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砂石材料试验检测
第一节 砂石材料试验检测
砂石材料是桥涵工程建筑中用量最大的一种建筑材料,
它可以直接(或经过加工)用在桥涵的垮工结构中,也可
以加工成各种尺寸的集料作为水泥混凝上的粗集料。
砂石材料包括天然的或经人工轧制的石料、集料和砂。
用于桥涵结构中的砂石材料都应具备一定的技术性质,以
适应不同结构的技术要求。
一、石料
桥涵工程使用的石料制品有片石、块石、粗料石和拱
石等,主要用于砌体工程,如桥涵拱圈、墩台、基础、锥
坡等。
桥涵结构物所用石料=般有两方面的要求:
1.石料制品的物理力学性质
石料应符合设计规定的类别和标号,石质应均匀、不
易分化和无裂缝。
石料力学性质需测定时,用切石机或取
芯机制取边长为 50mm±0.5mm 的立方体,或直径与高均为
50mm± 0.5mm 的圆柱体试件进行单轴抗压强度试验确定。
在某些气侯条件下,还必须测定抗冻性和坚固性指标。
2.石料制品规格和几何尺寸要求
(1)片石:
一般为爆破法开采的石块,其厚度不应小
于 15cm(卵形和薄片者不得使用);用于镶面的片石,表
面应比较平整、尺寸较大者应稍作凿整。
(2)块石:
形状大致方正,上下面大致平整,厚度在
20~30cm,宽度一般为厚度的 1.0~1.5倍,长度约为
厚度的 1.5~3.0 倍。
(3)粗料石:
外形大致方正,成六面体,厚度为
20~30cm,宽度为厚度的 1.0~1.5 倍,长为厚度的 2.5~4.0 倍,
其表面凹陷深度不大于 2cm。
(4)拱石:
按设计要求采用粗料石或块石,主要用于石
拱桥的拱圈砌筑。
3.石料物理性质试验方法
石料的物理、力学性质试验应依据我国现行《公路工
程石料试验规程》(JTJ054-94),常规试验检测包括以下几
个方面:
(1)石料真实密度试验
石料的真实密度(简称密度)是石料在规定条件
(105℃±5℃烘干至恒重,温度 20℃)下,单位真实体积
(不含孔隙的矿质实体的体积)的质量。
“试验常用方法为“李氏比重瓶法”(见 JTJ054-94/T
0204-94),即将石料样品粉碎磨细后,在 105℃±5℃条件
下烘至恒重,称其质量;然后在密度瓶中加水经沸煮后,
使水充分进入闭口孔隙中,通过“置换法”测定其真实体
积。
已知真实体积和质量即可按式(2-1)求得真实密度。
现行试验法也允许采用“李氏密度瓶法”近似测定石料的
真实密度。
以两次试验结果的算术平均值作为测定值,如两次试
验结果之差大于 0.02g/cm3 时,应重新取样进行试验。
(2)石料毛体积密度试验
石料的毛体积密度是石料在规定条件下,单位毛体积
(包括矿质实体和孔隙的体积)的质量。
试验方法采用“静水称量法”(JTJ 054-94/T 0205-94),
即将规则石料在 105℃±5℃至恒重,称其质量。
然后使石
料吸水 24h,使其饱水后用湿毛巾揩去表面水,既可称得饱
和面干时的石料质量。
最后用静水天平法测得饱和面干右
料的水中质量,由此可计算出石料的毛体积,并求得毛体
积密度。
此外,现行试验法亦允许用“封蜡法”来测定毛
体积密度。
这两种方法各有其优缺点。
组织均匀的岩石,其密度应为 3 个试件测得结果之平
均值;组织不均匀的岩石,密度应记录最大与最小值。
3)石料孔隙率试验
石料的孔隙率是石料的孔隙体积占其总体积的百分率。
按以上方法求得石料的毛体积密度及密度后,用式(2-
5)计算孔隙率,精确至 1%:
(4) 石料吸水率试验
试验依据 JTJ 054-94/T 0211-94),即将石料加工为规则试
件,经 105℃±5℃烘干称量后,
