第一章 石料与集料

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狄法尔法( 块石料( ~ ),质量 ② 狄法尔法(双筒式): 50块石料(50~75mm),质量 块石料 ), 5000g左右,转速 ~33r/min,转10,000转(5.5~5.0h) 左右, 左右 转速30~ , 转 ~ )
式中: 试验前烘干石料试样质量; 式中:m1——试验前烘干石料试样质量; 试验前烘干石料试样质量 m2——试验后 试验后1.7mm筛上烘干石料试样质量。 筛上烘干石料试样质量。 试验后 筛上烘干石料试样质量
m 1 −m2 Q磨= ×100% m1
式中: 试验前烘干石料试样质量; 式中:m1——试验前烘干石料试样质量; 试验前烘干石料试样质量 m2——试验后 试验后1.7mm筛上烘干石料试样质量。 筛上烘干石料试样质量。 试验后 筛上烘干石料试样质量
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2、磨耗率:抵抗撞击、剪切和摩擦联合作用能力。
吸水率(保水率)=
最大吸水质量 干燥试样质量
通常认为在常压下测定的吸水率,此时水分只充填部分 孔隙;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 饱水率大于吸水率。 饱水率大于吸水率
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第二节


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图1-5 集料 不同粒径、尺寸较小的石料颗粒的集合体
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集料

材料 石 石 石 集料 2.36mm 集料 石
集料
集 料
集料 集料
石 集料 4.75mm 集料 集料

集料
石集料
集料
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最大粒径: 最大粒径:集料的最大粒径这一概念由两个不同定义构成
矿料实体质量+吸入 矿料实体质量 吸入 开口孔隙水质量
ρs =
ma vs + vn + vi
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(1)密度 装填密度
颗粒之间的 空间体积 空间体积
ρf =
ms vs + v n + vi + v v
① 堆积(松装)密度——集料按自由下落方式装样 堆积(松装)密度——集料按自由下落方式装样 ② 振实(紧装)密度——集料振摇方式装样 振实(紧装)密度——集料振摇方式装样 捣实密度——集料捣实方式装样 ③ 捣实密度——集料捣实方式装样
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(四)化学性质
2. 黏附性 黏附性直接影响石料与沥青粘结性能的好坏。 黏附性直接影响石料与沥青粘结性能的好坏。
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三、石料的技术标准
1. 分类:按照所属岩石类型(成岩条件、风化程度等) 分类:按照所属岩石类型(成岩条件、风化程度等) 岩浆岩类(火成岩) ① 岩浆岩类(火成岩) 石灰岩类(沉积岩) ② 石灰岩类(沉积岩) 砂岩与片麻岩类(变质岩) ③ 砂岩与片麻岩类(变质岩) 砾石岩(天然风化) ④ 砾石岩(天然风化) 2. 分级指标:饱水抗压强度和磨耗率 分级指标: ① 最坚强 ② 坚强 ③ 中等坚强 ④ 较软
m1 − m 2 Q冻 = × 100% m1
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密度 物理常数 真实密度 ρ t 孔隙率 吸水率 吸水性 饱水率 抗冻性 硫酸纳法 直接冻融法 毛体积密度 ρ
k
表观密度 ρ
a
这些物理性质具体表现,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。
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3 、 抗冻性 : 石料在饱水状态下 , 能经受反复冻融而不破 抗冻性: 石料在饱水状态下, 坏,并不严重降低强度的能力 ①直接冻融法(冻融循环试验: -15℃冰冻4h←→常温融 直接冻融法(冻融循环试验: 15℃冰冻4h←→常温融 解)
循环若干次(15、25、50次 循环若干次(15、25、50次)
磨耗率计算公式: 磨耗率计算公式: m −m Q磨= 1 2 ×100% m1
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图1-3 搁板式磨耗仪示意图
① 省时:15min左右 省时:15min左右 使石料受到更严峻的冲击、 ② 使石料受到更严峻的冲击、 剪切、摩擦作用, 剪切、摩擦作用,石料级差大 ③ 试样级配较符合路用状况
第一章
石料与集料
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主要内容: 主要内容:
1 2 3 4
石料 集料 矿质混合料的组成设计 小结与习题
第一节


