砂石材料1石料.pptx

第一章第一章砂石材料砂石材料道道 路路 建建 筑筑 材材 料料 第一章第一章砂石材料砂石材料n石料是一种最古老、最原始的筑路架桥材料：石料是一种最古老、最原始的筑路架桥材料：n即使今日石料仍是特殊路段的铺路材料即使今日石料仍是特殊路段的铺路材料.砂石材料是道路与桥梁建筑中用量最大的一种建砂石材料是道路与桥梁建筑中用量最大的一种建筑材料。筑材料。石料：石料：通常是指天然岩石经机械加工制成的或直通常是指天然岩石经机械加工制成的或直接开采得到的具有一定形状和尺寸的石料制品。接开采得到的具有一定形状和尺寸的石料制品。按照用途不同，砂石材料可以分为石料、集料和按照用途不同，砂石材料可以分为石料、集料和矿质混合料。矿质混合料。第一节第一节 石料的基础知识石料的基础知识 第二节第二节 集料集料 第三节第三节 矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计第一节第一节 石料的基础知识石料的基础知识一一.石料的岩石学特性石料的岩石学特性 1.1.造岩矿物造岩矿物 是具有一定化学成分和结构特性的天然化合物或单质，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。简称矿物。主要造岩矿物：石英、长石、云母、角闪石、方解石、白云石、石膏、黄铁矿等。由一种或两种以上的矿物组成成各类不同的岩石。由一种或两种以上的矿物组成成各类不同的岩石。多种矿物（长石、石英等）组合形成的如花岗岩；单一矿物（方解石）形成的如石灰石、大理石；不同造岩矿物造岩矿物和成岩条件成岩条件使得各类天然岩石具有不同的结构和构造特征。石料的物理力学性质在很大程度上取决于天然岩石的矿物成分，以及这些矿物在岩石中的结构与构造。2.2.岩石的分类岩石的分类 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成岩条件。根据成岩条件将岩石分成三类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。岩岩浆浆岩岩岩岩浆浆岩岩沉沉积积岩岩沉沉积积岩岩变变质质岩岩变变质质岩岩岩浆岩：岩浆岩：形成：形成：由火山喷发出的岩浆冷凝而形成岩石。由于喷发后冷却过程的不同，由火山喷发出的岩浆冷凝而形成岩石。由于喷发后冷却过程的不同，岩浆岩又可分成深成岩、喷出岩和火山岩三种。岩浆岩又可分成深成岩、喷出岩和火山岩三种。岩性特点：岩性特点：由于深成岩位于岩浆底部，冷却缓慢，形成的结构致密，具有密度大、由于深成岩位于岩浆底部，冷却缓慢，形成的结构致密，具有密度大、力学性能好的特点；力学性能好的特点；位于地表的喷出岩由于冷却速度较快，形成非结晶状态的玻璃质结构；位于地表的喷出岩由于冷却速度较快，形成非结晶状态的玻璃质结构；喷向高空而急剧冷却形成的火山岩具有多孔的玻璃体构造，表现出密度喷向高空而急剧冷却形成的火山岩具有多孔的玻璃体构造，表现出密度小、质轻的特点。小、质轻的特点。典型的岩浆岩代表：典型的岩浆岩代表：花岗岩、玄武岩、凝灰岩等。花岗岩、玄武岩、凝灰岩等。玄武岩玄武岩 岩浆岩：岩浆岩：花岗岩花岗岩 凝灰岩凝灰岩 沉积岩：沉积岩：形成：形成：由母岩（主要是岩浆岩、由母岩（主要是岩浆岩、变质岩等）在地表风化剥蚀产生变质岩等）在地表风化剥蚀产生的物质，经地质搬运、沉积，再的物质，经地质搬运、沉积，再经硬结成岩作用后，最终形成岩经硬结成岩作用后，最终形成岩石。石。沉积岩特点：沉积岩特点：因一些沉积岩具因一些沉积岩具有层理结构而各向异性，所以有层理结构而各向异性，所以其性能表现具有方向性。密度其性能表现具有方向性。密度相对较小、力学性能相对于深相对较小、力学性能相对于深成岩较差。成岩较差。典型沉积岩代表：典型沉积岩代表：石灰岩、砂石灰岩、砂岩、页岩等。岩、页岩等。石灰岩石灰岩 砂岩砂岩 页岩页岩 沉积岩：沉积岩：变质岩：变质岩：形成：形成：变质岩是岩浆岩和沉积变质岩是岩浆岩和沉积岩经过地质上的变质作用（地岩经过地质上的变质作用（地壳内部高温、高压、炽热气体壳内部高温、高压、炽热气体渗入等）而形成的岩石。渗入等）而形成的岩石。变质岩特点：变质岩特点：不仅受原生岩石不仅受原生岩石的影响，更与变质条件和变质的影响，更与变质条件和变质程度有关。如石灰岩受到高压程度有关。