實驗四石料(粗集料)的強度和磨耗試驗

1、實驗四：石料（粗集料）的強度和磨耗試驗一、實驗目的單軸抗壓強度試驗是測定規(guī)則形狀巖石式樣單軸抗壓強度的方法。只要用于巖石的強度分級和巖性描述。本法采用飽水狀態(tài)下的巖石立方體（或圓柱體）試件的抗壓強度來評定巖石強度（包括碎石或卵石的原始巖石強度）。注：在某些情況下，對于某些材料可以要求試件具有其它的含水量，如天然含水量（此時要求試樣保管期不超過3od ）或在105 5 下烘至絕對干操的含水量。這種含水量要在試驗報告中注明。集料壓碎值用于衡量石料在逐漸增加的荷載下抵抗壓碎的能力，是衡量石料力學性質的指標，以評定其在公路工程中的適用性。磨耗試驗用于測定標準條件下粗集料抵抗摩擦、撞擊的能力，以磨耗損失

2、()表示。本方法適用于各種等級規(guī)格集料的磨耗試驗。二、試驗原理詳見實驗目的、實驗內容。三、預習要求1、理解單軸抗壓強度、壓碎值、磨耗值的概念及應用，了解試驗原理。2、了解試驗儀器及設備的用法，掌握石料（粗集料）的強度和磨耗試驗方法。四、實驗儀器(1) 單軸抗壓強度試驗儀器1、檢驗合格且能很好地按所要求的速率加載的300 -2000kN 的壓力試驗機。2、試件兩端的承壓板為洛氏硬度不低于HRC58 的圓盤鋼板，壓板直徑應大于試件直徑D +2mm 或試件承壓面對角線，壓板厚度至少為15mm ，圓盤表面應磨光，其平面度公差應小于0 . 005mm 。3、 兩壓板之一應是球面座。球面座應放在試件的上端

3、面，并用礦物油稍加潤滑以使在滑塊自重作用下仍能閉鎖。試件、壓板和球面座要精確的彼此對中，并與加載機器設備對中，球面座的曲率中心應與試件端面的中心相重合。4、切石機或鉆石機、磨平機。5、游標卡尺（精度0lmm ）、角尺及水池等。注：壓力機噸位的選擇視試件的破壞荷載大小而定。一般試件的破壞荷載宜大于壓力機（度盤）最大噸位的30%、小于其80% ，所測結果較為準確。(2)壓碎值試驗儀器1、石料壓碎值試驗儀：由內徑150、兩端開口的鋼制圓形試筒、壓柱和底板組成，其形狀和尺寸見圖4-1和表4-1。試筒內壁、壓柱的底面及底板的上表面等與石料接觸的表面都應進行熱處理，使表面硬化，達到維氏硬度65。并保持光滑

4、狀態(tài)。 表4-1試筒、壓柱和底板尺寸部 位 符 號 名 稱 尺寸() 試筒 ABC 內徑 高度 壁厚 1500.3 12512812 壓柱 DEFG 壓頭直徑 壓桿直徑 壓柱總長 壓頭厚度 1490.2100149 10011025 底板 HIJ 直徑 厚度(中間部分) 邊緣厚度 2002206.40.2 100.22、金屬棒：直徑10，長450600，一端加工成半球形。3、天平：稱量23，感量不大于1g。4、標準篩：篩孔尺寸13.2、9.5、2.36方孔篩各一個。5、壓力機：500kN，應能在1Omin內達到400kN。6、金屬筒：圓柱形，內徑112.0，高179.4，容積17673。（3）

5、磨耗值試驗儀器1、洛杉磯磨耗試驗機：圓筒內徑7105，內側長5105，兩端封閉，投料口的鋼蓋通過緊固螺栓和橡膠墊與鋼筒緊閉密封。鋼筒的回轉速率為30r/min33r/min。2、鋼球：直徑約46.8，質量為390g445g，大小稍有不同，以便按要求組合成符合要求的總質量。3、臺秤：感量5g。4、標準篩：符合要求的標準篩系列，以及篩孔為1.7，的方孔篩一個。5、烘箱：能使溫度控制在1055范圍內。6、容器：搪瓷盤等。五、實驗內容（1）抗壓強度試驗1、試驗準備1.1 用切石機或鉆石機從巖石試樣或巖芯中制取邊長為50 05mm 的正立方體或直徑與高均為50 0.5mm 的圓柱體試 件6 個。有顯著層

