道路建筑材料-第0章序论

道路工程材料MaterialforRoadandBridgeEngineering教师：朱云升Tel：18971543542E-Mail：[e-mail]：157744477朱云升：副教授，湖北蕲春人，同济大学道路与铁道工程博士1997年毕业于原武汉交通科技大学桥梁工程专业，获学士学位；2000年毕业于武汉理工大学结构工程专业，获硕士学位，毕业后留校任教至今；2007年毕业于同济大学道路与铁道工程专业，获工学博士学位；教师简介主要研究方向：（1）路基路面工程结构与材料（2）路基路面工程病害整治教师简介主要主持和参与的科研项目：（1）路堑高边坡稳定性评价和预测方法在泰赣高速公路中的应用研究（2）武荆高速六标路基弱膨胀土处治措施研究（3）贵州山区浅变质岩系风化层路基边坡稳定性研究（4）双向土工格栅处理桥头跳车的应用研究（5）武汉市沥青路面就地冷再生技术试验研究（6）半刚性基层沥青混凝土路面无破损试验综合评价与补强技术研究（7）复合式基层在半刚性基层沥青路面中的应用研究（8）沥青路面工程质量变异性控制管理系统的研究（9）水泥混凝土桥面柔性铺装材料研究（10）沥青路面设计指标和参数研究——路基和粒料层抗永久变形性能预估（11）重载交通沥青路面结构设计指标研究(12)云贵川高原潮湿山区路面凝冰防治技术研究朱云升4本课程安排和要求教学环节课堂讲授(22次44学时)大作业(1次2学时)教学录像(1次2学时？)考核及成绩70％（考试）15％（考勤）15％（作业）加分项目：课堂提问课堂勤于思考，气氛活跃，自告奋勇回答问题并正确每次加2分；课堂勤于思考，自告奋勇回答问题每次加1分；教材：《道路工程材料》李立寒人民交通出版社2011年1月第五版第三次印刷朱云升51、课前课后并随时可去教师办公室答疑2、视学生要求，每章安排一次集中答疑3、期末集中答疑答疑朱云升6•《路面设计手册》姚祖康人民交通出版社•《公路沥青路面设计规范》（JTJD50－2006）•《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40－2002)•《公路工程沥青及沥青混凝土试验规程》（JTJ014－2000•《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTGE30－2005）•《公路工程集料试验规程》（JTGE42－2005））参考文献朱云升7第0章绪论朱云升8•中国公路网规划–截至2010年底，全国公路总里程达到了398万公里–1988年沈大高速公路、沪嘉高速公路建成通车以来，中国的公路事业进入了一个以建设高速公路、一级公路为主的新时代。中国高速公路网目前已完成规划，2010年底已经突破7.4万公里，2020年全部完成规划公路网建设。–规划后的高速公路网，将形成由中心城市向外放射以及横贯东西、纵贯南北的大通道，并且实现“东部加密、中部成网、西部连通”的新局面，其中东部地区只需要30分钟就可以达到高速公路。我国公路建设的规划朱云升9我国公路建设的规划•“7918网”朱云升10•“五纵七横”现在正在建设“五纵七横”是目前我国规划建设的以高速公路为主的公路网主骨架，总里程约3.5万公里。其中，–“五纵”指同江—三亚、北京—珠海、重庆—北海、北京—福州、二连浩特—河口。–“七横”指连云港—霍尔果斯、上海—成都、上海—瑞丽、衡阳—昆明、青岛—银川、丹东—拉萨、绥芬河—满洲里。我国公路建设的规划十一五期间我国高速公路新增3.3万公里，“五纵七横”12条国道主干线提前13年全部建成，西部开发8条省际通道基本贯通。朱云升11川九旅游公路公路图片欣赏朱云升12九寨沟景区公路公路图片欣赏朱云升13八达岭高速公路公路图片欣赏朱云升14高速公路优美曲线公路图片欣赏朱云升15襄十高速公路公路图片欣赏朱云升16山谷丛中的土关垭互通公路图片欣赏朱云升17襄十高速公路郜营互通公路图片欣赏朱云升18路面结构层次及层位功能•可划分为三个层次：面层、基层、垫层•面层Surface–直接承受车轮荷载反复作用和自然因素（湿度、温度）影响的结构层。