道路工程材料

1、道路施工材料 道路施工材料泛指用于道路和橋梁工程及其附屬造物所用的各 類建筑材料， 主要包括土、 砂石、瀝青、水泥、 石灰、工業(yè)廢料、 鋼鐵、工程聚合物、木材等材料及它們組成的混合料。道路工程 材料是道路工程建設(shè)于養(yǎng)護(hù)的 物質(zhì)基礎(chǔ)，其性能直接決定了道 路工程質(zhì)量和服務(wù)壽命。1. 砂石材料砂石材料是石料和集料的統(tǒng)稱， 石料和集料是道路與橋梁工 程結(jié)構(gòu)及其附屬物中用量最大的一類才材料， 石料制品課直接用 于砌筑結(jié)構(gòu)物或用于道路鋪面， 集料也可直接用于鋪筑道路路面 基層或墊層， 但更多的是制備成瀝青混合料、 水泥混凝土和基層 混合料，用于鋪筑瀝青路面面層或路面基層。巖石質(zhì)量主要取決于其造巖礦物和成巖

2、條件， 在道路工程中 常用巖石品種為石灰?guī)r、花崗巖，玄武巖，輝綠巖等；巖石的主 要理學(xué)指標(biāo)為單軸無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度， 物理常數(shù)為密度， 含水率和 吸水率，在季節(jié)性冰凍地區(qū)應(yīng)考慮所用巖石的抗凍性。集料是不同粒徑礦物組成的混合物， 集料的密度對(duì)其物理理 學(xué)性能有這重要的影響， 而且是混合料組成設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。 用 于道路路面結(jié)構(gòu)的粗集料應(yīng)具備足夠的抗壓碎性， 抗磨耗性和抗 沖擊性， 用于表層的粗集料還應(yīng)具有足夠的抗磨光性， 集料的理 學(xué)性能分別用壓碎性磨耗性， 磨耗值， 沖擊值和磨光值等指標(biāo)表 示。集料的顆粒組成用級(jí)配表示， 集料級(jí)配與集料的密實(shí)度和內(nèi) 摩擦阻力有著直接的關(guān)系， 也是進(jìn)行礦質(zhì)混合料組成

3、設(shè)計(jì)的主要 依據(jù)。礦物混合料是由兩種或兩種以上的集料按一定比例組成 的，確定這個(gè)比例關(guān)系的過(guò)程稱為配合比設(shè)計(jì)。 礦質(zhì)混合料的配 合比的計(jì)算方法有數(shù)解法（計(jì)算法，規(guī)劃求解法）和圖解法。用于建造基礎(chǔ)的水泥混凝土拌合料制備用碎石或 le 石顆粒 的最大尺寸不應(yīng)大于 70mm ，而用于路面鋪筑不能大于 40mm 。 用于水泥混凝土拌合料制備的碎石或 le 石不應(yīng)含有多于 25%的 板狀與針狀粒料，二粉狀及粘土粒料也不應(yīng)超過(guò)1%。2. 水泥和石灰水泥和石灰石是道路工程建筑中使用較為廣泛的無(wú)機(jī)膠凝 材料。 該類材料經(jīng)物理化學(xué)過(guò)程能產(chǎn)生強(qiáng)度和膠凝能力， 將砂石 等散裝材料膠凝成整體，或?qū)?gòu)件結(jié)合成整體。水泥

4、屬于水硬性無(wú)機(jī)膠凝材料， 水泥按化學(xué)充分可分為硅酸 鹽水泥、綠色鹽水泥、硫酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥等。硅酸鹽水泥是一種水硬性膠凝材料， 其基本成分是硅酸鹽孰 料，孰料的主要礦物組成是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵 鋁酸四鈣，其中硅酸三鈣和硅酸二鈣對(duì)水泥的強(qiáng)度起主要作用， 硅酸三鈣和鋁酸三鈣對(duì)水泥的水化熱貢獻(xiàn)較大， 而鐵鋁酸四鈣有 助于提高水泥的抗折強(qiáng)度， 改變礦物組成比例會(huì)顯著影響水泥的 技術(shù)性質(zhì)，以滿足不同的使用要求。普通水泥，礦渣水泥，火山灰水泥一起統(tǒng)稱為通用硅酸水泥，這些水泥石在硅酸鹽孰料中摻加適量混合材料， 混合材料的目的 是為了改善水泥的某些性能增加水泥產(chǎn)量。水泥的鎮(zhèn)靜藥技術(shù)指標(biāo)是：

