道路工程材料總結

1、緒論道路工程材料是研究道路與橋梁建筑用各種材料的組成、 性能和應用的一門課程。土工合成材料是土木工程應用的合成材料的總稱， 主要包括土工織物、 土工膜、土工復合材料、土工特種材料等。道路工程材料的技術性質：1、物理性質（是材料的基本性質）包括物理常數(shù)（密度、孔隙率、空隙率）及吸水率等2、力學性質3、耐久性（自然因素如溫度變化、凍融循環(huán)、氧化作用、酸堿腐蝕等）4、工藝性（流動性）道路工程材料的技術標準分為國家標準、行業(yè)標準、地方標準和企業(yè)標準等。第一章 石料與集料巖石是指在各種地質作用下， 按一定方式組合而成的礦物集合體， 它是組成地殼及地幔的主要礦物。分為單礦巖（石灰?guī)r）和復礦巖（花崗巖） 。

2、巖石按成因可分為巖漿巖、沉積巖和變質巖。巖漿巖（深成巖花崗巖、噴出巖玄武巖、火山巖火山凝灰?guī)r）是所有巖石中最原始的巖石。沉積巖，是地表的主要巖類。變質作用：是指在地殼內部高溫、 高壓和熱液的綜合作用下， 原有巖石的結構和組織改變或部分礦物再結晶，從而生成與原巖結構性質不同的新巖石的過程。石料的技術性質1、物理性質：物理常數(shù)（密度、毛體積密度、孔隙率） 、吸水性（吸水率、飽和吸水率、飽水系數(shù)）、膨脹性（自由膨脹率、側向約束膨脹率、膨脹壓力） 、耐崩解性（崩解指數(shù)）。2、力學性質：（單軸抗壓強度、單軸壓縮變形、劈裂強度、抗剪強度、點荷載強度、抗折強度）石料的抗壓強度和抗磨耗性是考察路用石料性能的兩

3、個主要指標。3、耐久性：采用抗凍性試驗和堅固性試驗進行評價?？箖鲂栽囼瀮蓚€直接指標：凍融系數(shù)和質量損失率；堅固性試驗采用浸泡前后的質量損失率。4、化學性質（酸堿性、黏附性）石料的技術標準按技術要求的不同，路用石料分為如下四個巖類：巖漿巖類、石灰?guī)r類、砂巖及片巖類、 礫巖。以上各組按其物理力學性質 （主要為飽水狀態(tài)下的抗壓強度和磨耗率）可分為四個等級： 1 級（最堅強巖石）、 2 級（堅強巖石）、 3 級（中等強度巖石）、4 級（較軟巖石）。集料是由不用粒徑礦質顆粒組成，并在混合料中起骨架和填充作用的粒料。按粒徑范圍分為粗集料、細集料和礦粉。礦粉是指由石灰?guī)r或巖漿巖等憎水性堿類石料經(jīng)磨細加工得到

4、的， 在混合料中起填充作用的，以碳酸鈣為主要成分的礦物質粉末，也成填料。礫石（自然）、碎石（機械破碎）粒徑大于 4.75mm 天然砂包括河砂、海砂和山砂。粒徑小于 4.75mm人工砂從廣義上包括機制砂、礦渣砂和煅燒砂。 其中機制砂又稱破碎砂， 粒徑小于 2.36mm 的人工砂。石屑：也稱篩屑通過最小篩孔（2.36mm 或者 4.75mm）的篩下部分。集料的技術性質物理性質（物理常數(shù)和加工特性）物理常數(shù)：表觀密度、毛體積密度加工特性：堆積密度、空隙率、粗集料骨架間隙率 VCA 、細集料的棱角性、粗 集料的 針片狀 顆粒 含 量、 含泥 量（ 粒徑 小于 0.075mm ） 和 泥塊 含量(>

