《材料》复习指南.docx.pdf
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1、材料复习指南 编前语:材料科目的考试主要是针对公路工程的土工试验、集料、水泥及水泥混凝土、沥青及沥 青混合料、无机结合稳定材料、钢材、石料、土工合成材料八大方面的内容进行考核;目的是通 过考核检测试验人员对材料试验的掌握和熟练程度,最终达到捉高试验人员的试验水平为目的, 为进一步提高公路的建设质量服务。 由于水平有限,错漏难免,如有与标准规范不一致的,以标准规范为准。第一章 本章主耍介 绍土的三相组成 及物理性质指标换算、土的粒组划分及工程分类、相对密实度及界限含水量、土的动力特性于 击实试验、土体压缩性指标及相关试验的基本操作规程。第一节土的三相组成及物理性质指标换 算 【要求】 了解:土的
2、形成过程熟悉:土的三相组成、土的物理性质指标及指标换算、烘箱安全操作要 求 掌握:含水量试验、密度试验、相对密度试验 一、土的形成(了解) 土是由地壳表面的岩石经过物理风化、化学风化和生物风化作用的产物。 岩石暴露,经受温度影响及自然环境(风、霜、雨、雪)的侵蚀和动植物的破坏形成大小、形 状齐异的碎块,这个过程叫做物理风化;物理风化后的碎块与氧气、二氧化碳和水接触, 经过 化学作用产生与原来岩右成分不同的矿物,这个过程叫做化学风化;在此基础上, 加 上生物活 动的参与,从而产生有机质的积聚。经过风化作用所形成的矿物颗粒堆积在一起, 其间贯穿者 孔隙,孔隙间存在者水和空气。这种松散的固体颗粒、水
3、和气体的集合体即是土。 二、土的三相组成(熟悉) 土的三相是指固相(土颗粒)、气相(气体)和液相(水)。 土骨架间布满相互贯通的孔隙有时完全被水充满,称为饱和土, 可能产牛液化; 有时一部 分被 水占据,另一部分被气体占据,称为非饱和土;有时也可能完全充满气体,称为干土, 此时黏 土呈现坚硬状态, 砂土呈现松散状态。 这三种组成部分本身的性质以及它们之间的比列关系和 相互作用决定土的物理力学性质及工程状态。 土的固相分为无机矿物颗粒和有机质,它们是构成土体骨架最基本的物质。矿物颗粒由原生 矿物和次生矿物组成。 原生矿物是指岩浆在冷凝过程种形成的矿物,如石英、 长石、云母等。 原生矿物经化学作用
4、后 发生化学变化而形成新的次生矿物,如三氧化二铁、三氧化二铝、次生二氧化硅、黏土矿物及 盐类等。 土的液相是指土孔隙屮存在的水。水在土屮以三种状态存在:固态、液态、气态。 (1)气态水:土孔隙的空气中任何时候都存在冇水汽,它与空气形成气态混合物。 (2)液态水:可分为存在于矿物颗粒内部的水一化学结构水和化学结晶水,及存在矿物颗 粒表而的水一结合水(强结合水和弱结合水)和自由水(包括毛细水和重力水)。 (3)固态水:处于固态的晶体状态中的水一冰,是自由水的一个特殊类型。 土中的气体可分为两类:与大气相连通的自出气体和与大气隔绝的封闭气体(气泡)。 三、土的物理性质指标及指标换算 土工试验 gia
5、 V-土的总体积,cm;或in 5 ;Vs-土的固体颗粒体积,cm1或m;Vv-土的孔隙体积,cm3 或 m3; Va-土中气体体积 ,cm 3 或m3 ; Vw-土中水的体积 ,cm3或m3; m-土的总质量,g;ma- 十. 的气体质量,0;-般吨约等于0; mw-十. 中水的质 量, 其中土粒相对密度、天然密度、存水量是实测指标,其他是换算指标。 四、相关试验 (_) 含水量试验 上的含水量是在105?11CTC下烘至恒量时所失去大的水分质量和达恒量后干上质量的比值, 以百分数表示。常用测定方法冇:烘I?法、酒精燃烧法、炒I:法、碳化钙气压法、红外线照 射法。 计算公式 :w (%) =