5、凝結(jié)時(shí)間，安定性和強(qiáng)度等。道 路水泥還應(yīng)具備一定的抗干縮性和磨耗性，并有較高的抗折強(qiáng) 度，在道路和橋梁工程中經(jīng)常使用的其他水泥有鋁酸鹽水泥、 膨 脹水泥和自應(yīng)力水泥等。 白色水泥和彩色水泥也被用于裝飾道路 鋪面。石灰石一種氣硬性膠凝材料， 基本成分為活性氧化鈣。 石灰 硬化后的強(qiáng)度主要依靠氫氧化鈣的結(jié)晶炭化作用。 氫氧化鈣的溶 解度較高，在潮濕的環(huán)境中，石灰遇到水會(huì)溶解潰散，強(qiáng)度會(huì)降 低，因此石灰不宜長(zhǎng)期放在潮濕的環(huán)境中或有水環(huán)境中使用。3. 水泥混凝土與砂漿水泥混凝土是由水泥、 水和粗細(xì)集料按適當(dāng)比例混合， 必要 時(shí)摻加適量外加劑、摻和料或其他改性材料配制而成的混合物， 是道路路面及其附屬物

6、的重要建筑材料。水泥混凝土鋪筑的路面結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、 剛度大、 使用壽命 長(zhǎng)的特點(diǎn)，能夠承受較繁重車軸的作用，其主要缺點(diǎn)是自重大， 抗拉強(qiáng)度低韌性低，抗沖擊性差，可以通過(guò)配制鋼筋、摻加纖維 材料等方式加以改善， 對(duì)水泥混凝土的主要技術(shù)要求是： 與施工 條件相匹配的和易性， 符合設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度， 與工程使用條件相 適應(yīng)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，達(dá)到質(zhì)量均勻密室成形的性質(zhì)，包括流動(dòng)性、搗實(shí)性、粘聚性和保水性等方面的含義。 常用坍落度和維勃稠度實(shí)驗(yàn)進(jìn)行 判別。影響混凝土和易性的主要內(nèi)因有水灰比、單位用水量和砂率等。水泥混凝土的強(qiáng)度有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度等

7、。影 響混凝土強(qiáng)度的主要因素有水灰比和水泥強(qiáng)度，這種關(guān)系稱為“水灰比定則”。水泥混凝土的耐久性包括抗凍性、抗磨性、抗腐蝕性等，與 混凝土的密實(shí)度關(guān)系顯著， 也與水泥用量和水灰比密切相關(guān)，因此在水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)按照水泥混凝土的使用條件對(duì) 最大水灰比和最小水泥用量進(jìn)行校核。水泥混凝土的組成設(shè)計(jì)內(nèi)容包括原材料的選擇及配合比的確定。在水泥混凝土組成材料中， 應(yīng)根據(jù)工程使用條件及混凝土 的設(shè)計(jì)強(qiáng)度選擇水泥品種和強(qiáng)度等級(jí)；粗集料的強(qiáng)度、堅(jiān)固性、 顆粒組成、最大粒徑和形狀應(yīng)符合要求；細(xì)集料應(yīng)堅(jiān)固，并符合 級(jí)配和細(xì)度模數(shù)的要求。粗、細(xì)集料均應(yīng)限制有害數(shù)量，在道路 及機(jī)場(chǎng)路面混凝土中不得使用具有堿活