6、理的巖石，分別沿平行和垂直層理方向各取試件6 個。1.2 試件上、下端面應平行和磨平。試件端面的平面度公差應小于0.05mm ，端面對于試件軸線垂直度偏差不應超過0.25。2、試驗步驟2.1 用卡尺量取試件尺寸（精確至0lmm ) ，對立方體試件在頂面和底面上各量取其邊長，以各個面上相互平行的兩個邊長的算術平均值計算其承壓面積；對于圓柱體試件在頂面和底面分別測量兩個相互正交的直徑，并以其各自的算術平均值分別計算底面和頂面的面積，取其頂面和底面面積的算術平均值作為計算抗壓強度所用的截面積。2.2 按吸水率試驗方法對試件進行飽水處理，最后一次加水深度應使水面高出試件頂面至少20mm 。2.3試件自

7、由浸水48h 后取出，擦干表面，放在壓力機上進行強度試驗。施加在試件上的荷載要始終保持一定的應力增長速率，即施加應力的速率在0 5 -1 . OMPa / s 的限度內。2.4抗壓試件試驗的最大荷載記錄以N 為單位，精度1 。3、結果整理3.1巖石的抗壓強度R 按式（4-1）計算，精確至1Mpa： （4-1）式中：R巖石的抗壓強度，Mpa；P 極限破壞時的荷載，N ；A 試件的截面積，mm 。3.2 取6 個試件試驗結果的算術平均值作為抗壓強度測定值，如6 個試件中的2 個與其他4 個試件抗壓強度的算術平均值相差3 倍以上時，則取試驗結果相接近的4 個試件的算術平均值作為抗壓強度測定值。3.3

8、 有顯著層理的巖石，取垂直與平行層理方向的試件強度的平均值作為試驗結果。（2）壓碎值試驗1、試驗準備 1.1采用風干石料用13.2和9.5標準篩過篩，取9.513.2的試樣3組各3000g，供試驗用。如過于潮濕需加熱烘干時，烘箱溫度不得超過100，烘干時間不超過4h。試驗前，石料應冷卻至室溫。1.2每次試驗的石料數(shù)量應滿足按下述方法夯擊后石料在試筒內的深度為100。在金屬筒中確定石料數(shù)量的方法如下：將試樣分3次(每次數(shù)量大體相同)均勻裝入試模中，每次均將試樣表面整平，用金屬棒的半球面端從石料表面上均勻搗實25次。最后用金屬棒作為直刮刀將表面仔細整平。稱取量筒中試樣質量(m0)。以相同質量的試樣

9、進行壓碎值的平行試驗。2、試驗步驟2.1將試筒安放在底板上。2.2將要求質量的試樣分3次(每次數(shù)量大體相同)均勻裝入試模中，每次均將試樣表面整平，用金屬棒的半球面端從石料表面上均勻搗實25次。最后用金屬棒作為直刮刀將表面仔細整平。2.3將裝有試樣的試模放到壓力機上，同時加壓頭放入試筒內石料面上，注意使壓頭擺平，勿楔擠試模側壁。2.4開動壓力機，均勻地施加荷載，在10min左右的時間內達到總荷載400kN，穩(wěn)壓5s，然后卸荷。 2.5將試模從壓力機上取下，取出試樣。2.6用2.36標準篩篩分經(jīng)壓碎的全部試樣，可分幾次篩分，均需篩到在1min內無明顯的篩出物為止。2.7稱取通過2.36篩孔的全部細

