道路桥梁概论第二章道路建筑材料

一、建筑材料的重要性•1.材料是工程结构的物质基础.•2.材料与工程造价之间的密切关系（占工程造价的60%至70%，甚至80%）•3.新材料与新结构、新工艺之间有密切的关系。世界建筑材料的发展趋势•高性能材料。•复合化、多功能化。•利用地方资源和工业废渣。•节能材料。二、道路工程主要的建筑材料（道路建筑材料的研究内容与任务）道路建筑材料砂石材料无机结合料及其制品有机结合料石料及石料制品集料水泥、石灰混凝土有机结合料混合料高分子聚合物材料钢材和木材土工布等沥青混合料建筑钢材、木材•三、建筑材料应具备的工程性质•1、力学性质•各种强度指标及耐磨、抗变形指标。如，水泥混凝土的抗压、抗折强度；沥青混合料的稳定度、流值；石料的磨耗度等。•2、物理性质•（1）物质指标：如材料的密度、孔隙率、含水量•（2）温度稳定性：如沥青软化点、脆点等。•（3）水稳定性等：如沥青混合料的残留稳定度等。•3、化学性质•各种材料的化学成分及其变化规律。如，水泥的各种成分与自然界之间的变化；沥青的化学成分及其变化规律。•4、工艺性质混凝土的流动性•材料四个性质之间是相互制约、相互联系的。四.建筑材料技术标准•各级标准均有相应的代号，其表示方法由标准名称、标准代号、发布顺序号和发布年号组成。例如：《烧结普通砖》GB/T5101－1998标准名称：烧结普通砖标准代号：GB推荐标准：T发布顺序号：5101发布年号：1998年•各级标准的相应代号标准级别标准代号及名称国家标准GB——国家标准；GBJ——建筑工程国家标准；GB/T——推荐国家标准行业标准（部分）JGJ——建设部行业标准；JC——国家建材局行业标准；JT——交通部行业标准；YB——冶金部行业标准；SD——水电部行业标准；LY——林业部行业标准地方标准DB——地方标准企业标准QB——企业标准2.2.1砂石材料•课题:石材的技术性质和技术要求教具用品相关试验仪器•教学目的:了解砂石材料的类别，石料的技术性质及其应用•重点难点:石料的物理性质、力学性质•§1—1砂石材料的技术性质•概述：•砂石材料按形状分类•1）、块状石料：简称石料•如块石、片石等；•2）、粒状石料：简称集料集料又按大小分为：•粗集料：如碎石、卵石•细集料：如砂、石屑•砂石材料按来源分类•1）、天然石料•2）、人工轧制的集料•3）、工业冶金矿渣•§1.1.1、岩石的技术性质（一）、物理性质：包括物理常数、吸水性和耐候性等。1物理常数①真密度：是石料在规定条件下，烘干石料矿质单位体积的质量，用t表示。则sstvm空气中称量m0=0•因固测定方法：密度瓶法测定，将石料磨细至全部过0.25mm的筛孔，然后将其装入瓶中，利用已知比重的液体置换石料的体积。•②毛体积密度•测定方法：用静水称量法，亦可用蜡封法测定。MmsstvMVMvvvminssh③孔隙率2.吸水性：指石料在规定条件下吸水的能力。•(1)吸水率：20℃±2℃和大气压状态下，吸水质量的百分率。•(2)饱水率：20℃±2℃，真空（100kPa），吸水质量的百分率•饱水90%时，抗冻性较差。10011000thvvn1001mmma1001mmma•3.抗冻性：（1）直接冻融法：饱水后，测定经过冻(-15℃,4h)、融(20℃±5℃,4h)循环，质量损失不超过5%，抗压强度不超过25%的次数。100121mmmQ冻100)(mofrmofrffK（2）坚固性实验：浸泡饱和硫酸钠溶液20h后，(105℃-110℃,4h)；之后浸泡饱和硫酸钠溶液4h后，(105℃-110℃,4h)循环。•注意：-15℃，岩石吸水率大于0.5%时候需要抗冻性实验。•（二）力学性质1.单轴抗压强度试验条件要求：试件形状、尺寸、吸水饱和、加荷速度等。2.磨耗性：指石料抵抗撞击、边缘剪力和磨擦等联合作用的性质。