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常见岩石
花岗岩
玄武岩
安山岩
石灰岩
白云岩石粉
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建筑
石料
石 石料
石 料
石 石 石 & 石 石料 石料 料 石料 石料

石料
举例:已知质量为集料用套筛筛分,筛分结果如下: 对应筛孔(mm) 19 16 13.2 9.5 4.75 (1)最大粒径? 最大粒径? (2)公称最大粒径? 公称最大粒径? 通过率(%) 100 100 95 35 0
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二、 集料的物理性质
(一)物理性质
1、物理常数 (1)密度
R
=
P A
图1-2 石料抗压强度试件
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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——主要成分为石英的花岗岩强度高 主要成分为石英的花岗岩强度高; 内因:材料的矿物成分——主要成分为石英的花岗岩强度高; 结构和构造——同为岩浆岩 喷出岩(玄武岩) 同为岩浆岩, 结构和构造——同为岩浆岩,喷出岩(玄武岩)要比火 山岩(浮石)强度高; 山岩(浮石)强度高; 外因:试件尺寸——一般尺寸减小,强度增大; 外因:试件尺寸——一般尺寸减小,强度增大; 一般尺寸减小 加荷速率——越快,强度越高; ——越快 加荷速率——越快,强度越高; 吸水率——越大 强度越低。 越大, 吸水率——越大,强度越低。
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公路工程水泥混凝土路面、沥青路面及各类基层集料用 标准筛均以方孔筛为准,相应的筛孔尺寸依次为: :
75 单位(mm) 0.075 63 0.15 53 0.3 37.5 31.5 26.5 2.36 19 4.75 16 9.5 13.2
0.6 1.18
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② 表观密度 ρ a ③ 毛体积密度 ⑵ 孔隙率: 孔隙率:
=
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ms (表观体积 vs + vn —含闭口孔隙) 含闭口孔隙) vs + v n
ms (毛体积 vs +vn+vi—闭口与开口孔隙) 闭口与开口孔隙) vs + v n + vi
ρh =
v n + vi n= × 100% Vh
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(四)化学性质
1. 酸碱性 二氧化硅( 和氧化钙( CaO) 二氧化硅 ( SiO2 ) 和氧化钙 ( CaO ) 是岩石组成 最主要的两种化学成分, 最主要的两种化学成分,两者比例决定了石料的酸碱 性。 通常按二氧化硅含量进行划分: 通常按二氧化硅含量进行划分: SiO2含量>65% 含量>65% 酸性 花岗岩 <52% 52% 碱性 玄武岩 65% 52% 65%~52% 中性 辉绿岩 2. 黏附性 黏附性直接影响石料与沥青粘结性能的好坏。 黏附性直接影响石料与沥青粘结性能的好坏。
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(三)石料的力学性质
1、石料的抗压强度
在单轴受压并按规定的加载条件下, 在单轴受压并按规定的加载条件下 , 达到极限破坏 单位承压面积的强度。 时,单位承压面积的强度。 ① 道路试件: 50×50×50 mm立方体 道路试件: 50×50× mm立方体 φ50×H50mm的圆柱体 50× 50mm的圆柱体 ② 桥梁试件:70×70×70 mm立方体 桥梁试件:70×70× mm立方体
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① 耗时长达5h以上 耗时长达5h以上 ② 试件尺寸单一(50~75mm),与路用实际情况不符合 试件尺寸单一(50~75mm), ),与路用实际情况不符合 石料间相互作用, ③ 石料间相互作用,不同性质石料的磨耗率相差不大
图1-4 双筒式磨耗仪示意图
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孔隙:矿物之间的空间—Vn+Vi 孔隙:矿物之间的空间— 空隙:集料颗粒之间的空间— 空隙:集料颗粒之间的空间—Vv
颗粒之间的 空间体积
图1-6 集料的体积组成
