第三章石料与集料学习教案

1、会计学1第三章石料第三章石料(shlio)与集料与集料第一页，共104页。第1页/共103页第二页，共104页。第2页/共103页第三页，共104页。第3页/共103页第四页，共104页。化学沉积岩化学沉积岩生物沉积岩生物沉积岩(3)(3)变质岩变质岩如：片麻岩（由花岗如：片麻岩（由花岗岩变质而成）岩变质而成）第4页/共103页第五页，共104页。岩石岩石种类种类常用岩石常用岩石特特 点点用用 途途岩浆岩岩浆岩花岗岩花岗岩 表观密度表观密度2500-2800Kg/m32500-2800Kg/m3、抗压强度抗压强度120-250MPa120-250MPa、孔隙、孔隙率小、吸水率低、耐磨性好、率小

2、、吸水率低、耐磨性好、耐久性高、呈灰白色耐久性高、呈灰白色 建筑物基础、闸建筑物基础、闸坝、台阶、勒坝、台阶、勒脚、路面、混脚、路面、混凝土骨料、设凝土骨料、设备衬里备衬里辉率岩辉率岩 表观密度表观密度2900-3300Kg/m32900-3300Kg/m3、抗压强度抗压强度200-350MPa200-350MPa、有较、有较高的耐酸性、韧性、抗风化高的耐酸性、韧性、抗风化性好、呈绿色性好、呈绿色 饰面材料、混凝饰面材料、混凝土骨料、化工土骨料、化工设备衬里设备衬里玄武岩玄武岩 表观密度表观密度2900-3300Kg/m32900-3300Kg/m3、抗压强度抗压强度250-500MPa250

3、-500MPa、结构、结构细密、强度高、硬度大、颜细密、强度高、硬度大、颜色较深色较深 高强混凝土骨料、高强混凝土骨料、道路路面道路路面第5页/共103页第六页，共104页。沉积岩沉积岩石灰岩石灰岩 表观密度表观密度2600-2600-2800Kg/m32800Kg/m3、抗压、抗压强度强度80-160MPa80-160MPa、孔、孔隙率和吸水率大，隙率和吸水率大，耐久性差、呈灰白耐久性差、呈灰白色色 砌筑基础、桥墩、砌筑基础、桥墩、墙身、阶石及路墙身、阶石及路面、混凝土骨料、面、混凝土骨料、生产石灰和水泥生产石灰和水泥原料原料砂砂 岩岩 由直径由直径0.1-0.2mm0.1-0.2mm砂粒砂

4、粒经天然胶结而成，经天然胶结而成，性能波动大、抗压性能波动大、抗压强度强度5-200MPa5-200MPa，有，有灰黄褐色、白色灰黄褐色、白色 建筑物基础、勒脚、建筑物基础、勒脚、墙身、衬面、踏墙身、衬面、踏步步第6页/共103页第七页，共104页。变质岩变质岩大理岩大理岩 表观密度表观密度2600-2700Kg/m32600-2700Kg/m3，抗压强度抗压强度100-310MPa100-310MPa，质，质地致密而硬度大，容易加地致密而硬度大，容易加工，有雪白、灰、绿、黑、工，有雪白、灰、绿、黑、玫瑰、粉红、黄、红色玫瑰、粉红、黄、红色 地面、墙面、柱面、地面、墙面、柱面、柜台、栏杆、踏步

5、柜台、栏杆、踏步 石英岩石英岩 由硅质砂岩变质而成，结构由硅质砂岩变质而成，结构均匀致密，抗压强度均匀致密，抗压强度250-250-400MPa,400MPa,耐久性能好，硬耐久性能好，硬度高、加工困难度高、加工困难 建筑物基础、勒脚、建筑物基础、勒脚、栏杆、踏步，可作栏杆、踏步，可作耐酸材料、耐火材耐酸材料、耐火材料和玻璃的原料料和玻璃的原料片麻岩片麻岩 由花岗岩变质而成，垂直于由花岗岩变质而成，垂直于片理的抗压强度为片理的抗压强度为120-120-250MPa250MPa，沿片理易于开采，沿片理易于开采和加工，易风化和加工，易风化 碎石、块石、人行碎石、块石、人行道石板道石板第7页/共10

