1. 道路工程材料 砂石材料.ppt
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1、道路建筑材料道路建筑材料1.砂石材料砂石材料2.水泥水泥3.水泥混凝土水泥混凝土4.沥青材料沥青材料5.沥青混合料沥青混合料6.无机结合料稳定混合料无机结合料稳定混合料1.砂石材料砂石材料 主要内容主要内容 砂石材料的技术性能砂石材料的技术性能 矿质混合料的级配矿质混合料的级配 矿质混合料配合比设计方法矿质混合料配合比设计方法 石料与集料在道路工程中的应用石料与集料在道路工程中的应用1.1 砂石材料分类砂石材料分类按来源分类按来源分类天然砂石材料:卵石、砾石;砂(海砂、河砂、山砂等)天然砂石材料:卵石、砾石;砂(海砂、河砂、山砂等)人工轧制的砂石料:块料、碎石集料人工轧制的砂石料:块料、碎石集
2、料工业冶金矿渣集料:钢渣、高炉渣、煤渣、粉煤灰等工业冶金矿渣集料:钢渣、高炉渣、煤渣、粉煤灰等按成岩条件按成岩条件岩浆岩岩浆岩地壳内部熔融岩浆上升冷却而成,又称火成岩地壳内部熔融岩浆上升冷却而成,又称火成岩例如:例如:花岗岩(侵入岩)、安山岩、玄武岩(喷出岩)花岗岩(侵入岩)、安山岩、玄武岩(喷出岩)沉积岩沉积岩母岩经长期风化、搬运、沉积成岩作用而形成(水成岩石)母岩经长期风化、搬运、沉积成岩作用而形成(水成岩石)例如:石灰岩、砂岩例如:石灰岩、砂岩变质岩变质岩岩浆岩或沉积岩经过地址变质作用而形成的岩石岩浆岩或沉积岩经过地址变质作用而形成的岩石例如:石灰岩例如:石灰岩大理岩,花岗岩大理岩,花岗
3、岩片麻岩片麻岩公路用石料的开采与加工公路用石料的开采与加工开采矿山轧制设备筛选设备振动喂料鄂式粗破反击式细破筛分生产工艺各种集料1.2砂石材料的技术性能砂石材料的技术性能1.2.1石料的技术性质石料的技术性质1.2.1.1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)1)物理常数)物理常数图图1-1石料体积组成示意图石料体积组成示意图密度:密度:真实密度真实密度(真实体积真实体积vs矿物实体体积)矿物实体体积)表观密度表观密度(表观体积(表观体积vsvn含闭口孔隙)含闭口孔隙)毛毛体体积积密密度度(毛毛体体积积vs+vn+vi闭闭口口与与开开口口孔孔隙隙)孔隙率:孔隙
4、率:图图1-1 石料体积组成示意图石料体积组成示意图2)吸水性吸水性:材料吸入水分的能力:材料吸入水分的能力吸水率吸水率:常温(:常温(202)、标准大气压()、标准大气压(101.325kPa)饱水率:常温(饱水率:常温(202)、真空抽气(、真空抽气(2.67kPa)最大吸水质量最大吸水质量吸水率(饱水率)吸水率(饱水率)100干燥试样质量干燥试样质量3)抗抗冻冻性性:石石料料在在水水饱饱和和状状态态下下,能能经经受受反反复复冻冻融融而而不不破破坏坏,并并不不严严重重降低强度的能力降低强度的能力直接冻融法(冻融循环试验:直接冻融法(冻融循环试验:-15冰冻冰冻4h25融解融解4h)若干次若
5、干次(15、25、50次次)质量损失质量损失强度损失:强度降低不大于强度损失:强度降低不大于25,耐冻系数,耐冻系数0.75硫酸钠坚固性法(硫酸钠坚固性法(Na2SO4结晶体积涨大)结晶体积涨大)将石料浸入饱和将石料浸入饱和Na2SO4溶液溶液20h,置于置于1055烘箱烘箱4h,循环循环5次次1.2.1.2力学性质力学性质道路试件道路试件:505050mm立方体立方体50H50mm的圆柱体的圆柱体图图1-2石料抗压强度试件石料抗压强度试件桥梁试件桥梁试件:200200200mm立方体立方体1)抗压强度)抗压强度石料应具备一定的抗压、抗弯、抗剪强度,以及抗冲石料应具备一定的抗压、抗弯、抗剪强度
