道路与桥梁工程用石料的技术性质

道路与桥梁工程用石料的技术性质 Revised by Liu Jing on January 12,2021 道路与桥梁工程用石料的技术性质 一、水泥混凝土路面用粗集料压碎值 水泥混凝土路面用粗集料的压碎值指标试验方法（JTJ058T03151994）与前述普通混凝土相同。二、沥青路面用粗集料压碎值 沥青路面用粗集料压碎值指标的测定，根据现行规程（JTJ058T03162000）的规定，是将16mm 的试样 m0 克，装入专用试样筒中，逐级施加 400KN的荷载，卸荷后用孔径的筛子过筛，称取通过筛孔的全部细料重量计作 m1，则压碎值指标按下式计算：（4-3）式中：集料压碎值（%）；m0试验前试样重量（g）；m1试验后通过 2.36mm 筛孔的细料重量（g）。三、道路用粗集料磨光值 高等级公路对路面的抗滑性能有一定的要求，作为路面用的集料，在车辆轮胎的作用下，不仅要求具有高的抗磨耗性能，而且要求具有高的抗磨光性。根据现行规程（JTJ058T032194）的规定，集料的抗磨光性采用磨光值表示（简称PSV）。磨光值的测试方法是选取 1015mm 的试样，密排于试模中，用环氧树脂砂浆固结成一整体，每组 4 个试件。加速磨光机的道路轮在试样表面以64010r/min 的速度旋转，先用 30 号金刚砂水磨 3h，再用 280 号金刚砂水磨3h，用摆式摩擦系数仪测定摩擦系数值，经换算后得磨光值（详见试验部分）。集料的磨光值越高，表示抗滑性能越好。高速公路和一级公路的集料磨光值要求不小于 42，普通公路不小于 35。玄武岩、安山岩、砂岩和花岗岩的磨光值一般较高。几种常用集料的磨光值列于表 4-9。表 4-9 常用岩石的磨光值 岩石名称 石灰岩 角页岩 斑岩 石英岩 花岗岩 玄武岩 砂岩 磨光值 平均值 43 45 56 58 59 62 72 范 围 3070 4050 4371 4567 4570 4581 6082 四、道路用粗集料冲击值 集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能，称为抗冲击韧性，常用集料冲击值（LSV）表示。根据现行规程（JTJ058T03222000）的规定，集料冲击值的测试是采用方孔筛筛取的试样 m 克，装入金属盛样器中，在冲击值试验仪中用冲击锤自 3805mm 的高度自由落锤冲击 15 次，再用的筛筛去被冲碎的细粒，称量筛余，计作 m1，则冲击值指标 LSV 按下式计算：（4-4）式中：LSV集料的冲击值（%）；m原试样重量（g）；m1试验后通过 2.36mm 的试样重量（g）。集料的冲击值越大，表明集料的抗冲击性能越差。高速公路和一级公路的 值要求不大于 28%，普通公路不大于 30%。五、道路用粗集料磨耗值 集料磨耗值用于评定抗滑表层的集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。根据现行规程（JTJ058T03232000）的规定，集料磨耗值采用道瑞磨耗机测定。将 1015mm 的石子单层紧排于两个试模内（每个试模内不少于 24 粒），用环氧树脂砂浆固结成一整体，用石英砂磨料在磨盘上磨 500 转，称取磨耗前后的试样重量，按下式计算集料的磨耗值。（4-5）式中：AAV集料道瑞磨耗值；m0磨耗前试件的重量（g）；m1磨耗后试件的重量（g）；集料饱和面干密度（g/cm3）。集料磨耗值越高，表示集料的耐磨性越差。高速公路和一级公路抗滑面层用集料的磨耗值不大于 14，普通公路不大于 16。六、道路用集料磨耗性 磨耗性是石料抵抗撞击、剪切和摩擦等综合作用的性能。常用洛杉机法磨耗试验（JTJ058T03172000）和狄法尔法磨耗试验（砾石 JTJ058T03181994，碎石 JTJ058T03191994）两种方法（详见试验部分），用磨耗损失大小评价石料的抗磨耗性。磨耗损失按下式计算：（4-6）式中：Q石料的磨耗率（%）；m0 试验前石料的重量（g）；m1 试验后石料在 1.7mm（方孔筛）或 2.0mm（圆孔筛）上的重量（g）。石料的磨耗率越大，表示石料的耐磨性能越差。七、道路用石料耐候性 用于道路与桥梁工程的石料抵抗大气自然因素作用的能力称为耐候性。道路与桥梁工程由于都是暴露于大自然中无遮盖的建筑物，长期受到各种自然因素的作用。