如石灰岩受到高压和重结晶作用而形成大理岩、和重结晶作用而形成大理岩、由砂岩变质形成的石英岩等，由砂岩变质形成的石英岩等，都较原有岩石更加坚固耐久；都较原有岩石更加坚固耐久；而由花岗岩变质形成的片麻岩而由花岗岩变质形成的片麻岩因形成片状层理结构而性能变因形成片状层理结构而性能变差。差。典型沉积岩代表：典型沉积岩代表：石英岩、片石英岩、片麻岩、大理岩等。麻岩、大理岩等。石英岩石英岩 大理岩大理岩 片麻岩片麻岩 变质岩：变质岩：岩浆岩、沉积岩、变质岩的转化关系：岩浆岩、沉积岩、变质岩的转化关系：岩浆岩、沉积岩、变质岩的特征：岩浆岩、沉积岩、变质岩的特征：3.3.常用岩石类型常用岩石类型 路桥工程中常用岩石类型如下。4.岩石矿物的主要化学成分 岩石的化学成分根据氧化物给出岩石的化学成分根据氧化物给出，主要为氧化硅、氧化钙、氧化铁、氧化铝、氧化镁以及少量的氧化锰和三氧化硫。另外，根据石料组成中二氧化硅成分含量的多少，将岩石分成不同酸碱性石料。表中的亲水系数表明石料对水亲和力的大小。二二.石料的技术性质石料的技术性质 石料的技术性质石料的技术性质物理性质物理性质力学性质力学性质耐久性耐久性 1.1.物理性质物理性质 石料的物理性质包括：物理常数、吸水性，以及耐候性。石料的物理性质包括：物理常数、吸水性，以及耐候性。（1 1）物理常数物理常数 石料的物理常数是石料矿物组成结构状态的反映。石料的物理常数是石料矿物组成结构状态的反映。矿物实体矿物实体闭口孔隙闭口孔隙开口孔隙开口孔隙三部分组成三部分组成 1 1）真实密度）真实密度 石石料料在在规规定定条条件件（105105土土55烘烘干干至至恒恒重重，温温度度2020）下下，单位实体体积（矿质实体的体积）的质量。单位实体体积（矿质实体的体积）的质量。公式：公式：式中：式中：t t石料的真实密度，石料的真实密度，g/cmg/cm3 3；m ms s石料矿质实体的质量，石料矿质实体的质量，g g；v vs s石料矿质实体的体积，石料矿质实体的体积，cmcm3 3。在空气中称量石料质量，在空气中称量石料质量，m m0 0=0=0，m ms s=M=M 2 2）毛体积密度）毛体积密度 指在规定条件下，石料单位毛体积（矿质实体指在规定条件下，石料单位毛体积（矿质实体+孔隙的孔隙的 体积）的质量。体积）的质量。公式：公式：式中：式中：h h石料的毛体积密度，石料的毛体积密度，g/cmg/cm3 3；m ms s、v vs s意义同前式；意义同前式；v vi i石料开口孔隙的体积，石料开口孔隙的体积，cmcm3 3；v vn n石料闭口孔隙的体积，石料闭口孔隙的体积，cmcm3 3。V V石料的毛体积，石料的毛体积，cmcm3 3。3 3）孔隙率）孔隙率 石料的孔隙体积占其总体积的百分率。石料的孔隙体积占其总体积的百分率。定义式为：定义式为：式中：式中：n n石料的孔隙率，；石料的孔隙率，；V V0 0石料的孔隙（开口石料的孔隙（开口+闭口孔隙）的体积，闭口孔隙）的体积，cmcm3 3；V V石料的总体积，石料的总体积，cmcm3 3。计算式：计算式：（2 2）吸水性吸水性 石料在规定的条件下吸水的能力。石料在规定的条件下吸水的能力。工工程程上上常常采采用用吸吸水水率率和和饱饱水水率率（饱饱和和吸吸水水率率）这这两项指标表征。两项指标表征。1 1）吸水率）吸水率 吸水率是指在室内常温和大气压条件下，石料试吸水率是指在室内常温和大气压条件下，石料试件最大的吸水质量占烘干（件最大的吸水质量占烘干（105105土土55干燥至恒重）石干燥至恒重）石料试件质量的百分率。料试件质量的百分率。式中：式中：W W石料吸水率，；石料吸水率，；m m石料烘干至恒量时的质量，石料烘干至恒量时的质量，g g；m m1 1石料试件吸水至恒量时的质量，石料试件吸水至恒量时的质量，g g。2 2）饱水率）饱水率 在在内内常温（常温（202202）和和真空（真空度为真空（真空度为2.67kPa2.67kPa）条件下，石料试件的最大吸水质量占烘干石料试件质量条件下，石料试件的最大吸水质量占烘干石料试件质量的百分率。的百分率。计算方法与吸水率相似，但饱水率计算方法与吸水率相似，但饱水率吸水率。吸水率。式中：式中：W W石料吸水率，；石料吸水率，；m m石料烘干至恒量时的质量，石料烘干至恒量时的质量，g g；m m2 2石料试件饱水至恒量时的质量，石料试件饱水至恒量时的质量，g g。