第1章石料与集料.ppt

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1、河北工业大学肖庆一石料集料矿质混合料的组成设计石料与集料的工程应用一、石料的岩石学特性1、造岩矿物 造岩矿物是具有一定好学成分和结构特征的天然化合物或单质，简称矿物。主要的造岩矿物有：石英、长石、云母、角闪岩、方解石、白云石、黄铁矿、石膏、菱镁矿、磁铁矿和赤铁矿。全面系统掌握这些矿物的物理力学性质，并能够正确识别，对于将来工作中快速判断石料集料的力学性质、识别石料品种有着重要意义。一、石料的岩石学特性2、岩石的分类（1）岩浆岩：是岩浆冷却形成的岩石。根据冷却条件不同又分为深成岩、喷出岩及火成岩三类。（2）沉积岩：是由母岩（岩浆岩、变质岩和早已形成的沉积岩）在地表经风化剥蚀而产生的物质，经过搬运

2、、沉积和硬结成岩作用而形成的岩石，因其多数是经过水流搬运、沉积而成，又称为水成岩。（3）变质岩：是 原生的岩浆岩或沉积岩经过地质上的变质作用而形成的岩石。一、石料的岩石学特性3、常用岩石及其性质项目花岗岩玄武岩辉长岩石灰岩砂岩石英岩片麻岩类型岩浆岩喷出岩？沉积岩变质岩变质岩组成矿物石英、长石、云母、暗色矿物等暗色矿物斜长石、辉石、上狼橄榄石方解石，少量粘土、白云石、氧化铁、氧化硅、碳酸镁及少量有机质石英，少量长石、方解石、白云石、云母结晶氧化硅石英、长石、云母、暗色矿物等颜色深青、浅灰、黄、紫红灰黑色黑绿色灰色、黄色、浅红，有机质多呈黑色浅灰色、白色、灰色、红色、黄色？结晶构造细晶粒、密实玻璃

3、质隐晶质斑状，气孔状或杏仁状等粒结晶质结构和块状结构散粒、多孔及致密碎屑结构，层状构造均匀致密等粒或斑状，层状构造密度2.52.82.93.52.93.32.02.61.52.2？抗压强度120250100500200350201205200250400120250一、石料的岩石学特性2、岩石的主要化学组成从表中可以看出岩石的化学成分主要有氧化硅、氧化钙、氧化铁、氧化铝和氧化镁以及少量的氧化锰、三氧化硫等。一、石料的岩石学特性2、岩石的主要化学组成 早年的研究认为矿质集料是一种惰性材料，它在混合料(各种矿质集料与水泥和沥青组成)中起着物理作用。随着科学发展，科学家们根据物化一力学的研究，认为矿

4、质集料在混合料中与结合料起着物理一化学作用。岩石的化学性质将影响着混合料的物理一力学性质。克罗斯分类法通常石料的酸碱性按照其化学组成中SiO2的含量来划分，分为酸性石料（含量大于65%）、中性石料（含量为52%65%）和碱性石料（含量小于52%）。大部分硅质石料，在水中带有负电荷，亲水性较大（亲水系数大），而石灰岩等钙质石料在水中带正电荷，亲水性较弱（亲水系数小）。二、石料的物理性质1、物理常数 常用的物理常数是密度和孔隙率。（1）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是体积的质量。二、石料的物理性质1、物理常数常用的物理常数是密度和孔隙率。（1）密度表观密度：是指在规定条件

5、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。二、石料的物理性质1、物理常数常用的物理常数是密度和孔隙率。（1）密度毛体积密度：在规定条件下，烘干石料矿质实体包括孔隙（开口、闭口孔隙）体积在内的单位毛体积的质量。二、石料的物理性质1、物理常数常用的物理常数是密度和孔隙率。（2）孔隙率是指石料孔隙体积站石料总体积（包括开口孔隙和闭口孔隙体积）的百分率。二、石料的物理性质2、吸水性 石料吸入水分的能力称为吸水性，其大小可以用吸水率和饱水吸水率来表示。石料吸水性的大小与其孔隙率的大小及孔隙构造特征有关。石料的吸水性能够有效的反应岩石裂隙的发育程度，并用于判断岩石的抗冻性和抗风化能力。二、