6、,以及抗冲击、摩擦作用的能力。抗压强度和磨耗率常用于评价击、摩擦作用的能力。抗压强度和磨耗率常用于评价石料等级。石料等级。单位面积上所能承受的最大荷载。单位面积上所能承受的最大荷载。图图1-2 石料抗压强度试件石料抗压强度试件影响石料抗压强度的因素:影响石料抗压强度的因素:内因:材料的矿物成分内因:材料的矿物成分 结构和孔隙构造结构和孔隙构造外因:试件尺寸外因:试件尺寸 加荷速率加荷速率 湿度等湿度等2)磨耗率磨耗率洛杉矶法(搁板式)洛杉矶法(搁板式):试样为试样为5000g有级配的集料,并有级配的集料,并加入加入12个钢球(个钢球(48mm,约约5000g)。)。转速转速3033r/min,
7、转转500转转图图1-4搁板式磨耗仪搁板式磨耗仪狄法尔法(双筒式)狄法尔法(双筒式):50块石料(块石料(5075mm),),质量质量5000g左右,转速左右,转速3033r/min,转转10,000转(转(5.55.0h)图图1-3双筒式磨耗仪双筒式磨耗仪磨耗率计算公式磨耗率计算公式:式中:式中:m2试验后试验后2mm筛上烘干石料试样质量;筛上烘干石料试样质量;m1试验前烘干石料试样质量。试验前烘干石料试样质量。石料抵抗撞击、剪切和摩擦综合作用的能力。石料抵抗撞击、剪切和摩擦综合作用的能力。图图1-3 双筒式磨耗仪示意图双筒式磨耗仪示意图 耗时长达耗时长达5h以上以上 试件尺寸单一(试件尺寸
8、单一(5075mm),),与路用实际情况不符合与路用实际情况不符合 石料间相互作用,不同性质石料的磨耗率相差不大石料间相互作用,不同性质石料的磨耗率相差不大图图1-4 搁板式磨耗仪示意图搁板式磨耗仪示意图 省时:省时:15min左右左右 使石料受到更严峻的冲击、使石料受到更严峻的冲击、剪切、摩擦作用,石料级差大剪切、摩擦作用,石料级差大 试样级配较符合路用状况试样级配较符合路用状况1.2.1.11.2.1.1物理性质物理性质物理性质物理性质物理常数:密度、空隙率物理常数:密度、空隙率吸水性:吸水率、饱水率吸水性:吸水率、饱水率抗冻性抗冻性1.2.1.21.2.1.2力学性质力学性质力学性质力学
9、性质抗压强度:单位面积上所能承受的最大荷载抗压强度:单位面积上所能承受的最大荷载磨耗率:石料抵抗撞击、剪切和摩擦综合作用的能力磨耗率:石料抵抗撞击、剪切和摩擦综合作用的能力1.2.1石料的技术性质石料的技术性质1.分类分类:按照成岩条件、风化程度等:按照成岩条件、风化程度等岩浆岩类(火成岩)岩浆岩类(火成岩)石灰岩类(沉积岩)石灰岩类(沉积岩)砂岩与片麻岩类(变质岩)砂岩与片麻岩类(变质岩)砾石岩(天然风化)砾石岩(天然风化)2.分级指标分级指标:饱水抗压强度和磨耗率:饱水抗压强度和磨耗率最坚强最坚强坚强坚强中等坚强中等坚强较弱软较弱软1.3.2 石料的技术标准石料的技术标准1.2.2 集料的
10、技术性质集料的技术性质图图1-5 碎石集料碎石集料 1.2.2.1 物理性质物理性质1)物理常数)物理常数图图1-6集料的体积组成集料的体积组成密度:表观密度、毛体积密度、装填密度密度:表观密度、毛体积密度、装填密度装填密度装填密度堆积(松装)密度堆积(松装)密度集料按自由下落方式装样集料按自由下落方式装样图图1-7细集料堆积密度试验仪具示意图细集料堆积密度试验仪具示意图振实(紧装)密度振实(紧装)密度集料振摇方式装样集料振摇方式装样捣实密度捣实密度集料振摇方式装样集料振摇方式装样空隙率空隙率VG:集料空隙体积占集料总体积的百分比集料空隙体积占集料总体积的百分比不含开口孔隙不含开口孔隙含开口孔