在铺有薄砂的盛水容器中,用分层逐渐加水的方法使石料
中的空气逐渐逸出,最后完全浸于水中任其自由吸水 48h
后,取出浸水试件,用湿纱布擦去试件表面水分,立即称
其质量。
测得烘干至恒重的质量和吸水至恒重的质量,即
可按式(2-6)求得吸水率。
组织均匀的试件,取 3 个试件试验结果的平均值作为
测定值;组织不均匀的,则取 5 个试件试验结果的平均值
作为测定值。
(5)石料抗冻性试验
石料抵抗冻融循环的能力,称为抗冻性。
“石料抗冻性
的试验方法采用直接冻融法(引自 JTJ 054-94/T 0211-94),
即:
将石料加工为规则的块状试样,在常温条件下(20℃
2℃),采用逐渐浸水的方法,使开口孔隙吸饱水份,然后
置于负温(通常采用-15℃)的冰箱中冻结 4h,最后在常温
条件下融解,如此为一冻融循环。
经过 10、15、25 或 50
次循环后,观察其外观破坏情况并加以记录。
采用经过规
定冻融循环后的质量损失百分率表征其抗冻性。
4.石料力学性能试验方法
(1)石料单轴抗压强度试验(JTJ054-94)
石料的单轴抗压强度,是指将石料(岩块)制备成
50mm*50mm*50mm 的正方体(或直径和高度均为 50mm
的圆柱体)试件,经吸水饱和后,在单轴受压并按规定的
加载条件下,达到极限破坏时,单位承压面积的强度。
试验时是用切石机或钻石机从岩石试样或岩芯中制取标
准试件,用游标卡尺精确地测出受压面积,按规定方法浸
水饱和后,放在压力机上进行试验,加荷速率为
0.5~1.0MPa/s。
取 6 个试件试验结果的算术平均值作为抗压强度测定
值,如 6 个试件中的 2 个与其他 4 个的算术平均值相差 3
倍以上时,则取试验结果相近的 4 个试件的算术平均值作
为抗压强度测定值。
另外,有显著层理的岩石,取垂直与平行于层理方向的
试件各一组,取其强度平均值作为试验结果。
(2)石料磨耗率试验
磨耗性是石料抵抗撞击、剪切和摩擦等综合作用的性能,
用磨耗率来定量描述它。
石料磨耗试验有两种方法:
我国
现行试验规程(JTJ 054-94) 规定,石料磨耗试验以洛杉矾
式试验法为标准方法。
洛杉矾式磨耗试验又称搁板式磨耗试验,该试验机是由
一个直径为 711mm、长为 508mm 的圆鼓和鼓中一个搁板所
组成。
试验用的试样是按一定规格组成的级配石料,总质
量为 5000g。
当试样加入磨耗鼓的同时,加入 12 个钢球,
钢球总质量为 5000g。
,磨耗鼓以 30~33r/min 的转速旋转,
在旋转时,由于搁板的作用,可将石料和钢球带到高处落
下。
经旋转 500 次后,将石料试样取出,用 2mm 圆孔筛筛
去石屑,并洗净烘干称其质量。
取两次平行试验结果的算术平均值作为测定值,当采用
洛杉矾式方法时,两次试验误差应不大于 2%,否则须重新
试验。
二、结构混凝土用粗集料
1.结构混凝土对粗集料的技术要求
(1)桥涵混凝土的粗集料,应采用坚硬的卵石或碎石,
按产地、类别、加工方法和规格等不同情况,分批进行检
验。
(2)粗集料的颗粒级配,可采用连续级配或连续级配与
单粒级配合使用。
在特殊情况下,通过试验证明混凝土无
离析现象时,也可采用单粒级。
粗集料的级配范围应符合
表 2-2 的要求。
(3)粗集料最大粒径应按混凝土结构情况及施工方法选
取,但最大粒径不得超过结构最小边尺寸的 1/4 和钢筋最小
净距的 3/4;在二层或多层密布钢筋结构中,不得超过钢筋
最小净距的 1/2;同时最大粒径不得超过 100mm。
泵送混凝土时的粗集料最大粒径,除应符合上述规定外,
项次
混凝土所处
环境条件
在溶液中循
环次
试验后质量
损失不宜大
于(%)
1
寒冷地区,
经常处于干
湿交替状
5
5
2
严寒地区,
经常处于干
