Transcript 建材绪论和第一章砂石材料

建筑材料：建筑工程中所用的一切材料及其
制品的总称，是建筑工程的物质基础。
道路建筑材料：是用于路桥建筑物各个部位
的各种构件和结构体并最终构成路桥的材料。
金属材料
无机材料
1.分类:
按化学成分分
有机材料
复合材料
非金属材料
植物材料
高分子材料
沥青材料
金属
金属
非金属
非金属
有机
有机
2、内容
①砂石材料
砂石材料是道路桥梁工程中用量最大的一种建筑材料
砂石材料——经过人工开采的岩石或轧制碎石以及地
壳岩层岩石经天然风化而得到的松散材料。
用途： 直接用于铺道路或各种桥梁结构物
作为集料来配制水泥砼和沥青混合料
②无机结合料及制品
石灰、水泥、水泥砼是桥梁建筑中钢筋砼和
预应力砼结构的主要材料
③有机结合料及其混合料
沥青、沥青混合料
④稳定土材料
⑤高聚物材料
⑥建筑钢材
三、材料的技术性质
材料的组成→性能→指标→试验→应用→贮
存、运输
力学性质
化学性质
物理性质
四项技术性质
工艺性质
四、检验方法与技术标准
１、检验方法
常用的检验方法有三种：
试验室内原材料性能检测
试验室内模拟结构检验测定
现场修筑试验性结构物检定
检验的目的：来判断材料的性能是否达到要求
2、检测内容：包含四方面
物理性质试验：抗冻性、吸水性的检验。
力学性质试验：钢筋的力学性能检验、混凝土强度的检
验、岩石耐磨性的检验。
化学性质试验：例如：石灰中氧化钙、氧化镁含量的分
析，材料中有害杂质的测定。
工艺性能试验： 是否便于加工的性能，钢筋冷弯性能的
检验、钢筋焊结的检验。
3、检验标准
国家标准：GB-最高标准、具有指导性、权威性
GB175—2007通用硅酸盐水泥
行业标准：JC
分类
YB
JTJ
在相应的国家标准出台后，行业标准自动
废止
地方标准：DB-在无国家标准、行业标准时，由某地
区制定，只在某地区适用
企业标准：QB-只限于企业内部
第一章
第一节
砂石材料
砂石材料的技术性质
内容提要
一、岩石的技术性质
二、道路与桥涵用岩石制品
三、集料的技术性质
四、冶金矿渣集料
一、岩石的技术性质
岩石是在各种地质作用下,
按一定方式结合而成的矿
物集合体,它是构成地壳和
地幔的主要物质.
其主要应用有：
1、建筑地基
2、砌体工程
3、集料
1、物理性质：
包括物理常数、吸水性和抗冻性等。
1）物理常数
①真实密度：是岩石在规定条件下，烘干岩石矿质实
体单位体积（不包括开口与闭口空隙）的质量，用
t表示。
则：
ms
t 
vs
V=VS+VO
VS-矿质实体的体积
VO-岩石孔隙的体积
②毛体积密度:
在规定条件下，烘干岩石（包括孔隙在内)的单
位体积的质量。
ms
M
b 

v s  vn  vi V
测定方法：利用量积法、水中称量法和蜡封法。
蜡封法步骤：
（1）将试件烘干；
（2）称出试件空气中质量；
（3）将试件表面封蜡；
（4）称出试件封蜡后的空气中质量；
（5）称出封蜡后试件的水中质量；
（6）计算毛体积密度。
③孔隙率：孔隙体积占岩石总体积的百分率。
用n来表示