6、3页第八页，共104页。酸性石料酸性石料(shlio) SiO2 (shlio) SiO2 65%65%中性石料中性石料(shlio) 52% SiO2 (shlio) 52% SiO2 65%65%碱性石料碱性石料(shlio) (shlio) SiO252%SiO252%第8页/共103页第九页，共104页。3.2 冶金矿渣(kun zh)材料1.1.矿渣矿渣(kun(kun zh) zh)的主要化学成分及活性的主要化学成分及活性 高炉矿渣高炉矿渣(kun(kun zh) zh)中主要化学成分：中主要化学成分： 酸性氧化物（酸性氧化物（SiO2SiO2、Fe2O3Fe2O3等）等） 碱性氧

7、化物（碱性氧化物（CaOCaO、MgOMgO等）等） 中性氧化物（中性氧化物（Al2O3Al2O3） 硫化物（硫化物（CaSCaS等）等） 第9页/共103页第十页，共104页。1.1.矿渣的主要化学成分及活性矿渣的主要化学成分及活性矿渣的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其与水、某碱性溶液或硫酸盐溶液发生化学反应的性质。反应的性质。碱性系数碱性系数MoMo矿渣化学成分中碱性氧化物与酸性氧化物之矿渣化学成分中碱性氧化物与酸性氧化物之比值比值MoMo，称之为碱性系数。，称之为碱性系数。 Mo Mo1 1表示碱性氧化物多于酸性氧化物，该矿渣称之为表示碱性氧化物多于酸性氧化物，该矿

8、渣称之为：碱性矿渣；：碱性矿渣； Mo=1 Mo=1表示碱性氧化物等于酸性氧化物，该矿渣称之为表示碱性氧化物等于酸性氧化物，该矿渣称之为：中性矿渣；：中性矿渣； Mo Mo1 1表示碱性氧化物少于酸性氧化物，该矿渣称之为表示碱性氧化物少于酸性氧化物，该矿渣称之为：酸性矿渣：酸性矿渣用化学成分分析用化学成分分析(fnx)(fnx)来评定矿渣的质量是评定矿渣的来评定矿渣的质量是评定矿渣的主要方法主要方法. .我国国家标准（我国国家标准（GB/T203GB/T203）规定高炉矿渣质量）规定高炉矿渣质量系数系数K K如下：如下： 式中：各氧式中：各氧化物表示其质量百分数含量。化物表示其质量百分数含量。

9、 质量系数质量系数K K反映了矿渣中活性组份与低活性、非活性组份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，质量系数之间的比例关系，质量系数K K值越大，矿渣活性越高。值越大，矿渣活性越高。 第10页/共103页第十一页，共104页。2.2.矿渣集料的技术矿渣集料的技术(jsh)(jsh)特性特性 ）物理力学特性受冷却加工方式的影响）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含量小于时方可应用于路面(lmin)结构中。 b)铁和锰分解第11页/共103页第十二页，共104页。3.3 砂石(sh sh)材料的技术

10、性质和技术标准1 1、砂石、砂石(sh sh)(sh sh)材料的技术性质材料的技术性质 物理性质物理性质 力学性质力学性质 化学性质化学性质第12页/共103页第十三页，共104页。矿质实体矿质实体(sht)闭口闭口(bku)孔隙孔隙开口开口(kiku)孔隙孔隙矿质实体m0msMViVnVsV0V石料结构的质量与体积关系示意图 闭口孔隙开口孔隙1 1、砂石材料的技术性质、砂石材料的技术性质 物理性质（物理性质（物理常数、吸水性、抗冻性物理常数、吸水性、抗冻性） 第13页/共103页第十四页，共104页。可以预测岩石的有关物理(wl)和力学性质。在混合料组成设计计算时，是重要的原始资料第14页