湿交替状态
5
3
3
混凝土处于
干燥条件,
但粗集料风
化或软弱颗
粒过多时
5
12
4
混凝土处于
干燥条件,
但有抗疲劳、
耐磨、抗冲
击要求高或
标号大于 40
号
5
5
对碎石不宜超过输送管径的 1/3;对于卵石不宜超过输送管
径的 1/2.5,同时应符合混凝土泵制造厂的规定。
(4)粗集料中杂质含量不应超过要求。
(5)混凝土结构物处于下表所列条件下时,应对碎石或
卵石进行坚固性试验,试验结果应符合表中的规定。
碎石和卵石坚固性实验(JTJ 041-89)
(7)当对粗集料石质抗压强度有争议或有严格要求时,应
进行石质抗压强度试验,其方法:
见本节一、石料。
2.粗集料常规试验检测方法
在粗集料各项试验中,我们应按 JTJ 058-94 中 T0301-94
的取样方法进行取样,使得所用试样具有代表性,每项目
所需碎石或卵石的最少取样数量亦需根据 T0301-94 的规定
数量进行。
(1) 粗集料筛分试验
将一定重量的烘干或风干试样,按筛孔大小顺序过筛)
测定各筛上的筛余量,精确到试样总量的 0.1%,然后计算
如下指标:
①分计筛余百分率:
各号筛上的筛余量除以试样总量的
百分率,精确至 0.1%。
②累计筛余百分率:
该号筛上分计筛余百分率与大于该
号筛的各号筛上的分计筛余百分率之总和,精确至 0.1%。
③根据各筛的累计筛余百分率,评定该试样的颗粒级配。
各号筛的通过百分率为该号筛的累计筛余百分率与 100
的差值,精确至 0.1%。
(2)粗集料的表观密度试验
粗集料的表观密度(简称视密度)是在规定条件(105℃
5℃烘干至恒重)下,单位表观体积(包括矿质实体和闭口
孔隙的体积)的质量。
粗集料表观密度测定方法是按《公路工程集料试验规程》
(JTJ 058-94)规定采用静水?
法,具体做法是将已知质量的
干燥粗集料装在金属吊篮中浸水 24h 使开口孔隙吸饱水,
然后在静水天平上称出饱水后粗集料在水中的质量,按排
水法可计算出包括闭口孔隙在内的体积。
根据粗集料的质
量和表观体积即可按下式计算出表观密度。
以两次试验结果之算术平均值作为测定值,如两次结果
之差值大于 20kg/m 时,应重新取样进行试验;对颗粒材质
不均匀的试样,如两次试验结果之差值超过规定时,可取
四次测定结果的算术平均值作为测定值。
(3)粗集料含水率试验
粗集料中所含水分的质量占集料干燥质量的百分比即为
粗集料含水率。
根据《公路工程集料试验规程》(JTJ 058-94),具体做法
是:
将一定重量的试样置于干净的容器中,称量试样和容
器的总质量(m1 )并烘干至恒重,取出试样;冷却后称取
试样与容器的总质量(m2)。
以两次试验结果的算术平均值作为测定值。
(4) 粗集料毛体积密度试验
粗集料毛体积密度是在规定的条件下,单位毛体积(包
括矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙)的质量。
在测定表观密度的同时,经 24h 饱水后,用湿毛巾擦干
而求得饱和面干质量,然后用排水法求得在水中的质量,
按此测得集料质量和饱和面干体积,按下式求出粗集料毛
体积密度。
精确至:
10kg/m3。
(5)粗集料堆积密度、振实密度及空隙率试验
粗集料的堆积密度由于颗粒排列的松紧程度不同)又可
分为自然堆积密度与振实堆积密度。
粗集料的堆积密度是
将干燥的粗集料装人规定容积的容量筒来测定的。
、自然堆
积密度是按自然下落方式装样而求得的单位体积的质量;
振实堆积密度是用振摇方式装样而求得的单位体积的质量。
空隙率:
粗集料空隙率是集料试样在自然堆积(或紧密
堆积)时的空隙占总体积的百分率。
试验根据《公路工程集料试验规程》(JTJ 058-94),即:
