石料与集料.docx
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石料与集料
第一篇基础篇
第一章石料和集料
石料和集料是道路与桥梁建设中用量最大的一种建筑材料,它们可以用作道路与桥梁
工程的圬工材料,也是沥青混合料和水泥混凝土中最重要的基本原料。
因此,全面的认识、
合理的选择以及正确的使用石料和集料,对于保证道路建筑工程质量有着重要的意义。
1.1岩石与石料
1.1.1岩石分类与鉴别
1.岩石的组成及分类
岩石是组成地壳及地幔的主要物质,是指在各种地质作用下按一定方式组合而成的矿物集合体。
由单一矿物组成的岩石称为单矿岩,如石灰岩等;由多种矿物组成的岩石称为复矿岩,如花岗岩等。
岩石按其成因可分为沉积岩、岩浆岩和变质岩三大类。
(1)岩浆岩
岩浆岩是岩浆冷凝而成的岩石,它是所有岩石中最原始的岩石。
岩浆岩按冷却条件可分为深成岩(如花岗岩、正长岩等)、喷出岩(如玄武岩、安山岩等)和火山岩(如火山
凝灰岩等)。
岩浆岩具有优良的工程性质,在道路工程中用途广泛。
深成岩具有密度大、抗压强度高、吸水性和抗冻性好的优点;火山岩多孔、质轻,是良好的保温建筑材料和水泥混合材料;喷出岩的物理力学性质介于岩浆岩与火山岩之间。
(2)沉积岩
沉积岩是由母岩(岩浆岩、变质岩和已形成的沉积岩)在地表风化剥蚀,经过搬运、
沉积和石化等作用而形成的岩石,它占地表的66%,是地表的主要岩类。
沉积岩可分为碎屑岩类(如凝灰岩、砾岩等)、粘土岩类(如页岩、泥岩等)和化学及生物化学岩类(如石灰岩、白云岩等)。
沉积岩的物理力学性质与矿物、岩屑的成分以及胶结物质的性能有很大关系,通常表现出各向异性的特点。
与深成岩相比,沉积岩密度小、孔隙率和吸水率
1
大、强度低、耐久性差。
(3)变质岩
变质岩是原生的岩浆岩或沉积岩经过地质上的变质作用而形成的岩石。
变质岩可分为
片理状岩类(如片岩、千枚岩等)和块状岩类(如大理岩、石英岩等)。
变质岩的物理力
学性质不仅与原岩性质有关,而且与变质作用条件及变质程度有关。
由沉积岩的得到的变
质岩受高压和重结晶作用,比原岩更加坚固耐久;由深成岩得到的变质岩经变质作用后产
生片状结构,耐久性降低。
2.岩石的鉴别
岩石种类繁多,并且很难找到严格按照上面分类的单一种类岩石,多为几种岩石的组合体。
因此,在选岩时要严格按照规范要求,对岩相、岩性进行细致的鉴定,从而避免因选岩不当造成的负面影响。
常用的岩石鉴定方法是根据岩石外观特征,借助简单工具和试剂,凭肉眼观察岩石的岩相结构和性质,从而对岩石的矿物组成、结构和构造进行初步的了解,以确定岩石名称或类别。
简易方法如下:
①根据岩石的产状,特殊的结构、构造,主要的或特殊的物质成分来区分岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类岩石。
②若确定是岩浆岩,则可根据颜色(矿物成分)、结构和构造决定岩石名称。
在岩浆岩中,深色岩石主要含镁铁矿物,多为基性或超基性岩类;浅色岩石主要含硅铝矿物,多为中性岩类或酸性岩类。
③若确定是沉积岩,则先根据胶结物的有无,把碎屑岩和化学岩、生物化学岩区分开。
若为碎屑岩,则根据碎屑的大小分出砾岩(角砾岩)、砂岩或粘土岩;若为化学岩或生物化学岩,则用稀盐酸鉴别:
岩石起泡为石灰岩,粉末起泡为白云岩,起泡后留下土状斑点者为灰泥岩。
