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岩石和集料
本章共分六讲
第一讲岩石的组成分类
及物理力学性质
首先看岩石的组成和分类
岩石是由自然形成
且具有稳定外型的矿物及玻璃质
按照一定方式结合而成的自然组合体
是构成地壳和上层地幔的基本物质
岩石是人类开发和利用的
最古老天然材料
岩石加工制成的石料
曾用于众多建筑物的修建
同时岩石又是加工道路工程用集料原材料
岩石性能特点
将直接影响到集料应用效果
天然岩石开采并加工
制成满足一定形状和尺寸的石料
是最古老最原始的铺路架桥材料
图中的桥梁是闻名于世的赵州桥
该桥修建于公元610年
桥长50余米
桥面宽超过9米
净跨37米
完全由岩石加工的石料砌筑而成
距今已超过1400年
赵州桥充分体现了我国劳动人民的
勤劳和智慧
同时也说明了
岩石作为架桥材料的优越性
时至今日在资源丰富的地区
仍然建造众多由岩石修造的
各种公路构造物
为更好的发挥岩石在道路工程中的应用
掌握岩石的性质特点
需对岩石的组成和分类的基本概念
做一定的了解
首先我们从构成岩石的
造岩矿物开始讨论
所谓的造岩矿物是指具有一定化学成分
和结构特性的天然化合物或单质
简称矿物
岩石就是由这些矿物组合而成
已知的造岩矿物多达三千余种
常见的有数十种
包括石英 长石 方解石 云母和黏土矿物等
其中一些矿物如石英 长石等
因其稳定的化学性质
和坚硬的物理力学性质
对岩石的性能发挥着积极作用
一些矿物如云母 黄铁矿和黏土矿物等
因其层状结构或遇水溶解后
产生的不利物质
则对岩石性能带来不利影响
而方解石 白云石
则因适度的强度
以及可溶解于含有二氧化碳水中的特点
使其既对岩石有积极作用
也会带来不利影响
正是这些具有不同特点的造岩矿物
及矿物间组合
造就了丰富多样的自然界岩石类型
例如岩石即可以由不同种的矿物组合而成
也可以由单一矿物单独成岩
由单一矿物方解石形成的石灰岩 大理岩
由多钟矿物如石英 长石等组成的花岗岩
以及由其它若干矿物组成的片麻岩
和页岩等
然而有些成岩过程
不仅是岩石类型划分的依据
而且对岩石的性能也起到关键作用
因此根据成岩过程对岩石进行类型划分
可将岩石划分成三大类
岩浆岩 沉积岩 变质岩
首先我们来看岩浆岩
岩浆岩是地下岩浆经历剧烈活动
常于火山喷发的方式
涌出地面而形成的岩石
由于火山喷发时
岩浆喷出地壳的深度层不同
形成了深成岩 喷出岩
和火山岩三种不同岩浆岩
位于底部的深成岩
因冷却缓慢
形成的结构致密
具有密度大力学性能好的特点
如花岗岩
而喷向高空的火山岩
因急剧冷却形成了具有多孔的
非晶体玻璃质物质
表现出密度小质轻的特点
如凝灰岩
喷出岩所出的位置
则距上述二者之间
且靠近底部的喷出岩性能接近岩浆岩
接近地表的随凝灰岩的特点相近
典型的喷出岩代表有玄武岩等
沉积岩是由母岩
主要是岩浆岩 变质岩等
在地表风化剥蚀后产生的物质
再经地质搬运沉积和硬结后形成的岩石
沉积岩的性能与沉积胶结物密切相关
当胶结物属于氧化硅
或碳酸钙之类的物质
则形成了沉积岩质密且高强
而胶黏物质是黏土类矿物石
则形成了沉积岩密度较小且强度偏低
如沉积岩之一的砂岩
在沉积过程中如胶结物是硅质胶结材料
则形成了砂岩性能就好
如胶结物是黏土矿物时
则形成了砂岩性能就差
同时一些沉积岩具有层理结构
显示出各向异性的特点
常见的沉积岩代表有石灰岩 页岩 砂岩等
变质岩
变质岩是沉积岩岩浆岩
经过地质变质作用后形成的岩石
常见的地质作用
有地壳内部的高温高压炽热气体的渗入等
变质岩特点不仅受原生岩石的影响
更与变质条件和变质程度密切相关
如石灰岩受高压
和重结晶作用形成大理岩
砂岩变质形成的石英岩等
都较原有岩石变的更加坚固耐久
而由花岗岩变质形成的片麻岩
则因形成片状层理结构而性能变差
典型的沉积岩代表有大理岩
石英岩和片麻岩等
总之岩石特点一方面取决于
构成岩石的不同造岩矿物
