第三章_石料与集料要点

在规定条件下，烘干石料矿质实体单位体积的
质量。
真实密度、表观密度、毛体积密度
a. 真实密度ρt
不含孔隙的矿 质实体的体积
指石料在规定的条件（105℃±5℃下烘干至恒重， 冷却至20℃）下，单位真实体积的质量。
ρt =ms/Vs
式中：ρt——石料的真实密度（g/cm3）；
ms——石料矿质实体的质量（g）；
碎石、块石、人行 道石板
3、石料的主要化学组成
（1）岩石的化学组成通常以氧化物的形式给出。
（氧化硅、氧化钙、氧化铁、氧化铝、氧化镁等）
（2）石料的酸碱性 根据SiO2含量分为： 酸性石料 SiO2 > 65% 中性石料 52%< SiO2 <65% 碱性石料 SiO2<52%
3.2 冶金矿渣材料
冻融次数规定：在严寒地区（最冷月的月平均气温低于 15℃）为25次；在寒冷地区（最冷月的月平均气温低于-15～ 5℃）为15次。
-
a.质量损失率和抗冻系数
m1 m 2 Q fr 100 m1
Ｑfr —试件冻融后的质量损失率和耐冻系数，％； ｍ１—试验前烘干试件的质量，ｇ； ｍ２—试验后烘干试件的质量，ｇ。 R2 —经冻融循环后的试件饱水抗压强度，MPa； R1 —未经冻融试验的试件饱水抗压强度，MPa。
3.耐候性
自然因素导致石料结构的破坏：首先是温度的升 降，产生的温度应力而引起石料的破坏，其次是石料 在潮湿条件下，受到正、负气温的交替冻融作用，引
起石料内部组织结构的破坏。在大多数地区，后者即
抗冻性占主导地位。

抗冻性：材料在含水状态下，能经受多次冻溶循环作用而不破 坏，强度也不显著降低的性质。 机理：当石料的开口孔隙大部分充满水时，在达到0℃以后，由
3.3 砂石材料的技术性质和技术标准
1、砂石材料的技术性质 物理性质
力学性质
化学性质
1、砂石材料的技术性质 物理性质（物理常数、吸水性、抗冻性）
石 材 的 结 构
开口孔隙
Байду номын сангаас开口孔隙
m0
闭口孔隙
Vi V0 Vn
闭口孔隙
M ms
矿质实体
矿质实体
Vs
V
石料结构的质量与体积关系示意图
物理常数
（1）密度
可以预测岩石的有关物理和力学性质。 在混合料组成设计计算时，是重要的 原始资料
式中：各氧化物表示其质量百分数含量。
质量系数K反映了矿渣中活性组份与低活性、非活性组份之间的比例关系，质量 系数K值越大，矿渣活性越高。
2.矿渣集料的技术特性
１）物理力学特性 受冷却加工方式的影响 ２）化学稳定性 主要是矿渣中的某些成分与水发生化学反应，导致体积变化 a)游离的氧化钙（f-Cao）的消解 通常f-Cao含量小于３％时方可应用于路面结构中。 b)铁和锰分解
于孔隙中的水结冰而移动困难，同时体积膨胀，从而对孔壁施
加张应力，在多次冻融循环后，石料就会逐渐产生裂缝、掉边、 缺角或表面松散等破坏现象。
常用检测方法：直接冻融法和硫酸钠坚固性法
采用的试件：直径和高均为50mm的圆柱体或边长 为50mm的立方体试件

直接冻融法 将试件放入烘箱（105℃±5℃）烘至恒重，冷却后称其质量， 试件浸水至吸水饱和，然后取出擦去表面水分，置于冰箱（－ 15℃）冻结４ｈ，然后取出放入20℃±5℃的水中4ｈ，然后进行 下一次冻融循环，反复至规定次数为止，并检查试件是否有无剥 落、裂缝、分层及掉边等现象，再烘干至恒重，并称其质量。

影响石料抗压强度的主要因素：
• • • • • •
材料的组成
孔 隙 率 含 水 率
温
度
强度
试件尺寸 加荷速度
强度
２、磨耗率 石料的磨耗率是指石料抵抗冲击、剪力和摩擦等 联合作用的能力，可采用洛杉矶试验法或狄法尔试验 法测定，以质量损失百分率来评价。
a.洛杉矶磨耗试验法 采用洛杉矶（或搁板）式磨耗试验机。是将石料试样洗净烘
沉积岩
砂 岩
由直径0.1-0.2mm砂粒 经天然胶结而成，性 能波动大、抗压强度 5-200MPa，有灰黄褐 色、白色
建筑物基础、勒脚、 墙身、衬面、踏步
大理岩
表观密度2600-2700Kg/m^3， 抗压强度100-310MPa，质 地致密而硬度大，容易加 工，有雪白、灰、绿、黑、 玫瑰、粉红、黄、红色
Wx m2 m1 100 m1
式中：Wx——石料的吸水率（%）； m1——石料试件烘干至恒重时的质量（g）；
m2——石料试件吸水至恒重时的质量（g）。
(2) 饱水率： 在常温（20℃±2℃）真空（残压2.67kPa）条件下，石料试件吸 水饱和时吸收水的质量占干燥质量的百分率。 在常压时，水分并非充满孔隙。当抽真空后，内部空气基本被排 除，水充满孔隙。 饱水率更能有效地反映岩石微裂纹的发育程度，可用来判断岩石 的抗冻和抗风化等性能。
R2 K 100 R1