④若确定是变质岩,则应根据构造进一步划分。
在定向构造岩石中,片理状构造的为片岩或千枚岩,麻状构造的为片麻岩,厚板状构造的为板岩;在块状构造的岩石中,滴稀盐酸起泡的为大理岩,不起泡的为石英岩。
岩石通过岩石鉴定,进行岩相描述,不但能正确的确定岩石名称,还有助于分析和掌握使用各项试验数据。
三大岩类的区别主要体现在矿物组成、结构及构造等方面,如表
2
1-1所示。
表1-2
列出了几种典型岩石的描述示例。
三大岩类的主要区别
表1-1
特征
岩浆岩
沉积岩
变质岩
组成变质岩的矿物成
组成岩浆岩的矿物以
分,按其成因可分为:
硅酸盐矿物为主,其
①新生矿物(变晶矿
中最多的是长石、石
物):
在变质作用过程
组成沉积岩的矿物成
英、黑云母、角闪石、
分约有160
中新生成的矿物。
如粘
余种,但
辉石、橄榄石等,其
土岩就是经过变质后生
比较重要的仅有20余
中颜色较浅的,称浅
成的红柱石。
②原生
种,如石英、长石、
色矿物,因以二氧化
矿物:
在变质作用过程
云母、粘土矿物、碳
地矿物成分及其
物和钾、钠的铝硅酸
中保留下来的原岩种的
酸盐矿物、卤化物及
特征
酸盐类为主,又称硅
稳定矿物。
如云英岩中
含水氧化铁、猛、铝
铝矿物,如石英、长
的一部分石英就是花岗
矿物等。
在一般沉积
石等;其中颜色较深
岩在云英岩化过程中保
岩中矿物成分不过
的,称暗色矿物,因
留下来的原生矿物。
③
1~3种,很少超过5~6
以含铁、镁的硅酸盐
种
残余矿物:
在变质作用
类为主,又称铁镁矿
过程中残留下来的原岩
物,如黑云母、角闪
中的不稳定矿物,如花
石、辉石、橄榄石等
岗岩在云英岩化过程中
残留有不稳定的长石
①具粒状、玻璃、斑
状结构,气孔、杏
①具有片理;
①结构复杂,因形成
仁状、块状等构
②板状、片状核和片麻
环境而异;
结构和构造
造;
状构造,结晶质结构;
②具层理,在层面上
②②除喷出岩外,没
有波痕
③砾石及晶体因受力可
有层状、片状等构
能变形
造
3
花岗岩、正长岩、安
凝灰岩、砾岩、砂岩、千枚岩、板岩、大理岩、
常用岩石类型
山岩、辉长岩、玄武
岩等
页岩、石灰岩等
石英岩、片麻岩等
岩石岩相特征描述示例
表1-2
颜色
浅红色
深灰
冰黄色
浅灰
灰黑色
构造
块状
层状
块状
气孔
气孔状
结晶
全晶质
—
完全
隐晶
—
结
矿粒
0.2mm~2
—
2.0mm~5
<
<
构
胶结
—
碳质
硅质
—
—
岩
特征
花岗状
致密状
—
斑状
致密状
相
矿
重要
正长石、
方解石
石英
斜长石、角
斜长石、辉
描
物
次要
—
—
—
—
—
述
成
—
—
—
—
—
此生的
分
风
矿物
光采
—
玻璃光泽
玻璃光泽
玻璃光泽
化
矿物
无显著
无变
—
—
—
情
风化
新鲜
略经
轻度风化
轻度风化
略经风化
结论
细粒花
微晶
中粒石英砂
安山岩
玄武岩
1.1.2石料的技术性质
石料的技术性质主要包括物理性质、力学性质、耐久性和化学性质等。
(一)物理性质
各种矿物间不同的组成排列形成了石料各异的结构性能。
从质量和体积的物理观点出
发,石料的内部组成结构是由矿质实体和孔隙所组成,孔隙又分为与外界连通的开口孔隙
Vi和不与外界连通的闭口孔隙Vn,如图1-1(a)所示。
各部分的质量与体积的关系,如图
1-1(b)所示。
矿质实体与孔隙的
4
(a)石料组成结构外观示意图(b)石料的质量与体积
关系图
