土木工程集料试验与检测

土木工程集料试验与检测第1页，共81页，2023年，2月20日，星期六德修身、技立业任务目标：

掌握水泥混凝土、沥青混凝土用砂和石的技术性质；具备检测水泥混凝土、沥青混凝土用砂和石质量的能力。

第2页，共81页，2023年，2月20日，星期六砂的技术性质及检测方法一石的技术性质及检测方法二主要内容第3页，共81页，2023年，2月20日，星期六有害杂质含量

坚固性表观密度、堆积密度和孔隙率碱-集料反应颗粒级配与粗细程度一、砂的技术性质及检测方法

第4页，共81页，2023年，2月20日，星期六(一)砂的粗细程度及颗粒级配1.颗粒级配定义：是指粒径不同的砂粒互相搭配的情况。讨论与分析：（a）单一颗粒（b）两种粒径（c）多种粒径颗粒级配不良，空隙率较大，则需较多的水泥浆填充。颗粒级配良好，空隙率较小，则需较少的水泥浆填充。结论：要减少砂粒之间的空隙,就必须有大小不同的颗粒合理搭配。第5页，共81页，2023年，2月20日，星期六2.粗细程度定义：是指不同粒径的砂粒，混合在一起后的平均粗细程度。讨论与分析：结论：在砂用量相同的条件下，粗颗粒表面积小，细颗粒表面积大。包裹颗粒用的水泥浆多少就会有所差别。第6页，共81页，2023年，2月20日，星期六如何检测混凝土用砂的质量？3.砂的技术指标检测过程第7页，共81页，2023年，2月20日，星期六按《建筑用砂》GB/T14684—2011要求：取样缩分检测砂技术性能检验规则第8页，共81页，2023年，2月20日，星期六（1）取样在料堆抽样时，将取样部位表层铲除，从料堆不同部位均匀取8份砂；从皮带运输机上抽样时，应用接料器在皮带运输机的机尾的出料处，定时抽取大致等量的4份砂；从火车、汽车和货船上取样时，应从不同部位和深度抽取大致等量的8份砂。分别组成一组样品。第9页，共81页，2023年，2月20日，星期六（2）缩分用分料器直接分取或人工四分。将取回的砂试样在潮湿状态下拌匀后摊成厚度约20mm的圆饼，在其上划十字线，分成大致相等的四份，取其对角线的两份混合后，再按同样的方法持续进行，直至缩分后的材料量略多于试验所需的数量为止。

第10页，共81页，2023年，2月20日，星期六（3）检验规则经检验后，其结果符合标准规定的相应要求时，可判为该产品合格，若其中一项不符合，则应从同一批品中加倍抽样对该项进行复检，复检后指标符合标准要求时，可判该类产品合格，仍不符合标准要求时，则该批产品不合格。第11页，共81页，2023年，2月20日，星期六砂颗粒级配与粗细程度试验方法试验目的：评定砂的颗粒级配和粗细程度主要仪器：标准套筛、摇筛机和天平。第12页，共81页，2023年，2月20日，星期六试验步骤150μm300μm600μm1.18mm2.36mm4.75mm称取500g干砂，放于最上一只筛子。将套筛装于摇筛机上，筛析10min。取下套筛，逐个进行手筛。称取各筛的筛余量，进行计算。砂颗粒级配与粗细程度试验方法第13页，共81页，2023年，2月20日，星期六四分法砂颗粒级配与粗细程度试验方法第14页，共81页，2023年，2月20日，星期六砂颗粒级配与粗细程度试验方法第15页，共81页，2023年，2月20日，星期六砂颗粒级配与粗细程度试验方法第16页，共81页，2023年，2月20日，星期六筛孔径(mm)筛余物质量(g)分计筛余率(%)累计筛余率(%)12平均4.75

m

1

a1

=

A1=

a1

2.36

m2

a2

=

A2=a1+a2=A1+a2

1.18

m3

a3

=

A3=a1+a2+a3=A2+a3

0.60

m4

a4

=

A4=A3+a4

0.30

m5

a5

=

A5=

A4+a5

0.15m6a6

=A6=

A5+a6筛底

m7

损失率（超出率）≤1%MX1-MX2≤0.20砂颗粒级配与粗细程度试验方法④计算第17页，共81页，2023年，2月20日，星期六级配区颗粒级配粗细程度MX级配曲线评定砂颗粒级配与粗细程度试验方法第18页，共81页，2023年，2月20日，星期六粗细程度的评定：计算细度模数