8、性的集料。對(duì)各種外加劑具有減水、增強(qiáng)、引氣、提高混凝土耐久性等功能，使用時(shí)應(yīng)遵 循有關(guān)設(shè)計(jì)要求，不得對(duì)混凝土性能產(chǎn)生不利影響。混凝土配合比設(shè)計(jì)的主要參數(shù)為水灰比、 單位用水量、砂率 及外加摻和料（如粉煤灰）數(shù)量。計(jì)算出材料配合比，應(yīng)經(jīng)試拌、 適配實(shí)驗(yàn)后方可確定。粉煤灰混凝土和路用水泥混凝土 （包括普通路用混凝土、 鋼 纖維混泥土和碾壓混泥土） 等式在普通混泥土的基上發(fā)展的。 在 粉煤灰混泥土中，以粉煤灰取代部分水泥（或細(xì)集料） ，即可降 低混泥土造價(jià)， 又能改善混泥土的某些性能， 諸如提高混凝土流 動(dòng)性、降低水化熱、提高混凝土耐久性等。鋼纖維混凝土中由于 鋼纖維的增強(qiáng)增韌作用，是混凝土的抗裂性

9、及人性大大的提高， 對(duì)于延長(zhǎng)混凝土路面的使用壽命極為有利。 碾壓混凝土具有水泥 用量少、用水量低、施工速度快的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于大面積結(jié)構(gòu) 及路面工程結(jié)構(gòu)。砂漿是一種細(xì)集料混凝土， 在建筑結(jié)構(gòu)中起黏結(jié)、 傳遞應(yīng)力、 襯墊、防護(hù)和裝飾的作用。 對(duì)砂漿的技術(shù)要求主要有施工和易性 和抗壓強(qiáng)度。在道路和橋隧工程中， 砂漿主要用來(lái)砌筑跨拱橋涵、 擋土墻、隧道砌襯、涵洞及排水溝等。4. 瀝青材料瀝青石黑色或暗黑色的固體、 半固體或黏稠狀物， 有天然或 人工制造而得，主要分為天人瀝青、焦油瀝青和石油瀝青，二狹 義的瀝青主要是指石油瀝青。 用于鋪筑道路路面的瀝青為道路瀝 青。石油瀝青是建設(shè)柔性路面的良好材料，

10、道路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)需要 消耗大量的瀝青，幾乎占整個(gè)瀝青產(chǎn)量的50%60%。石油瀝青是復(fù)雜的高分子化合物，可離為飽和分、芳香分、 膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等幾個(gè)組分。 根據(jù)這些組分結(jié)構(gòu)和含量的不同， 可 將瀝青分為溶膠、 溶凝膠和凝膠等三種膠體結(jié)構(gòu)。 瀝青的膠體結(jié) 構(gòu)與瀝青的路用性能有密切關(guān)系。 瀝青的物理性質(zhì)包括密度、體膨脹系數(shù)、介電常數(shù)。瀝青密 度指的是瀝青在規(guī)定問(wèn)題 （15oC ）下單位體積的質(zhì)量， 以 g/cm 2或t/m 3計(jì)。瀝青的密度是評(píng)價(jià)瀝青質(zhì)量的一個(gè)指標(biāo)，密度大， 一般瀝青的性能比較好。 溫度上升 1oC ，瀝青單位體積的增大稱 之為膨脹系數(shù)。 瀝青的膨脹系數(shù)對(duì)瀝青路面的路用性能有密切關(guān) 系，

11、體積膨脹系數(shù)大，則夏季瀝青路面容易泛油，二冬季有容易 出現(xiàn)收縮開裂。 瀝青的體膨脹系數(shù)并非常數(shù)， 而是隨著品種的不 同有所變化。瀝青的介電常數(shù)與瀝青對(duì)氧、雨、紫外線等耐候性 （耐老化性）有關(guān)，路面的抗滑性也與瀝青的介電常數(shù)有關(guān)，路 用瀝青的介電常數(shù)應(yīng)大于 2.65。瀝青的路用性能： 1 黏滯性：指瀝青在外力作用下瀝青粒子 產(chǎn)生相互位移的抵抗剪切變形的能力。 在現(xiàn)代交通條件下， 為防 止路面出現(xiàn)車轍，瀝青黏度選擇是首要考慮的參數(shù)。2.延性：指瀝青材料在外力拉伸作用下發(fā)生塑性變形的能力， 統(tǒng)稱是用延度 作為條件延性指標(biāo)來(lái)表征。瀝青的延度用延度儀來(lái)測(cè)定。3.感溫性：瀝青石復(fù)雜的膠體結(jié)構(gòu)， 黏度隨著溫