•①洛杉矶式磨耗试验：5kg石料+12个5kg的钢球磨500转测定APR100121mmmQ磨•（三）、化学性质•按SiO2含量，将石料划分为•①酸性岩SiO265%•②中性岩52%SiO265%•③碱性岩SiO252%•§1.1.2、集料的技术性质•（一）粗集料的技术性质•1、物理性质•1）物理常数•（1）表观密度•用网篮法测定：nssavvm•(2)毛体积密度•（3）堆积密度•（4）空隙率inssbvvvmvnissvvvvm001001an•2）级配•①分计筛余百分率•②累计筛余百分率•③通过百分率•3)坚固性•用Na2SO4溶液干湿循环5次后，测定试样质量损失。碎石标准筛2、力学性质：（1）压碎值•取试样：粒径9.5mm—13.2mm；质量3kg；在400kN的压力下，持续加压5s后，将试样过2.36mm筛，称其筛余质量。压碎值计算公式如下：式中：---压碎值m0---试样总质量m1---试样筛余质量10001mmQa压碎指标仪•（2）粗集料磨光值•测定方法：先将试样磨光，再测定摆值，经换算后得磨光值PSV•要求：一级公路、高速公路PSV42•其它公路PSV35•3）粗集料的冲击值AIV•测定方法：•将9.5~13.2mm的试样，分三层装入试模，用13.75kg的锤，自380mm处自由落下，连续冲击15次后，过2.36mm的筛，用下式计算1001mmAIV（4）集料磨耗值AAV•测定方法：•用集料按一定的方法排列并固定，用磨耗仪磨500圈，用下式计算集料磨耗值：•式中：AAV----集料的磨耗值；•-----磨耗前试样总质量(g)；•-----磨耗后试样总质量(g)；•------集料饱和面干密度（g/cm3）。SSDmmAAV)(321•（二）细集料的技术性质•定义：在沥青混合料中，指粒径小于2.36mm天然砂，人工砂及石屑。•在水泥混凝土中，指粒径小于4.75mm的天然砂、人工砂。•分类：•1、天然砂：由岩石在自然条件下风化形成的。•天然砂通常包括以下几种类型：•（1）河砂：性质较好，多用。•（2）山砂：含泥量及有机杂质多。•（3）海砂：混有贝壳和盐分等有害杂质。•2、人工砂：由岩石轧碎而成的颗粒，表面有棱角，较洁净，但价格较高，无特殊情况多不采用。•上述几种细集料中，一般工程上多使用河砂。•1、物理常数•集料的质量与体积的关系见图所示：体积质量空隙开口孔隙闭口孔隙矿质实体0ViVvVnVsVV0msmm•2、级配•用筛分法测定砂的级配•标准筛：52.51.250.630.3150.16mm(圆孔)•4.752.361.18.0.6.0.30.15mm(方孔)•筛分后，计算相关参数如下：•（1）分计筛余百分率•（2）累计筛余百分率•（3）通过百分率•100MmaiiiiaaaA21iiAp100振筛机•3、粗度•(水泥混凝土用砂)•（沥青路面及各种路面的基层、底层用砂）•砂的粗度分类•为粗砂•为中砂•为细砂75.475.415.03.06.018.136.21005)(AAAAAAAMx1.37.3xM3.20.3xM6.12.2xM§1—2矿质混合料的组成设计•概述•矿质混合料颗粒级配应满足的基本要求：•1、最小空隙率：即使不同粒径的各级矿质集料按一定的比例搭配后，应有最大密实度。•2、最大磨擦力：各级矿质集料在进行比例搭配时，应使各级集料排列紧密，形成一个多级空间骨架结构，且具有最大的摩擦力。•矿质混合料组成设计内容：•1、级配理论和级配范围的确定•2、基本组成的设计方法§1.2.1、矿质混合料的级配理论1.级配类型（1）、连续级配是采用标准筛对某一混合料进行筛分试验，所得级配曲线平顺圆滑，具有连续性。（2）、间断级配是在矿质混合料中剔徐其中一个分级或几个分级而形成的不连续的混合料。2矿质混合料的级配理论(1).最大密度曲线理论（富勒理论）观点：矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大。当矿质混合料的级配曲线为抛物线时，具有最大密实度。