–材料：水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石混合料、碎（砾）石、块料等。–由一层、或两层、或三层组成。•表面层：要求平整、抗滑、耐磨、密实、稳定•中面层：根据公路等级、荷载、气候条件选择•下面层：朱云升19•基层Base–设置在面层之下，将荷载传递给垫层、土基，是主要起承重作用的层次。–应有足够的水稳定性、温度稳定性。–可分为基层、底基层。–材料•天然砂砾、各种碎（砾）石•结合料（石灰、水泥、沥青、工业废渣）稳定土或碎（砾）石•贫混凝土路面结构层次及层位功能朱云升20路面结构层次及层位功能•垫层Cushion排水、隔水、防冻–设置在基层与土基Subgrade之间。–功能：•改善土基的湿度、温度状况。•将基层传下的荷载应力加以扩散。•阻止路基土挤入基层。–材料：•松散性粒料透水•稳定类材料隔水朱云升21路面的等级与类型•路面等级–高级路面–次高级路面–中级路面–低级路面等级面层类型适用公路等级高级水泥砼、沥青砼、厂拌沥青碎石、整齐石块或条石高速、一级、二级次高级沥青贯入碎石、路拌沥青碎石、沥青表处、半整齐石块二级、三级中级泥结或级配碎石、水结碎石、不整齐石块、其它粒料三级、四级低级粒料或当地材料改善土、如炉渣土、砾石土、砂砾土等四级朱云升22路面类型•柔性路面Flexibilitypavement–在柔性基层上铺筑的沥青面层–粒料类路面•半刚性基层沥青路面SemiRigidbaseAsphaltpavement•刚性路面（水泥混凝土路面）CementConcretePavement朱云升23路面结构功能要求•强度与刚度（开裂、变形）•稳定性（高、低温、水稳定性）•耐久性（疲劳、老化）•平整性（舒适、动荷）•抗滑性（安全）•少尘性、低噪声（环保）我国路面材料发展历程（1）20世纪60年代以前砂石路面砂石和粘土是最基本的材料，粘土作为结合料－路面：晴天扬尘、雨天泥泞，不能全天候行车。（2）20世纪60～70年代渣油路面随着大庆油田的开发，道路渣油这种不合格的沥青材料登上了历史舞台。在这个阶段，渣油表处加石灰土基层成了最主要的路面结构。朱云升25（3）20世纪70年代普通（低等级）路面随着胜利油田923原油和孤岛原油的开发，使胜利炼油厂开始生产符合一定规格的沥青。这种沥青蜡含量很高，质量很差。胜利沥青铺筑到天安门广场四周道路上，获得优质产品银奖。与此同时，沥青碎石结构、贯入式路面或上拌下贯式沥青路面得到了发展，基层的石灰土已经考虑掺加了碎石，成为这个时期公路干线的主要形式。我国路面材料发展历程朱云升26（4）20世纪80后期高速公路沥青路面以京津塘高速公路建设为契机，我国进入了高等级公路建设的新时期。交通部制定了“重交通道路沥青标准”，开始大量进口国外高质量沥青。石化部门也开始研制生产重交通沥青。沥青混凝土路面成为高等级公路路面主要结构形式，基层也采用了水泥、石灰稳定碎石等形式。我国路面材料发展历程朱云升27与路面有关的因素1、路基土石方、路面结构和材料2、外界因素：自然环境（水、温度、湿度）3、车辆荷载朱云升28路面和车辆荷载朱云升29山西某高速公路上重载交通车辆（2003年8月）路面和车辆荷载朱云升30太原某路上的载重车队（2003年）路面和车辆荷载朱云升31广州某道路上重载车辆（2003年12月）路面和车辆荷载朱云升32深圳市北环大道现场车流情况（2002年12月）路面和车辆荷载朱云升33序号额定载重(KN)调查数量超载车辆典型车名数量(辆)实载(KN)超载比例140113893360～8082.0％跃进、解放2501706151860～10089.0％解放、东风36094871180～10075.0％解放、东风、三菱48036283214100～16088.6％黄河、延安、日野5100853760150～18089.1％日野、黄河、太脱拉6150167128250～30076.6％东风、五十铃半挂72003636350～450100％三菱、尼桑半挂、五十铃平板82507451380～55068.9％五十铃平板、太脱拉集装箱93005648400～80085.7％太脱拉、三菱集装箱10≥40043500～100075.0%合计∕86107402∕86.0％∕备注1.