道路工程材料

道路施工材料道路施工材料泛指用于道路和桥梁工程及其附属造物所用的各类建筑材料，主要包括土、砂石、沥青、水泥、石灰、工业废料、钢铁、工程聚合物、木材等材料及它们组成的混合料。道路工程材料是道路工程建设于养护的物质基础，其性能直接决定了道路工程质量和服务寿命。1.砂石材料砂石材料是石料和集料的统称，石料和集料是道路与桥梁工程结构及其附属物中用量最大的一类才材料，石料制品课直接用于砌筑结构物或用于道路铺面，集料也可直接用于铺筑道路路面基层或垫层，但更多的是制备成沥青混合料、水泥混凝土和基层混合料，用于铺筑沥青路面面层或路面基层。岩石质量主要取决于其造岩矿物和成岩条件，在道路工程中常用岩石品种为石灰岩、花岗岩，玄武岩，辉绿岩等；岩石的主要理学指标为单轴无侧限抗压强度，物理常数为密度，含水率和吸水率，在季节性冰冻地区应考虑所用岩石的抗冻性。集料是不同粒径矿物组成的混合物，集料的密度对其物理理学性能有这重要的影响，而且是混合料组成设计的重要参数。用于道路路面结构的粗集料应具备足够的抗压碎性，抗磨耗性和抗冲击性，用于表层的粗集料还应具有足够的抗磨光性，集料的理学性能分别用压碎性磨耗性，磨耗值，冲击值和磨光值等指标表示。集料的颗粒组成用级配表示，集料级配与集料的密实度和内摩擦阻力有着直接的关系，也是进行矿质混合料组成设计的主要依据。矿物混合料是由两种或两种以上的集料按一定比例组成的，确定这个比例关系的过程称为配合比设计。矿质混合料的配合比的计算方法有数解法（计算法，规划求解法）和图解法。用于建造基础的水泥混凝土拌合料制备用碎石或le石颗粒的最大尺寸不应大于70mm，而用于路面铺筑不能大于40mm。用于水泥混凝土拌合料制备的碎石或le石不应含有多于25%的板状与针状粒料，二粉状及粘土粒料也不应超过1%。2.水泥和石灰水泥和石灰石是道路工程建筑中使用较为广泛的无机胶凝材料。该类材料经物理化学过程能产生强度和胶凝能力，将砂石等散装材料胶凝成整体，或将构件结合成整体。水泥属于水硬性无机胶凝材料，水泥按化学充分可分为硅酸盐水泥、绿色盐水泥、硫酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等。硅酸盐水泥是一种水硬性胶凝材料，其基本成分是硅酸盐孰料，孰料的主要矿物组成是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙，其中硅酸三钙和硅酸二钙对水泥的强度起主要作用，硅酸三钙和铝酸三钙对水泥的水化热贡献较大，而铁铝酸四钙有助于提高水泥的抗折强度，改变矿物组成比例会显著影响水泥的技术性质，以满足不同的使用要求。普通水泥，矿渣水泥，火山灰水泥一起统称为通用硅酸水泥，这些水泥石在硅酸盐孰料中掺加适量混合材料，混合材料的目的是为了改善水泥的某些性能增加水泥产量。水泥的镇静药技术指标是：凝结时间，安定性和强度等。道路水泥还应具备一定的抗干缩性和磨耗性，并有较高的抗折强度，在道路和桥梁工程中经常使用的其他水泥有铝酸盐水泥、膨胀水泥和自应力水泥等。白色水泥和彩色水泥也被用于装饰道路铺面。石灰石一种气硬性胶凝材料，基本成分为活性氧化钙。石灰硬化后的强度主要依靠氢氧化钙的结晶炭化作用。氢氧化钙的溶解度较高，在潮湿的环境中，石灰遇到水会溶解溃散，强度会降低，因此石灰不宜长期放在潮湿的环境中或有水环境中使用。3.水泥混凝土与砂浆水泥混凝土是由水泥、水和粗细集料按适当比例混合，必要时掺加适量外加剂、掺和料或其他改性材料配制而成的混合物，是道路路面及其附属物的重要建筑材料。水泥混凝土铺筑的路面结构具有强度高、刚度大、使用寿命长的特点，能够承受较繁重车轴的作用，其主要缺点是自重大，抗拉强度低韧性低，抗冲击性差，可以通过配制钢筋、掺加纤维材料等方式加以改善，对水泥混凝土的主要技术要求是：与施工条件相匹配的和易性，符合设计要求的强度，与工程使用条件相适应的耐久性。水泥混凝土的施工和易性是指新拌混凝土易于施工操作，达到质量均匀密室成形的性质，包括流动性、捣实性、粘聚性和保水性等方面的含义。常用坍落度和维勃稠度实验进行判别。