v0
b 
n   100   1    100
v
t 

开口孔隙
按与外界是否连通分
闭口孔隙
孔隙率是衡量材料密实程度的指标。
孔隙对材料性能的影响：
孔隙对材料的强度、吸水性、抗冻性 、吸音性等均
有影响。
开口孔多的材料：吸音效果好。
声波
材料
反射
闭口孔多的材料：保温隔热效果好
粗大孔：水不易存留、易流出
细小孔：水进入以后不易流出
穿透
吸收
2）吸水性
定义：岩石在规定条件下吸水的能力
指标：吸水率、饱和吸水率
①、吸水率：
岩石吸水率是指在室内常温（20℃±2℃）和大气压条
件下，岩石试样最大的吸水质量占烘干（105  5℃干燥至恒
重）岩石试件质量的百分率。
m1  m
Wa 
 100
m
②饱和吸水率：
在室内常温和真空抽气后的条件下，岩石试样最大吸水的
质量占烘干岩石试件质量的百分率。
区别： 饱水率是在石料抽至真空的条件下测定的，此时
水几乎充满开口孔隙的全部体积，而在常压下测
定的吸水率，通常认为水分只填充部分孔隙。
Wsa
m2  m

 100
m
饱水率>吸水率
影响吸水性的因素：a、孔隙特征、孔隙率
b、岩石的酸碱性
c、矿物成分组织构造
吸水率、饱和吸水率能有效地反映岩石微裂隙的发育
程度，可用来判断岩石的抗冻性和抗风化等性能。
3）抗冻性
定义：岩石在吸水饱和的状态下，抵抗多次冻结和融
化作用而不发生显著破坏，同时也不严重降低
强度的性能。
指标： 抗冻标号（测定经过冻(-15 ℃,4h)、融(20℃±5
℃,4h)循环，质量损失不超过5%，抗压强度不超过25%的次数。）
抗冻标号越大，抗冻性越好
测定方法：直接冻融法
若无条件进行冻融实验，可采用坚固性简易快速
测定法：
将烘干并已称量过的规则试件，浸入饱和的硫酸
钠溶液中经20h，取出置于105℃ 5℃的烘箱中烘4h。
然后取出冷却至室温，作为一个循环。如此重复若干
个循环。最后用蒸馏水沸煮洗净，烘干称量，计算质
量损失百分率。
2、力学性质
抗压强度
磨耗性
1）单轴抗压强度：（无侧限抗压强度）
定义：按我国现行《公路工程岩石试验规程》规定的标准试
件经吸水饱和后，单轴受压并按规定的加载条件下，
达到极限破坏时，单位承压面积上所承受的荷载。
P
R 
A
影响岩石抗压强度的主要因素：
 岩石的组成结构
 试验条件
矿物组成
岩石的结构和构造
裂隙的分布
试件尺寸和形状
加载速度（0.5 ~ 1.0MPa/S ）
试验温度和湿度（饱和水状态）
用于评定岩石强度、划分石料等级
2）磨耗性
定义：岩石抵抗撞击、边缘剪力和摩擦等联合作用的性
能，以磨耗率表示。
试验方法：
洛杉矶式 （搁板式）
狄法尔式（双筒式）
试验时将规定质量且有一定级配的试样和一定质量
的钢球置于试验机内，磨耗鼓以30-33r/min的速度旋转
，至达到要求次数后停止，将试样取出，用1.7mm方孔筛
筛去石屑，将留在筛上的试样洗净烘干并称其质量。
石料磨耗率计算公式为：
m1  m2
Q磨 
 100
m1
3、化学性质：（了解）
酸性石料 SiO2 ＞65﹪
中性石料 52﹪≤SiO2≤65﹪
碱性石料 SiO2 ＜52﹪
大量试验证明，碱性石料与沥青的粘附性较酸性石料
与沥青的粘附性大，酸性石料比较坚硬。为确定集料与沥
青的粘附性，通常在公路工程中采用一些简便的方法进行
测定。
目前我国现行的试验方法主要有：
１）水煮法
２）水浸法
３）亲水系数法
当采用同一种沥青时，选择矿料从碱性、中性直至
酸性，集料与沥青粘附性逐渐降低。为保证沥青混合料的
强度，在选择集料时应优先考虑采用碱性石料。若当地缺
乏碱性石料且必须采用酸性石料时，可掺加各种抗剥剂以
提高沥青与石料的粘附性。
补充内容：
公路工程建筑用天然石料岩类分为：
*岩浆岩类：如花岗岩、正长岩、辉长岩、辉绿岩、闪长
岩、橄榄岩、玄武岩、安山岩、流纹岩等。
*石灰岩类：石灰岩、白云岩、泥灰岩、凝灰岩等。
*砂岩和片岩类：石英岩、砂岩、片麻岩、石英片麻岩等。
*砾石类
（2）技术要求
路用石料的技术分级：分4级
Ⅰ级——最坚强的岩石
Ⅱ级——坚强的岩石
Ⅲ级——中等坚强的岩石
Ⅳ级——较软的岩石
三、集料的技术性质
集料：在混合料中起骨架或填充作用的粒料。
工程上以粒径的大小为界，通常将集料分粗集
料及细集料；其中在沥青混合料中，以 2.36mm为界，
在水泥混凝土中以4.75mm为界。