11、/共103页第十五页，共104页。不含孔隙的矿质实体(sht)的体积的质量（g）； Vs石料矿质实体的体积（cm3）。第15页/共103页第十六页，共104页。VVmnssawssammm)(1或或矿质实体体积矿质实体体积(tj)+闭口孔隙体闭口孔隙体积积(tj)第16页/共103页第十七页，共104页。insShVVVm表观体积(tj)+开口孔隙体积(tj)第17页/共103页第十八页，共104页。l孔隙率l定义：指材料(cilio)内部所有孔隙体积占材料(cilio)总体积的百分率。l公式：%100)1(%1000thinVVVn开口孔隙(kngx)和闭口孔隙(kngx)第18页/共103

12、页第十九页，共104页。 (1)吸水率 在常温（202）常压下，石料试件吸水饱和时吸收(xshu)水的质量占干燥质量的百分率。 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）。100112mmmWx第19页/共103页第二十页，共104页。第20页/共103页第二十一页，共104页。抗冻性占主导地位。第21页/共103页第二十二页，共104页。第22页/共103页第二十三页，共104页。第23页/共103页第二十四页，共104页。第24页/共103页第二十五页，共104页。100mmmQ121fr10012RRK第25页/共103页

13、第二十六页，共104页。第26页/共103页第二十七页，共104页。吸水率大于吸水率大于5 5时，时，石料石料(shlio)(shlio)的抗冻性变差。的抗冻性变差。第27页/共103页第二十八页，共104页。无条件做抗冻性无条件做抗冻性时，可采用时，可采用(ciyng)此法此法第28页/共103页第二十九页，共104页。结构物部位冻融循环次数大、中桥小桥及涵洞镶面的或表面层的石料5025第29页/共103页第三十页，共104页。注：作边坡验算(yn sun)要进行三轴抗压强度试验HDRRe/278非标准圆柱体试件，测得抗压强度值按右式转换第30页/共103页第三十一页，共104页。AFfsc

14、max第31页/共103页第三十二页，共104页。 0maxAFfqsc第32页/共103页第三十三页，共104页。强度强度(qingd)第33页/共103页第三十四页，共104页。第34页/共103页第三十五页，共104页。%100121mmmQ磨第35页/共103页第三十六页，共104页。第36页/共103页第三十七页，共104页。第37页/共103页第三十八页，共104页。四、化学性质四、化学性质(huxu xngzh) (huxu xngzh) 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。 65%： 酸性石料 与沥青粘附性差 为保证沥青混合

15、(hnh)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。第38页/共103页第三十九页，共104页。 沥青与石料的粘附性（1）粘附机理（见图3.8）润湿(rn sh)理论W=sb+bw-swsb-sw-bwcos=0sb=sw+bwcosW=bw(1+cos)沥青的性质：沥青的稠度(chu d)、沥青中极性物质含量（如沥青酸和及其酸酐）。随着沥青的稠度(chu d)和沥青酸含量增加，沥青与石料粘附性增强。第39页/共103页第四十页，共104页。沥青沥青(lqng)(lqng)与矿料在界面上的交与矿料在界面上的交互作用互作用 沥青沥青(lqng)

16、(lqng)与矿料界面交互作用示意与矿料界面交互作用示意图图第40页/共103页第四十一页，共104页。 沥青与石料的粘附性（2）粘附性评价(pngji)方法 水煮法和水浸法根据最大粒径决定（3）石料的技术标准第41页/共103页第四十二页，共104页。3.4 集料的技术(jsh)性质 第42页/共103页第四十三页，共104页。工程中所指的最大粒径工程中所指的最大粒径一般一般(ybn)指公称最大粒径指公称最大粒径第43页/共103页第四十四页，共104页。空隙开口孔隙闭口孔隙矿质实体VvViVnVsVoVmomsM第44页/共103页第四十五页，共104页。nssaVVm矿质实体(sht)+