公路工程，一般要求石料的耐冻系数大于0.75；质量损 失率不大于５％。同时，试件应无明显缺损（包括剥落、 裂缝和边角损坏等情况）。

桥梁工程石料，对一月份平均气温低于-10℃的地区，要 进行抗冻性试验。
２）硫酸钠坚固性法 将试件烘干后置于饱和硫酸钠溶液中20h后，再放入105－ 110℃的烘箱中4h，完成第一个循环，待试样冷却后再开始第二个 循环，浸泡和烘干时间变为4h，完成5次循环后，看试件是否破坏， 将试件洗净烘干至恒重，称其质量，算出质量损失率。
1.造岩矿物
矿物具有一定化学成分和结构特征的天然化合物或单质。 主要的造岩矿物： 石 英：结晶的二氧化硅,最坚硬的矿物之一 长 石：结晶的铝硅酸盐，易风化成高岭土 云 母：结晶的、片状的含水铝硅酸盐 角闪石、辉岩、橄榄石：结晶的铁、镁硅酸盐 方解石：结晶的碳酸钙 白云石：结晶的碳酸钙镁复盐 黄铁矿：结晶的二硫化铁
Mo＞1表示碱性氧化物多于酸性氧化物，该矿渣称之为：碱性矿渣； Mo=1表示碱性氧化物等于酸性氧化物，该矿渣称之为：中性矿渣； Mo＜1表示碱性氧化物少于酸性氧化物，该矿渣称之为：酸性矿渣 用化学成分分析来评定矿渣的质量是评定矿渣的主要方法 .我国国家标准（GB/T203） 规定高炉矿渣质量系数K如下：
c.毛体积密度ρh
表观体积+开口孔隙体积
指石料在规定的条件下，单位毛体积的质量。
mS h Vs Vn Vi
式中： ρh ——石料的毛体积密度（g/cm3）； ms——石料矿质实体的质量（g）； Vs——石料矿质实体的体积（cm3）; Vi——石料开口孔隙的体积（cm3）; Vn——石料闭口孔隙的体积（cm3）。
冻融循环次数 大、中桥 小桥及涵洞
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三、石料的力学性质
１．抗压强度
（１）公路工程
注：作边坡验算要进行 三轴抗压强度试验
一般仅采用单轴抗压强度试验，每组6个试件。
a、建筑地基采用圆柱体试件，直径为50mm±2mm、高/径=2。
b、桥梁工程采用立方体试件，边长为70mm±2mm。 c、路面工程采用圆柱体或立方体试件，其直径或边长和高均为 50mm±2mm。
地面、墙面、柱面、 柜台、栏杆、踏步
变质岩 石英岩
由硅质砂岩变质而成，结构 均匀致密，抗压强度250400MPa,耐久性能好，硬度 高、加工困难
建筑物基础、勒脚、 栏杆、踏步，可作 耐酸材料、耐火材 料和玻璃的原料
片麻岩
由花岗岩变质而成，垂直于 片理的抗压强度为120250MPa，沿片理易于开采 和加工，易风化
（2）材料的孔隙率
开口孔隙和 闭口孔隙