5、;4.75,1.18;<2.36,0.6)、表面特征 (粗糙程度和孔隙特征 )。細集料的棱角性采用間隙率法和流動時間法測定。 （瀝青混合料的抗流動變形能力和水泥混凝土的和易性）對于粗集料針片狀顆粒含量測定方法， 水泥混凝土用集料采用規(guī)準儀法， 瀝青混合料用集料采用卡尺法。含泥量和泥塊含量反映了集料的潔凈程度， 細集料以含泥量表征， 粗集料以泥塊含量表征。集料的表面特征主要影響集料與結合料之間的粘結性能， 從而影響到混合料的強度尤其是抗折強度。力學性質壓碎值抵抗壓碎的能力磨光值 PSV 抵抗輪胎磨光作用能力的指標沖擊值 AIV 抵抗多次連續(xù)重復沖擊荷載作用的能力磨耗值抵抗車輪撞擊及磨耗的能

6、力。 洛杉磯磨耗試驗又稱擱板式磨耗試驗 （瀝青混合料和基層所用集料） ，道瑞磨耗試驗（瀝青混合料抗滑表層所用集料）堅固性硫酸鈉飽和溶液化學性質集料堿活性：集料堿活性反應兩種：堿-硅酸反應和堿 -碳酸鹽反應。以集料試件在規(guī)定齡期內的膨脹率表征。有機物含量細集料的 SO3 含量、云母含量、輕物質含量集料的技術要求瀝青混合料用集料技術要求、 路面水泥混凝土用集料技術要求、 橋涵水泥混凝土用集料技術要求。礦粉的技術指標（密度、親水系數(shù)、塑性指數(shù)、加熱穩(wěn)定性）塑性指數(shù)是評價礦粉中黏性土成分含量的指標； 加熱安定性是礦粉在熱拌過程中受熱而不產生變質的性能， 評價礦粉（除石灰石粉、磨細生石灰粉、 水泥外）易

7、受熱變質成分的含量。礦質混合料組成設計的目的就是根據(jù)目標級配范圍要求， 確定各種集料在礦質混合料中的合理比例。將兩種或兩種以上的集料摻配使用，即摻配成礦質混合料，簡稱礦料。集料中各組成顆粒的分級和搭配稱為級配。 級配通過篩分試驗確定。 分計篩余百分率、累計篩余百分率、通過百分率、粗度（細度模數(shù)）細度模數(shù)越大，表示細集料越粗。級配曲線：連續(xù)級配（平順圓滑）和間斷級配（剔除一個或幾個分級，不連續(xù)）。級配理論：最大密度曲線理論（連續(xù)級配）和粒子干涉理論（連續(xù)級配+間斷級配）第二章 無機結合料石灰欠火往往是由于石灰?guī)r原料尺寸過大、 料快粒徑搭配不當、 裝料過多或是煅燒溫度不夠、時間不足等原因造成的，密

8、度大，眼色發(fā)青。過火多是由煅燒溫度過高、時間過長而引起的。在石灰的各組成分中，產生黏結性的有效成分是活性CaO 和 MgO，石灰中的 CaO 分為兩類（結合 CaO 和游離 CaO（活性、非活性（粉碎轉化） ）。水化 +硬化（干燥硬化和碳酸化）石灰的技術性質（生石灰和熟石灰）石灰的技術標準（生石灰、生石灰粉、消石灰粉）水泥水泥按主要水硬性物質， 分為硅酸鹽水泥、 鋁酸鹽水泥（凝結速度快，早強、耐熱性能好而且耐硫酸鹽腐蝕） 、硫鋁酸鹽水泥 （硬化后體積膨脹）、鐵鋁酸鹽水泥。按性能和用途不同，分為通用水泥、專用水泥和特種水泥三大類。通用水泥：大量用于一般土木工程的水泥，按其所摻混合材的種類及數(shù)量不

9、同，分為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥（普通水泥） 、礦渣硅酸鹽水泥（礦渣水泥） 、火山灰質硅酸鹽水泥（火山灰水泥） 、粉煤灰硅酸鹽水泥（粉煤灰水泥）和復合硅酸鹽水泥（復合水泥）等。專用水泥：適應于專門用途的水泥，如道路水泥、大壩水泥、砌筑水泥等特種水泥：某種性能比較突出的水泥，如快硬性水泥、水化熱水泥、抗硫酸鹽水泥、膨脹水泥。普通硅酸鹽水泥主要含有 CaO、SiO2、Al 2O3 、Fe2O3.硅酸鹽水泥孰料是一種多礦物組成的結晶細小的人造巖石，或者說它是一種多礦物的聚集體。C3S 水化過程分為五個階段：誘導前期、誘導期、加速期、減速期、穩(wěn)定期等。從整體來看，凝結于硬化是同一過程的不同階段。 凝