11、隙含开口孔隙颗粒之间的颗粒之间的空间体积空间体积图图1-5 碎石集料碎石集料不同粒径、尺寸较小的石料颗粒的集合不同粒径、尺寸较小的石料颗粒的集合体体集料是由不同粒径矿质颗粒组成的混合料,包括:天然砂(小于4.75mm)人工砂(机制砂,混和砂)卵石(大于4.75mm)碎石(岩石、卵石破碎)工业矿渣(高炉矿渣、刚渣)图图1-6 集料的体积组成集料的体积组成孔隙:矿物之间的空间孔隙:矿物之间的空间Vn+Vi空隙:集料颗粒之间的空间空隙:集料颗粒之间的空间Vv图图1-7 细集料堆积密度试验仪具示意图细集料堆积密度试验仪具示意图2)级配:)级配:指集料中不同尺寸颗粒的比例指集料中不同尺寸颗粒的比例反映了
12、粒径大小不同的矿质颗粒的相互搭配情况反映了粒径大小不同的矿质颗粒的相互搭配情况图图1-8级配的几种情况级配的几种情况筛析试验筛析试验图图1-9套筛套筛圆孔筛圆孔筛(直径直径):40、20、10、5、2.5、1.25、0.63、0.3方孔筛方孔筛(边长边长):13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3筛分试验参数筛分试验参数分计筛余百分率分计筛余百分率ai:某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率某号筛上的筛余质量占试样总质量的百分率累累计计筛筛余余百百分分率率Ai:等等于于或或大大于于某某号号筛筛上上筛筛余余质质量量之之和和占占总总质质量量的百分率的百分率通过百分率通过百分率
13、Pi:通过某号筛的集料质量占试件总质量的百分率通过某号筛的集料质量占试件总质量的百分率级配曲线的绘制级配曲线的绘制图图1-10级配曲线级配曲线制表和作图要求制表和作图要求图图1-8 级配的几种情况级配的几种情况 图图1-9 套筛套筛级配曲线示意图级配曲线示意图 作图:纵坐标为通过百分率作图:纵坐标为通过百分率P P()常数坐标常数坐标 横坐标为筛孔尺寸横坐标为筛孔尺寸(mm)mm)注意:坐标单位注意:坐标单位 注明不同曲线意义注明不同曲线意义 判断集料级配是否符合要求判断集料级配是否符合要求3)粗粗度度细细度度模模数数评评价价砂砂(0.164.75mm)粗粗细细程程度度,为为筛筛分分试试验验中
14、中各各号号筛筛上上累累计计筛筛余余百百分率之和,按下式计算:分率之和,按下式计算:细度模数越大,表示细集料越粗。细度模数越大,表示细集料越粗。w粗砂:粗砂:Mf 3.73.1w中砂:中砂:Mf 3.02.3w细砂:细砂:Mf2.21.6细度细度模数取决于模数取决于0.15mm2.26mm筛上累计筛余量之和,对于较粗颗粒含量比筛上累计筛余量之和,对于较粗颗粒含量比较敏感。较敏感。无单位。无单位。没有考虑小于没有考虑小于0.15mm颗粒含量。不能全面反应细集料颗粒颗粒含量。不能全面反应细集料颗粒分布。分布。颗粒形状:颗粒形状:蛋圆形、棱角形、针状、片状,理想的形状接近立方体。蛋圆形、棱角形、针状、
15、片状,理想的形状接近立方体。针状:长度大于其平均粒径针状:长度大于其平均粒径2.4倍的颗粒倍的颗粒片状:厚度小于其平均粒径片状:厚度小于其平均粒径0.4倍的颗粒倍的颗粒现行规范公路工程集料试验规程现行规范公路工程集料试验规程JTJ0582000定义集定义集料针偏状颗粒为颗粒最小厚度(或直径)与最大长度(或宽度)料针偏状颗粒为颗粒最小厚度(或直径)与最大长度(或宽度)方向的尺寸比小于方向的尺寸比小于1:3的颗粒的颗粒。表面特征:表面特征:是指集料表面的粗糙程度及孔隙特征等,与集料的材质、岩是指集料表面的粗糙程度及孔隙特征等,与集料的材质、岩石的结构、矿物组成以及受到冲刷、腐蚀程度有关。集料表面特
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