10、料質量(m1)，準確至1g。3、計算石料壓碎值按式(4-2)計算，精確至O.1。 (4-2)式中：石料壓碎值()； m1試驗前試樣質量(g)； m0試驗后通過2.36篩孔的細料質量(g)。4、報告以3個試樣平行試驗結果的算術平均值作為壓碎值的測定值。（3）磨耗值試驗1、試驗步驟1.1將不同規(guī)格的集料用水沖洗干凈，置烘箱中烘干至恒重。1.2對所使用的集料，根據(jù)實際情況按表4-2選擇最接近的粒級類別，確定相應的試驗條件，按規(guī)定的粒級組成備料、篩分。其中水泥混凝土用集料宜采用A級粒度；瀝青路面及各種基層、底基層的粗集料，表中的16篩孔也可用13.2篩孔代替。對非規(guī)格材料，應根據(jù)材料的實際粒度，從表4

11、-2中選擇最接近的粒級類別及試驗條件。表4-2 粗集料洛杉磯試驗條件粒度類別粒級組成()試樣質量 (g)試樣總質量(g)鋼球數(shù)量(個)鋼球總質量(g)轉動次數(shù)(轉)適用的粗集料規(guī)格公稱粒徑()A26.537.519.026.516.019.09.516.012502512502512501012501050001012500025500B19.026.516.019.025001025001050001011485025500S6S7S8153010301025C9.516.04.759.52500102500105000108332020500S9S10S11S121020101551551

12、0D2.364.755000105000106250015500S13S1431035E6375536337.55325005025005050005010000100125000251000S1S240754060F37.55326.537.55000505000251000075125000251000S3S430602550G26.537.51926.55000255000251000050125000251000S52040注：表中16也可用13.2代替。 A級適用于未篩碎石混合料及水泥混凝土用集料。 C級中S12可全部采用4.759.5顆粒5000g；S9及S10可全部采用9.516

13、顆粒5000g。 E級中S2中缺6375顆?？捎?363顆粒代替。1.3分級稱量(準確至5g)，稱取總質量(m1)，裝入磨耗機圓筒中。1.4選擇鋼球，使鋼球的數(shù)量及總質量符合表T0317-1中規(guī)定，將鋼球加入鋼筒中，蓋好筒蓋，緊固密封。1.5將計數(shù)器調整到零位，設定要求的回轉次數(shù)，對水泥混凝土集料，回轉次數(shù)為500轉，對瀝青混合料集料，回轉次數(shù)應符合表T0317-1的要求。開動磨耗機，以30rmin33r/min轉速轉動至要求的回轉次數(shù)為止。1.6取出鋼球，將經(jīng)過磨耗后的試樣從投料口倒入接受容器(搪瓷盤)中。1.7將試樣用l.7的方孔篩過篩，篩去試樣中被撞擊磨碎的細屑。1.8用水沖干凈留在篩上

14、的碎石，置1055烘箱中烘干至恒重(通常不少于4h)，準確稱量(m2)。2、計算按式(4-3)計算粗集料洛杉磯磨耗損失，精確至0.1。Q=100 (4-3)式中：Q洛杉磯磨耗損失()； m1裝入圓筒中試樣質量(g)； m2試驗后在1.7篩上洗凈烘干的試樣質量(g)。3、報告3.1試驗報告應記錄所使用的粒級類別和試驗條件.5.2粗集料的磨耗損失取兩次平行試驗結果的算術平均值為測定值，兩次試驗的差值應不大于2，否則須重做試驗。六、注意事項（1）抗壓強度試驗1、標準試件為505050mm正立方體或直徑和高度均為50mm的圓柱體，應滿足試件平面度公差和端面與試件軸線垂直度偏差的要求。2、先對事件進行編號再量取試件的尺寸，以免試件混淆。3、按飽水狀態(tài)下的抗壓強度劃分石料的強度等級。若采用天然含水量時，試樣保管期不應超過30d，并在試驗報告中注明。4、壓力機噸位選擇應為大于試件破壞荷載的30%、小于其80%，試件破壞時的加荷速率保持在0.5-0.1Mpa/s的限度內。5、石料抗壓強度試驗結果評定滿足規(guī)范要求。（2）壓碎值試驗1、試樣應具有代表性并滿足試驗對一份試樣所規(guī)定的級配要求。2、試驗前剔除試樣中的針、片狀顆粒，并在附注欄內注