10、結標志著水泥漿失去流動性而具有一定的塑性強度， 硬化則表示水泥漿固化后所形成的結構具有一定的機械強度。水泥的凝結硬化分為四個階段：初始反應期、誘導期、凝結期、硬化期。硅酸鹽水泥的技術性質化學性質：氧化鎂、三氧化硫、燒失量、不溶物、堿物理性質：細度、水泥凈漿標準稠度、凝結時間、體積安定性、強度細度：水泥顆粒的粗細程度。 測定方法 80m 篩篩析法和比表面積測定法 （勃氏法）。篩析法有干篩、水篩、負壓篩法；在沒有負壓篩析儀和水篩的情況下，容許用手工干篩法測定。水泥凈漿標準稠度： 水泥的凝結時間與體積安定性測試結果有關。 采用標準法維卡儀測定。凝結時間采用標準法維卡儀測定。體積安定性：反映水泥漿在凝

11、結硬化過程中體積膨脹變形的均勻程度。 測定方法有雷氏夾法和試餅法，當發(fā)生爭議時，以雷氏夾法為準。強度是水泥技術要求中最基本的指標。 我國水泥的強度檢驗采用 水泥膠砂強度檢驗方法 ISO 法來評定水泥的強度等級。 ISO 法規(guī)定，以 1:3 的水泥和標準砂，用 0.5 的水灰比拌制一組塑性膠砂， 制成 40mm×40mm× 160mm 的標準試件。在標準養(yǎng)護條件下，達到規(guī)定齡期（ 3d,28d ），測定其抗折和抗壓強度，按通用硅酸鹽水泥中規(guī)定的最低強度值來評定其所屬等級。水泥型號：普通型和早強型（R 型）強度等級：按規(guī)定齡期的抗壓和抗折強度來劃分，以 MPa 表示其強度等級。

12、硅酸鹽水泥分三個強度等級六種類型， 42.5R,52.5R,62.5R 。水泥技術標準廢品：氧化鎂、初凝時間、安定性不合格品：細度、燒失量、終凝時間和混合材摻量超過最大限量或強度低于商品強度等級以及水泥包裝標志不全水泥石的腐蝕：淡水侵蝕（溶析性侵蝕或者溶出性侵蝕） 、硫酸鹽侵蝕、鎂鹽侵蝕、碳酸侵蝕。防治：根據(jù)腐蝕環(huán)境特點，合理選用水泥品種；提高水泥石的密實度、敷設耐腐蝕保護層（如耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑料或瀝青）。道路硅酸鹽水泥： 以適當成分的生料燒至部分熔融， 所得的以硅酸鈣為主要成分和較多量的鐵鋁酸鈣的硅酸鹽熟料。 道路水泥是一種強度高 （特別是抗折強度）、耐磨性好、干縮性好、抗沖擊好

13、、抗凍性和抗硫酸性比較好的專用水泥。礦物組成要求： C3 A（5% ）， C4AF （16% ）化學組成要求：氧化鎂、三氧化硫、燒失量、游離氧化鈣、含堿量。物理力學性質：細度、凝結時間、安定性、干縮性、耐磨性、強度（32.5,42.5,52.5 ）。水泥混合材料（活性混合材料（?；郀t礦渣、火山灰質混合材料和粉煤灰） 、非活性混合材料（填充性混合材料） 、窯灰）摻混合材的水泥：礦渣硅酸鹽水泥 P·S、火山灰質硅酸鹽水泥 P·P、粉煤灰硅酸鹽水泥 P·F。膨脹水泥：是硬化過程中不產生收縮，而具有一定膨脹性能的水泥。彩色水泥：一般用白色硅酸鹽水泥熟料、顏料和石膏共同磨