图1-1石料组成结构示意图
比例和组成关系在一定程度上决定了石料的物理力学性质。
石料的物理性质主要有物
理常数、吸水性、膨胀性、耐崩解性等。
1.物理常数
物理常数反映石料矿物的组成结构状态,它与石料的技术性质有着密切的联系。
在道路工程中,石料的物理常数主要有真实密度、毛体积密度和孔隙率。
这些物理常数在一定
程度上表征石料的内部组成结构,并可间接反映其物理力学特性,也是混合料组成设计计算时的重要原始资料。
(1)密度①真实密度
石料的真实密度又称密度或颗粒密度,是指在规定条件下烘干石料矿质单位真实体积
(不包括开口体积与闭口孔隙体积)的质量。
它是选择建筑材料、研究岩石风化、评价地
基基础工程岩体稳定性及确定围岩压力等必需的计算指标。
测定石料的真实密度是将石料试样粉碎成岩粉并烘干至恒重,将已知质量岩粉灌入密度瓶中并注入试液(洁净水或煤油)
采用煮沸法或真空抽气法排除气体,根据置换原理测定其真实体积,按式(1-1)计算真实密度。
t
ms
(1-1
)
Vs
5
式中:
ρt—石料的真实密度(g/cm3);
ms—石料矿质实体的质量(g);
3
Vs—石料矿质实体的体积(cm)。
②毛体积密度
石料的毛体积密度又称块体密度,是指在规定条件下,烘干石料包括孔隙在内的单位
体积固体材料的质量。
它是一个间接反映石料致密程度、孔隙发育程度的参数,也是评价
工程岩体稳定性及确定围岩压力等必需的计算指标。
石料毛体积密度试验可分为量积法、
水中称量法和蜡封法。
量积法用于能够制备成规则试件的岩石;水中称量法适用于除遇水
崩解、溶解或干缩湿胀外的其它各类岩石;蜡封法适用于不能用量积法和水中称量法进行
试验的岩石,按式(1-2)计算
ms
ms
(1-2
)
d
V
VsVnVi
式中:
ρd—石料的毛体积密度(g/cm3);
ms—石料的质量(g);
Vs—石料矿质实体的体积(
3
cm)
Vn—石料开口孔隙的体积(
3
cm);
Vi—石料闭口孔隙的体积(
3
cm);
V—石料的毛体积(cm3)。
(2)孔隙率
岩石的孔隙结构会影响由其所制成的集料在水泥(或沥青)混凝土中对水泥浆(或沥
青)的吸收、吸附等化学交互作用的程度。
孔隙率是反映岩石裂隙发育程度的参数,分为
开口孔隙率和闭口孔隙率,两者之和为总孔隙率。
所谓总孔隙率是指开口孔隙和闭口孔隙
的体积之和占岩石试样总体积的百分比。
一般提到的岩石孔隙率是指总孔隙率。
岩石的孔
隙性指标一般不能实测,可根据岩石的真实密度和毛体积密度按式(1-3)计算总孔隙率:
n(1
d)100
(1-3)
t
式中:
n—石料的总孔隙率(%);
ρt—石料的真实密度(g/cm3);
6
ρd—石料的毛体积密度(g/cm3)。
2.吸水性
石料在规定的条件下吸入水分的能力称为吸水性,通常用吸水率与饱和吸水率来表
征,它能有效反映石料微裂缝的发育程度,可用来判断石料的抗冻和抗风化等性能。
(1)吸水率
吸水率是指在规定条件下,试件最大吸水质量与烘干石料试件质量之比。
测定石料的
吸水率是将已知质量的干燥规则试件逐层加水至浸没,用自由吸水法测定其吸水后质量,
按式(1-4)计算。
m1m
(1-4)
wa
m
100
式中:
wa1—石料吸水率();
%
1
);
m—石料试件吸水至恒量时的质量(
g
1
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