3 3）含水率）含水率 材料的吸湿性指标。材料的吸湿性指标。计算方法与吸水率相似，但含水率计算方法与吸水率相似，但含水率吸水率。吸水率。式中：式中：W W石料含水率，；石料含水率，；m m石料烘干至恒量时的质量，石料烘干至恒量时的质量，g g；m m2 2石料试件含水时的质量，石料试件含水时的质量，g g。2.2.力学性质力学性质 主要讨论确定石料等级的主要讨论确定石料等级的抗压强度抗压强度。单轴抗压强度单轴抗压强度 石料的工程用途不同，抗压强度的测试方法也不相同。石料的工程用途不同，抗压强度的测试方法也不相同。道路工程、建筑工程用石料的单轴抗压强度按下式计算：道路工程、建筑工程用石料的单轴抗压强度按下式计算：式中：式中：R R石料的抗压强度，石料的抗压强度，MPaMPa；P P极限破坏时的荷载，极限破坏时的荷载，N N；A A 试件的截面积，试件的截面积，mmmm2 2。石石料料的的抗抗压压强强度度受受多多种种因因素素的的影影响响，其其中中包包括括矿矿物物组组成成、结结构构及及其其孔孔隙隙构构造造，以以及及石石料料试试件件的的尺尺寸寸和和吸吸水水率率等等。如如石石料料结结构构疏疏松松及及孔孔隙隙率率较较大大，其其质质点点间间的的联联系系较较弱弱，有有效效面面积积较较小小，故故强强度度值值较较低低；试试件件尺尺寸寸较较小小时时，由由于于高高度度小小，承承压压板板与与试试件件端端面面之之间间的的摩摩军军长长较较大大，使使得得试试件件内内应应力力分分布布极极不不均均匀匀，试试验验结结果果的的真真实实性性受受到到影影响响；当当岩岩石石的的孔孔隙隙裂裂隙隙较较大大、含含较较多多亲亲水水矿矿物物或或较较多多可可溶溶矿矿物物时时，饱饱水水时的抗压强度会有明显的降低。时的抗压强度会有明显的降低。3.3.耐久性耐久性 石料抵抗大气等自然因素作用的性能。石料抵抗大气等自然因素作用的性能。试验方法：抗冻性和坚固性。试验方法：抗冻性和坚固性。1 1）抗冻性）抗冻性 石料在饱水状态下，能抵抗多次冻结和融化作用而石料在饱水状态下，能抵抗多次冻结和融化作用而 不破坏的性能。不破坏的性能。表征指标：表征指标：抗冻损失率抗冻损失率（质量损失率）（质量损失率）按下式计算：按下式计算：式中：式中：L L抗冻质量损失率；抗冻质量损失率；m m1 1 试验前烘干试件质量试验前烘干试件质量,g,g；m m2 2 试验后烘干试件质量试验后烘干试件质量,g,g。耐冻系数耐冻系数 计算公式：计算公式：式中：式中：K K试件的耐冻系数；试件的耐冻系数；R R1 1试验前石料试件饱水抗压强度，试验前石料试件饱水抗压强度，MPaMPa；R R2 2经冻融循环试验后石料试件饱水抗压强度，经冻融循环试验后石料试件饱水抗压强度，MPaMPa。公路工程用石料技术要求公路工程用石料技术要求：一一般般要要求求其其耐耐冻冻系系数数大大于于0.750.75；质质量量损损失失率率不不大大于于5%5%。同时试件应无明显缺损同时试件应无明显缺损(包括剥落、裂缝和边角损坏等情况包括剥落、裂缝和边角损坏等情况)2 2）坚固性）坚固性 测测定定方方法法：采采用用硫硫酸酸钠钠坚坚固固性性法法，将将硫硫酸酸钠钠饱饱和和溶溶液液浸浸入入石石料料孔孔隙隙后后，经经烘烘干干、硫硫酸酸钠钠结结晶晶体体积积膨膨胀胀，产产生生有有如如水水结结冻冻相相似似的的作作用用，使使石石料料孔孔隙隙周周壁壁受受到到张张应应力力，经经过多次循，引起石料破坏。过多次循，引起石料破坏。坚固性坚固性是测定石料耐候性的一种是测定石料耐候性的一种简易简易、快速快速的方法。的方法。注意：注意：有条件者均应采用直接冻融法。有条件者均应采用直接冻融法。土土木木工工程程系系第三章 砂石材料 土土木木工工程程系系第三章 砂石材料 30浮力定律毛体积密度检测浮力定律毛体积密度检测 物体在水中受到浮力作用，浮力的大小取决于物体排开水的体积，而该体积恰恰就是物体自身体积，而该体积的大小在数值上等于物体分别在空气中的称重和水中称重的差值。所以，物体哪部分参与了排水，则上述测得的质量差值就代表哪一部分的体积。例如：在石料毛体积密度试验检测过程中，操作的步骤是 称取石料在水中的质量；称取表干质量（捞出石料用拧干的湿毛巾擦干表面，留 下开口孔隙中吸入的水后称取的质量）；称取石料烘干后质量。所以：石料毛体积=m表干质量质量m水中质量