14、細制得。第三章 有機結合料焦油瀝青是干餾有機燃料（煤、巖、材料等）所收集的焦油經(jīng)加工而得到的一種瀝青材料。按干餾原料不同，焦油瀝青分為煤瀝青、木瀝青、頁巖瀝青。在道路工程中，最常用的主要是石油瀝青和煤瀝青，其次是天然瀝青。石油瀝青分子表達式： CnH2n+aObScNd石油瀝青路用技術性質物理性質：密度、體膨脹系數(shù)、介電常數(shù)路用性質：黏滯性、低溫性能、瀝青的感溫性、加熱穩(wěn)定性、瀝青的黏彈性、黏附性黏滯性：指標黏度，為防止路面出現(xiàn)車轍，首要考慮參數(shù)。絕對黏度（動力黏度、運動黏度、表觀黏度）相對黏度（針入度、瀝青標準黏度試驗、軟化點）低溫性能：延性（延度）、脆性（弗拉斯脆點試驗）、低溫勁度和蠕變速

15、率 （彎曲梁流變試驗 BBR （Rending Bean Rheometer）、直接拉伸試驗。感溫性：將瀝青黏度隨溫度變化的感應性稱為感溫性。 評價方法（針入度指數(shù)（ PI）法和針入度 -黏度指數(shù)（ PVN ）法）。加熱穩(wěn)定性：老化后，針入度減小，軟化點增大，延度減小。要對瀝青材料進行加熱質量損失和加熱后殘留物性質的試驗。 道路石油瀝青：薄膜烘箱加熱試驗（TFOT）和旋轉薄膜烘箱加熱試驗（ RTFOT），這兩個試驗短期老化。測定其質量變化、 25殘留針入度比及 10或 15的殘留延度；液體石油瀝青：蒸餾試驗，測定 225前、 315、 360前蒸餾體積的變化，蒸餾后殘留殘留物的性質主要測定 2

16、5的針入度、 25的延度、 5的延度。長期老化試驗：壓力老化試驗 PAV瀝青的黏彈性： 黏彈性物體在應力保持不變的情況下， 應變隨時間而增加的現(xiàn)象，稱為蠕變；在保持應變不變的條件下， 應力隨時間增加而減小的現(xiàn)象稱為應力松弛。勁度模量和瀝青動態(tài)剪切流變試驗 DSR，美國 SHRP 瀝青結合料路用性能規(guī)范采用動態(tài)剪切流變儀 DSR 評價瀝青的高溫穩(wěn)定性， 復數(shù)剪切模量 G* 和相位角 來表征其黏性和彈性性質。黏附性：水煮法（ >13.2mm）、水浸法 ( 13.2mm )其他性質（安全性、溶解度、含水率）安全性：閃點和燃點溶解度：三氯乙烯含水率；溢鍋我國道路石油瀝青分為黏稠道路石油瀝青（AH

17、和 A、針入度 +氣候分區(qū)）和液體石油瀝青（ AL： R、M、S）。改姓瀝青：橡膠類改姓瀝青：丁苯橡膠SBR和氯丁橡膠 CR是最為常用的橡膠類改姓材料。熱塑性橡膠類改姓瀝青：熱塑性丁苯橡膠SBS第四章 普通水泥混凝土水泥混凝土是由水泥、水、粗集料（石子） 、細集料（砂）按預先設計的比例進行摻配，并在必要時加入適量外加劑、摻合料或其他改姓材料，經(jīng)攪拌、成型、養(yǎng)護后而得到的具有一定強度和耐久性的人造石材，常簡稱混凝土。水泥混凝土的技術性質（和易性或工作性、力學性質、耐久性）和易性：流動性、振實性、黏聚性、保水性。測定方法：坍落度試驗（坍落度不小于 10mm）、維勃稠度試驗（小于 10mm）影響因素