细集料：指天然砂（河砂、山砂和海砂）、人工砂及石屑

粗集料：指碎石、卵石等。



 表观密度、毛体积密度、堆积密度、




物理常数


 空隙率






 物理性质  级配



 坚固性






 粗集料 



 压碎值

集料技术性质 



 磨光值

力学性质 


 冲击值


 磨耗率




 物理常数



细集料
 级配

 粗度



1、物理常数
集料的质量与体积的关系见图所示：
质量
Vv
体积
m0
开口孔隙
m
闭口孔隙
矿质实体
ms
Vs
Vn
V0
V
Vi
空隙
（1）表观密度（又称视密度）
 在规定条件下，单位表观体积的质量。
 表观体积是指包括集料矿质实体和闭口孔隙的体积。
 孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质
量或体积。因此，材料的表观密度与其内部构成状态
及含水状态有关。
a
ms

v s  vn
测定方法：
①粗集料：采用网篮法。
②细集料：采用容量瓶法。
（2）毛体积密度
 在规定条件下，单位毛体积的质量。
 毛体积是指包括集料矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙
的体积。
ms
b 
v s  vn  vi
（3）堆积密度
 单位体积物质颗粒的质量。
 单位体积包括集料矿质实体、闭口孔隙、开口孔隙及
颗粒间空隙的体积。
ms
m


v s  vo  vv v
砂堆积密度测定
颗粒材料
空 隙
将容量筒内材
料刮平，容量
筒的容积即为
材料堆积体积
（4）空隙率
 集料颗粒之间空隙体积占集料总体积的百分率。

 
  100
n   1 
a 

空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的
致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算
含砂率的依据。
（2）级配
 分计筛余百分率

级配参数  累计筛余百分率
 通过百分率

粗集料中各组成颗粒的分级和搭配称为级配，
通过筛分试验确定。
细集料的级配是集料各级粒径颗粒的分配情
况，通过筛分试验确定。
对水泥混凝土用集料一般可采用干筛法筛分试验，
对沥青混合料及基层用集料必须采用水洗法筛分试验。
（1）粗集料筛分试验标准及取样量
公称量大
粒径
（mm）
方
孔
75
63 37.5 31.5 26.5 19
16
9.5 4.75
圆
孔
80
63
40
31.5
25
20
16
10
5
10
8
5
4
2.5
2
1
1
0.5
试样质量不少于
（kg）
（2）细集料筛分试验标准及取样量
标准筛:4.75 2.36
0.075mm
(方孔)
标准筛
1.18
0.6
0.3
0.15
摇（振) 筛机