实际调查中24h车流量9560辆，40KN载重以上车8610辆，载重车比例90.1％；2.8610辆载重车中，超载车7402辆，占载重车86.0％。河南周口地区交通车辆调查结果路面和车辆荷载朱云升34水泥混凝土路面病害朱云升35沥青混凝土路面病害路面磨耗朱云升36凹陷推挤泛油拥包沥青混凝土路面病害朱云升37车辙沥青混凝土路面病害朱云升38车辙断面芯样沥青混凝土路面病害朱云升39车辙断面长方体芯样沥青混凝土路面病害朱云升40车辙断面长方体芯样沥青混凝土路面病害朱云升41裂缝沥青混凝土路面病害朱云升42裂缝沥青混凝土路面病害朱云升43松散、坑槽严重沥青混凝土路面病害朱云升44车辙松散坑槽沥青混凝土路面病害朱云升45龟裂36%波浪拥包18%不规则裂缝14%车辙10%修补损害4%横向裂缝4%沉陷4%纵向裂缝3%坑槽3%泛油3%松散1%沥青混凝土路面病害朱云升46桥面系病害朱云升47桥面系病害朱云升48桥面系病害朱云升49桥梁结构物病害朱云升50桥梁结构物病害朱云升51面层基层垫层土基（路基）•桥梁工程结构用材料•道路工程结构（面层、基层、垫层）用材料•构造物所用材料0.1本课程研究对象朱云升520.1.1砂石材料人工开采的岩石或轧制的碎石天然砂砾石各种性能稳定的工业冶金矿渣（如煤渣、高炉渣和钢渣等）0.1.2胶结料类水泥（石灰）沥青0.1.3建筑钢材钢材与钢筋0.1.4工程聚合物材料塑料（合成树脂）、橡胶和纤维等0.1本课程研究对象朱云升530.1.5水泥混凝土水泥+砂石材料0.1.6沥青混合料沥青+砂石材料0.1.7半刚性材料以少量水泥、石灰（粉煤灰）稳定土稳定碎（砾）石混合料0.1本课程研究对象朱云升540.2.1研究道路建筑材料的基本技术性质0.2.1.1基本物理性质物理常数（密度、空隙率）、吸水率级配组成、表面特征（纹理构造、棱角、形状等）0.2.1.2基本力学性质强度、变形行为、抗磨性0.2.1.3耐久性抗渗性、抗冻性、抗腐蚀、抗老化0.2.1.4组成设计方法选择材料、配合比设计0.2本课程研究内容朱云升550.2.2道路建筑材料性能检测方法•实验室材料性能测定：原材料、混合料•实验室模拟结构物的性能测定：小尺寸模拟•现场足尺寸结构物的性能测定：加速加载试验试验路实体工程0.2本课程研究内容朱云升56室内材料试验朱云升57室内材料试验朱云升58国际上加速加载试验主要方式室内环道或直道重庆公路所、长沙理工大学室外环道法国LCPC足尺试验场美国WESTRACK、阿拉巴马、明尼苏达等足尺移动设备澳大利亚、我国的ALF南非HVS，美国TxMLS，南非MMLS加速加载试验朱云升59•AASHO道路试验（1958-1961）•APT试验（ALF，HVS，LINTRACK，LCPC）•LTPP研究计划•WesTrack试验结构行为方程朱云升60结构行为方程ALF，HVS朱云升61结构行为方程WesTrack朱云升62结构行为方程WesTrack朱云升63结构行为方程WesTrack朱云升64结构行为方程WesTrack朱云升65美国NCATtesttrack朱云升66朱云升67NCATPavementTestTrackAsphaltPlantLaboratoryNorthLeeCountyRoad151•1.7MileOvalTestTrackon309acres•46CooperativelySponsored200ftTestSections•4700sqftOnsiteTestingLaboratory•2600sqftOnsiteTruckMaintenanceFacility朱云升68NCATPavementTestTrack朱云升69美国TxMLSliftedforpav