实验四：石料(粗集料)的强度和磨耗试验

一、实验目的

单轴抗压强度试验是测定规则形状岩石式样单轴抗压强度的方法。只要用于岩石的强度分级和岩性描述。本法采用饱水状态下的岩石立方体（或圆柱体）试件的抗压强度来评定岩石强度（包括碎石或卵石的原始岩石强度）。注：在某些情况下，对于某些材料可以要求试件具有

其它的含水量，如天然含水量（此时要求试样保管期不超过3od ）或在105 ±5℃ 下烘至绝对干操的含水量。这种含水量要在试验报告中注明。

集料压碎值用于衡量石料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，是衡量石料力学性质的指标，以评定其在公路工程中的适用性。

磨耗试验用于测定标准条件下粗集料抵抗摩擦、撞击的能力，以磨耗损失(％)表示。本方法适用于各种等级规格集料的磨耗试验。 二、试验原理

详见实验目的、实验内容。 三、预习要求

1、理解单轴抗压强度、压碎值、磨耗值的概念及应用，了解试验原理。

2、了解试验仪器及设备的用法，掌握石料（粗集料）的强度和磨耗试验方法。 四、实验仪器

(1) 单轴抗压强度试验仪器

1、检验合格且能很好地按所要求的速率加载的300 -2000kN 的压力试验机。 2、试件两端的承压板为洛氏硬度不低于HRC58 的圆盘钢板，压板直径应大于试件直径D +2mm 或试件承压面对角线，压板厚度至少为15mm ，圆盘表面应磨光，其平面度公差应小于0 . 005mm 。

3、 两压板之一应是球面座。球面座应放在试件的上端面，并用矿物油稍加润滑．以使在滑块自重作用下仍能闭锁。试件、压板和球面座要精确的彼此对中，并与加载机器设备对中，球面座的曲率中心应与试件端面的中心相重合。 4、切石机或钻石机、磨平机。

5、游标卡尺（精度0．lmm ）、角尺及水池等。

注：压力机吨位的选择视试件的破坏荷载大小而定。一般试件的破坏荷载宜大于压力机（度盘）最大吨位的30%、小于其80% ，所测结果较为准确。

(2)压碎值试验仪器

1、石料压碎值试验仪：由内径150㎜、两端开口的钢制圆形试筒、压柱和底板组成，其形状和尺寸见图4-1和表4-1。试筒内壁、压柱的底面及底板的上表面等与石料接触的表面都应进行热处理，使表面硬化，达到维氏硬度65。

并保持光滑状态。

表4-1试筒、压柱和底板尺寸

部 位 试筒 压柱 底板 符 号 A B C D E F G H I J 名 称 内径 高度 壁厚 压头直径 压杆直径 压柱总长 压头厚度 直径 厚度(中间部分) 边缘厚度 尺寸(㎜) 150±0.3 125～128 ≥12 149±0.2 100～149 100～110 ≥25 200～220 6.4±0.2 10±0.2

2、金属棒：直径10㎜，长450㎜～600㎜，一端加工成半球形。 3、天平：称量2㎏～3㎏，感量不大于1g。

4、标准筛：筛孔尺寸13.2㎜、9.5㎜、2.36㎜方孔筛各一个。 5、压力机：500kN，应能在1Omin内达到400kN。

6、金属筒：圆柱形，内径112.0㎜，高179.4㎜，容积1767㎝3。 （3）磨耗值试验仪器

1、洛杉矶磨耗试验机：圆筒内径710㎜±5㎜，内侧长510㎜±5㎜，两端封闭，投料口的钢盖通过紧固螺栓和橡胶垫与钢筒紧闭密封。钢筒的回转速率为30r/min～33r/min。 2、钢球：直径约46.8㎜，质量为390g～445g，大小稍有不同，以便按要求组合成符合要求的总质量。

3、台秤：感量5g。

4、标准筛：符合要求的标准筛系列，以及筛孔为1.7㎜，的方孔筛一个。 5、烘箱：能使温度控制在105℃±5℃范围内。 6、容器：搪瓷盘等。 五、实验内容

（1）抗压强度试验 1、试验准备

1.1 用切石机或钻石机从岩石试样或岩芯中制取边长为50 ±0．5mm 的正立方体或直径与高均为50 ±0.5mm 的圆柱体试 件6 个。有显著层理的岩石，分别沿平行和垂直层理方向各取试件6 个。