6、石料的物理性质2、抗冻性 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，并不快严重降低强度的能力。（1）直接冻融法：是测定石料在饱水状态下，抵抗反复冻融性能的直接方法。我国现行抗冻性的试验方法是采用直接冻融法。该方法是将岩石加工为规则的块状试样，在常温条件下(205)，采用逐渐浸水的方法，使开口孔隙吸饱水分，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。二、石料的物理性质2、抗冻性（2）坚固性试验 坚固性试验是评定石料试样经饱和硫酸盐 溶液多次浸泡与烘干后，不发生显著破坏或

7、强度降低的性能。将烘干岩石试件置入饱和硫酸钠溶液中浸泡20h后，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。待试样冷却至2025后，即开始第2个循环。从第2个循环起，浸泡和烘烤时间均为4h。完成5次循环后，仔细观察试件有无破坏现象，将试件洗净烘至恒重，准确称出其质量，按式(1-5)计算坚固性试验质量损失率。三、石料的力学性质1、石料的抗压强度（1）测试方法：采用单轴加荷的方法对规则形状的石料试验进行抗压强度试验。（2）影响因素 内因：石料的矿物组成、结构及孔隙构造；外因：石料试件的尺寸和形状。三、石料的力学性质2、磨耗率 砂石材料的磨耗率是指其抵抗撞击、摩擦的联合作用的能力，

8、常采用洛杉矶磨耗试验或狄法尔磨耗试验测定。（1）洛杉矶磨耗试验（搁板式试验法）将一定质量且有一定级配的石料试样和钢球置于搁板式试验机中，以3033r/min的转速转动直至要求次数后停止，取出试验样过称重，石料的磨耗率：三、石料的力学性质2、磨耗率（2）狄法尔式磨耗试验（双筒式磨耗试验）狄法尔式磨耗试验：在磨耗机的两个圆桶中分别放入单一粒径碎石或砾石试样，磨耗机以3033r/min转速转动10000转后停机，去除试样过筛并称量，计算公式同洛杉矶磨耗试验计算式。狄法尔式试验与洛杉矶试验相比，与实际情况相关性差，且区分度小，而且费时。四、石料的技术标准 五、石料种类道路路面建筑用岩石制品：包括直接铺

9、砌路面面层用的整齐块石、半整齐块石和不整齐块石三类；用作路面基层用的锥形块石、片石等。各种岩石制品的技术要求和规格简要分述如下：高级铺砌用整齐块石、路面铺砌用半整齐块石、铺砌用不整齐块石、锥形块石。桥梁建筑所用岩石主要制品：片石、块石、方块石、粗料石、镶面石等。一、集料的定义 集料：是由不同粒径矿质颗粒组成的混合料，它包括各种天然砂、人工砂、卵石和碎石，以及多种工业废渣。天然砂：是经过自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的粒径小于4.75mm的岩石砂砾，包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。人工砂：是指经除土处理的机制砂、混合砂的统称。机制砂是由机械破碎、筛分支撑的粒径小于4.75mm的岩石颗粒。混合

10、砂是由机制砂和天然砂混合制成的砂。卵石：是由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的粒径大于4.75mm的岩石颗粒。碎石：是将天然岩石或卵石经机械破碎、筛分支撑的粒径大于4.75mm的岩石颗粒。工业冶金矿渣：一般是指金属冶炼过程中排出的非金属熔渣，常指高炉矿渣和钢渣等，为一类具有独特性能的人造石料。一、集料的定义二、集料的物理性质二、集料的物理性质1 1、物理常数、物理常数（1 1）密度）密度包括：表观密度、毛体积密度、表干密度及堆积密度。包括：表观密度、毛体积密度、表干密度及堆积密度。表观密度、毛体积密度和表观密度、毛体积密度和表干密度表干密度 表干密度又称作饱和面干毛体积密度，其计算体积与计算

11、毛体积表干密度又称作饱和面干毛体积密度，其计算体积与计算毛体积密度相同，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的质量）。了吸入开口孔隙中的水的质量）。二、集料的物理性质二、集料的物理性质1 1、物理常数、物理常数（1 1）密度）密度堆积密度堆积密度 堆积密度是指烘干集料颗粒矿质堆积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间空隙体积、集料矿质实体及其闭口、开口孔隙体积）的质量。、开口孔隙体积）的质量。二、集料的物理性质二、集料