17、闭口孔隙第45页/共103页第四十六页，共104页。; Vi 、Vn集料开、闭口孔隙的体积（cm3）;insShVVVm矿质实体矿质实体+ +开口开口+ +闭口闭口(b ku)(b ku)孔隙孔隙第46页/共103页第四十七页，共104页。量和饱和面干体积。量和饱和面干体积。第47页/共103页第四十八页，共104页。vinssVVVVm矿质实体矿质实体(sht)+(sht)+开开/ /闭口孔隙闭口孔隙+ +颗粒间颗粒间的空隙的空隙第48页/共103页第四十九页，共104页。第49页/共103页第五十页，共104页。ku)孔隙的体积（cm3）； VV集料空隙的体积（cm3）； V 集 料 的

18、总 体 积（cm3）。%100)1 (aViVVVn第50页/共103页第五十一页，共104页。100)1 (bcDRCVCA第51页/共103页第五十二页，共104页。4. 4. 含泥量和泥块含量含泥量和泥块含量(hnling)(hnling)（1）含泥量与石粉含量 含泥量指集料中粒径小于0.075mm的颗粒含量； 石粉含量指人工砂中小于0.075mm的颗粒含量。 利用筛洗法，按照（3.24）式计算a)砂当量SE（JTJ 058 T0344-1994）用于测定细集料中所含粘土及杂质含量，判断集料的洁净程度(chngd)。 b)甲基蓝MB值用于判别人工砂中小于0.075mm颗粒含量主要是泥土还

19、是石粉第52页/共103页第五十三页，共104页。（2 2）泥块含量）泥块含量(hnling)(hnling)泥块含量指粗集料中原尺寸(ch cun)大于4.75mm（细集料中1.18 mm），但经水浸洗手捏后小于2.36mm(细集料中0.6mm)的颗粒含量.按照(3.26)计算集料中的泥块主要以三种类型存在：由纯泥组成的团块；由砂、石屑与泥组成的团快；包裹在集料颗粒表面的泥。第53页/共103页第五十四页，共104页。第54页/共103页第五十五页，共104页。100010mmmQa第55页/共103页第五十六页，共104页。第56页/共103页第五十七页，共104页。摆式(bi sh)摩擦

20、系数测定仪第57页/共103页第五十八页，共104页。第58页/共103页第五十九页，共104页。 冲击试验 选取9.5mm-13.2mm的集料试样，分三层装于冲击值试验仪的盛样器中，每层用捣杆捣实25次使其初步压实，然后用质量为（13.750.05）kg冲击锤，沿导杆自380mm5mm处自由落下锤击集料，并连续(linx)锤击15次，最后将试验后的集料在2.36mm的筛上筛分并称量。冲击值：式中：LSV- 粗集料的冲击值（%）; m- 试样总质量（g）； m1-试验后通过2.36mm的试样质量（g）。1001mmLSV第59页/共103页第六十页，共104页。smmAAV)(321第60页/

21、共103页第六十一页，共104页。第61页/共103页第六十二页，共104页。三.集料(j lio)的技术性质 技术指标高速公路、一级公路、城市快速路、主干道其它等级公路与城市道路表面层其它层次石料压碎值(%)252830洛杉矶磨耗率(%)283040视密度(kg/m3) 260025002450吸水率(%)2.03.03.0坚固性(%)1212软石含量(%)1559.5mm1218粒径0.3mm)（）12砂当量（）6050第63页/共103页第六十四页，共104页。3.5 集料(j lio)的级配与级配理论第64页/共103页第六十五页，共104页。振筛机第65页/共103页第六十六页，共1

22、04页。100MmaiiiiaaaA 21iiAP100第66页/共103页第六十七页，共104页。75. 475. 415. 03 . 06 . 018. 136. 21005AAAAAAAf粗砂：粗砂： f =3.7 f =3.73.13.1；中砂：中砂： f =3.0 f =3.02.32.3；细砂细砂(x sh)(x sh)： f =2.2 f =2.21.61.6。细度模数越大，砂越粗。细度模数越大，砂越粗。第67页/共103页第六十八页，共104页。例题1-1某砂样筛分结果如下表，请填满(tin mn)下表并求该砂的细度模数并判断该砂属于哪一类砂（干筛法）。筛孔尺寸di（mm） 4