1.2 试件上、下端面应平行和磨平。试件端面的平面度公差应小于0.05mm ，端面对于试件轴线垂直度偏差不应超过0.25°。 2、试验步骤

2.1 用卡尺量取试件尺寸（精确至0．lmm ) ，对立方体试件在顶面和底面上各量取其边长，以各个面上相互平行的两个边长的算术平均值计算其承压面积；对于圆柱体试件在顶面和底面分别测量两个相互正交的直径，并以其各自的算术平均值分别计算底面和顶面的面积，取其顶面和底面面积的算术平均值作为计算抗压强度所用的截面积。

2.2 按吸水率试验方法对试件进行饱水处理，最后一次加水深度应使水面高出试件顶面至少20mm 。

2.3试件自由浸水48h 后取出，擦干表面，放在压力机上进行强度试验。施加在试件上的荷载要始终保持一定的应力增长速率，即施加应力的速率在0 ² 5 -1 . OMPa / s 的限度内。

2.4抗压试件试验的最大荷载记录以N 为单位，精度1 ％。 3、结果整理

3.1岩石的抗压强度R 按式（4-1）计算，精确至1Mpa：

RP （4-1） A式中：R——岩石的抗压强度，Mpa；

P—— 极限破坏时的荷载，N ； A—— 试件的截面积，mm 。

3.2 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 个试件抗压强度的算术平均值相差3 倍以上时，则取试验结果相接近的4 个试件的算术平均值作为抗压强度测定值。

3.3 有显著层理的岩石，取垂直与平行层理方向的试件强度的平均值作为试验结果。 （2）压碎值试验 1、试验准备

1.1采用风干石料用13.2㎜和9.5㎜标准筛过筛，取9.5㎜～13.2㎜的试样3组各3000g，供试验用。如过于潮湿需加热烘干时，烘箱温度不得超过100℃，烘干时间不超过4h。试验前，石料应冷却至室温。

1.2每次试验的石料数量应满足按下述方法夯击后石料在试筒内的深度为100㎜。 在金属筒中确定石料数量的方法如下：

将试样分3次(每次数量大体相同)均匀装入试模中，每次均将试样表面整平，用金属棒的半球面端从石料表面上均匀捣实25次。最后用金属棒作为直刮刀将表面仔细整平。称取量筒中试样质量(m0)。以相同质量的试样进行压碎值的平行试验。 2、试验步骤

2.1将试筒安放在底板上。

2.2将要求质量的试样分3次(每次数量大体相同)均匀装入试模中，每次均将试样表面整平，用金属棒的半球面端从石料表面上均匀捣实25次。最后用金属棒作为直刮刀将表面仔细整平。

2.3将装有试样的试模放到压力机上，同时加压头放入试筒内石料面上，注意使压头摆平，勿楔挤试模侧壁。 2.4开动压力机，均匀地施加荷载，在10min左右的时间内达到总荷载400kN，稳压5s，然后卸荷。

2.5将试模从压力机上取下，取出试样。

2.6用2.36㎜标准筛筛分经压碎的全部试样，可分几次筛分，均需筛到在1min内无明显的筛出物为止。

2.7称取通过2.36㎜筛孔的全部细料质量(m1)，准确至1g。 3、计算

石料压碎值按式(4-2)计算，精确至O.1％。

'Qam1100 (4-2) m0' 式中：Qa——石料压碎值(％)；

m1——试验前试样质量(g)；

m0——试验后通过2.36㎜筛孔的细料质量(g)。 4、报告

以3个试样平行试验结果的算术平均值作为压碎值的测定值。 （3）磨耗值试验 1、试验步骤

1.1将不同规格的集料用水冲洗干净，置烘箱中烘干至恒重。

1.2对所使用的集料，根据实际情况按表4-2选择最接近的粒级类别，确定相应的试验条件，按规定的粒级组成备料、筛分。其中水泥混凝土用集料宜采用A级粒度；沥青路面及各种基层、底基层的粗集料，表中的16㎜筛孔也可用13.2㎜筛孔代替。对非规格材料，应根据材料的实际粒度，从表4-2中选择最接近的粒级类别及试验条件。

