； ——集料颗粒的表干质量（矿质实体质量与吸入 开口孔隙水的质量之和），g；
单轴加荷的方法对规则形状的石料试样（饱水处理） 进行抗压强度试验。
P R A
（1.7）
（2）影响因素
材料矿物的组成、结构与其孔隙构造
试件的大小（尺寸）
尺寸偏大，R偏低；尺寸偏小，R偏大。
试验状态
干燥状态，强度最高；冻融循环后强度最低。
加荷速度
加荷速度快，R偏高；加荷速度慢，R偏低。
温度
温度升高，R降低。
a
ms vs
（1.2）
——石料的表观密度，g/cm3；
——石料矿质实体的质量，g；
——石料矿质实体的体积，cm3。 ——石料矿质实体中闭口孔隙的体积，cm3。
vn
测试方法：水中称量法 浸水饱水——水中称量
m a w m m1
m
m1
——烘干石料在空气中的质量 ——饱水后石料在水中的质量
ms ——石料矿质实体的质量，g；
v s ——石料矿质实体的体积，cm3。
测试方法：密度瓶法或李氏密度瓶法 磨细——过筛——烘干——冷却 密度瓶法
李氏密度瓶法
m1 m2 t V2 V1
2）表观密度
表观密度是指在规定条件下，烘干石料矿质
实体包括闭口孔隙在内的单位表观体积的质量。
ms a Vs Vn
上述物理性质具体表现，在一定程度上都与石 料的孔隙率有相应的关系。当孔隙率高，特别是 与外界相通且较粗大的开口孔隙发达时，使石料
的表观密度和毛体积密度减小，相应的吸水性加
大，抗冻性能变差。因此通过石料物理指标的了
解，可以在一定程度上预测石料一些工程性质的
好坏，认知石料力学性质的表现。
五、 石料的工程应用
V i ——石料矿质实体中开口孔隙的体积，cm3
测试方法：量体法、水中称量法、蜡封法
水中称量法
m h w m1 m2
m
m1 m2
——烘干石料在空气中的质量 ——饱水后石料的质量
——饱水后石料在水中的质量
蜡封法
h
m m1 m2
w

m1 m
p
m
m1 m2
——烘干石料在空气中的质量 ——蜡封石料的质量
多种色泽，如 结构密实、密度大、 优质石料，广泛用 深青、浅灰、 抗压强高、耐久性 于砌筑、装饰工程 黄、红等 好 和集料 大多呈浅灰色 灰色、白色或 红色 质地细密、坚硬、 抗风化 砌筑工程、轧制成 集料、烧制石灰 质地坚硬的砂岩用 做建筑材料 作为承重和饰面 材料 砌筑工程
石灰岩
砂岩 玄武岩 石英岩

ms Vs Vn Vi Vv
定义
石料矿质 石料矿质 实体包括 实体单位 闭口孔隙 真实体积 在内的单 的质量 位表观体 积的质量
计算公式
m t s Vs
ms a Vs Vn
主要用途
确定石料、确定粗细 水泥及矿 集料的密 粉的密度，度，用于 计算石料 混合料的 的孔隙率 配合比和 和混合料 空隙率的 的配合比 计算
几种代表性造岩矿物
矿物名称
石英
化学组成
结晶二氧化硅
外观特征
白色、乳白 色或灰色
特性
质地非常坚硬 质地较石英偏 低，易风化成 高龄土 易解离成片状， 降低岩石的耐 久性、强度 易溶于含二氧 化碳的水中， 被酸分解
常见岩石代表
花岗岩、砂岩
长石
白、浅灰、 结晶铝硅酸盐 红色、青、 暗灰 结晶片状含水 铝硅酸盐 无色透明、 黑色
石英，少量长 石、方解石、 云母等
暗色矿物 结晶氧化硅
硅质砂岩密实、坚 硬耐久性好；其它 砂岩性能较差
硬度高、脆性大、 耐久性好
色泽较浅
质地坚硬、强度高
4、矿物的主要化学组成 根据石料组成中二氧化硅成分含量的多少，将石 料分成不同酸碱性集料。 岩石的酸碱性
类型 酸性集料 中性集料 碱性集料 氧化硅含量 代表岩石 （%） ＞65 石英岩 52~65 ＜52 闪长岩 石灰岩 亲水系数 1.06 — 0.79
闭口孔隙体积）,cm 。
将式（1.1）和式（1.3）代入式（1.4）可得式（1.4'）， 即采用石料的真实密度和毛体积密度计算其孔隙率。
h n (1 ) 100% t
n——石料的孔隙率，%；
（1.4'）
t ——石料的真实密度，g/cm3；
h ——石料的毛体积密度，g/cm3。
V s ——集料颗粒矿质实体的体积，cm3；
Vn V i ——分别为集料颗粒矿质实体中闭口孔隙和开口孔隙的
体积，cm3。
2）堆积密度
该密度是指烘干集料颗粒矿质实体的单位装填体积 （包括集料颗粒间空隙体积、集料矿质实体及其闭口、开
口孔隙体积）的质量。
、
ms Vs Vn Vi Vv