取 1 份烘干或风干试样,用平头铁锹铲起试样,使石子自
由落人容量筒内,装满后称取试样和容量筒总重(m2),若
测振实密度,将装满试样的容量筒放在振动台上,振动
2~3min,或分三层装料,装完每一层在筒底垫放一根圆钢
筋,左右颠击地面各 25 下,最后刮平填满,称取试样和容
量筒总重(m2),按下面方法进行计算。
①堆积密度 ρ 堆积密度和振实密度)按下式计算,精确
至:
10kg/m3 。
以两次结果的算术平均值作为测定值。
②空隙率 n 按式计算,精确至 1%。
(6)粗集料压碎值试验
试验时(见 JTJ 058-94),将 12~16mm 的集料试样,先
用一个容积 1767的标准量筒,分三层装料并用标准的方法
夯实,确定试验时所需集料的数量。
然后按此确定的集料
试样,用标准夯实法分三层装人压碎值测定仪的钢质圆筒
内,每层用夯棒夯 25 次,最后在碎石上再加一压头。
将试
模移于压力机上,于 10min 内加荷至 400kN、使压头匀速
压人筒内,部分集料即被压碎为碎屑,测定通过 3…筛孔的
碎屑的质量占原集料总质量的百分率,称为压碎值。
以两次平均试验结果的算术平均值作为测定值。
(7)集料碱活性试验
水泥混凝土中水泥的碱与某些碱活性集料发生化学反
应,可引起混凝土产生膨胀、开裂,甚至破坏,这种化学
反应称为碱一集料反应(Allkali 一 aggregate reaction 简称
AAR)。
近年来,我国水泥含碱量的增加、水泥用量的提高以及
含碱外加剂的普遍应用,增加了碱一集料反应破坏的潜在
危险,因此,对混凝土用砂石料的碱活性问题、必须引起
重视。
当水泥混凝上中碱含量较高财,应采用下列方法鉴定集
料与碱发生潜在有害反应,即水泥混凝土碱一硅酸盐反应
和碱一硅酸反应的可能性。
①用岩相法检验(JTJ 058-94/T 0324-94)确定哪些集料
可能与水泥中的碱发生
②用砂浆长度法检验(JTj 058-94/T 0324-94)集料产生
有害反应的可能性。
三、结构混凝土用细集料
筛孔
尺寸
(mm)
级配区
筛孔
尺寸
(mm)
级配区
I 区
II 区
III 区
I 区
II 区
III 区
累计筛余(%)
累计筛余(%)
10.00
0
0
0
0.63
85~71
70~41
40~16
2.00
10~0
10~0
10~0
0.315
95~80
92~70
85~55
2.50
35~5
25~0
15~0
0.16
100~9
0
100~9
1
100~9
0
砂组
粗砂
中砂
细砂
特细砂
细度模数
3.7~3.1
3.0~2.3
2.2~1.6
1.5~0.7
平均粒径
(mm)
>0.5
0.5~0.35
0.35~0.25
0.25~0.15
1.结构混凝土对细集料的技术要求
(1)桥涵混凝上的细集料,一般应采用级配良好、质地坚
硬、颗粒洁净的河砂或海砂,河砂和海砂不易得到时,也
可用山砂或用硬质岩石加工的机制砂。
各类砂应分批检验
(各项指标合格时方可采用。
(2)砂的筛分析应符合下列规定:
①砂的分组见下表
砂的分组(JTJ 041-89)
②砂的级配应符合下表中任何一个级配区所规定的级配
范围。
砂的分区及级配范围(CECS 40:
92)
1.2565~35 50~10 25~0
(3)砂中杂质的含量应通过试验测定,其最大含量不宜
超过规定要求。
(4)采用机制砂或山砂时,或所采用河砂或海砂的软弱
颗粒较多时,应进行压碎指标试验。
对 30 号以上的混凝土
和要求抗冻、抗渗的混凝土,砂的压碎指标不应大于 35%
;对 30 号以下的混凝土,砂的压碎指标不应大于 50%。
(5)当对河砂或海砂的坚固性有怀疑时,应用硫酸钠进