细度模数Mx

3.7～3.1

3.0～2.32.2～1.6粗砂

中砂细砂第19页，共81页，2023年，2月20日，星期六颗粒级配的评定：方法一：用级配区评定；(见表1-1)方法二：用级配曲线评定。第20页，共81页，2023年，2月20日，星期六方法一：用级配区评定建筑用砂的颗粒级配(GB/T14684—2011)

筛孔尺寸1区2区3区累计筛余百分率（％）9.50mm0004.75mm10~010~010~02.36mm35~525~015~01.18mm65~3550~1025~0600μm85~7170~4140~16300μm95~8092~7085~55150μm100~90100~90100~90评定标准：当砂的累计筛余均处于表中的任何一个级配区中，则颗粒级配合格，否则级配不合格。注意：1）砂的实际颗粒级配与表中所列数字相比，除4.75mm和600μm筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5％。2）1区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～85，2区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～80，3区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～75。第21页，共81页，2023年，2月20日，星期六筛孔尺寸（mm）累计筛余百分率0.300.601.182.364.759.500.15806040200100级配曲线筛孔尺寸1区2区3区累计筛余百分率（％）9.50mm0004.75mm10~010~010~02.36mm35~525~015~01.18mm65~3550~1025~0600μm85~7170~4140~16300μm95~8092~7085~55150μm100~90100~90100~90方法二用级配曲线评定第22页，共81页，2023年，2月20日，星期六思考题：计算三个级配区上限与下限对应的细度模数值。

第23页，共81页，2023年，2月20日，星期六(二)砂中有害杂质含量项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（按质量计，%）＜1.03.05.0泥块含量（按质量计，%）＜01.02.0云母含量（按质量计，%）＜1.02.02.0轻物质含量（按质量计，%）＜1.01.01.0有机质含量(比色法)合格合格合格硫化物和硫酸盐含量(按so3质量计，%）＜0.50.50.5氯化物(以cl-质量计，%）＜0.010.020.06亚甲基蓝溶夜MB<1.4(或合格)石粉含量＜（按质量计，%）357①MB≥1.4(或不合格)135①根据使用地区和用途，在试验验证的基础上，可由供需双方协商确定。1.混凝土用砂中有害物质的限量第24页，共81页，2023年，2月20日，星期六(二)砂中有害杂质含量2.砂子含泥量试验检测方法一、目的与适用范围1、本方法仅用于测定天然砂中粒径小于0.075㎜的尘屑、淤泥和粘土的含量。2、本方法不适用于人工砂、石屑等矿粉成分较多的细集料。二、仪具与材料1、天平：称量1㎏，感量不大于1g。2、烘箱：能控温在105℃±5℃。3、标准筛：孔径0.075㎜及1.18㎜的方孔筛。4、其它：筒、浅盘等。第25页，共81页，2023年，2月20日，星期六(二)砂中有害杂质含量2.砂子含泥量试验检测方法三、试验准备将来样用四分法缩分至每份约1000g，置于温度为105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重，冷却至室温后，称取约400g(m0)的试样两份备用。第26页，共81页，2023年，2月20日，星期六(二)砂中有害杂质含量2.砂子含泥量试验检测方法四、试验步骤1、取烘干的试样一份置于筒中，并注入浩净的水，使水面高出砂面约200㎜，充分拌和均匀后，浸泡24h，然后用手在水中淘洗试样，使尘屑、淤泥和粘土与砂粒分离，并使之悬浮水中，缓缓地将浑浊液倒入1.18㎜至0.075㎜的套筛上，滤去小于0.075㎜的颗粒。试验前筛子的两面应先用水湿润，在整个试验过程中应注意避免砂粒丢失。2、再次加水于筒中，重复上述过程，直至筒内砂样洗出的水清澈为止。3、用水冲洗剩留在筛上的细粒，并将0.075㎜筛放在水中(使水面略高出筛中砂粒的上表面)来回摇动，以充分洗除小于0.075㎜的颗粒；然后将两筛上筛余的颗粒和筒中已经洗净的试样一并装入浅盘，置于温度为105℃±5℃的烘箱中烘干至怛重，冷却至室温，称取试样的质量(m1)。第27页，共81页，2023年，2月20日，星期六(二)砂中有害杂质含量2.砂子含泥量试验检测方法五、结果计算与评定（1）含泥量按式计算，精确至0.1％：

