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 ~ 倍，长度约为厚度的 ~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 ~倍，长为厚度的 ~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（105C± 5C 烘干至恒重，温度20 C）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 JTJ 054－ 94／T 0204-94），即将石料样品粉碎磨细后，在 105C± 5C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 C± 5 C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105C± 5C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（ 20C 2C），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 C）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 1 0、 1 5、 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 ~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， 有显着层理的岩石， 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矶式试验法为标准方 法。 洛杉矶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， 当采用洛杉矶 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， 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/， 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） 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 父替状态 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 求咼或标号 大于40号 5 5 (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％，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%。

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％。 ③ 根据各筛的累计筛余百分率，评定该试样的颗粒级配 值，精确至％。 （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 C 5C 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 ）。

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