孔隙率
定义：指材料内部所有孔隙体积占材料总体积的百分 率。 公式：
n Vn Vi 100% (1 V0

h t
) 100%
吸水性 —— 石料在水中吸收水分的能力，采用吸水 率和饱水率两项指标来表征。
(1)吸水率 在常温（20℃±2℃）常压下，石料试件吸水饱和时吸收水的质量占干燥质 量的百分率。
两种方法的比较：
狄法尔法采用单一粒径，而洛杉矶法采用 不同的级配，更能反映实际情况，所以一般以 洛杉矶试验法为准。 注：这两种方法与道路实际经受的磨耗还有
很大差别。需用的道瑞法进一步验证。
四、化学性质
化学性质：石料的矿物组分与周围物质进行化学反应或 在外界物质影响下保持其组成结构稳定的能力。 <52%： 碱性石料 与沥青粘附性好 SiO2 52%～65%： 中性石料 >65%： 酸性石料 与沥青粘附性差 为保证沥青混合料的强度，应优先考虑采用碱性岩 石，当必须采用酸性岩石时，可掺加抗剥剂以提高沥青 与岩石的粘附性。
吸水率大于5％时， 石料的抗冻性变差。
试验原理： 硫酸钠饱和溶液浸入石料孔隙后，经烘干，硫酸钠 结晶同时体积发生膨胀，产生有如水结冻相似的作用， 使石料孔隙周壁受到张应力，经过多次循环，引起石料 破坏。
无条件做抗冻性 时，可采用此法
表1-1 桥涵用石料抗冻性指标
结构物部位 镶面的或表面层的石料 50
干，称出标准规定的级配石料，连同钢球一起放在洛杉矶磨耗
机，以30～33ｒ/min的转速转动500转后。过2mm圆孔筛或1.7mm 方孔筛，将筛子上的试样洗净烘干，称其质量。计算出质量损
失百分率。
公式：
m1 m2 Q磨 100% m1
b.狄法尔试验法 将石料破碎后过筛，选出50～75mm的试样50±2块， 共约5kg，分两份，分别洗净烘干，装入狄法尔磨耗机 的两圆筒中，以30～33r/min的转速转动10000转，通 过2mm筛孔（碎石)或2.5mm筛孔（砾石），计算质量损 失百分率。
第三章 石料与集料
本章主要内容
石料的物理、力学性质、技术标准及评价方法 集料的物理、力学性质、技术标准及评价方法 矿质混合料的级配理论、配合比设计方法
本章内容要求

理解石料与集料主要技术性能及主要评价方法
与评价指标

了解集料的级配概念和相关理论

掌握矿质混合料的配合比设计方法
3.1 天然砂石材料概论
Vs——石料矿质实体的体积（cm3）。
b、表观密度（视密度）
矿质实体体积+闭 口孔隙体积
指在规定条件下，烘干石料单位表观体积的质量，
a
m V V
s s
n
或
ms a ( )w ms m1
式中：ρa——石料的表观密度，ｇ／ｃｍ３； ｍs、Ｖs——意义同前；m1试样在水中的质量 Ｖn——石料闭口孔隙的体积，ｃｍ３。
1.矿渣的主要化学成分及活性
高炉矿渣中主要化学成分： 酸性氧化物（SiO2、Fe2O3等） 碱性氧化物（CaO、MgO等） 中性氧化物（Al2O3） 硫化物（CaS等）
1.矿渣的主要化学成分及活性
矿渣的活性——其与水、某碱性溶液或硫酸盐溶液发生化学反应的性质。 碱性系数Mo——矿渣化学成分中碱性氧化物与酸性氧化物之比值 Mo，称之为碱性系 数。
用 途 建筑物基础、闸 坝、台阶、勒脚、 路面、混凝土骨 料、设备衬里
花岗岩
岩浆岩
辉率岩
饰面材料、混凝 土骨料、化工设 备衬里
玄武岩
高强混凝土骨料、 道路路面
石灰岩
表观密度26002800Kg/m^3、抗压强 度80-160MPa、孔隙 率和吸水率大，耐久 性差、呈灰白色
砌筑基础、桥墩、 墙身、阶石及路面、 混凝土骨料、生产 石灰和水泥原料
2、岩石的分类（根据生成条件，按地质分类法）
(1)岩浆岩（又称火成岩 ）
①深成岩 如：花岗岩、正长岩、辉长岩 ②喷出岩 如：玄武岩、安山岩、辉绿岩 (2)沉积岩 ①碎屑岩 ②粘土岩 ③化学沉积岩 ④生物沉积岩 (3)变质岩 如：片麻岩（由花岗岩变质而成）
岩石 种类
常用岩石
特 点 表观密度2500-2800Kg/m^3、 抗压强度120-250MPa、孔隙 率小、吸水率低、耐磨性好、 耐久性高、呈灰白色 表观密度2900-3300Kg/m^3、 抗压强度200-350MPa、有较 高的耐酸性、韧性、抗风化 性好、呈绿色 表观密度2900-3300Kg/m^3、 抗压强度250-500MPa、结构 细密、强度高、硬度大、颜 色较深
非标准圆柱体试件，测得 抗压强度值按右式转换
Re
8R 7 2D / H
公式：
f sc
Fmax A
式中： fsc ——石料的抗压强度，MPa；
Fmax——试件极限破坏时的荷载，N； Ａ——试件的截面积，mm２。
（２）桥梁工程 桥用石料以抗压强度为基准，其他力学指标（如抗 拉强度、抗剪强度、抗弯强度等）一般可采用与抗压强 度的大约比值。 抗压强度试验是采用边长为70±2mm的正方体试件， 经吸水饱和后，进行单轴抗压强度试验。 公式： Fmax f sc q A0