12、度的不同二產(chǎn)生明顯的 變化，這種黏度隨溫度變化的感應(yīng)性稱為感溫性。 對(duì)于路用瀝青， 溫度和黏度的關(guān)系式及其重要的性能。 首先， 正式瀝青存在感溫 性才使在高溫下黏度顯著降低， 這樣才有可能實(shí)現(xiàn)瀝青與石料均 勻拌合以及瀝青混合料碾壓成型。其次，瀝青路面運(yùn)營(yíng)過(guò)程中， 有要求瀝青在使用溫度范圍內(nèi)褒詞小的感溫性， 以保障瀝青路面 高溫布軟化、低溫不斷裂。 4.黏附性：瀝青與集料的黏附性直接 影響瀝青路面的使用質(zhì)量和耐久性， 所以黏附性事評(píng)價(jià)瀝青技術(shù) 性能的一個(gè)重要指標(biāo)。 5.耐久性：路用瀝青在使用過(guò)程中受到儲(chǔ) 暈、加熱、拌合、攤鋪、碾壓、交通荷載以及自然因素的作用， 而是瀝青發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化，

13、 逐漸改變了其原有的性能 （黏性、低溫性能）而變硬變脆，這種變化稱為瀝青的老化。瀝 青路面應(yīng)有較長(zhǎng)的使用年限， 因此要求瀝青材料有較好的耐抵抗 老化的性能，即耐久性。 6. 黏彈性：路用瀝青多為溶凝膠型瀝 青，在低溫時(shí)表現(xiàn)為彈性，高溫時(shí)表現(xiàn)為黏性，在相當(dāng)寬的形變 滯后于作用力， 作用力去除后形變并不完全消除， 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間 才逐漸恢復(fù)， 表現(xiàn)為負(fù)責(zé)的彈性性質(zhì)， 蠕變和松弛現(xiàn)象就是這種 特性的表現(xiàn)。 7.施工安全性： 8.溶解度： 指石油瀝青在三氯乙烯、 四氯化碳或苯中溶解的百分率 （及有效物質(zhì)含量） 那些不溶解的 物質(zhì)為有害物質(zhì)，會(huì)減低瀝青的性能，應(yīng)加以限制， 9.含蠟量。改性瀝青可以改善一下

14、幾方面的性能：提高高溫抗變形能 力，可以增強(qiáng)瀝青路面的抗車轍性能；提高瀝青的彈性性能，可 以增強(qiáng)瀝青的抗低溫和抗疲勞開裂性能； 改善瀝青與石料的黏附 性提高瀝青的抗老化能力，延長(zhǎng)瀝青路面的壽命。5. 瀝青混合料 瀝青混合料是礦質(zhì)混合料與瀝青結(jié)合料經(jīng)拌制而成的混合 料的總稱，瀝青混合料經(jīng)攤鋪、壓實(shí)成型后成為瀝青路面。具有 良好的路用性能，廣泛應(yīng)用于高速公路、城市快速路、主干道和其他公路的路面結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)代道路路面的主要材料之一。瀝青混合料按其礦料級(jí)配組成的特點(diǎn)， 可形成“密實(shí)懸浮” 結(jié)構(gòu)、“骨架空隙”結(jié)構(gòu)和“密實(shí)骨架”結(jié)構(gòu)，分別具有不 同強(qiáng)度特征和穩(wěn)定性。 瀝青混合料應(yīng)具備一定的高溫穩(wěn)定性、 低

15、溫抗裂性、水穩(wěn)定性、抗老化性、抗滑性、和施工和易性等技術(shù) 性質(zhì)，以適應(yīng)車輛載荷及環(huán)境因素的作用。瀝青混合料的優(yōu)點(diǎn)： 1 優(yōu)良的結(jié)構(gòu)力學(xué)性和表面性能。一般 瀝青路面均具有良好的受力特性；路面平整、無(wú)縫或接縫、柔韌 舒適、貨物損失率低、噪音小。 2 表面抗滑性好。瀝青路面既平 整、表面有粗糙，有一定的粗細(xì)紋理構(gòu)造，能保證車輛 告訴安 全行使。 3.施工方便。瀝青路面可以集中拌合（廠拌） 、機(jī)械化 施工（攤鋪、碾壓等） ，完全可以實(shí)現(xiàn)大面積施工，質(zhì)量能夠得 以保障，開放交通早。 4.經(jīng)濟(jì)耐久性好。與水泥路面相比，瀝青 路面一次性投資要低得多， 但其使用壽命一般在高速公路和機(jī)場(chǎng) 道面中以 15 年計(jì)，