行坚固性试验,试验时循环 5 次,砂的总质量损失不应大
于 10%。
2.细集料常规试验检测方法
(1)细集料筛分试验(JTJO58-94)
砂的级配是砂各级粒径颗粒的分配情况,可通过砂的筛
分试验确定。
试验时取 500g 烘干试样,在一整套标准筛上进行筛分,
分别求出试样存留在各筛上的质量,然后按粗集料筛分试
验中所述方法求出各筛的分计筛余百分率、累计筛余百分
率、通过百分率,按下式求细度模数并画出级配图形。
(2)细集料表观密度检验(JTJ 058-94)
细集料表观密度的检验通常有二种方法:
①标准法:
取烘干试样约 300g,装人盛有半瓶冷开水的
容量瓶中,充分排除气泡并静置 24h 后,滴人水,使水面
与瓶颈刻度线齐平,称总质量叫,再称出容量瓶与只加与
瓶颈刻度线齐平的水的总质量(m2)
以两次试验结果的算术平均值作为测定值,如两次结果之
差值大于 20kg/m3 时,应重新取样进行试验。
②李氏比重瓶法:
称取烘干试样 50g,徐徐装人已有体
积为 V1 冷开水的李氏瓶中,充分排除气泡并静置约 24h 后,
记录瓶中水面升高后的体积(V2),表观密度 ρ’按式(2-
20)计算,精确至 10 kg/m3 :
以两次试验结果的算术平均值作为测定值, 如两次结果
之差值大于 20时,应重新取样进行试验。
(3)细集料堆积密度、紧装密度与空隙率检验
(JTJ058-94)
①堆积密度检验时取试样 2 份,用漏斗或铝制料勺,将
它徐徐装人容量筒(漏斗出料口或料勺距容量筒筒口不应
超过 50mm),直至试样装满并超出容量筒筒口,然后用直
尺将多余的试样沿筒口中心线向两个相反方向刮平,称取
质量(m1)。
②紧装密度检验时取试样 1 份,分二层装人容量筒。
装
完一层后,在筒底垫放一根直径为 10mm 的钢筋,将筒按
住,左右交替颠击地面各 25 下,然后再装人第二层。
第二
层装满后用同样方法颠实(但筒底所垫钢筋的方向应与第
二层放置方向垂直),二层装完并颠实后,加料直至试样超
出容量筒筒臼;然后用直尺将多余的试样沿筒口中心线向
两个相反方向刮平,称其质量(m2)。
③堆积密度卜紧装密度。
及空隙率 n 分别按下式计算,
精确至 10kg/m3
以两次试验结果的算术平均值作为测定值。
(4) 细集料含水率检验(JTJ 058-94)
细集料含水率检验常用有二种方法。
①标准法
由来样中取各约 500g 的代表性试样两份,分别放人质量
为m1 的干燥容器中称量,记下每盘试样与容器的总质量
(m2),将容器连同试样放人温度为 105℃±5℃的烘箱中烘
干至恒重,称烘干后的试样与容器的总质量(m3)。
以两次试验的算术平均值作为测定值。
②酒精燃烧法
取干净容器,称取其质量(m1)。
将约 100g 试样置于容
器中,称取试样和容器的总质量(m2)。
然后向容器中的试样
加入酒精约 20ml,拌和均匀后点火燃烧并不断翻拌试样,
待火焰熄灭后,过 1min 再加入酒精约 20ml,仍按上述步骤
进行。
待第二次火焰熄灾后,称取干样与容器总质量(m3)。
细集料(砂)的含水率初按下式计算,精确到 1%。
(5)细集料含泥量检验(JTJ 058-94 )
含泥量:
砂石中含泥量是指粒径小于 0.08mm 颗粒的含
量。
检验时,取约 400g 烘干试样置于洗砂用的筒中,注入饮
用水,使水面高出砂面 200mm,拌匀后浸泡 24h,淘洗后注
入 1.25~0.08mm 筛,再加水淘洗。
过筛,直至水清澈充分
过 0.08mm 将大于 0.08mm 砂烘干、冷却并称重(m1)。
砂的含泥量 Qn
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