更重要的取决于
岩石形成时的状态和过程
有关岩石的基本概念就讲解到这里
接下来讨论岩石的物理性质
岩石的物理性质
主要包括了物理常数 吸水性
膨胀性和耐崩解性
这里我们主要针对物理常数
和吸水性进行讨论
针对岩石的物理性质
了解和掌握的重点之一
是物理常数即岩石的密度及其孔隙率
根据密度定义可知
密度是物体质量和体积的函数
通常岩石密度中的质量
就是岩石本身所包含的物质数量
不涉及其他
而密度中的体积
则因所考虑的空间对象不同
岩石体积则会表现出不同的内容
从图中可以看出
由于岩石上存在着一些孔洞
其中还包括了包含在内部的闭口孔
和漏在外边的开口孔
因为岩石的密度就有了不同的形式
当岩石的体积不涉及任何孔隙时
得到了所谓岩石的真实密度
表示了单位岩石体积里
所拥有的实际质量
该密度可通过将岩石加工磨细
采用李氏密度瓶法实验测得
当岩石体积包含全部孔隙时
得到的密度是岩石的毛体积密度
这里的毛体积指岩石自身体积
加上开口孔隙和闭口孔隙的总体积
显然同一种岩石样品
测得的毛体积密度与岩石真密度相比
差别越大说明该岩石上
所分布的孔隙数量越多
岩石孔隙数量的多少
可用孔隙率表示
岩石孔隙率定义为岩石上的孔隙体积
与岩石总体积之比的百分率
岩石孔隙根据实验测得的岩石真密度
和毛体积密度
通过计算得到
显然岩石孔隙率的高低
将直接影响到岩石性能的表现
如力学性质耐久性等
同时这些孔隙在拌合沥青混合料
或水泥混凝土时
对沥青或水泥浆将产生一定的吸附作用
影响到混合物组成和性能
所以岩石的物理常数是物理性质的核心
接下来讨论岩石物理性能的吸水性
岩石的吸水性
可采用吸水率和饱水率表示
二者分别表示
岩石在常压和减压条件下
对水的吸收程度
显然常压的吸水率
要小于减压下的饱水率
二者的比值称为饱水系数
该系数通常在0.5到0.8之间
系数越大说明岩石在常压条件下
吸水程度越高
而易于吸水的岩石
则容易受到外界环境的影响
造成岩石性能的劣化
有关岩石的物理性质就讨论这里
接下来讨论岩石的力学性质
岩石的力学性质主要指岩石的强度
另外涉及岩石的抗磨耗
抗冲击和抗磨光等方面
其中的核心是强度
强度包括了抗压及抗折强度
以及抗剪劈裂点荷载强度
和压缩变形等内容
接下来就力学性质中较为重要的抗压
和抗折强度进行讨论
抗压强度是将岩石加工成规定的形状
如用于基础的岩石
可加工成高径比为二比一的圆柱体
用于路桥构造物的
则加工成边长为50毫米
或70毫米的立方体
然后采用饱水无侧限测压试验
测得岩石可承受的极限荷载
以单位面积上施加的最大荷载
计算得到岩石的抗压强度
抗折强度
是将岩石制备为
50毫米乘50毫米乘250毫米的试件
采用跨中单荷载加载方式
测得岩石在加载作用下
折断时所承受的荷载
按公式计算得到岩石的抗折强度
其中抗压强度主要表征的岩石
用于基础或路桥构造物时
可承受荷载的能力
而抗折强度则说明了岩石
作为梁桥构造物可承受的荷载能力
岩石的力学强度受多种因素影响
这一因素可概括为内因和外因两个方面
例如内因与岩石的矿物组成密切相关
当岩石由石英长石等矿物组成时
岩石有较高的强度
而由云母或黏土矿物组成时
则强度明显偏低
而外因则与试验时的样品加工精度
或加载时的加载速率等因素有关
从上述论述可知
就前面了解岩石内在特征
和掌握实验室的条件控制
才能更加深入掌握岩石的力学性质
下面就第一讲的主要内容做一小结
一岩石性能特点
一方面取决于
构成岩石的不同造岩矿物
更重要的在于
岩石形成时的状态和过程
二岩石物理性质中的密度
是岩石的基本指标
该指标不仅说明
岩石质量与体积间的关系
还能用来表征岩石上的孔隙的多少
该孔隙的多少将影响到
岩石的力学性质和耐久性
三岩石的力学性能的主要表现特征
是饱水抗压强度
饱水抗压强度
是岩石力学性质的核心指标
四岩石力学性能的优劣
取决于岩石内部组成结构和构造
同时还受到试验时
所采用的方式方法的影响
好 第一讲岩石的组成分类