筛分后，计算相关参数如下：
 分计筛余百分率：各号筛上的筛余质量占试样总质量的百
分率。
ai
mi

 100
M
 累计筛余百分率：该号筛和大于该号筛的各号筛的分计筛
余百分率之和。
Ai  a1  a2       ai
 通过百分率：100减去该号筛的累积筛余百分率。
pi  100 Ai
筛分试验
设总质量为m
4.75mm m1
分计筛余(a%) 累计筛余(A%)
a1= m1/m
A1 = a1
2.36mm m
2
a2= m2/m
A2= a1+a2
1.18mm m3
a3= m3/m
A3= a1+a2+a3
0.60mm m4
a4= m4/m
A4= a1+…+a4
0.30mm m5
a5= m5/m
A5= a1+…+a5
0.15mm m6
a6= m /m
6
A6= a1+…+a6
（3）粗度:
评价砂粗细程度的一种指标。
指标：细度模数（细度模量）
( A0.15  A0.3  A0.6  A1.18  A2.36 )  5 A4.75
Mx 
100 A4.75
砂的粗度分类
M x =3.7-3.1为粗砂
M x =3.0-2.3为中砂
M x =2.2-1.6为细砂
（4） 粗集料的坚固性:
用饱和Na2SO4溶液干湿循环5次后，测定试样质量损失。
用质量损失百分率计算坚固性（即安定性）。
2、粗集料的力学性质
压碎值
磨耗率
抗滑表层三项指标
磨光值
道瑞磨耗值
冲击值
（1）粗集料压碎值：集料在连续增加的荷载下抵抗压碎的
能力。用来评价公路路面和基层用集料的相对强度。
试验方法：取粒径约9.5mm—13.2mm的集料试样3kg，
装入压碎值测定仪的金属筒内，放在压力机上，于
10min加荷至400kN，稳压5s然后卸载，称其通过
2.36mm的筛余质量。

m
Qa  1  100
m
0
压碎值测定仪
⑵磨光值（PSV）
反映岩石抵抗轮胎磨光作用能力的指标，它是采用加
速磨光机磨光岩石，并用摆式摩擦系数测定仪测得的磨光
后集料的摩擦系数。
用高磨光值的岩石来铺筑道路路面表层，可以提高路
表抗滑能力，保障车辆安全行驶。
要求：一级公路、高速公路
其它公路
PSV42
PSV35
⑶ 冲击值（AIV）
反映集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能，可采
用冲击试验仪测定。
m1
AIV   100
m
式中：AIV----集料冲击值(%)
m1----冲击破碎后通过2.36mm筛孔的质量
m----试样总质量
粗集料冲击值愈小，表示抗冲击能力愈好。
⑷ 磨耗值（AAV）
评定抗滑表层的集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。
采用道瑞磨耗试验机来测定集料磨耗值（AAV）。
AAV 
3( m1  m2 )
s
ρs----集料表干密度(g/cm3）
集料磨耗值愈高，表示集料耐磨性愈差。
高速公路、一级公路抗滑层用集料的AAV应不大于14。
练习：
1.现将碎石磨细后烘干称取50.0g，用密度瓶法测定其体
积为18.9cm3。另外将碎石直接烘干后称取1000g，将其浸
入水中饱和后用布擦干，再用1000ml的量筒，盛水500ml，
然后将碎石装入，水面升高至884ml。试问该碎石的真实密
度和表观密度各为多少？
2．从某工地取回砂样，经烘干后称取500，进行筛分试验，
筛分结果如下表：
筛孔尺
10.0
寸（mm
）
各筛筛
0
余量（g）
5.0
2.5
15
30
<
0.31
1.25 0.63
0.16 0.1
5
6
80
160
125
65
25
计算：（1）该砂样的分计筛余百分率ai、累计筛余百分率Ai
和通过量百分率Pi？（i按筛孔大小顺序由1、2、3、… 排列）
（2）计算细度模数，确定砂的类型？
二、矿质混合料的组成设计
 最小空隙率
矿质混合料要求 
 最大摩擦力
1、最小空隙率：即使不同粒径的各级矿质集料按一定的
比例搭配后，应有最大密实度。
2、最大磨擦力：各级矿质集料在进行比例搭配时，应使
各级集料排列紧密，形成一个多级空间骨架结构，且
具有最大的摩擦力。
 级配理论和级配范围的确定