式中：Qa——含泥量，%；G0——试验前烘干试样的质量，g；G1——试验后烘干试样的质量，g。（2）含泥量取两个试样的试验结果算术平均值作为测定值，采用修约值比较法进行评定。第28页，共81页，2023年，2月20日，星期六(二)砂中有害杂质含量2.砂子泥块含量试验检测方法一、试验目的测定天然砂中原粒径大于1.18mm,经水浸洗、手捏后小于600µm的颗粒含量。二、仪器设备（1）天平：称量1000g，感量0.1g；（2）鼓风干燥箱：能使温度控制在（105±5）℃；（3）方孔筛：孔径为600µm及1.18mm的筛各一只；（4）容器:要求淘洗试样时，保持试样不溅出（深度大于250mm）；（5）搪瓷盘，毛刷等。第29页，共81页，2023年，2月20日，星期六(二)砂中有害杂质含量2.砂子泥块含量试验检测方法三、试验步骤（1）按规定方法取样，并将试样缩分至约5000g，放在干燥箱中于（105±5）℃下烘干至恒量，待冷却至室温后，筛除小于1.18mm的颗粒，并分成大致相等的两份备用。（2）称取试样200g，精确至0.1g。将试样倒入淘洗容器中，注入清水，使水面高出试样面约150mm。充分搅拌均匀后，浸泡24h，然后用手在水中碾碎泥块，再把试样放在600µm筛上，用水淘洗，直至容器内的水目测清澈为止。(3)保留下来的试样小心地从筛中取出，装入浅盘后，放在干燥箱中于（105±5）℃下烘干至恒量，待冷却到室温后，称出其质量，精确至0.1g。第30页，共81页，2023年，2月20日，星期六(二)砂中有害杂质含量2.砂子泥块含量试验检测方法四、结果计算与评定（1）泥块含量按下式计算，精确至0.1％：式中：Qb——泥块含量，%；G1——1.18mm筛筛余试样的质量，g；G2——试验后烘干试样的质量，g。（2）泥块含量取两次试验结果的算术平均值，精确至0.1%。

第31页，共81页，2023年，2月20日，星期六(二)砂中有害杂质含量2.砂子泥块含量试验检测方法五、结果计算与评定（1）泥块含量按下式计算，精确至0.1％：式中：Qb——泥块含量，%；G1——1.18mm筛筛余试样的质量，g；G2——试验后烘干试样的质量，g。（2）泥块含量取两次试验结果的算术平均值，精确至0.1%。