16、實(shí)際使用中只要施工質(zhì)量好，養(yǎng)護(hù)即使有效 有的可以使用 20 年。 5.便于再生利用。瀝青再生利用已經(jīng)成為 發(fā)達(dá)國(guó)家一項(xiàng)熱門的可持續(xù)發(fā)展和能源再生利用的新型課題， 我 國(guó)目前也在進(jìn)行這方面的研究和技術(shù)發(fā)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，晴天無(wú)揚(yáng)塵，雨后不 泥濘等。缺點(diǎn)： 1.瀝青易老化。瀝青石多組分有機(jī)材料，隨著試 用期的延長(zhǎng)，瀝青的膠體結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生變化， 是瀝青粘性變差、 塑性降低，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。 2.溫度敏感性差。夏季高溫以流淌，敢問(wèn)穩(wěn)定性差；低溫易發(fā)脆，抗裂性差?？刹捎脙?yōu)質(zhì)瀝青或 采取改性措施等。瀝青混合料組成設(shè)計(jì)包括選擇原材料和配合比設(shè)計(jì)。 瀝青混 合

17、料組成材料質(zhì)量規(guī)格應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求， 并根據(jù)道路等級(jí)，交通 特性，氣候條件，施工方法等因素進(jìn)行選擇。我國(guó)現(xiàn)行的熱拌普通瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)方法的主要 內(nèi)容包括:礦質(zhì)混合料配合比設(shè)計(jì)和最佳瀝青用量的確定，瀝青 用量采用馬歇爾試驗(yàn)方法確定， 所設(shè)計(jì)的瀝青混合料還應(yīng)滿足水 穩(wěn)定性和抗車轍能力的要求。瀝青混合料的組成材料與道路等級(jí)要求：瀝青混合料用粗集料質(zhì)量技術(shù)要求:指標(biāo)單位高速公路及以及公路其他 等級(jí)公路表面層其他層次石料壓碎值，不大于%262830洛杉磯磨耗值，不大于%283035表觀相對(duì)密度，不小于t/m 326.02.502.45吸水率，不大于%2.03.03.0堅(jiān)固性，不大于%1212-針狀

18、顆粒含量（混合料）不大于%151820其中粒徑大于9.5mm，不大于 其中粒徑小于9.5mm，不大于%12181520-水洗法小于 01.075mm 顆粒含量不大 于%111軟石含量，不大于%355瀝青混合用料細(xì)集料質(zhì)量要求項(xiàng)目單位高速公路一級(jí)公路其他等級(jí)公路表觀密度，不小于t/m 32.502.45堅(jiān)固性（0.3mm 的含量），不大于%12-含泥量小于0.075mm 的含量）不大于%35砂含量，不小于%6050亞甲藍(lán)量不大于g/kg25-棱角性（流動(dòng)時(shí)間）不小于s30-瀝青混合料用礦粉質(zhì)量要求項(xiàng)目單位高速公路，一級(jí)公路其他等級(jí)公路表觀相對(duì)密度，不小于t/m 32.502.45含水量，不大于%11粒度范圍0.6mm%10000<0.15mm%9010090100<0.075mm%7510075100外觀無(wú)粒團(tuán)結(jié)塊親水系數(shù)<1塑性指數(shù)<4加熱安定性實(shí)測(cè)記錄SMA混合料是一種間斷級(jí)配的瀝青混合料，具有較好的高溫穩(wěn) 定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性和抗滑性。應(yīng)選用高強(qiáng)度礦料拌制， 礦料級(jí)配組成應(yīng)保證集料顆粒能形成：“石一石”股價(jià)結(jié)構(gòu)，瀝青瑪碲脂應(yīng)密實(shí)地填充集料股價(jià)結(jié)構(gòu)空隙。OGFC混合料是開級(jí)配混合料，壓實(shí)后空隙在 18%以上，具有良好的排水性 。為