同济大学-道路工程材料课件-0.绪论

1道路工程材料交通运输工程学院李立寒杨群嘉定校区办公室：625室Email:[e-mail]2学习《道路工程材料》目的与意义道路材料是道路工程建设的物质基础。道路材料费用在整个道路工程的造价中占很大比重，一般为40～70％。道路材料的性能在很大的程度上决定了道路工程的使用性能和耐久性。道路建筑材料的种类决定了道路路面结构组合设计以及施工工艺。随着高等级公路建设的快速发展，需要各种高性能的道路材料。3绪论道路工程材料的主要类型主要研究内容和研究方法学习要求4•桥梁工程结构用材料•构造物用材料•道路工程结构（面层、基层、垫层）用材料一、道路工程材料的主要类型5路基路面结构示意图6道路路表沥青路面的结构层次我国国外路面面层上面层磨耗层面层路面中面层联结层下面层基层基层底基层底基层垫层路基改善层路基路基路基填土或天然土8⑴砂石材料轧制碎石、天然砂砾石工业冶金矿渣（如煤渣、高炉渣和钢渣等）⑵胶结料类水泥、石灰、沥青工程聚合物（塑料、橡胶）⑶建筑钢材钢材与钢筋道路工程材料的主要原材料9⑷沥青混合料由沥青、砂石材料等组成⑸水泥混凝土由水泥、砂石材料等组成⑹半刚性材料由少量水泥、石灰（粉煤灰）等组成道路工程材料的主要混合料10道路工程材料的主要类型道路路面、机场跑道、桥梁铺装等工程中采用的主要材料包括：原材料：砂石材料、沥青、水泥、石灰、钢材、木材、工程聚合物等以及由这些原材料组成的各种混合料：沥青混合料、水泥混凝土及砂浆、无机结合料稳定材料等。我国公路路面材料发展历程（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。（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。（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。这种沥青中蜡含量很高，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。（4）20世纪80年代后期高速公路沥青路面以我国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。13二、道路工程材料的研究内容1.基本组成与结构2.基本技术性质3.材料组成设计141.道路工程材料的组成与结构物质的微观组成与结构决定了其宏观性能道路工程材料所具有的各项性能取决于材料的组分、结构与构造等因素。材料组成对性能的影响•钢材（元素）：加入铬、镍可以提高防锈能力•岩石（矿物）：花岗岩主要成分为石英、长石石灰岩主要成分为方解石•沥青（元素）：主要由碳氢元素组成•水泥（矿物）：提高硅酸三钙含量，硬化速度、强度提高石料砂岩石灰岩辉绿岩花岗岩方解石—影响粘附性的矿物成分172.基本技术性质基本力学性能：强度、变形、磨耗率、压碎值等耐久性：道路工程材料在行车荷载及自然因素的作用下，其使用性能将发生衰减。工艺性：工艺性是指材料适合于按一定工艺要求加工的性能。工艺性是选择材料和确定设计参数时必须考虑的重要因素。基本物理性能：常用的物理指标为物理常数（密度、空隙率、孔隙率）与吸水率等。路用性能：温度稳定性、抗裂性、抗滑性等18根据道路交通量、车辆特征、结构类型、气候条件等实际需要，设计各种道路工程材料组成、配比、生产及施工工艺。东海大桥•交通量大•重载集装箱车辆•桥面铺装•海洋气候SMA沥青混凝土浇注式混凝土防水层混凝土桥面3.道路工程材料的设计沥青混合料设计工作流程正常施工生产配合比设计试验段铺设验证目标配合比设计原材料选择1.组配设计2.油石比确定3.路用性能检验1.粗、细集料2.填充料3.沥青1.拌和楼调试2.油石比确定1.拌和楼工艺2.现场工艺3.质量检测20材料结构对性能的影响•微观结构（纳米级）：原子、分子、离子等在空间的分布情况。•亚微观结构（微米级）：细观结构，岩石的矿物组织，金属的晶体颗粒等。•宏观结构（毫米级）：肉眼、放大镜可以观测的结构聚合物改性沥青亚微观结构21公路损坏情况原因（1）交通量剧增，超载严重（2）设计（材料与结构）（3）施工车辙行车道硬路肩＃2＃3＃4＃0.05.010.015.020.0厚度(cm)1234部位D段沥青路面平均厚度上面层中下面层路面开裂下层强度不足路基不均匀沉降基层反射裂缝24三、性能检测与技术标准实验室材料性能测定：原材料、混合料图实验室模拟结构物的性能测定：小尺寸模拟图足尺结构的性能测定：加速加载试验图试验路1.