如温度升降引起的温度应力作用；干湿循环引起的风化作用；冰冻引起的膨胀破坏作用等等。其力学性能将逐渐下降。通常用抗冻性和坚固性两项指标来衡量石料的耐候性优劣。对于用于桥梁工程的石料，当月平均气温低于10时，抗冻性试验必须合格，其中耐冻系数（冻融循环前后饱水抗压强度比）必须大于。八、道路用石料的技术要求 道路工程用石料根据造岩矿物的成分、含量以及组织结构分为四大岩类：.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、泥灰岩等。.砂岩和片麻岩类：石英岩、砂岩、片麻岩、石英片麻岩等。.砾石类。根据石料的饱水抗压强度和磨耗率，各岩石类分为四个等级：1 级：最坚硬的岩石；2 级：坚硬的岩石；3 级：中等强度的岩石；4 级：较软的岩石。常用天然石料的主要技术指标见表 4-10。表 4-10 常用天然石料的主要技术指标 岩石类别 主要岩石名称 石料等级 技术标准 饱水强度（MPa）磨耗率（%）洛杉机法 狄法尔法 岩浆岩类 花岗岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩等 1 120 25 4 2 100120 2530 45 3 80100 3045 57 4 4560 710 石灰岩类 石灰岩、白云岩、泥灰岩等 1 100 30 5 2 80100 3035 56 3 6080 3550 612 4 3060 5060 1220 砂岩和片麻岩类 石英岩、砂岩、片麻岩、石英片、麻岩等 1 100 30 5 2 80100 3035 57 3 5080 3545 710 4 3050 4560 1015 砾石类 1 20 5 2 2030 57 3 3050 712 4 5060 1220 第四节 普通混凝土的技术性质 一、新拌混凝土的性能 （一）混凝土的和易性 1和易性的概念。新拌混凝土的和易性，也称工作性，是指拌合物易于搅拌、运输、浇捣成型，并获得质量均匀密实的混凝土的一项综合技术性能。通常用流动性、粘聚性和保水性三项内容表示。流动性是指拌合物在自重或外力作用下产生流动的难易程度；粘聚性是指拌合物各组成材料之间不产生分层离析现象；保水性是指拌合物不产生严重的泌水现象。通常情况下，混凝土拌合物的流动性越大，则保水性和粘聚性越差，反之亦然，相互之间存在一定矛盾。和易性良好的混凝土是指既具有满足施工要求的流动性，又具有良好的粘聚性和保水性。因此，不能简单地将流动性大的混凝土称之为和易性好，或者流动性减小说成和易性变差。良好的和易性既是施工的要求也是获得质量均匀密实混凝土的基本保证。2和易性的测试和评定。混凝土拌合物和易性是一项极其复杂的综合指标，到目前为止全世界尚无能够全面反映混凝土和易性的测定方法，通常通过测定流动性，再辅以其他直观观察或经验综合评定混凝土和易性。流动性的测定方法有坍落度法、维勃稠度法、探针法、斜槽法、流出时间法和凯利球法等十多种，对普通混凝土而言，最常用的是坍落度法和维勃稠度法。（1）坍落度法：将搅拌好的混凝土分三层装入坍落度筒中（见图 4-5a），每层插捣 25 次，抹平后垂直提起坍落度筒，混凝土则在自重作用下坍落，以坍落高度（单位 mm）代表混凝土的流动性。坍落度越大，则流动性越好。粘聚性通过观察坍落度测试后混凝土所保持的形状，或侧面用捣棒敲击后的形状判定，如图 4-5 所示。当坍落度筒一提起即出现图中（c）或（d）形状，表示粘聚性不良；敲击后出现（b）状，则粘聚性好；敲击后出现（c）状，则粘聚性欠佳；敲击后出现（d）状，则粘聚性不良。保水性是以水或稀浆从底部析出的量大小评定（见图 4-5b）。析出量大，保水性差，严重时粗骨料表面稀浆流失而裸露。析出量小则保水性好。图 4-5 混凝土拌合物和易性测定 根据坍落度值大小将混凝土分为四类：大流动性混凝土：坍落度160mm；流动性混凝土：坍落度 100150mm；塑性混凝土：坍落度 1090mm；干硬性混凝土：坍落度10mm 坍落度法测定混凝土和易性的适用条件为：a.粗骨料最大粒径40mm；b.坍落度10mm。对坍落度小于 10mm 的干硬性混凝土，坍落度值已不能准确反映其流动性大小。如当两种混凝土坍落度均为零时，但在振捣器作用下的流动性可能完全不同。故一般采用维勃稠度法测定。（2）维勃稠度法：坍落度法的测试原理是混凝土在自重作用下坍落，而维勃稠度法则是在坍落度筒提起后，施加一个振动外力，测试混凝土在外力作用下完全填满面板所需时间（单位：秒）代表混凝土流动性。