6、 (m-ms) /ms* 100 其中w含水量( ), m一湿土质量(g), ms一干土质量(g)o 木试验进行两次平行测定,取其算术平均值;允许平行差值应符合下表规定 含水量允许平行差值含水量允许平行差值 5%以下0. 3%40%以. 上W2% 40%以下W1% 1、烘干法 烘于法是测定含水量的标准方法,适用于黏质土、粉质土、有机质土、砂砾土、冻土砂类土 等。 实验步骤 (1)取代表性试样,细粒土15?30g,砂类土、有机土50g,放入称量盒内,盖好盒盖, 称质 1土的三相图 质量 ma=O m mwtt ms 气相 = 液相(水)= . ?Vs 固相 (土颗粒 ) g;ms-中固体颗粒的质
7、量,go 2、常用指标及定义 土粒相对密度 天然密度 (湿密度 ) 干密度 饱和密度 浮密度 含水量 孔隙比 孔隙率 饱和度 Gs 二叫 / (pw *Vs); p= m/V; Pd=ms/V; Psat=(ms+ Vv*pw)/V; p* =(ms+ Vs*pw)/V; w(%)=m,/ ms* 100; e= Vv/ Vs; n(%)二Vv/ V*100 体积 量,记录盒与土样质量; (2)揭开盒盖, 将试样和盒盖放入烘箱内,在温度105?110 C恒温下烘干。 烘干吋间对细 粒土不得少于8小吋,砂类土不得少于6小时,对含冇机质超过5%的十,应将温度控 制在65?70 C恒温下烘干 ; (
8、3)将烘干后的试样和盒取出,放入干燥器内冷却(一般0. 5?1小时即可)。冷却后盖好 盒盖,称质量,准确至O.Olgo (4)结果整理,按含水量计算公式计算整理。 2、酒精燃烧法 木法适用于快速简易测定细粒土的含水量(含有机质的除外)。 实验步骤 (1)取代表性试样(黏质土510g,砂类土20?30g)放入称量盒内,称湿土质量。 (2)用滴管将酒精注入有试样的称量盒屮,直至盒屮出现自由液面为止。 (3)点燃盒中酒精,燃至火焰熄灭。 (4)将试样冷却数分钟,按(2)、(3)步的方法重新燃烧两次。 (5)待第三次火焰熄灭后,盖好盒盖,立即称干土质量,准确至0.01 go (6)结果整理。 3、 其
9、它测试方法 注意含冇机质十的恒温控制,60?70 C; 丁燥8h以上。水泥稳定十 ?的含水量测试时烘箱开始 温度为105?110 C? (- )密度试验 土的天然密度定义为:p= m/V 测定密度的常用方法有环刀法、蜡封法、灌水法、灌砂法。 1、 环刀法 1)使用于细粒土。 2)试验原理:采用一定体积的环刀削土样,使土按环刀形状充满英屮,侧环刀屮土重,根据 已知环刀的休积就可按定义计算土的密度。 3)实验步骤 (1)按工程需要取原状土或制备所需要状态的扰动土,整平两端,环刀内壁涂一薄层的凡 士林,刀口向卜 ?放在土样上; (2)用修土刀或钢丝锯将土样上部削成略大于环刀直径的土桥,然后将环刀垂直
10、下压,边 压边削,至土样伸出环刀上部为止。削去两端余土,使与环刀口面齐平,并用剩余土样测定含 水量; (3)擦净环刀外壁,称环刀与土合质量叽准确至0. lg; (4)结果整理 按下式计算湿密度 :p= (m- m2) /V; pd=p/(l+0. Olw)式中:p一湿密度(g/cm3); pd一 干密度(g/cm 3); nil一环刀与土合质量(g); m2一环刀质量(g); V环刀体积 (cm); w含水量()。 (5)精密度和允许误差 本试验须进行两次平行测定,取其平均值,平行差值不得大于 2、蜡封法 1)本法适用于易破裂土和形态不规则的坚硕土。 2)试验原理: 将不规则的土样 (体积不小