矿质混合料组成设计 
 试算法
 组成设计方法  图解法


（一）级配类型
1、连续级配
是采用标准筛对某一混合料进行筛分试验，所得级
配曲线平顺圆滑，具有连续性。
2、间断级配
是在矿质混合料中剔徐其中一个分级或几个分级而
形成的不连续的混合料。
（二）级配理论
1、富勒理论
最大密度曲线理论。最大密度曲线是通过试验提出
的一种理想曲线，该理论认为“矿质混合料的颗粒级配
曲线愈接近抛物线，则其密度愈大”。
d
p  kd  p  100
D
2
图1-4 富勒理想级配曲线
a）常坐标； b）半对数坐标
2、泰波理论
认为：在实际应用中矿质混合料的级配曲线应该允
许在一定范围内波动，故把最大密度曲线改为n次幂的
通式。
d
p  100  
 D
n
实验指数n幂常在0.3-0.6之间时，矿质混合料具有较好的密实度。
（三）级配曲线范围的绘制
我国沿用半对数坐标，即横坐标颗粒粒径（筛孔尺寸）采
用对数坐标，而纵坐标通过百分率采用常坐标。
建立对数坐标的方法：
1、计算出各颗粒粒径在横坐标上的位置，
2、确定横坐标，以Pi为纵坐标，即为对数坐标，
3、建立好坐标后，将计算出的各粒粒径的通过百分率绘制在
坐标图上，再将确定的各点连接成光滑的曲线。
（四）矿质混合料的组成设计方法
设计依据：①各种集料的筛分结果
②按规范要求的级配范围即标准级配
1、试算法
基本原理:现有几种矿质集料，欲配制某一种符合一定级配要
求的混合料。在决定各组成集料在混合料中的比例时，先假定混合料
中某种粒径的颗粒是由某一种对该粒径占优势的集料所组成，而其他
各种集料中不含此粒径。如此根据各个主要粒径去试算各种集料在混
合料中的大致比例。如果比例不合适，则稍加调整，这样逐步渐进，
最终达到符合混合料级配要求的各集料配合比例。
假设：
1）设A、B、C三种集料在混合料M中的用量比例为X、Y、
Z，则：X+Y+Z=100；
2）又设混合料M中某一级粒径（i）要求的含量为aM(i),
A、B、C三种集料在原级配中此粒径的含量分别为aA(i)
aB(i) 、aC(i) ，则：
aA(i)X + aB(i)Y + aC(i)Z = aM(i)
、
2、计算步骤
⑴假设混合料M中某一级粒径（i）主要由A集料所提供，
而忽略其它集料在此粒径的含量，由此可计算出A料在混
合料中的用量比例。
⑵假设混合料M中某一级粒径（j）主要由C集料占优势，
同理可计算出C料在混合料中的用量比例。
⑶由下式可计算出B料在混合料中的用量比例.
Y=100-（X+Z）
⑷ 校核
（二）图解法
又称修正平衡而积法，是目前工程单位用的较多的一种方法。
步骤 ：
1、绘制级配曲线图
在设计说明书上按要求绘一长方形图框，连接对角线
作为合成级配的中值，纵坐标按算术标尺绘出通过百分
率（0-100%），横坐标表示各筛孔位置，按照合成级配
中值要求的各筛孔通过百分率，从纵坐标引平行线与对
角线相交，再从交点向下作垂线与横坐标相交，其交点
即为各相应筛孔尺寸的位置。
图1-8
图解法用级配曲线坐标图
2、确定各种集料的用量比例：两线重叠、两线相
交、两线相离。
图1-9 组成集料级配曲线和要求
3、校核：按照图解法求得的各种集料用量， 列
表校核计算所得合成级配是否符合要求，超出级配
范围时，应调整各种集料在混合料中的用量，直至
符合要求为止。