时间越短，流动性越好；时间越长，流动性越差。见示意图 4-6。图 4-6 维勃稠度试验仪 1.容器；2.坍落度筒；3.圆盘；4.滑棒；5.套筒；.螺栓；7.漏斗；8.支柱；9.定位螺丝；10.荷重；11.元宝螺丝；12.旋转架（3）坍落度的选择原则：实际施工时采用的坍落度大小根据下列条件选择。构件截面尺寸大小：截面尺寸大，易于振捣成型，坍落度适当选小些，反之亦然。钢筋疏密：钢筋较密，则坍落度选大些。反之亦然。捣实方式：人工捣实，则坍落度选大些。机械振捣则选小些。运输距离：从搅拌机出口至浇捣现场运输距离较远时，应考虑途中坍落度损失，坍落度宜适当选大些，特别是商品混凝土。气候条件：气温高、空气相对湿度小时，因水泥水化速度加快及水份挥发加速，坍落度损失大，坍落度宜选大些，反之亦然。一般情况下，坍落度可按表 4-11 选用。表 4-11 混凝土浇筑时的坍落度（mm）构件种类 坍落度 基础或地面等的垫层、无配筋的大体积结构（挡土墙、基础等）或配筋稀疏的结构 1030 板、梁和大型及中型截面的柱子等 3050 配筋密列的结构（薄壁、斗仓、简仓、细柱等）5070 配筋特密的结构 7090 3影响和易性的主要因素。（1）单位用水量 单位用水量是混凝土流动性的决定因素。用水量增大，流动性随之增大。但用水量大带来的不利影响是保水性和粘聚性变差，易产生泌水分层离析，从而影响混凝土的匀质性、强度和耐久性。大量的实验研究证明在原材料品质一定的条件下，单位用水量一旦选定，单位水泥用量增减 50100kg/m3，混凝土的流动性基本保持不变，这一规律称为固定用水量定则。这一定则对普通混凝土的配合比设计带来极大便利，即可通过固定用水量保证混凝土坍落度的同时，调整水泥用量，即调整水灰比，来满足强度和耐久性要求。在进行混凝土配合比设计时，单位用水量可根据施工要求的坍落度和粗骨料的种类、规格，根据 JGJ55-2000普通混凝土配合比设计规程按表 4-12 选用，再通过试配调整，最终确定单位用水量。表 4-12 混凝土单位用水量选用表 项目 指标 卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）10 20 40 16 20 40 坍落度（mm）1030 190 170 160 150 200 185 175 165 3550 200 180 170 160 210 195 185 175 5570 210 190 180 170 220 205 195 185 7590 215 195 185 175 230 215 205 195 维勃稠度（s）1620 175 160-145 180 170-155 1115 180 165-150 185 175-160 510 185 170-155 190 180-165 注：1.本表用水量系采用中砂时的平均取值，如采用细砂，每立方米混凝土用水量可增加 510kg，采用粗砂时则可减少 510kg。2.掺用各种外加剂或掺合料时，可相应增减用水量。3.本表不适用于水灰比小于时的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土。（2）浆骨比 浆骨比指水泥浆用量与砂石用量之比值。在混凝土凝结硬化之前，水泥浆主要赋予流动性；在混凝土凝结硬化以后，主要赋予粘结强度。在水灰比一定的前提下，浆骨比越大，即水泥浆量越大，混凝土流动性越大。通过调整浆骨比大小，既可以满足流动性要求，又能保证良好的粘聚性和保水性。浆骨比不宜太大，否则易产生流浆现象，使粘聚性下降。浆骨比也不宜太小，否则因骨料间缺少粘结体，拌合物易发生崩塌现象。因此，合理的浆骨比是混凝土拌合物和易性的良好保证。（3）水灰比 水灰比即水用量与水泥用量之比。在水泥用量和骨料用量不变的情况下，水灰比增大，相当于单位用水量增大，水泥浆很稀，拌合物流动性也随之增大，反之亦然。用水量增大带来的负面影响是严重降低混凝土的保水性，增大泌水，同时使粘聚性也下降。但水灰比也不宜太小，否则因流动性过低影响混凝土振捣密实，易产生麻面和空洞。合理的水灰比是混凝土拌合物流动性、保水性和粘聚性的良好保证。（4）砂率 砂率是指砂子占砂石总重量的百分率，表达式为：（4-7）式中：砂率；S砂子用量（kg）；G石子用量（kg）。砂率对和易性的影响非常显着。对流动性的影响。