12、的物理性质1 1、物理常数、物理常数（2 2）空隙率）空隙率 孔隙率是指在某种堆积状态下的孔隙率是指在某种堆积状态下的空隙体积（含开口孔隙）占堆积体积空隙体积（含开口孔隙）占堆积体积的百分率。的百分率。二、集料的物理性质二、集料的物理性质1 1、物理常数、物理常数（3 3）粗集料骨架间隙率）粗集料骨架间隙率VCAVCA VCAVCA通常指通常指4.75mm4.75mm以上粗集料在以上粗集料在捣实状态下颗粒间的空隙体积的百分捣实状态下颗粒间的空隙体积的百分含量。含量。二、集料的物理性质二、集料的物理性质1 1、物理常数、物理常数（4 4）细集料的棱角性）细集料的棱角性 细集料的棱角性可由一定条件

13、下细集料的棱角性可由一定条件下测定的空隙率表征。当空隙率较大时测定的空隙率表征。当空隙率较大时，意味着细集料有着较大的内摩擦角，意味着细集料有着较大的内摩擦角。二、集料的物理性质二、集料的物理性质2 2、集料的级配、集料的级配 级配是指集料中个中粒径颗粒的搭配比例或分布情况。级配对级配是指集料中个中粒径颗粒的搭配比例或分布情况。级配对水泥混凝土及沥青混合料的强度、稳定性及施工和易性有着显著的水泥混凝土及沥青混合料的强度、稳定性及施工和易性有着显著的影响，级配设计也是水泥混凝土及沥青混合料配合比设计的重要组影响，级配设计也是水泥混凝土及沥青混合料配合比设计的重要组成部分。成部分。集料的筛分试验确

14、定。粗集料：对水泥混凝土用粗集料可采用集料的筛分试验确定。粗集料：对水泥混凝土用粗集料可采用干筛法筛分，对沥青混合料及基层用粗集料必须采用水洗法；细集干筛法筛分，对沥青混合料及基层用粗集料必须采用水洗法；细集料：对水泥混凝土用细集料可采用干筛法，如果需要也可采用水洗料：对水泥混凝土用细集料可采用干筛法，如果需要也可采用水洗法筛分；对沥青混合料及基层用细集料必须用水洗法筛分。法筛分；对沥青混合料及基层用细集料必须用水洗法筛分。有关级配的理论及计算等内容将在下一节具体介绍。有关级配的理论及计算等内容将在下一节具体介绍。二、集料的物理性质二、集料的物理性质3 3、集料的形状与表面特征、集料的形状与表

15、面特征（1 1）颗粒表面形状）颗粒表面形状（2 2）表面特征）表面特征定义：是指集料表面粗糙程度及孔隙特征等，它与定义：是指集料表面粗糙程度及孔隙特征等，它与集料的材质、岩石结构、矿物组成及其受冲刷、集料的材质、岩石结构、矿物组成及其受冲刷、受腐蚀程度有关。受腐蚀程度有关。类型类型颗粒形状特点颗粒形状特点集料品种集料品种蛋圆形较光滑表面，无明显棱角，颗粒浑圆天然砂及各种砾石、陶粒棱角形粗糙的表面积明显的棱边碎石、石屑、破碎的矿渣针状长度方向明显大于其他方向的尺寸砾石、碎石中均存在片状厚度防线明显大于其他方向砾石、碎石中均存在顎式破碎机反击式破碎机垂式破碎机二、集料的物理性质二、集料的物理性质4

16、 4、含泥量和泥块含量、含泥量和泥块含量 含泥的危害：存在于集料中或包裹在集料颗粒表面的泥土会降低水泥的水化反应速度，也会妨碍集料与水泥（或沥青）间的粘结能力，显著影响混合料的整体强度与耐久性，应对其含量加以限制。（1 1）含泥量与石粉含量）含泥量与石粉含量含泥量是指集料中粒径小于0.075mm的颗粒含量，石粉含量是指人工砂中小于0.075mm的颗粒含量，两者均按照式（1-14）计算。式中：Qa集料的含泥量和石粉含量（%）m0试验前烘干集料试样的质量（g）m1经筛洗后，0.075mm筛上烘干试样的质量（g）010100nmmQm二、集料的物理性质二、集料的物理性质4 4、含泥量和泥块含量、含泥量和泥块含量（1 1）含泥量与石粉含量）含泥量与石粉含量砂当量砂当量SESE用于测定天然砂、人工砂、石屑等各种细集料中所含的粘性土或杂质用于测定天然砂、人工砂、石屑等各种细集料中所含的粘性土或杂质的含量，以评定集料的洁净程度。的含量，以评定集料的洁净程度。甲基蓝甲基蓝MBMB值值用于确定细集料中是否存在膨胀性粘性土，并测定其含量，以评定集用于确定细集料中是否存在膨胀性粘性土，并测定其含量，以评定集