18、：組成材料的影響（水灰比、單位用水量、砂率、水泥的品種和細度、集料的性質、外加劑） 、外界因素的影響（環(huán)境因素、時間因素）力學性質：強度和變形強度：立方體抗壓強度 fcu：按照標準方法制成 150mm 的立方體試件，在標準養(yǎng)護條件（溫度 20± 2，相對濕度 95%以上）下養(yǎng)護至 28d 齡期，按標準方法測定其受壓極限破壞荷載。 立方體抗壓強度標準值和強度等級 （根據(jù)立方體抗壓強度標準值確定）；軸心抗壓強度、抗彎拉強度（抗折強度） 、劈裂抗拉強度。變形：混凝土的變形主要有彈性變形、徐變變形、溫度變形和干縮變形等四類。耐久性：抗凍性（抗凍強度）、抗?jié)B性（抗?jié)B強度）、耐磨性（單位面積的磨

19、損量）、混凝土中的堿集料反應（ ARR ）堿集料反應：混凝土中水泥中的堿與某些堿活性集料在有水存在的條件下發(fā)生化學反應，可引起混凝土產生膨脹、 開裂，甚至破壞，包括堿硅酸反應（ ASR）、堿碳酸鹽反應（ ACR） .采用巖相法判斷集料中是否存在于堿發(fā)生反應的活性成分。若集料中含有活性二氧化硅， 應采用化學法和砂漿長度法進行檢驗； 若含有活性碳酸鹽的集料，應使用巖石柱法進行檢驗?；炷僚浜媳仍O計的主要內容包括：根據(jù)經(jīng)驗公式和試驗參數(shù)確定各組成材料的比例，得出初步配合比；以初步配合比在試驗室進行試拌，觀察混凝土拌和的施工和易性是否滿足要求，調整后提出基準配合比；對混凝土進行強度復核，如有其他要求，

20、也應作出相應的檢驗復核，以便確定出滿足施工、強度和耐久性要求且經(jīng)濟合理的設計配合比；在施工現(xiàn)場， 依據(jù)現(xiàn)場砂石材料的含水率對配合比進行修正， 得出施工配合比。配合比設計指標，主要考慮混凝土拌和物的施工和易性（坍落度） 、硬化混凝土的強度（配置強度）和耐久性（取決于密實程度，它又取決于最大水灰比和最小水泥用量）?；炷镣饧觿┦窃诨炷涟韬蜁r或拌和前摻入的， 摻量一般不大于水泥質量的 5%，并能按要求改變混凝土性能的材料。減水劑、引氣劑、緩凝劑、早強劑第五章 新型水泥混凝土聚合物水泥混凝土（ PCC）或聚合物改性水泥混凝土（ PMC），是在普通水泥混凝土的拌和物種加入單體或聚合物， 澆筑后經(jīng)養(yǎng)護和

21、聚合而成的一種水泥混凝土。纖維增強混凝土簡稱纖維混凝土， 指在素混凝土基體中摻入均勻分散的短纖維而組成的一種復合材料。透水性混凝土（ PC）也稱多孔混凝土，它是由特殊級配的集料、水泥、外加劑和水等經(jīng)特定工藝配制而成的，其內部有很大比例的貫通性孔隙。露石混凝土路面（ EACCP），是在面層水泥混凝土混合料鋪筑完成后，噴灑露石劑并覆蓋塑料膜養(yǎng)生， 期間通過露石劑作用對水泥混凝土表面層進行化學處理，延緩表面一定厚度水泥砂漿的凝結，但不影響主題混凝土的正常凝結硬化，當主體混凝土達到一定強度后，刷洗其表面， 進行表面除漿， 露出均勻分布的粗集料，這樣所形成的水泥路面叫露石混凝土路面。彩色混凝土是以白色水

22、泥、 彩色水泥或白色水泥摻入彩色顏料， 以及彩色集料和白色或淺色集料按一定比例配制而成的混凝土。第六章 無機結合料穩(wěn)定類材料無機結合料穩(wěn)定類材料可以用做路面結構的基層和底基層或者墊層。水泥不能穩(wěn)定有機質或者硫酸鹽含量較高的土。 用水泥穩(wěn)定砂性土、粉性土、黏性土以及其他細粒土得到的混合料簡稱為水泥圖； 用水泥穩(wěn)定級配碎石或為篩分的碎石簡稱為水泥碎石；用水泥穩(wěn)定天然砂礫簡稱為水泥砂礫。用石灰穩(wěn)定細粒土得到的混合料簡稱石灰土。 石灰穩(wěn)定集料包括用石灰穩(wěn)定天然砂礫土火級配砂礫 （無土）簡稱石灰砂礫土。 用石灰穩(wěn)定天然碎石土和級配碎石（包括未篩分碎石）得到的混合料簡稱為石灰碎石土。水泥強度形成原理：水泥