第32页，共81页，2023年，2月20日，星期六(二)砂中有害杂质含量2.人工砂及混合砂中石粉含量试验（亚甲蓝法）

原理：试样的水悬液中连续逐次加入亚甲蓝溶液，每次加亚甲蓝溶液后，通过滤纸蘸染试验检验游离染料的出现，以检查试样对染料溶液的吸附，当确认游离染料出现后，即可计算出亚甲蓝值（MB）表示为每千克试验粒级吸附的染料克数。第33页，共81页，2023年，2月20日，星期六(二)砂中有害杂质含量2.人工砂及混合砂中石粉含量试验（亚甲蓝法）使用范围：用于人工砂和混合砂中石粉含量。①亚甲蓝溶液的配制②石粉含量的测量标准方法定量测试快速方法定性测试第34页，共81页，2023年，2月20日，星期六第35页，共81页，2023年，2月20日，星期六第36页，共81页，2023年，2月20日，星期六第37页，共81页，2023年，2月20日，星期六(二)砂中有害杂质含量2.人工砂及混合砂中石粉含量试验（亚甲蓝法）使用范围：用于人工砂和混合砂中石粉含量。①亚甲蓝溶液的配制②石粉含量的测量标准方法定量测试快速方法定性测试第38页，共81页，2023年，2月20日，星期六(三)砂的坚固性1、定义坚固性是指砂在自然状态和其他外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。对天然砂坚固性采用硫酸钠溶液方法进行试验，砂样经5次循环后其质量损失应符合表1；对人工砂坚固性采用压碎指标法进行试验，压碎指标值应小于表2的规定项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类质量损失，%，〈8810.0项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类单级压碎指标，%，〈202530表1天然砂坚固性指标

表2人工砂坚固性指标

第39页，共81页，2023年，2月20日，星期六

人工砂坚固性试验方法

检验方法规定采用四个粒级筛分分别进行压碎，然后将四级砂样进行总的压碎值指标计算。试验证明4.75～9.5mm颗粒级的压碎指标比其他粒级要明显大，总的趋势是粒级越大压碎指标越小，鉴于砂的定义，公称粒径4.75mm以下的颗粒为砂，所以取公称粒径4.75mm以下的颗粒分成公称粒径4.75～2.36mm、2.36～1.18mm、1.18mm～600μm、600～300μm四个粒级，每级试样1000g。(三)砂的坚固性第40页，共81页，2023年，2月20日，星期六试验步骤：装模——放入加压块——加荷（500N/S至25kN，稳荷5s）——筛分——计算单级压碎指标——计算四级砂样的总压碎指标。第41页，共81页，2023年，2月20日，星期六（一）表观密度试验1、烘干(105±5℃)；2、称重m0=300g；3、通过漏斗加入装有半瓶冷开水的容量瓶中，静置24h(1h)使吸水饱和；4、充分搅动排出气泡，加水至刻度线，塞上瓶塞，擦干外表面后称重，得m1；5、倒出砂及水，洗净后，另装水至刻度线，称重m2；6、计算：试验步骤

（四）砂的表观密度及堆积密度试验第42页，共81页，2023年，2月20日，星期六

（四）砂的表观密度及堆积密度试验第43页，共81页，2023年，2月20日，星期六细集料堆积密度及紧装密度试验：（四）砂的表观密度及堆积密度试验第44页，共81页，2023年，2月20日，星期六(二)松堆积密度1、称空容量筒质量m1、已知容量筒体积V0’=1L；2、按规定方法装入物料至漫出，用直尺刮平，称重m2；3、计算：ρ0’＝(m2－m1)／V0’4、计算空隙率：P’=(1-ρ0／ρ0’)×100%

（四）砂的表观密度及堆积密度试验第45页，共81页，2023年，2月20日，星期六（四）砂的表观密度及堆积密度试验第46页，共81页，2023年，2月20日，星期六(五)砂的碱-集料反应1、定义所谓碱-集料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与骨料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。砂经碱-骨料反应试验后，由砂制备的砂浆试件应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象。2、控制碱集料的措施①选择非活性骨料；②选用低碱水泥；③掺用粉煤灰；④提高混凝土密实度。第47页，共81页，2023年，2月20日，星期六3、试验方法（快速法）①适用范围本方法适用于检验硅质骨料与混凝土中的碱产生潜在反应的危害性，不适用于碳酸盐骨料。