11、于500 cm 3) 称其自然质量(m)后,浸入熔化的石 蜡中,使土样被石蜡所包裹,而后称其在空气中重(叫)与在水中重(n)2),并按公式 计 算土样密度。 3)试验步骤 (1)用削土刀取体积大于30 cm 3 试件,削除试件表面的松、浮土以及尖锐菱角,在天平 上称量,准确至O.Olgo取代表性试样进行含水量测定。 (2)将石蜡加热刀刚过熔点,用细线系住试件浸入石蜡中,使试件表面覆盖一薄层严密 的石蜡,若试件膜上有气泡,须用热针刺破,再用石蜡填充针孔,涂平孔口。 (3)待冷却后,将蜡封试件再天平上称量,准确至0.01go (4)用细线将蜡封试件置于天平一端,使其浸浮再盛有蒸憾水的烧杯中,注意试
12、件不要接 触杯壁,称蜡封试件再水下质量,准确至O.Olg,并测量蒸馆水的温度。 (5)将蜡封试件从水中取出, 擦干石蜡表面水分, 再空气中称其质量, 将其与(3)中所 称 质量相比。若质量增加,表示水分进入试件中;浸入水分质量超过0?03g,应重 做。 (6)结果整理 p= m/ (m - m2) / (m- m2) / Pn 】 pd二p/(l+0. Olw) 其中pwt蒸憾水再t C时的密度 , 准确至0. 001 g/cm 3o pn石蜡密度(一般可采用0.92g/cm 3) o (m - m2) / pn一蜡样体积 (m m2) / pwt 一蜡封试样体积 3、灌砂法 (1)本法适用于
13、在现场测定基层、砂石路面及路基土的各种材料压实层的密实度和压实度, 也适用于沥青表而处治、沥青贯入式路而的密度和压实度检测,但不适用于填石路堤 等有大孔洞或大孔隙材料的压实度检测。 (2)用灌砂法测定密度和压实度吋,应符合下列规定: 1)当集料的最人粒径小于15 mm,测定层的厚度不超过150 mm吋,宜采用4 100 mm的小 型灌砂筒测试。 2)当集料的最大粒径大于或等于15 mm,但不大丁 ? 40 mm,测定层的厚度超过150 mm,但 不 超过200 mm时,宜采用f 150 mm的大型灌砂筒测试。 (3)试验步骤 1)按现行试验方法对检测对象试样用同种材料进行击实试验,得到最人干密
14、度(po)及最 佳含水量(Wo) 2)标定灌砂筒底部的锥体内砂的质量。 3)标定量砂的单位质量Ps (g/cm3)o 4)现场测试步骤 在试验地点选一块平坦表面,并将其清扫干净,其面积不得小于基板面积。 将基板放在平坦表面上,当表面较粗糙时,则将盛有量砂叫的灌砂筒放在基板中间的圆 孔上,将灌砂筒的开关打开,让砂流入基板的中孔内,直到储砂筒内的砂不再下流时关 闭开关。取下灌砂筒,并称量筒内砂的质量叫,准确至lg? 取走基板,并将留在试验地点的量砂收冋,重新将表面清扫干净。 将基板放回清扫干净的表面上,沿基板中心孔凿洞。注意收集完凿出的材料并及时装入 塑料袋中,不使水分蒸发。称量取出全部材料的总质