23、水化、離子交換作用、化學激發(fā)作用、碳酸化作用。水泥強度影響因素：土質、水泥的成分和劑量、含水率、施工工藝石灰土強度形成原理：離子交換作用、結晶硬化作用、火山灰作用、碳酸化作用。石灰土強度影響因素：土質、灰質、石灰劑量、含水率、密實度、齡期、養(yǎng)生條件（溫度和濕度）。石灰、粉煤灰簡稱二灰， 石灰煤渣簡稱二渣， 二渣中加入一定量粗集料簡稱三渣。用二灰穩(wěn)定細粒土，簡稱二灰土；用二灰穩(wěn)定砂礫、碎石等簡稱為二灰砂礫或二灰碎石。第七章普通瀝青混合料瀝青混合料是由粗集料、 細集料、礦粉與瀝青以及外加劑所組成的一種復合材料。礦料與瀝青結合料經(jīng)拌和而形成的混合料的總稱，其中礦料起骨架作用，瀝青與填料起膠結和填充作

24、用。瀝青混合料的分類方法取決于礦料的級配、 集料的最大粒徑、 壓實空隙率和瀝青品種。按結合料類型分為石油瀝青混合料（黏稠石油瀝青混合料、乳化石油瀝青混合料、液體石油瀝青混合料）和煤瀝青混合料；按礦料的級配類型分為連續(xù)級配瀝青混合料、間斷級配瀝青混合料；按礦料級配組成及空隙率大小分為密級配瀝青混合料、半開級配瀝青混合料、開級配瀝青混合料；按礦料公稱最大粒徑分為特粗粒式混合料、粗粒式瀝青混合料、中粒式瀝青混合料、細粒式瀝青混合料、砂粒式瀝青混合料；按制造工藝分為熱拌熱鋪瀝青混合料HMA 、常溫瀝青混合料（乳化瀝青或液體瀝青）、再生瀝青混合料。瀝青混合料結構強度的影響因素： 瀝青性質對黏結力 c 的

25、影響；礦料性能對內摩阻角 的影響；礦料與瀝青交互作用高能力的影響； 礦料比表面積與瀝青用量的影響；溫度和變形速率的影響。瀝青混合料的路用性能：高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、耐久性(水穩(wěn)定性、抗老化性 )、抗滑性。高溫穩(wěn)定性：評價方法：馬歇爾穩(wěn)定度試驗，評價指標馬歇爾穩(wěn)定度MS和流值 FL ；車轍試驗進行抗車轍能力檢驗，評價指標動穩(wěn)定度DS。低溫抗裂性：預估開裂溫度；評價其低溫變形能力或應變松弛能力；評價其斷裂能。相關試驗：直接（間接）拉伸試驗、低溫蠕變實驗、低溫彎曲試驗（其破壞應變作為評價改姓瀝青混合料的低溫抗裂性能指標）、約束試件的溫度應力試驗。水穩(wěn)定性：評價方法：瀝青與集料的黏附性試驗（水煮法、水浸法、光電比色法、攪動水凈吸附法） 、浸水試驗（浸水前后的馬歇爾穩(wěn)定度比值、車轍深度比值、劈裂強度比值和抗壓強度比值） 、凍融劈裂試驗（凍融劈裂強度比 TSR ）瀝青混合料技術性質瀝青路面使用性能氣候分區(qū)（設計高溫3、設計低溫 4、設計雨量 4）瀝青混合料的體積特征參數(shù)由密度、空隙率 VV 、礦料間隙率 VMA 和瀝青飽和度 VFA 等指標表征。瀝青混合料的技術標準密級配瀝青混凝土混合料馬歇爾試驗技術標準； 瀝青混合料高溫穩(wěn)定性車轍試驗的技術標準、 瀝青混合料水穩(wěn)定性檢驗的技術標準； 瀝青混合料低溫抗裂性能檢驗技術標準