②试模：25mm×25mm×280mm，两端正中有小孔，装有不锈钢质膨胀端头。③制作试件的骨料的级配要求如下表：水泥与砂的质量比为1:2.25，水灰比为0.47，一组三个试件共需水泥440g，砂990g，砂用量要求如下表：筛孔尺寸4.75mm～2.36mm2.36mm～1.18mm1.18mm～600μm600μm～300μm300μm～150μm质量/g99.0247.5247.5247.5148.5第48页，共81页，2023年，2月20日，星期六第49页，共81页，2023年，2月20日，星期六④试验过程试样制备称量、成型养护脱模测量初始长度养护测量各个龄期的长度（3d、7d、10d、14d）计算膨胀率评定结果结果判断：1、当14d膨胀率小于0.10%，则大多数情况无碱硅酸反应危害。2、当14d膨胀率大于0.20%，则可以判断存在碱硅酸反应危害。3、当14d膨胀率在0.10%～0.20%，不能判断存在碱硅酸反应危害。需按照标准法测6个月膨胀率。第50页，共81页，2023年，2月20日，星期六颗粒形状与表面特征

强度和坚固性有害杂质含量碱-集料反应颗粒级配与最大粒径二、石的技术性质及检测方法

表观密度、堆积密度和孔隙率第51页，共81页，2023年，2月20日，星期六碎石卵石

粗骨料：颗粒粒径大于4.75mm的颗粒；混凝土用粗骨料通常有碎石和卵石两种第52页，共81页，2023年，2月20日，星期六1、石子的颗粒级配：是指石子中不同石子粒径的搭配分布情况。石子的颗粒级配分为连续级配和间断级配两种形式按采石场供应方式分为连续粒级和单粒级两种。石子的颗粒级配与砂子一样，也是采用筛分析法来确定的，其标准筛的孔径为2.36、4.75、9.50、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0和90mm共12个筛。粗骨料的颗粒级配应满足下表要求(一)石子的颗粒级配与最大粒径第53页，共81页，2023年，2月20日，星期六连续级配：要求颗粒尺寸由大到小连续分级，每一级骨料都占有适当的比例。连续粒级：从1/2公称最大粒径开始至最大粒径。

(一)石子的颗粒级配与最大粒径几个定义：间断级配：在连续级配中剔除一个（或几个）粒级，即筛分曲线出现水平段，大粒径骨料间的空隙由比其小很多的小粒径颗粒来填充，从而降低空隙率。

第54页，共81页，2023年，2月20日，星期六级配情况公称粒级（㎜）累计筛余（%）筛孔尺寸（圆孔筛）（㎜）2.364.759.5016.019.026.5031.537.553.063.075.090连续粒级5~1095~10080~1000~1505~1695~10085~10030~600~1005~2095~10090~10040~80—0~1005~2595~10090~100—30~70—0~505~31.595~10090~10070~90—15~45—0~505~40—95~10070~90—30~65——0~50单粒级10~20—95~10085~100—0~15016~31.5—95~100—85~100——0~10020~40——95~100—80~100——0~10031.5~63———95~100——75~10045~75—0~10040~80————95~100——70~100—30~600~100(一)石子的颗粒级配与最大粒径第55页，共81页，2023年，2月20日，星期六(一)石子的颗粒级配与最大粒径2、石子最大粒径：石子各粒级的公称上限粒径称为这种石子的最大粒径。石子的最大粒径增大，则相同质量石子的总表面积减小，混凝土中包裹石子所需水泥浆体积减少，即混凝土用水量和水泥用量都可减少。在一定的范围内，石子最大粒径增大，可因用水量的减少提高混凝土的强度。

按《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204—2002）规定：粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋最小净距的3/4。对于混凝土实心板，粗骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。第56页，共81页，2023年，2月20日，星期六(一)石子的颗粒级配与最大粒径两个定义公称最大粒径：集料可能全部通过或有少量不通过（一般容许筛余率小于10%）的最小标准筛孔尺寸。

