砂石材料试验检测

第一节砂石材料试验检测

砂石材料是桥涵工程建筑中用量最大的一种建筑材料，它可以直接（或经过加工）用在桥涵的垮工结构中，也可以加工成各种尺寸的集料作为水泥混凝上的粗集料。

砂石材料包括天然的或经人工轧制的石料、集料和砂。用于桥涵结构中的砂石材料都应具备一定的技术性质，以适应不同结构的技术要求。

一、石料

桥涵工程使用的石料制品有片石、块石、粗料石和拱石等，主要用于砌体工程，如桥涵拱圈、墩台、基础、锥坡等。桥涵结构物所用石料＝般有两方面的要求：

1．石料制品的物理力学性质

石料应符合设计规定的类别和标号，石质应均匀、不易分化和无裂缝。石料力学性质需测定时，用切石机或取芯机制取边长为50mm±0.5mm的立方体，或直径与高均为50mm ±0.5mm的圆柱体试件进行单轴抗压强度试验确定。在某些气侯条件下，还必须测定抗冻性和坚固性指标。

2．石料制品规格和几何尺寸要求

（1）片石：一般为爆破法开采的石块，其厚度不应小于15cm（卵形和薄片者不得使用）；用于镶面的片石，表面应

比较平整、尺寸较大者应稍作凿整。

（2）块石：形状大致方正，上下面大致平整，厚度在20~30cm，宽度一般为厚度的1.0~1.5 倍，长度约为厚度的1.5~3.0倍。

（3）粗料石：外形大致方正，成六面体，厚度为20~30cm，宽度为厚度的1.0~1.5倍，长为厚度的2.5~4.0倍，其表面凹陷深度不大于2cm。

(4)拱石：按设计要求采用粗料石或块石，主要用于石拱桥的拱圈砌筑。

3．石料物理性质试验方法

石料的物理、力学性质试验应依据我国现行《公路工程石料试验规程》（JTJ054-94），常规试验检测包括以下几个方面：

(1)石料真实密度试验

石料的真实密度（简称密度）是石料在规定条件（105℃±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。

“试验常用方法为“李氏比重瓶法”（见JTJ 054－94／T 0204-94），即将石料样品粉碎磨细后，在105℃±5℃条件下烘至恒重，称其质量；然后在密度瓶中加水经沸煮后，使水充分进入闭口孔隙中，通过“置换法”测定其真实体积。已知真实体积和质量即可按式（2-1）求得真实密度。现行试验

法也允许采用“李氏密度瓶法”近似测定石料的真实密度。

以两次试验结果的算术平均值作为测定值，如两次试验结果之差大于0.02g/cm3时，应重新取样进行试验。

（2）石料毛体积密度试验

石料的毛体积密度是石料在规定条件下，单位毛体积（包括矿质实体和孔隙的体积）的质量。

试验方法采用“静水称量法”（JTJ 054-94/T 0205-94），即将规则石料在105℃±5℃至恒重，称其质量。然后使石料吸水24h，使其饱水后用湿毛巾揩去表面水，既可称得饱和面干时的石料质量。最后用静水天平法测得饱和面干右料的水中质量，由此可计算出石料的毛体积，并求得毛体积密度。此外，现行试验法亦允许用“封蜡法”来测定毛体积密度。这两种方法各有其优缺点。

组织均匀的岩石，其密度应为3个试件测得结果之平均值；组织不均匀的岩石，密度应记录最大与最小值。

3）石料孔隙率试验

石料的孔隙率是石料的孔隙体积占其总体积的百分率。

按以上方法求得石料的毛体积密度及密度后，用式（2-5）计算孔隙率，精确至1％：

(4) 石料吸水率试验

试验依据JTJ 054-94/T 0211-94),即将石料加工为规则试件，经105℃±5℃烘干称量后，

在铺有薄砂的盛水容器中，用分层逐渐加水的方法使石料中的空气逐渐逸出，最后完全浸于水中任其自由吸水48h后，取出浸水试件，用湿纱布擦去试件表面水分，立即称其质量。测得烘干至恒重的质量和吸水至恒重的质量，即可按式（2-6）求得吸水率。

组织均匀的试件，取3个试件试验结果的平均值作为测定值；组织不均匀的，则取5个试件试验结果的平均值作为测定值。

（5）石料抗冻性试验

石料抵抗冻融循环的能力，称为抗冻性。“石料抗冻性的试验方法采用直接冻融法（引自JTJ 054-94/T 0211-94），即：将石料加工为规则的块状试样，在常温条件下（20℃2℃），采用逐渐浸水的方法，使开口孔隙吸饱水份，然后置于负温（通常采用-15℃）的冰箱中冻结4h，最后在常温条件下融解，如此为一冻融循环。经过10、15、25或50次循环后，观察其外观破坏情况并加以记录。采用经过规定冻融循环后的质量损失百分率表征其抗冻性。