在水泥用量和水灰比一定的条件下，由于砂子与水泥浆组成的砂浆在粗骨料间起到润滑和辊珠作用，可以减小粗骨料间的摩擦力，所以在一定范围内，随砂率增大，混凝土流动性增大。另一方面，由于砂子的比表面积比粗骨料大，随着砂率增加，粗细骨料的总表积增大，在水泥浆用量一定的条件下，骨料表面包裹的浆量减薄，润滑作用下降，使混凝土流动性降低。所以砂率超过一定范围，流动性随砂率增加而下降，见图 4-7a。图 4-7 砂率与混凝土流动性和水泥用量的关系 对粘聚性和保水性的影响。砂率减小，混凝土的粘聚性和保水性均下降，易产生泌水、离析和流浆现象。砂率增大，粘聚性和保水性增加。但砂率过大，当水泥浆不足以包裹骨料表面时，则粘聚性反而下降。合理砂率的确定。合理砂率是指砂子填满石子空隙并有一定的富余量，能在石子间形成一定厚度的砂浆层，以减少粗骨料间的摩擦阻力，使混凝土流动性达最大值。或者在保持流动性不变的情况下，使水泥浆用量达最小值。如图 4-7b。合理砂率的确定可根据上述两原则通过试验确定。在大型混凝土工程中经常采用。对普通混凝土工程可根据经验或根据 JGJ55 参照表 4-13 选用。表 4-13 混凝土砂率选用表 水灰比（W/C）卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）10 20 40 16 20 40 2632 2531 2430 3035 2934 2732 注：表中数值系中砂的选用砂率。对细砂或粗砂，可相应地减少或增大砂率；本砂率适用于坍落度为 1060mm 的混凝土。坍落度如大于 60mm 或小于 10mm时，应相应增大或减小砂率；按每增大 20mm，砂率增大 1%的幅度予以调整。只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率值应适当增大；掺有各种外加剂或掺合料时，其合理砂率值应经试验或参照其他有关规定选用；对薄壁构件砂率取偏大值。（5）水泥品种及细度 水泥品种不同时，达到相同流动性的需水量往往不同，从而影响混凝土流动性。另一方面，不同水泥品种对水的吸附作用往往不等，从而影响混凝土的保水性和粘聚性。如火山灰水泥、矿渣水泥配制的混凝土流动性比普通水泥小。在流动性相同的情况下，矿渣水泥的保水性能较差，粘聚性也较差。同品种水泥越细，流动性越差，但粘聚性和保水性越好。（6）骨料的品种和粗细程度 卵石表面光滑，碎石粗糙且多棱角，因此卵石配制的混凝土流动性较好，但粘聚性和保水性则相对较差。河砂与山砂的差异与上述相似。对级配符合要求的砂石料来说，粗骨料粒径越大，砂子的细度模数越大，则流动性越大，但粘聚性和保水性有所下降，特别是砂的粗细，在砂率不变的情况下，影响更加显着。（7）外加剂 改善混凝土和易性的外加剂主要有减水剂和引气剂。它们能使混凝土在不增加用水量的条件下增加流动性，并具有良好的粘聚性和保水性。详见第五节。（8）时间、气候条件 随着水泥水化和水分蒸发，混凝土的流动性将随着时间的延长而下降。气温高、湿度小、风速大将加速流动性的损失。4混凝土和易性的调整和改善措施 （1）当混凝土流动性小于设计要求时，为了保证混凝土的强度和耐久性，不能单独加水，必须保持水灰比不变，增加水泥浆用量。但水泥浆用量过多，则混凝土成本提高，且将增大混凝土的收缩和水化热等。混凝土的粘聚性和保水性也可能下降。（2）当坍落度大于设计要求时，可在保持砂率不变的前提下，增加砂石用量。实际上相当于减少水泥浆数量。（3）改善骨料级配，既可增加混凝土流动性，也能改善粘聚性和保水性。但骨料占混凝土用量的 75%左右，实际操作难度往往较大。（4）掺减水剂或引气剂，是改善混凝土和易性的最有效措施。（5）尽可能选用最优砂率。当粘聚性不足时可适当增大砂率。（二）混凝土的凝结时间 混凝土的凝结时间与水泥的凝结时间有相似之处，但由于骨料的掺入，水灰比的变动及外加剂的应用，又存在一定的差异。水灰比增大，凝结时间延长；早强剂、速凝剂使凝结时间缩短；缓凝剂则使凝结时间大大延长。混凝土的凝结时间分初凝和终凝。初凝指混凝土加水至失去塑性所经历的时间，亦即表示施工操作的时间极限；终凝指混凝土加水到产生强度所经历时间。初凝时间希望适当长，以便于施工操作；终凝与初凝的时间差则越短越好。混凝土凝结时间的测定通常采用贯入阻力法。影响混凝土实际凝结时间的因素主要有水灰比、水泥品种、水泥细度、外加剂、掺合料和气候条件等等