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(1)密度 表观密度、毛体积密度—— 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。 表干密度
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 集料最大粒径:指集料100%都要求通过的最小标准筛筛孔尺寸。 都要求通过的最小标准筛筛孔尺寸。 集料公称最大粒径: 集料公称最大粒径:指集料可能全部通过或允许有少量不通过 (一般容许筛余不超过10%)的最小标准筛筛孔尺寸。 一般容许筛余不超过10%)的最小标准筛筛孔尺寸。 10%)的最小标准筛筛孔尺寸 这两个定义涉及的粒径有着明显区别, 这两个定义涉及的粒径有着明显区别,通常集料公称最大 粒径比最大粒径要小一个粒级。但在实际使用过程中、 粒径比最大粒径要小一个粒级。但在实际使用过程中、甚至在 小一个粒级 一些书本资料上也经常不加严格区别,容易引起混淆。 一些书本资料上也经常不加严格区别,容易引起混淆。实际工 中所指的最大粒径往往是指公称最大粒径, 程中所指的最大粒径往往是指公称最大粒径,这一点在今后的 应用中要加以区分。 应用中要加以区分。
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(二)石料的物理性质
1、物理常数
石料体积与质量的关系
V0 Vh
Vi Vn Vs
开口孔隙 闭口孔隙 矿物实体 m0 M mS
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(二)石料的物理性质
1、物理常数 ⑴ 密度: 密度: ① 真实密度
ρt =
ms 矿质实体体积) v s (真实体积 vs —矿质实体体积)
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2、磨耗率:抵抗撞击、剪切和摩擦联合作用能力。
①洛杉矶法(搁板式):5000g有级配的石料试样,加入 有级配的石料试样, 洛杉矶法(搁板式):5000g有级配的石料试样 钢球12个φ48mm,5000g。转速30~33r/min, 500转 钢球12个φ48mm,5000g。转速30~33r/min,转500转 磨耗率计算公式: 磨耗率计算公式:
吸收性与孔隙率关系! 吸收性与孔隙率关系!
①内部独立封闭孔隙不吸水; 内部独立封闭孔隙不吸水; 开口且以毛细管连通的孔隙吸水; ②开口且以毛细管连通的孔隙吸水; 孔隙一样,开口孔隙越大,吸水率越大; ③孔隙一样,开口孔隙越大,吸水率越大; 矿物构造一样,表观密度越大,空隙率小,吸水率小; ④矿物构造一样,表观密度越大,空隙率小,吸水率小; 吸水性能有效反映岩石裂隙的发育情况。 ⑤吸水性能有效反映岩石裂隙的发育情况。
李氏瓶测试石粉密度
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规则外形材料的表观密度测定
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(二)石料的物理性质
2、吸水性:材料吸入水分的能力 吸水性: ① 吸水率:常温(20±2℃)、标准大气压(101.325kPa) 吸水率:常温(20± 标准大气压(101.325kPa) ② 饱水率:常温(20±2℃) 、真空抽气(2.67 kPa) 饱水率:常温(20± 真空抽气( kPa)
将试件取出置于105土 将试件取出置于105土5℃的烘箱中烘烤4h,至此完成第1个循环。 的烘箱中烘烤4 至此完成第1个循环。 待试样冷却至20~25℃ 待试样冷却至20~25℃后,即开始第2个循环。从第2个循环起,浸 即开始第2个循环。从第2个循环起, 泡和烘烤时间均为4 泡和烘烤时间均为4h。完成5次循环后,仔细观察试件有无破坏现 完成5次循环后, 象,将试件洗净烘至恒重,准确称出其质量,计算坚固性试验质量 将试件洗净烘至恒重,准确称出其质量, 损失率) 损失率)
◇质量损失: 质量损失:
m1 − m 2 Q冻 = ×100% m1
质量损失不超过 5%
◇强度损失: 强度损失:
K= R2 ×100% 强度降低不大于25%,耐冻系数>0.75 强度降低不大于25%,耐冻系数> %,耐冻系数 R1
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3 、 抗冻性 : 石料在饱水状态下 , 能经受反复冻融而不破 抗冻性: 石料在饱水状态下, 并不严重降低强度的能力。 坏,并不严重降低强度的能力。 ② 坚固性法(将烘干岩石试件置入饱和硫酸钠溶液中浸泡20h后, 将烘干岩石试件置入饱和硫酸钠溶液中浸泡20h
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