4．石料力学性能试验方法

（1）石料单轴抗压强度试验(JTJ054-94)

石料的单轴抗压强度，是指将石料（岩块）制备成50mm*50mm*50mm的正方体（或直径和高度均为50mm的

圆柱体）试件，经吸水饱和后，在单轴受压并按规定的加载条件下，达到极限破坏时，单位承压面积的强度。

试验时是用切石机或钻石机从岩石试样或岩芯中制取标准试件，用游标卡尺精确地测出受压面积，按规定方法浸水饱和后，放在压力机上进行试验，加荷速率为0.5~1.0MPa/s。

取6个试件试验结果的算术平均值作为抗压强度测定值，如6个试件中的2个与其他4个的算术平均值相差3倍以上时，则取试验结果相近的4个试件的算术平均值作为抗压强度测定值。

另外，有显著层理的岩石，取垂直与平行于层理方向的试件各一组，取其强度平均值作为试验结果。

（2）石料磨耗率试验

磨耗性是石料抵抗撞击、剪切和摩擦等综合作用的性能，用磨耗率来定量描述它。石料磨耗试验有两种方法：我国现行试验规程（JTJ 054-94) 规定，石料磨耗试验以洛杉矾式试验法为标准方法。

洛杉矾式磨耗试验又称搁板式磨耗试验，该试验机是由一个直径为711mm、长为508mm的圆鼓和鼓中一个搁板所组成。试验用的试样是按一定规格组成的级配石料，总质量为5000g。当试样加入磨耗鼓的同时，加入12个钢球，钢球总质量为5000g。，磨耗鼓以30~33r/min的转速旋转，在旋转时，由于搁板的作用，可将石料和钢球带到高处落下。经旋

转500次后，将石料试样取出，用2mm圆孔筛筛去石屑，并洗净烘干称其质量。

取两次平行试验结果的算术平均值作为测定值，当采用洛杉矾式方法时，两次试验误差应不大于2％，否则须重新试验。

二、结构混凝土用粗集料

1．结构混凝土对粗集料的技术要求

（1）桥涵混凝土的粗集料，应采用坚硬的卵石或碎石，按产地、类别、加工方法和规格等不同情况，分批进行检验。

（2）粗集料的颗粒级配，可采用连续级配或连续级配与单粒级配合使用。在特殊情况下，通过试验证明混凝土无离析现象时，也可采用单粒级。粗集料的级配范围应符合表2-2的要求。

（3）粗集料最大粒径应按混凝土结构情况及施工方法选取，但最大粒径不得超过结构最小边尺寸的1/4和钢筋最小净距的3/4；在二层或多层密布钢筋结构中，不得超过钢筋最小净距的1/2；同时最大粒径不得超过100mm。

泵送混凝土时的粗集料最大粒径，除应符合上述规定外，对碎石不宜超过输送管径的1/3；对于卵石不宜超过输送管径的1/2.5，同时应符合混凝土泵制造厂的规定。

（4）粗集料中杂质含量不应超过要求。

（5）混凝土结构物处于下表所列条件下时，应对碎石或

卵石进行坚固性试验，试验结果应符合表中的规定。

碎石和卵石坚固性实验(JTJ 041-89)

(7)当对粗集料石质抗压强度有争议或有严格要求时，应进行石质抗压强度试验，其方法：见本节一、石料。

2．粗集料常规试验检测方法

在粗集料各项试验中，我们应按JTJ 058-94中T0301-94的取样方法进行取样，使得所用试样具有代表性，每项目所

需碎石或卵石的最少取样数量亦需根据T0301-94的规定数量进行。

(1) 粗集料筛分试验

将一定重量的烘干或风干试样，按筛孔大小顺序过筛）测定各筛上的筛余量，精确到试样总量的0.1％，然后计算如下指标：

①分计筛余百分率：各号筛上的筛余量除以试样总量的百分率，精确至0.1%。

②累计筛余百分率：该号筛上分计筛余百分率与大于该号筛的各号筛上的分计筛余百分率之总和，精确至0.1％。

③根据各筛的累计筛余百分率，评定该试样的颗粒级配。

各号筛的通过百分率为该号筛的累计筛余百分率与100的差值，精确至0.1％。

(2)粗集料的表观密度试验

粗集料的表观密度（简称视密度）是在规定条件（105℃5℃烘干至恒重）下，单位表观体积（包括矿质实体和闭口孔隙的体积）的质量。

粗集料表观密度测定方法是按《公路工程集料试验规程》（JTJ 058-94）规定采用静水?法，具体做法是将已知质量的干燥粗集料装在金属吊篮中浸水24h使开口孔隙吸饱水，然后在静水天平上称出饱水后粗集料在水中的质量，按排水法可计算出包括闭口孔隙在内的体积。根据粗集料的质量和表