最大粒径：骨料全部通过（即通过率为100%）的最小标准筛所对应的筛孔尺寸。

第57页，共81页，2023年，2月20日，星期六（二）颗粒形状及表面特征

颗粒形状以三维长度相等（接近立方体或球形）为好。针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径2.4倍者；片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍者。针片状颗粒不仅本身容易折断，而且会增加骨料的空隙率，使拌合物和易性变差，强度降低,耐久性降低。1、颗粒形状第58页，共81页，2023年，2月20日，星期六石子针、片状规准仪（二）颗粒形状及表面特征第59页，共81页，2023年，2月20日，星期六针片状颗粒含量(GB/T14685—2011)项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类针、片状颗粒(按质量)(%，小于)51525（二）颗粒形状及表面特征第60页，共81页，2023年，2月20日，星期六ABC（二）颗粒形状及表面特征第61页，共81页，2023年，2月20日，星期六2、表面特征碎石表面粗糙且多棱角，与水泥浆粘结力强；卵石表面光滑少棱角，与水泥浆粘结能力差。（二）颗粒形状及表面特征第62页，共81页，2023年，2月20日，星期六（三）强度和坚固性强度指标岩石立方体强度压碎指标值碎石卵石、碎石第63页，共81页，2023年，2月20日，星期六1、岩石立方体抗压强度

岩石抗压强度是将母岩制成50mm×50mm×50mm立方体试件，在水饱和状态下测定其极限抗压强度值。（三）强度和坚固性第64页，共81页，2023年，2月20日，星期六2、压碎指标值

式中：

Qc——压碎指标值；

G1——试样的质量，g；

G2——压碎后的筛余量，g。（三）强度和坚固性第65页，共81页，2023年，2月20日，星期六项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类碎石压碎指标（%）＜10＜20＜30卵石压碎指标（%）＜12＜16＜16碎石、卵石的压碎指标（三）强度和坚固性第66页，共81页，2023年，2月20日，星期六石子压碎值实验第67页，共81页，2023年，2月20日，星期六3、坚固性骨料的坚固性是指在气候、外力和其他物理力学因素作用（如冻融循环作用）下骨料抗碎裂的能力。坚固性试验是用硫酸钠溶液法检验，试样经五次干湿循环后，其质量损失应不超过规范的规定。（三）强度和坚固性第68页，共81页，2023年，2月20日，星期六粗骨料中的有害杂质主要有：粘土、淤泥及细屑；硫酸盐及硫化物；有机物质；蛋白石及其他含有活性氧化硅的岩石颗粒等。它们的危害作用与在细骨料中相同。各种有害杂质的含量都不应超出规范的规定。（四）有害杂质含量项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量(按质量计，％)＜0.51.01.5泥块含量(按质量计，％)＜00.50.7有机物合格合格合格硫化物及硫酸盐(按so3质量计，％)＜0.51.01.0第69页，共81页，2023年，2月20日，星期六表观密度应大于2500Kg/m3，松散堆积密度应大于1350Kg/m3，空隙率应小于47%。（五）表观密度、堆积密度和孔隙率1、表观密度液体比重天平法广口瓶法第70页，共81页，2023年，2月20日，星期六最大粒径（mm）≤26.531.537.563.075.0最少试样质量（kg）2.03.04.06.06.0液体比重天平法表观密度试验所需试样数量第71页，共81页，2023年，2月20日，星期六按式（5-12）计算石子的表观密度式中ρ水——水的密度，1000kg/m3；G0——烘干后试样的质量，g；G1——吊篮及试样在水中的质量，g；G2——吊篮在水中的质量，g；结果评定（精确至10kg/m3）第72页，共81页，2023年，2月20日，星期六

表观密度取两次试验结果的算术平均值，精确至10kg/m3，如两次测定结果的差值大于20kg/m3时，须重新试验。对颗粒材质不均匀的试样，如两次试验结果之差超过20kg