15、量叫,准确至lg。 从挖出的材料中取代表性试样,放在吕盒或洁净的搪瓷盘屮,测定英含水量。 将基板安放在试坑上,将装有符合质量要求量砂的灌砂筒安放在基板中间,使灌砂筒下 口对准基板的屮孔及试洞,打开灌砂筒开关,让砂流入试坑内。直到筒内砂不再下流试, 关闭开关,仔细取走灌砂筒,并称量筒内剩余砂的质量叫,准确至lg. 仔细取出试洞内干净量砂,留下次试验试再用。 结果整理 按相关公式计算湿密度(Pw)和干密度(pd),压实度K=pd/po*100% 报告,干密度应准确至o. 01g/cm 3o (三)相对密度(比重)试验 相对密度可以通过试验直接测定,即求出土在100-105 C卜烘十至恒量时的质量与
16、同体积 4 C蒸憎水质量的比值。国际上的定义是:给定体积材料的质呈(或密度)与等体积水的质 量(或密度)的比值。 测定土的相对密度试验随土的粒径大小不同可采用不同的试验方法。主要有以下试验方 法:比重瓶法,适用于粒径小于5mm的土;浮称法,适用于粒径大于等于5伽】的土,其 中粒径为20mm的土质量小于总质量的10%;虹吸筒法,适用于粒径大于等于5mm的土, 其 中粒径为20mm的土质量大于总质量的10%。 、比重瓶法 1)试验步骤 (1)将比重瓶烘干,将15g烘干装入100mL比重瓶内(若用50mL比重瓶,装烘干 土 约12g),称量。 (2)为排除土屮空气,将已装冇干土的比重瓶注蒸憎水至瓶的
17、一半处,摇动比重瓶, 并将瓶在砂浴中煮沸,煮沸时间自悬液沸腾时算起。 (3)如系长颈比重瓶,用滴管调整液面恰至刻度,擦干瓶外及瓶内壁刻度以上部分 的水,称瓶、水、土总质量。如系短颈比重瓶,将纯水注满,使多余水分自瓶塞 毛细管中溢出,将瓶外水分擦干,称瓶、水、土总质量,称量后立即测出瓶内水 的温度,准确至0.5Co (4)根据测得的温度,从已绘制的的温度与瓶、水总质量关系曲线中查得瓶、水总 质量。 (5)如系砂土,煮沸吋砂粒易跳出,允许用真空抽气法代替煮沸法排除土中空气, 其余步骤同(3) (4)。 (6)对含冇某一定量的可溶盐、不亲性胶体或冇机质的土,必须用中性液体(比如 煤油)测定,并用真空
18、抽气法排除土中气体。真空压力表读数宜为lOOkPa,抽 气 吋间1?2小吋(至悬液内无气泡为止),其余步骤同(3) (4)。 2)结果处理 (1)用蒸懈水测定时,按下式计算相对密度(比重): Gs= (ms/ (mj+nis-mj) ) *Gwt 式中Gs土的相对密度;ms干土质量;ni!瓶、水总质量;m2瓶、水、土总质量; Gwt C吋蒸谓水的相对密度,准确至0.001. (2)用中性液体测定时,按照下式计算相对密度(比重): Gs= (ms/ (m3+ms-m4) *Gkt 式屮Gs土的相对密度;叫一干土质量;叫一瓶、屮性液体总质量;叫一瓶、屮性液 体、 土总质量;Gklt C时蒸憾水的相
19、对密度,准确至0.001. (3)木试验称量应准确至0. 001g,必须进行两次平行测定,取其算术平均值,以两位小 数表示,平行差值不得大于0. 02. 2、浮称法 1)试验步骤 (1)取代表性试样500?1000g,彻底冲洗试样,直至颗粒表面无尘土和其它污物。 (2)将试样浸在水屮一昼夜取出,立即放入金属篮,缓缓浸没于水屮,并在水屮摇 晃, 至无气泡逸出为止。 (3)称金属篮和试样在水中的总质量。 (4)取岀试样烘干,称量。 (5)称金属篮在水中质量,并立即测量容器内水的温度,准确至0.5Co 2)、结果整理 按下式计算土粒相对密度(比重): Gs= 5s/ ( (ms- (m5-m6) *