材料性能检测252.技术标准规定内容：技术性质、质量规格、测试方法依据：材料的性能研究、生产、设计和施工标准：①国家标准：代号GB（如GB50092－96）②行业标准：如交通部颁标准，代号JTJ、JTG③企业标准：代号QB④国际上较有影响的技术标准：国际标准ISO美国材料试验学会标准ASTM（AASHTO）日本工业标准JIS英国标准BS标准：中国—国家标准、行业标准、地方标准、企业标准美国—ASTM美国材料试验学会标准AASHTO美国各州公路与运输工作者协会标准英国—BS标准日本—JIS标准沥青混合料用粗集料质量技术要求表4.8.2指标单位高速公路及一级公路其他等级公路试验方法表面层其他层次石料压碎值不大于％262830T0316洛杉矶磨耗损失不大于％283035T0317表观相对密度不小于t/m32.602.502.45T0304吸水率不大于％2.03.03.0T0304坚固性不大于％1212－T0314针片状颗粒含量（混合料）不大于其中粒径大于9.5mm不大于其中粒径小于9.5mm不大于％％％15121818152020－－T0312水洗法0.075mm颗粒含量不大于％111T0310软石含量不大于％355T0320粗集料与沥青的粘附性、磨光值的技术要求表4.8.5雨量气候区1(潮湿区)2(湿润区)3(半干区)4(干旱区)试验方法年降雨量(mm)10001000～500500～250250附录A粗集料的磨光值PSV不小于高速公路、一级公路表面层42403836T0321粗集料与沥青的粘附性不小于高速公路、一级公路表面层高速公路、一级公路的其他层次及其他等级公路的各个层次54444333T0616T066328（1）重点掌握和理解概念性问题《道路工程材料》是一门专业基础课，它一方面为学习其他专业课程提供必要的基础知识，另一方面为在实际工程中解决道路材料的相关问题提供一定的基本理论知识和基本试验技能。（2）与实际工程相结合（3）试验环节《道路工程材料》学习方法29本课程的主要内容和教学安排总学时：34学时理论课：26学时石料与集料（4）沥青材料（聚合物）（5~6)沥青混合料（5~6)水泥（2）水泥混凝土（2~3）无机结合料稳定混合料（2~3）复习（2）实验课：6学时30教材的主要内容第一章石料与集料第二章沥青材料第三章沥青混合料第四章水泥与石灰第五章水泥混凝土与砂浆第六章无机结合料稳定类混合料建筑钢材工程聚合物31实验课安排砂石材料沥青材料沥青混合料32我国高速公路里程增长情况01000020000300004000050000600001988199019921994199619982000200220042006•2007年底，我国公路总里程为358.37km，高速公路建成里程5.36万km，东部地区已初具高速公路网。等级公路254km，农村公路达到313.44万公里。3334室内材料试验35室内材料试验36室内材料试验37室内小型模拟试验38路面加速加载试验（APT）APT－AcceleratedPavementTesting即（足尺）路面加速加载试验，是指：将可控制的轮载在大于或等于规范限定的极限标准下，施加到实际的多层路面结构，在可控的、加速的变形累积条件下的路面响应和路面使用性能变化的试验。39试验场地：室内环道、直道或结构试槽室外足尺试验场试验移动设备加速加载试验APT40室内直道或环道41室内结构试槽APT——Asphaltpavementtester42丹麦室内小型直道试验系统室内结构试槽43美国室外试验地理位置分布44WesTrack45WesTrack46MnRoad(2/2)47MnRoad48室外足尺加速试验设备HeavyVehicleSimulatorFHWAALFNCATTESTTRACKMnRoadWesTrackTexasMobileLoadSimulator49南非HeavyVehicleSimulator(HVS)50TexasMobileLoadSimulator51FHWAALF52中国交通部公路科学研究所美国联邦公路局TFRC公路研究中心美国路易斯安那公路研究中心澳大利亚道路研究所53加速加载试验系统