观体积即可按下式计算出表观密度。

以两次试验结果之算术平均值作为测定值，如两次结果之差值大于20kg/m 时，应重新取样进行试验；对颗粒材质不均匀的试样，如两次试验结果之差值超过规定时，可取四次测定结果的算术平均值作为测定值。

（3）粗集料含水率试验

粗集料中所含水分的质量占集料干燥质量的百分比即为粗集料含水率。

根据《公路工程集料试验规程》（JTJ 058-94），具体做法是：将一定重量的试样置于干净的容器中，称量试样和容器的总质量（m1 ）并烘干至恒重，取出试样；冷却后称取试样与容器的总质量（m2）。

以两次试验结果的算术平均值作为测定值。

(4) 粗集料毛体积密度试验

粗集料毛体积密度是在规定的条件下，单位毛体积（包括矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙）的质量。

在测定表观密度的同时，经24h饱水后，用湿毛巾擦干而求得饱和面干质量，然后用排水法求得在水中的质量，按此测得集料质量和饱和面干体积，按下式求出粗集料毛体积密度。精确至：10kg/m3。

（5）粗集料堆积密度、振实密度及空隙率试验

粗集料的堆积密度由于颗粒排列的松紧程度不同）又可分

为自然堆积密度与振实堆积密度。粗集料的堆积密度是将干燥的粗集料装人规定容积的容量筒来测定的。、自然堆积密度是按自然下落方式装样而求得的单位体积的质量；振实堆积密度是用振摇方式装样而求得的单位体积的质量。

空隙率: 粗集料空隙率是集料试样在自然堆积（或紧密堆积）时的空隙占总体积的百分率。

试验根据《公路工程集料试验规程》（JTJ 058-94）,即：取1份烘干或风干试样，用平头铁锹铲起试样，使石子自由落人容量筒内，装满后称取试样和容量筒总重（m2），若测振实密度，将装满试样的容量筒放在振动台上，振动2~3min，或分三层装料，装完每一层在筒底垫放一根圆钢筋，左右颠击地面各25下，最后刮平填满，称取试样和容量筒总重（m2)，按下面方法进行计算。

①堆积密度ρ堆积密度和振实密度）按下式计算，精确至：10kg/m3 。

以两次结果的算术平均值作为测定值。

②空隙率n 按式计算，精确至1％。

(6)粗集料压碎值试验

试验时（见JTJ 058-94），将12～16mm的集料试样，先用一个容积1767 的标准量筒,分三层装料并用标准的方法夯实，确定试验时所需集料的数量。然后按此确定的集料试样，用标准夯实法分三层装人压碎值测定仪的钢质圆筒内，每层用夯棒夯25次，最后在碎石上再加一压头。将试模移于压力机上，于10min内加荷至400kN、使压头匀速压人筒内，部分集料即被压碎为碎屑，测定通过3…筛孔的碎屑的质量占原集料总质量的百分率，称为压碎值。

以两次平均试验结果的算术平均值作为测定值。

（7）集料碱活性试验

水泥混凝土中水泥的碱与某些碱活性集料发生化学反应，可引起混凝土产生膨胀、开裂，甚至破坏，这种化学反应称为碱一集料反应（Allkali一aggregate reaction 简称AAR）。

近年来，我国水泥含碱量的增加、水泥用量的提高以及含碱外加剂的普遍应用，增加了碱一集料反应破坏的潜在危险，因此，对混凝土用砂石料的碱活性问题、必须引起重视。

当水泥混凝上中碱含量较高财，应采用下列方法鉴定集料与碱发生潜在有害反应，即水泥混凝土碱一硅酸盐反应和碱一硅酸反应的可能性。

①用岩相法检验（JTJ 058-94/T 0324-94）确定哪些集料可能与水泥中的碱发生

②用砂浆长度法检验（JTj 058-94/T 0324-94）集料产生有害反应的可能性。

三、结构混凝土用细集料

1.结构混凝土对细集料的技术要求

(1)桥涵混凝上的细集料，一般应采用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的河砂或海砂，河砂和海砂不易得到时，也可用山砂或用硬质岩石加工的机制砂。各类砂应分批检验（各项指标合格时方可采用。