20、Gwl 式屮Gs土的相对密度;ms干土质量;叫一试样和金屈网篮在水中的质量;me金屈 篮在水中质量;Gwlt C时蒸馆水的相对密度,准确至0. OOlo 3)准确度及精密度同上。 3、虹吸筒法 1)试验步骤 (1)取代表性试样1000?7000g,彻底冲洗试样,直至颗粒表而无尘土和?其它污物。 (2)将试样浸在水中一昼夜取出,晾干( 或用布擦干 ) ,称量。 (3)注清水入虹吸筒,至管口有水溢出时停止注水。待管不再有水流出后,关闭管夹, 将试样缓缓放入筒中,边放边搅,至无气泡逸出为止,搅动时勿使水溅出筒外。称量筒 质量。 (4)待虹吸筒屮水而平静后,开管夹,让试样排开的水通过虹吸筒流入筒屮。
21、(5)称量筒与水的质量后,测量筒内水的温度,确至0. 5 Co (6)取出虹吸筒内试样,烘干,称量。 (7)本试验称量准确至lg。 2)结果整理 按下式计算土粒相对密度(比重): Gs= 5s/ ( (m - m0) - (m-ms) ) *Gwt 式屮Gs土的相对密度;ms干土质量;mi量筒加水的质量;量筒质量;m晾 干试样质量;Gwt C时蒸帼水的相对密度,准确至0. Ok 精度度和允许误差筒比重瓶 法。 第二节土的粒组划分及工程分类 【要求】 了解:土粒大小及粒组划分;粒度、粒度成分及其表示方法;熟悉:土的级配指标Cu,Cc;土粒 大小及粒组划分掌握:土的工程分类及命名,颗粒分析试验。
22、一、常用粒度成分表示方法冇表格法、累计曲线法、三角形坐标法。 二、土的工程分类及命名 (-) 土的分类依据: (1)土颗粒组成特征; (2)土的塑性指标:液限肌、塑限wp、塑性指数IP. (3)土的划分 粒组划图 20060 205 2 0. 50. 25 0. 074 0. 002 (mm) 巨2立组 立组 1 细米 広组 漂石卵石 砾砂 粉粒黏粒 粗 中 细粗 中 细 巨粒土粗粒土细粒土特殊土 十- 分类总体系图 (4)粗粒土应根据塑性图分类。土的塑性图石以液限为横坐标、塑性指数为纵坐标构成的。 (5)土的成分代号,见公路土工试验规程。 (- )巨粒土分类 试样屮巨粒组质量多于总质量50%
23、的土称巨粒土,分类见下表: 巨粒土 漂(卵)右(其中巨粒土质量 $75% 漂右(漂右粒组50%)B 卵石(漂石粒组50%)Cb 漂(卵)石夹土(其中巨粒组质 量占50%?70%) 漂石夹土(漂石粒组50%)BSL 卵石夹土(漂石粒组50%)CbSL 漂(卵)石质土 (其中巨粒土质量仅含15%?50%) 漂石质土(漂石粒卵石粒)SLB 卵石质土(漂石粒W卵石粒)SLCb (三)粗粒土分类 试样中粗粒组质量多于总质量50%的土称粗粒土,分类见下表: 土 类 分类符号 砾类土 (其中砾 粒组质量 50%) 砾(细粒组质量F 50%) 当Cu5,Cc=l?3时;级配良好砾GW 不同时满足Cut5, C
24、c=l3时;级配不良砾GP 砾050% (砂 GW50%) 细粒组质量占总质量的5%?15%GF 细粒?十质砾 50%2F15% 当细粒土位于塑性图A线以下吋,称粉土质砾GM 当细粒土位于塑性图A线以上时,称黏土质砾GC 砂类土 (其中砾 粒组质量 50%) 砂10吋为级配良好的土。 (2)但是一般不能单独用Cu个指标,而是要和Cc同吋考虑,当同时满足Cu5, Cc=l ?3Z间,为级配良好的土;若不能同时满足,则为级配不良的土。 五、粒度成分分析方法 对于粗粒土,即颗粒大于0. 074mm的土,可以用筛分法;对于颗粒小于0. 074mm的土,则可 以用比重计法。当土小粗细兼有,则可联合使用筛
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