——矿质集料的装填密度,g/cm3；
m s ——集料颗粒矿质实体的质量，g；
V s ——集料颗粒矿质实体的体积，cm3；
Vn V i ——分别为集料颗粒矿质实体中闭口孔隙和开口孔隙的体积，cm3；
V v ——集料颗粒间的空隙体积，cm3；
堆积密度的大小取决于颗粒排列的松紧程度， 即取决于装样方式。根据装样方法的不同可为： 自然堆积密度 振实密度 捣实密度
由于石料在组成结构上或多或少存在着孔隙，而孔隙又 分为与外界连通的开口孔隙和与外界不连通的闭口孔隙，所 以石料（包括集料）的密度就有数种不同形式。
1）真实密度
真实密度是指在规定条件下，烘干石料矿质
实体单位真实体积（不包括孔隙体积）的质量。
ms t Vs
（1.1）
t
——石料的真实密度，g/cm3；
花岗岩
云母
花岗岩
方解石
结晶碳酸钙
白色
石灰岩
2、岩石的分类 岩石的性质除了与构成岩石的矿物有关之外， 还取决于不同的成岩条件。根据成岩条件将岩石分 成三类：火成岩（岩浆岩）、沉积岩、变质岩。
火成岩（岩浆岩）据冷却条件不同分：
深成岩、喷出岩、火山岩
3、常见岩石类型
常见岩石类型
类型 花岗岩 矿物组成 石英、长石、 云母 方解石，少量 白云石、粘土 外观色泽 性能 用途
1.桥涵用块状石料
料石
毛石
2.公路路面铺砌用块状石料
方块石 条石 拳石（弹石） 锥形块石
第一章 石料与集料
1.2 集料
1.2
集 料
集料定义：是由不同粒径矿质颗粒组成的混合料。 包括天然砂、人工砂、卵石、碎石、工业冶金矿渣。 集料形成过程分为卵石（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。
二、石料的物理性能
石料的物理性能是石料矿物组成、结构状态和特 征的反映，它与石料的技术性质有密切的联系。 1、物理常数 物理常数主要指石料的密度和孔隙率，此类常数 能够直接影响到石料的力学性质，也是将石料用于 混合料配合比设计的参数之一。
（1）密度
定义：在规定条件下（大多指规定的温度）， 石料矿质实体单位体积的质量。
第一章 石料与集料
本章主要内容与目的：
阐述石料与集料的岩石学特性、物理力学性能、Байду номын сангаас耐久性的评价方法和评价指标；介绍集料的级配理 论、矿质混合料配合比设计方法和集料的工程应用。
通过学习，要求学生掌握石料和集料的技术性质
和技术标准，了解级配理论和矿质混合料组成设计
方法。
1.1
石 料
石料定义：指由天然岩石经机械加工制成的，或者由
m2 m1 wx 100% （1.6） m1
wx ——石料试样的吸水率或饱水率，%；
m1——烘至恒重时的试样质量，g； m2——吸水（或饱水）至恒重时试样质量，g。
三、 石料的力学性质
在结构工程中，石料应具备一定的抗压、抗
剪、抗弯、抗磨耗、抗冲击、压碎性等。 1、石料的抗压强度 （1）测试方法