23、.752.361.180.600.300.150.15存留量mi（g） 40.590.080.5154.0100.528.55.5分计筛余ai（%）8.118.016.130.920.15.71.1累计筛余Ai（%）8.126.142.273.193.298.9100.0通过百分率Pi（%）91.973.957.826.96.81.10第68页/共103页第六十九页，共104页。19. 31 . 81001 . 85)9 .982 .931 .732 .421 .26(1005)(75. 475. 415. 03 . 06 . 018. 136. 2AAAAAAAMx属于(shy)粗砂第69页

24、/共103页第七十页，共104页。第70页/共103页第七十一页，共104页。图1-3 集料级配曲线(qxin)示意图a）常数坐标； b）半对数坐标第71页/共103页第七十二页，共104页。第72页/共103页第七十三页，共104页。第73页/共103页第七十四页，共104页。粒多时，骨架粒多时，骨架(gji)空隙率增空隙率增加。加。第74页/共103页第七十五页，共104页。第75页/共103页第七十六页，共104页。kdP 2DdP100T第76页/共103页第七十七页，共104页。nDdP100第77页/共103页第七十八页，共104页。不同不同(b tn(b tn)n)n幂的级配曲线

25、幂的级配曲线 第78页/共103页第七十九页，共104页。（3 3）k k法法第79页/共103页第八十页，共104页。303111tDdDsso第80页/共103页第八十一页，共104页。第81页/共103页第八十二页，共104页。已知计算参数条件下的级配范围曲线绘制方法如下： 由于常用筛孔是按1/2递减的，为便于绘制和查阅，通常采用半对数坐标代替，即横坐标颗粒(kl)粒径（即筛孔尺寸）采用对数坐标，而纵坐标通过百分率采用常坐标。按颗粒(kl)粒径的对数计算值和各颗粒(kl)粒径（di）的通过百分率（Pi）绘制在坐标图上，再将确定的各点连接为光滑的曲线，在两个指数（n1和n2）曲线之间所包络

26、的范围即为级配范围（图中阴影部分）。n1=0.3，n2=0.7时的示意图如下。第82页/共103页第八十三页，共104页。级配范围级配范围(fnwi)(fnwi)曲线曲线 第83页/共103页第八十四页，共104页。第84页/共103页第八十五页，共104页。第85页/共103页第八十六页，共104页。第86页/共103页第八十七页，共104页。（136136）aA(i)X+aB(i)Y+aC(i)Z=aMaA(i)X+aB(i)Y+aC(i)Z=aM(i)(i)(137(137）第87页/共103页第八十八页，共104页。第88页/共103页第八十九页，共104页。第89页/共103页第九十

27、页，共104页。第90页/共103页第九十一页，共104页。第91页/共103页第九十二页，共104页。原材料筛 孔 尺 寸 /mm26.5191613.29.54.75 2.36 1.180.60.30.150.0750.075各种矿料分计筛余百分率（% ）碎石02.49.513.8 16.4 23.8 15.28.65.33.11.10.50.3砂-010.1 23.7 13.3 15.1 16.917.32.90.7矿-0 3.05.05.53.283.3标准级配范围通过百分率 p10090 10078 9262 8050 7226 5616 4412 3382451741337-表 1

28、-5 三种集料的分计筛余和混合料要求(yoqi)的级配范围第92页/共103页第九十三页，共104页。原材料原材料筛筛 孔孔 尺尺 寸寸 /mm/mm26.526.51919161613.213.29.59.54.754.752.362.361.181.180.60.60.30.30.150.150.0750.0750.0750.075标准级标准级配范围配范围累计筛累计筛余余 A Ai i10010090-90-10010078-9278-9262-62-808050-50-727226-26-565616-16-444412- 12- 33338-248-245-175-174-134-133-73-7- -级配范级配范围中值围中值0 05.05.015.015.029.029.039.039.059.059.070.070.077.577.584.084.089.089.091.591.595.095.01010第93页/共103页第九十四页，共104页。第94页/共103页第九十五页，共104页。原材料原材料筛筛 孔孔 尺尺 寸寸 /mm/mm26.526.51919161613.213.29.59.54.754.752.362.361.181.180.60.60.30.30.150.150.0750.0750.07