影响混凝土和易性的主要内因有水灰比、单位用水量和砂率等。水泥混凝土的强度有抗压强度、抗拉强度及抗折强度等。影响混凝土强度的主要因素有水灰比和水泥强度，这种关系称为“水灰比定则”。水泥混凝土的耐久性包括抗冻性、抗磨性、抗腐蚀性等，与混凝土的密实度关系显著，也与水泥用量和水灰比密切相关，因此在水泥混凝土配合比设计时，应按照水泥混凝土的使用条件对最大水灰比和最小水泥用量进行校核。水泥混凝土的组成设计内容包括原材料的选择及配合比的确定。在水泥混凝土组成材料中，应根据工程使用条件及混凝土的设计强度选择水泥品种和强度等级；粗集料的强度、坚固性、颗粒组成、最大粒径和形状应符合要求；细集料应坚固，并符合级配和细度模数的要求。粗、细集料均应限制有害数量，在道路及机场路面混凝土中不得使用具有碱活性的集料。对各种外加剂具有减水、增强、引气、提高混凝土耐久性等功能，使用时应遵循有关设计要求，不得对混凝土性能产生不利影响。混凝土配合比设计的主要参数为水灰比、单位用水量、砂率及外加掺和料（如粉煤灰）数量。计算出材料配合比，应经试拌、适配实验后方可确定。粉煤灰混凝土和路用水泥混凝土（包括普通路用混凝土、钢纤维混泥土和碾压混泥土）等式在普通混泥土的基上发展的。在粉煤灰混泥土中，以粉煤灰取代部分水泥（或细集料），即可降低混泥土造价，又能改善混泥土的某些性能，诸如提高混凝土流动性、降低水化热、提高混凝土耐久性等。钢纤维混凝土中由于钢纤维的增强增韧作用，是混凝土的抗裂性及人性大大的提高，对于延长混凝土路面的使用寿命极为有利。碾压混凝土具有水泥用量少、用水量低、施工速度快的特点，广泛应用于大面积结构及路面工程结构。砂浆是一种细集料混凝土，在建筑结构中起黏结、传递应力、衬垫、防护和装饰的作用。对砂浆的技术要求主要有施工和易性和抗压强度。在道路和桥隧工程中，砂浆主要用来砌筑跨拱桥涵、挡土墙、隧道砌衬、涵洞及排水沟等。4.沥青材料沥青石黑色或暗黑色的固体、半固体或黏稠状物，有天然或人工制造而得，主要分为天人沥青、焦油沥青和石油沥青，二狭义的沥青主要是指石油沥青。用于铺筑道路路面的沥青为道路沥青。石油沥青是建设柔性路面的良好材料，道路建设和养护需要消耗大量的沥青，几乎占整个沥青产量的50%～60%。石油沥青是复杂的高分子化合物，可离为饱和分、芳香分、胶质和沥青质等几个组分。根据这些组分结构和含量的不同，可将沥青分为溶胶、溶凝胶和凝胶等三种胶体结构。沥青的胶体结构与沥青的路用性能有密切关系。沥青的物理性质包括密度、体膨胀系数、介电常数。沥青密度指的是沥青在规定问题（15ºC）下单位体积的质量，以g/cm²或t/m³计。沥青的密度是评价沥青质量的一个指标，密度大，一般沥青的性能比较好。温度上升1ºC，沥青单位体积的增大称之为膨胀系数。沥青的膨胀系数对沥青路面的路用性能有密切关系，体积膨胀系数大，则夏季沥青路面容易泛油，二冬季有容易出现收缩开裂。沥青的体膨胀系数并非常数，而是随着品种的不同有所变化。沥青的介电常数与沥青对氧、雨、紫外线等耐候性（耐老化性）有关，路面的抗滑性也与沥青的介电常数有关，路用沥青的介电常数应大于2.65。沥青的路用性能：1黏滞性：指沥青在外力作用下沥青粒子产生相互位移的抵抗剪切变形的能力。在现代交通条件下，为防止路面出现车辙，沥青黏度选择是首要考虑的参数。2.延性：指沥青材料在外力拉伸作用下发生塑性变形的能力，统称是用延度作为条件延性指标来表征。沥青的延度用延度仪来测定。3.感温性：沥青石复杂的胶体结构，黏度随着温度的不同二产生明显的变化，这种黏度随温度变化的感应性称为感温性。对于路用沥青，温度和黏度的关系式及其重要的性能。首先，正式沥青存在感温性才使在高温下黏度显著降低，这样才有可能实现沥青与石料均匀拌合以及沥青混合料碾压成型。其次，沥青路面运营过程中，有要求沥青在使用温度范围内褒词小的感温性，以保障沥青路面高温布软化、低温不断裂。4.黏附性：沥青与集料的黏附性直接影响沥青路面的使用质量和耐久性，所以黏附性事评价沥青技术性能的一个重要指标。5.