表4-2 粗集料洛杉矶试验条件

适用的粗集料 粒度粒级组成试样质量 试样总质钢球数量钢球总质转动次类别 (㎜) (g) 量(g) (个) 量(g) 数(转) 规格 公称粒径 (㎜) 26.5～37.5 1250±25 19.0～26.5 1250±25 A 5000±10 12 5000±25 500 16.0～19.0 1250±10 9.5～16.0 1250±10 B 19.0～26.5 2500±10 5000±10 16.0～19.0 2500±10 9.5～16.0 2500±10 5000±10 4.75～9.5 2500±10 11 4850±25 500 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 15～30 10～30 10～25 10～20 10～15 5～15 5～10 3～10 3～5 C 8 6 3320±20 2500±15 500 500 D 2.36～4.75 5000±10 5000±10 63～75 2500±50 S1 40～75 E 53～63 2500±50 10000±100 12 5000±25 1000 S2 40～60 37.5～53 5000±50 37.5～53 5000±50 S3 30～60 F 10000±75 12 5000±25 1000 26.5～37.5 5000±25 S4 25～50 26.5～37.5 5000±25 G 10000±50 12 5000±25 1000 S5 20～40 19～26.5 5000±25 注：①表中16㎜也可用13.2㎜代替。

②A级适用于未筛碎石混合料及水泥混凝土用集料。

③C级中S12可全部采用4.75㎜～9.5㎜颗粒5000g；S9及S10可全部采用9.5㎜～16㎜颗粒5000g。

④E级中S2中缺63㎜～75㎜颗粒可用53㎜～63㎜颗粒代替。 1.3分级称量(准确至5g)，称取总质量(m1)，装入磨耗机圆筒中。

1.4选择钢球，使钢球的数量及总质量符合表T0317-1中规定，将钢球加入钢筒中，盖好筒盖，紧固密封。

1.5将计数器调整到零位，设定要求的回转次数，对水泥混凝土集料，回转次数为500转，对沥青混合料集料，回转次数应符合表T0317-1的要求。开动磨耗机，以30r／min～33r/min转速转动至要求的回转次数为止。

1.6取出钢球，将经过磨耗后的试样从投料口倒入接受容器(搪瓷盘)中。 1.7将试样用l.7㎜的方孔筛过筛，筛去试样中被撞击磨碎的细屑。 1.8用水冲干净留在筛上的碎石，置105℃±5℃烘箱中烘干至恒重(通常不少于4h)，准确称量(m2)。 2、计算

按式(4-3)计算粗集料洛杉矶磨耗损失，精确至0.1％。

Q=

m1m2×100 (4-3) m1式中：Q——洛杉矶磨耗损失(％)； m1——装入圆筒中试样质量(g)；

m2——试验后在1.7㎜筛上洗净烘干的试样质量(g)。 3、报告

3.1试验报告应记录所使用的粒级类别和试验条件.5.2粗集料的磨耗损失取两次平行试验结果的算术平均值为测定值，两次试验的差值应不大于2％，否则须重做试验。 六、注意事项

（1）抗压强度试验

1、标准试件为50³50³50mm正立方体或直径和高度均为50mm的圆柱体，应满足试件平面度公差和端面与试件轴线垂直度偏差的要求。

2、先对事件进行编号再量取试件的尺寸，以免试件混淆。

3、按饱水状态下的抗压强度划分石料的强度等级。若采用天然含水量时，试样保管期不应超过30d，并在试验报告中注明。

4、压力机吨位选择应为大于试件破坏荷载的30%、小于其80%，试件破坏时的加荷速率保持在0.5-0.1Mpa/s的限度内。

5、石料抗压强度试验结果评定满足规范要求。 （2）压碎值试验

1、试样应具有代表性并满足试验对一份试样所规定的级配要求。 2、试验前剔除试样中的针、片状颗粒，并在附注栏内注明其含量。 3、按照规定将试样装入筒内，控制试样高度。 4、试验机按要求加荷和卸载。

5、以3次平行试验结果的算术平均值作为测定值。 （3）磨耗值试验

1、在试验过程中应按洛杉矶法磨耗试验试样级配表中的规定要求选取各种粒径试样的数量m1。

2、试验结果应注明冲洗筛的型号规格。 3、两次试样误差应满足试验精度要求。 七、思考题

1、这三个指标对沥青混合料路用性能分别会产生什么影响？ 2、为什么抗压强度和压碎值都可表征集料的强度？

3、当磨耗机的转动次数一定时，旋转速度对磨耗率有何影响？