矿物骨料土木工程材料.docx
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1、7骨料7.1引言矿物骨料在使用量方面是主要的土木工程材料。它们单独使用(在道路基础和各种类型的填充)和与水泥基复合材料一起使用(如波特兰水泥或沥青水泥),形成复合材料或混凝土。我们最感兴趣的是,作为波特兰水泥和沥青混凝土的一个组成部分使用的骨料,这将形成本章讨论的基础。矿物集合体构成70-80%的波特兰水泥混凝土和沥青混凝土90%或更多的量。其结果是,骨料特性直接影响这些混凝土的性能。骨料被定义为惰性,颗粒,无机材料,通常由石头或石状固体组成。(在一些特殊的混凝土中,有机材料和一些骨料缓慢与含水波特兰水泥反应)。在实践中所用的大量的骨料(1)自然的,在该材料中的颗粒的材料并没有被改变,在他们的
2、生产过程中(虽然骨料本身可能已经进行处理,如破碎,洗涤和筛分);以及(2)正常的体重(即,与一个特定的重力或相对密度约2.6)。这种骨料的例子是天然砂,砾石和碎石。合成骨料或人工骨料:1、工业过程的副产物,如高炉矿渣。2、产品的生产过程开发制造具有特殊性能的骨料,如膨胀粘土,页岩,或石板,用于轻质骨料。3、再生或废弃建筑材料,如再生波特兰水泥混凝土。这样的骨料是不常用的,但可能在经济上考虑的基础上,或其特定的属性是必需的。然而,回收或废弃建筑材料的使用作为骨料,应大幅增加,在未来的天然骨料变得不那么丰富,因此更昂贵。对骨料性能通过测试的相关样本通常用标准方法或程序的规定确定。由于骨料质量是可变
3、的,必须遵循适当的抽样程序,以确保样品的测试是代表作为一个整体。7. 2成分与结构天然骨料来自岩石。这些可能包括单一的矿物(例如,石灰石),但他们经常包含几个不同的矿物(例如,花岗岩)。他们是按成因分为三大类型的火成岩,沉积岩,变质岩,可进一步根据化学组成和矿物组成,内部结构,纹理细分。火成岩通过熔融物冷却形成(即,熔融岩石的问题)或高于或低于地球表面。在冷却过程中的相分离,这些岩石包括晶体或矿物中的结晶(或有时是玻璃)脉石。冷却速度决定了晶体的大小,从而加强了岩石性质:细粒度较小的岩石一般都比较强(见图7.1和表7.1)。沉积岩是由地球表面现有岩石风化和侵蚀产物的固结所形成的。虽然在形成过程
4、中可能会产生一些额外的结晶,但主要是减少孔隙率,因为很少发生烧结。这些岩石往往是弱于火成岩的,因为在产生强大的微观结构中机械压实与有效的晶体生长是不一样。这些岩石一般都反映了其组成矿物的各向异性行为。变质岩是由强烈的热、压力作用于沉积岩矿床形成的。由此产生的岩石是没有太多孔的(即,它们是更致密的),并且具有更强的脉石,因为再结晶和晶粒生长过程中可能会发生在形成过程中。因此,它们比沉积岩(见图7.2)更为强烈,更不具各向异性。(a)玄武君*15(b)花囱岩*15图7.1细粒玄武岩(a)比粗粒花岗岩(b)强.表7.1不同微观结构岩石的特性岩石类型例子玄武岩比重2.6-3.O孔隙率(%vol)0.1
5、-1.0抗压强度MPa50-200弹性模量GPa30-70摘要细纹理火成岩-44-J=UUU花冈石2.6-3.O0.5-1.5100-2505-50粗糙的粒状的页岩2.0-2.753010-100550沉积岩石灰岩2.3-2.852035-2502-70砂岩2.2-2.752520-1755-50复合结构板岩2.6-2.90.l-0.5100-20010来自页岩变质岩大理岩2.6-2.80.5-2.0100-25040-100来自石灰石硅岩2.6-2.70.5-5.0100-30010-70来自砂岩图7.2石灰石(a)和大理石(b)的微观结构,说明了所产生的离子变质过程的不同。不列颠哥伦比亚大
6、学地球与海洋科学系照片。7.3特征7.3.1几何属性颗粒尺寸与分级骨料的颗粒或微粒材料,骨料的有用性在相当程度上取决于其大小和级配,或粒度分布,以及其组成的颗粒。骨料微粒大小的粒子被认为是某种程度的粒子的直径。在实践中,一个粒子的大小,无论其形状,如果粒子会穿过一个方形孔大小则考虑为4。因为骨料的颗粒样品中可能有一个无限大的尺寸范围,一系列的筛子或不同尺寸筛口用于获得一些粒子大小的估计分布。粒子的大小通过筛子大小4的筛口但保留下一个小筛的大小dm,然后采用4dm或粒子被认为属于d,一dm大小。例如,所有粒子穿过一个40亳米的筛口但保留一个20毫米的筛口属于20-40毫米大小分段。最大化尺寸骨料
7、(MSA)被定义为最小的通过筛孔的整个总样本。粒子大小的分布在一个总样本里,称为等级或层次,通常表示为粒子的累积百分比较小或大于每一系列筛或筛口的机会。这些分布通常以图形化形式呈现,称为颗粒级配曲线,通过累积百分比或保留绘制特定筛筛分粒度。有几种类型的骨料级配。最常用的是连续的或密集的分级,其中骨料包含的最大和最小颗粒尺寸的每一个大小之间的数值,被称为一个或多个梯度的颗粒的骨料,其中包含一个或多个尺寸大小的颗粒被称为间隙分级。图7.3所示的连续、均匀和间隙梯度集的示意图和分级曲线。结合MSA,级配确定总样品中的颗粒特定的表面积(即表面积,每单位重量或体积)。对于一个浓密(连续)的级配骨料,当M
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