耐久性：路用沥青在使用过程中受到储晕、加热、拌合、摊铺、碾压、交通荷载以及自然因素的作用，而是沥青发生一系列的物理化学变化，逐渐改变了其原有的性能（黏性、低温性能）而变硬变脆，这种变化称为沥青的老化。沥青路面应有较长的使用年限，因此要求沥青材料有较好的耐抵抗老化的性能，即耐久性。6.黏弹性：路用沥青多为溶—凝胶型沥青，在低温时表现为弹性，高温时表现为黏性，在相当宽的形变滞后于作用力，作用力去除后形变并不完全消除，经过一段时间才逐渐恢复，表现为负责的弹性性质，蠕变和松弛现象就是这种特性的表现。7.施工安全性：8.溶解度：指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或苯中溶解的百分率（及有效物质含量）那些不溶解的物质为有害物质，会减低沥青的性能，应加以限制，9.含蜡量。改性沥青可以改善一下几方面的性能：提高高温抗变形能力，可以增强沥青路面的抗车辙性能；提高沥青的弹性性能，可以增强沥青的抗低温和抗疲劳开裂性能；改善沥青与石料的黏附性提高沥青的抗老化能力，延长沥青路面的寿命。5.沥青混合料沥青混合料是矿质混合料与沥青结合料经拌制而成的混合料的总称，沥青混合料经摊铺、压实成型后成为沥青路面。具有良好的路用性能，广泛应用于高速公路、城市快速路、主干道和其他公路的路面结构，是现代道路路面的主要材料之一。沥青混合料按其矿料级配组成的特点，可形成“密实—悬浮”结构、“骨架—空隙”结构和“密实—骨架”结构，分别具有不同强度特征和稳定性。沥青混合料应具备一定的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗老化性、抗滑性、和施工和易性等技术性质，以适应车辆载荷及环境因素的作用。沥青混合料的优点：1优良的结构力学性和表面性能。一般沥青路面均具有良好的受力特性；路面平整、无缝或接缝、柔韧舒适、货物损失率低、噪音小。2表面抗滑性好。沥青路面既平整、表面有粗糙，有一定的粗细纹理构造，能保证车辆告诉安全行使。3.施工方便。沥青路面可以集中拌合（厂拌）、机械化施工（摊铺、碾压等），完全可以实现大面积施工，质量能够得以保障，开放交通早。4.经济耐久性好。与水泥路面相比，沥青路面一次性投资要低得多，但其使用寿命一般在高速公路和机场道面中以15年计，实际使用中只要施工质量好，养护即使有效有的可以使用20年。5.便于再生利用。沥青再生利用已经成为发达国家一项热门的可持续发展和能源再生利用的新型课题，我国目前也在进行这方面的研究和技术发展；可以有利于分期修建。6.抗震性好，日照下不反射引起眩光，晴天无扬尘，雨后不泥泞等。缺点：1.沥青易老化。沥青石多组分有机材料，随着试用期的延长，沥青的胶体结构和组成发生变化，是沥青粘性变差、塑性降低，从而导致结构破坏。2.温度敏感性差。夏季高温以流淌，敢问稳定性差；低温易发脆，抗裂性差。可采用优质沥青或采取改性措施等。沥青混合料组成设计包括选择原材料和配合比设计。沥青混合料组成材料质量规格应满足设计要求，并根据道路等级，交通特性，气候条件，施工方法等因素进行选择。我国现行的热拌普通沥青混合料的配合比设计方法的主要内容包括:矿质混合料配合比设计和最佳沥青用量的确定，沥青用量采用马歇尔试验方法确定，所设计的沥青混合料还应满足水稳定性和抗车辙能力的要求。沥青混合料的组成材料与道路等级要求：沥青混合料用粗集料质量技术要求：指标单位高速公路及以及公路其他等级公路表面层其他层次石料压碎值，不大于％262830洛杉矶磨耗值，不大于％283035表观相对密度，不小于t/m³26.02.502.45吸水率，不大于％2.03.03.0坚固性，不大于％1212-针状颗粒含量（混合料）不大于％151820其中粒径大于9.5mm，不大于其中粒径小于9.5mm，不大于％％12181520--水洗法小于01.075mm颗粒含量不大于％111软石含量，不大于％355沥青混合用料细集料质量要求项目单位高速公路一级公路其他等级公路表观密度，不小于t/m³2.502.45坚固性（0.3mm的含量），不大于％12-含泥量小于0.075mm的含量）不