分析岩石的耐久性指标及技术要求

【任务描述】

本任务是分析岩石的耐久性评价指标及其测定方法；分析路桥工程常用石料的技术要求。

【学习目标】

①能叙述岩石耐久性及其评价指标，了解其测定方法。

②熟悉路桥工程常用石料的技术要求。

③根据《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50—2011)中对砌体工程所用石料的技术要求，结合任务1.2、任务1.3(或教师给定)的试验数据，能完整、规范地编制试验检测报告。

1.岩石的耐久性指标

1）抗冻性指标

岩石抗冻性是指岩石在吸水饱和状态下，抵抗反复冻结融化产生破坏的性能。

岩石在自然环境中，往往是夏秋季节被水浸湿，岩石中与外界连通的开口孔隙大部分被水充满。当温度降低时水分体积缩小，直至4℃时体积达到最小；当温度再继续下降时，水的体积又逐渐胀大；达到0℃以后，随着温度的下降，冰的体积继续胀大，而对岩石孔壁周围施加张应力，如此多次冻融循环后，岩石逐渐产生裂缝、掉边、缺角或表面松散等破坏现象。

一般认为，水在结冰时，体积约增大9%，对孔壁产生可达100 MPa的压力，在压力的反复作用下，使孔壁开裂。所以，当岩石吸收水分体积占开口孔隙体积的90%以下，岩石不会因冻结而产生破坏。因此，要求在严寒地区(最冷月的月平均气温低于-15℃)和寒冷地区(最冷月的月平均气温低于-15～5℃)，岩石的吸水率大于0.5%时，都需要对岩石进行抗冻性试验。

《公路工程岩石试验规程》(JTG E41—2005)规定，抗冻性的试验方法是采用“直接冻融法”，试件在饱水状态下，在-15℃时冻结4 h后，放入20℃±5℃水中融解4 h，为冻融循环一次，如此反复冻融至规定次数为止。然后确定质量损失率、外形变化、冻融系数(冻融后的强度变化)3个指标，以此来评价岩石抗冻性的好坏。

（1）外形变化

经历规定的冻融循环次数(如10次、15次、25次等)后，详细检查各试件有无剥落、裂缝、分层及掉角等现象，并记录检查情况。

（2）质量损失率

将冻融试验后的试件烘至恒重，称其质量，然后计算质量损失率。质量损失率按式(1.9)计算。

式中　L——冻融后的质量损失率，%；

ms——试验前烘干试件的质量，g；

mf——试验后烘干试件的质量，g。

（3）冻融系数

测定其抗压强度，计算岩石的冻融系数。岩石的冻融系数按式(1.10)计算。

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式中　Kf——冻融系数；

Rf——经若干次冻融试验后的试件饱水抗压强度，MPa；

Rs——未经冻融试验的试件饱水抗压强度，MPa。

2）坚固性指标

岩石的坚固性是岩石在自然风化或其他外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。《公路工程岩石试验规程》(JTG E41—2005)规定，岩石坚固性试验采用试样经饱和硫酸钠溶液5次浸泡与烘干循环后，计算岩石的坚固性试验质量损失率，是测定岩石抗冻性的一种简易方法。

2.岩石的技术要求

1）桥涵工程中常用石料的技术要求

《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50—2011)要求砌体工程所用的石料应符合设计规定的类别和强度，石质应均匀、不易风化、无裂纹；一月份平均气温低于-10℃的地区，除干旱地区不受冰冻的部位外，所用石料应通过冻融试验，其抗冻性指标合格后方可使用。

《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61—2018)对所用石材强度、抗冻性要求如下：

①公路圬工桥涵所用石材的强度等级为MU120，MU100，MU80，MU60，MU50，MU40，MU30。石材强度等级采用边长70mm的饱水立方体抗压强度表示。公路圬工桥涵所使用石材的最低强度等级应符合表1.1的规定。

表1.1　圬工桥涵所用石材的最低强度等级

②最冷月平均温度低于或等于-10℃的地区，所用的石材抗冻性指标应符合表1.2的规定。

表1.2　圬工桥涵所用石材抗冻性指标

注：①抗冻性指标是指材料在饱水状态下经过在-15℃冻结和20℃水中融化的循环次数。试验后材料应无明显损伤(裂缝、脱层)，其强度不应低于试验前的0.75倍。
②根据以往经验，能证明材料确有足够抗冻性能的，可不做抗冻性试验。

③石材应具有耐风化和抗侵蚀性。用于浸水或气候潮湿地区受力结构的石材，其软化系数不应低于0.8。

《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50—2011)要求砌筑拱圈的拱石应采用粗料石或块石，按拱圈放样尺寸加工成楔形。

2）道路工程中常用石料的技术要求

《公路路基设计规范》(JTG D30—2015)要求根据饱和抗压强度指标，对填石路堤的填石料进行分类，见表1.3。不同强度的石料，应分别采用不同的填筑层厚和压实标准控制。

表1.3　填石路堤的填石料分类