a）b）a）常坐标；b）半对数坐标理想最大密度级配曲线最大密度级配曲线公式：可用矿料颗粒粒径（d）与通过量（p）表示。式中：d——矿质混合料各级颗粒粒径，mm；p——各级颗粒粒径集料的通过量，%；k——常数。kdp2(2).最大密度曲线n幂公式（泰波理论）观点：最大密度曲线是一种理论的级配曲线，实际上，级配曲线应该有一定的波动范围。公式：式中：p、d和D——意义同前；n——实验指数。实际研究认为：在沥青混合料中应用，当n=0.45时密度最大；在水泥混凝土中应用，当n=0.25～0.45时工作性较好。通常使用的矿质混合料的级配范围（包括密级配和开级配）n=0.3～0.7nDdp100§1.2.2、级配曲线范围的绘制•必须采用半对数坐标即横坐标用对数坐标•方法：•1、先确定横坐标长度S•2、求出间距系数K•3、计算出各颗粒粒径在横坐标上的位置minmaxlglgddSK•§1.2.3、矿质混合料的组成设计方法•设计依据：①各种集料的筛分结果•②按规范要求的级配范围即标准级配•(一)、试算法1）按题意作下列两点假设：①设A、B、C三种集料在混合料M中的用量比例分别为X、Y、Z，则100ZYX②又设混合料M中某一级粒径（i）要求的含量为M（i），A、B、C三种集料中该粒径的含量分别为A(i)、B(i)、C(i)。则：)()()()(iMiCiBiAaZaYaXa2）计算步骤①计算A集料在矿质混合料中的用量比例首先，找出A集料占优势含量的某一粒径，如粒径（i），而忽略B、C集料在此粒径的含量，即B集料和C集料该粒径的含量aB(i)和aC(i)均等于零。A集料在混合料中的用量：100)()(iAiMaaX②计算C集料在矿质混合料中的用量比例原理同前，设C集料的优势粒径为j（mm），则A集料和B集料在该粒径的含量aA(j)和aB(j)均等于零。C集料在混合料中的用量：③计算B集料在矿质混合料中的用量比例由前式得出B集料在矿质混合料中的用量：100)()(jCjMaaZ)(100ZXY④校核调整按以上计算的配合比计算合成级配，如不在要求的级配范围内，应调整。重新计算和复核配合比，经几次调整，直到符合要求为止。如经计算确不能满足级配要求时，可掺加某些单粒级集料，或调换其它原始集料。2.图解法（1）基本原理通常级配曲线图采用半对数坐标图绘制，所绘出的级配范围中值为一抛物线。图解法中，为使要求级配中值呈一直线，采用纵坐标的通过量（Pi）为算术坐标，而横坐标的粒径采用筛孔尺寸表示，则绘出的级配曲线中值为直线。如图：（2）计算步骤1）绘制级配曲线坐标图2）确定各种集料用量①两相邻级配曲线重叠，等分；②两相邻级配曲线相接，连分；③两相邻级配曲线相离，平分。3）校核按图解所得的各种集料用量，校核计算所得合成级配是否符合要求。如不能符合要求，即超出级配范围，应调整各集料的用量。矿质混合料配合比设计工程实例试采用图解法设计某高速公路用细粒式沥青混凝土的矿质混合料配合比。1.原始资料（1）现有碎石、石屑、砂和矿粉四种矿质集料，现场取样进行筛分如下表：材料名称筛孔尺寸（方筛孔）/mm16.O13.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过百分率/%碎石1009426OOOOOOO石屑100100100804017OOOO砂1001001001009490763817O矿粉10010010010010010010010010083（2）确定矿质混合料的工程级配范围如下表：级配类型筛孔尺寸(方孔筛)/mm16.O13.29.54.752.361.180.60.30.150.075细粒式沥青混凝土（AC-13）10095～10070～8848～6836～5324～4118～3012～228～164～8级配中值100987957453324171262.设计步骤（1）绘制级配曲线图