和岩石物理力学性质就讨论到这里
我们下一讲再见
-绪论
--绪论
-第1节 岩石的组成、分类
--Video
-第1节 岩石的组成、分类--作业
-第2节 岩石性质与技术等级
--Video
-第2节 岩石性质与技术等级--作业
-第3节 集料分类和物理性质
--Video
-第3节 集料分类和物理性质--作业
-第4节 粗、细集料和矿粉特性
--Video
-第4节 粗、细集料和矿粉特性--作业
-第5节 集料筛分、级配与级配理论
--Video
-第5节 集料筛分、级配与级配理论--作业
-第6节 集料组成设计方法
--Video
-第6节 集料组成设计方法--作业
-第1节 石灰
--第1节 石灰
-第1节 石灰--作业
-第2节 水泥的定义、组成、水化及硬化
-第2节 水泥的定义、组成、水化及硬化--作业
-第3节 硅酸盐水泥的技术性质
-第3节 硅酸盐水泥的技术性质--作业
-第4节 硅酸盐水泥的强度与技术标准
-第4节 硅酸盐水泥的强度与技术标准--作业
-第5节 硅酸盐水泥的腐蚀与防止
-第5节 硅酸盐水泥的腐蚀与防止--作业
-第6节 粉煤灰及其他工业废渣
-第6节 粉煤灰及其他工业废渣--作业
-第1节 分类、工艺组成及胶体结构
-第1节 分类、工艺组成及胶体结构--作业
-第2节 密度及绝对黏度
-第2节 密度及绝对黏度--作业
-第3节 相对黏度（针入度、软化点）
-第3节 相对黏度（针入度、软化点）--作业
-第4节 低温及感温性
--沥青延度演示视频
-第4节 低温及感温性--作业
-第5节 加热稳定性
-第5节 加热稳定性--作业
-第6节 改性沥青
--第6节 改性沥青
-第6节 改性沥青--作业
-第7节 沥青分级及技术要求
-第7节 沥青分级及技术要求--作业
-第8节 乳化沥青、泡沫沥青
-第8节 乳化沥青、泡沫沥青--作业
-第1节 水泥混凝土的组成及特点
-第1节 水泥混凝土的组成及特点--作业
-第2节 新拌水泥混凝土的工作性
-第2节 新拌水泥混凝土的工作性--作业
-第3节 水泥混凝土的强度特征
-第3节 水泥混凝土的强度特征--作业
-第4节 水泥混凝土的变形特性
-第4节 水泥混凝土的变形特性--作业
-第5节 水泥混凝土的耐久性
-第5节 水泥混凝土的耐久性--作业
-第6节 普通水泥混凝土组成设计
-第6节 普通水泥混凝土组成设计--作业
-第7节 水泥混凝土外加剂
--水泥混凝土外加剂
-第7节 水泥混凝土外加剂--作业
-第8节 新型水泥混凝土
--新型水泥混凝土
-第8节 新型水泥混凝土--作业
-第1节 组成结构与强度形成原理
--Video
-第1节 组成结构与强度形成原理--作业
-第2节 基本路用性能
--Video
-第2节 基本路用性能--作业
-第3节 体积参数与技术要求
--Video
-第3节 体积参数与技术要求--作业
-第4节 原材料的技术要求和选用方法
--Video
-第4节 原材料的技术要求和选用方法--作业
-第5节 Marshall组成设计方法
--Video
-第5节 Marshall组成设计方法--作业
-第6节 Superpave组成设计方法
--Video
-第6节 Superpave组成设计方法--作业
-第7节 SMA沥青混合料组成设计方法
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-第7节 SMA沥青混合料组成设计方法--作业
-第8节 沥青混合料再生及组成设计方法
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-第8节 沥青混合料再生及组成设计方法--作业
-第1节 钢材的冶炼与分类
--Video
-第1节 钢材的冶炼与分类--作业
-第2节 钢材的技术性质
--Video
-第2节 钢材的技术性质--作业