（2）砂的筛分析应符合下列规定：

①砂的分组见下表

砂的分组（JTJ 041-89）

②砂的级配应符合下表中任何一个级配区所规定的级配范围。

砂的分区及级配范围（CECS 40:92)

（3）砂中杂质的含量应通过试验测定，其最大含量不宜超过规定要求。

（4）采用机制砂或山砂时，或所采用河砂或海砂的软弱颗粒较多时，应进行压碎指标试验。对30号以上的混凝土和要求抗冻、抗渗的混凝土，砂的压碎指标不应大于35％；对30号以下的混凝土，砂的压碎指标不应大于50％。

（5）当对河砂或海砂的坚固性有怀疑时，应用硫酸钠进

行坚固性试验，试验时循环5次，砂的总质量损失不应大于10％。

2．细集料常规试验检测方法

（1）细集料筛分试验（JTJO58-94）

砂的级配是砂各级粒径颗粒的分配情况，可通过砂的筛分试验确定。

试验时取500g烘干试样，在一整套标准筛上进行筛分，分别求出试样存留在各筛上的质量，然后按粗集料筛分试验中所述方法求出各筛的分计筛余百分率、累计筛余百分率、通过百分率，按下式求细度模数并画出级配图形。

（2）细集料表观密度检验（JTJ 058-94）

细集料表观密度的检验通常有二种方法：

①标准法：取烘干试样约300g,装人盛有半瓶冷开水的容量瓶中，充分排除气泡并静置24h后，滴人水，使水面与瓶颈刻度线齐平，称总质量叫，再称出容量瓶与只加与瓶颈刻度线齐平的水的总质量(m2)

以两次试验结果的算术平均值作为测定值,如两次结果之差值大于20kg/m3时,应重新取样进行试验。

②李氏比重瓶法：称取烘干试样50g，徐徐装人已有体积

为V1冷开水的李氏瓶中，充分排除气泡并静置约24h后，记录瓶中水面升高后的体积（V2），表观密度ρ’按式（2-20）计算，精确至10 kg/m3 :

以两次试验结果的算术平均值作为测定值, 如两次结果之差值大于20 时，应重新取样进行试验。

（3）细集料堆积密度、紧装密度与空隙率检验（JTJ058-94）

①堆积密度检验时取试样2份，用漏斗或铝制料勺，将它徐徐装人容量筒（漏斗出料口或料勺距容量筒筒口不应超过50mm），直至试样装满并超出容量筒筒口，然后用直尺将多余的试样沿筒口中心线向两个相反方向刮平，称取质量（m1）。

②紧装密度检验时取试样1份，分二层装人容量筒。装完一层后，在筒底垫放一根直径为10mm的钢筋，将筒按住，左右交替颠击地面各25 下，然后再装人第二层。第二层装满后用同样方法颠实（但筒底所垫钢筋的方向应与第二层放置方向垂直），二层装完并颠实后，加料直至试样超出容量筒筒臼；然后用直尺将多余的试样沿筒口中心线向两个相反方向刮平，称其质量（m2）。

③堆积密度卜紧装密度。及空隙率n分别按下式计算，精确至10kg/m3

以两次试验结果的算术平均值作为测定值。

(4) 细集料含水率检验（JTJ 058-94）

细集料含水率检验常用有二种方法。

①标准法

由来样中取各约500g的代表性试样两份，分别放人质量

为m1的干燥容器中称量，记下每盘试样与容器的总质量（m2），将容器连同试样放人温度为105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重，称烘干后的试样与容器的总质量（m3)。

以两次试验的算术平均值作为测定值。

②酒精燃烧法

取干净容器，称取其质量（m1）。将约100g试样置于容器

中，称取试样和容器的总质量(m2)。然后向容器中的试样加入酒精约20ml，拌和均匀后点火燃烧并不断翻拌试样，待火焰熄灭后，过1min再加入酒精约20ml，仍按上述步骤进行。待第二次火焰熄灾后，称取干样与容器总质量（m3)。

细集料（砂）的含水率初按下式计算，精确到1％。

（5）细集料含泥量检验（JTJ 058-94 ）

含泥量：砂石中含泥量是指粒径小于0.08mm颗粒的含量。

检验时，取约400g烘干试样置于洗砂用的筒中，注入饮用水，使水面高出砂面200mm,拌匀后浸泡24h，淘洗后注入1.25~0.08mm筛，再加水淘洗。过筛，直至水清澈充分过0.08mm将大于0.08mm砂烘干、冷却并称重（m1）。

砂的含泥量Q n