同濟(jì)大學(xué)-道路工程材料課件-0緒論

1道路工程材料交通運(yùn)輸工程學(xué)院李立寒楊群嘉定校區(qū)辦公室：625室Email:lhli@1道路工程材料交通運(yùn)輸工程學(xué)院2學(xué)習(xí)《道路工程材料》目的與意義道路材料是道路工程建設(shè)的物質(zhì)基礎(chǔ)。道路材料費(fèi)用在整個(gè)道路工程的造價(jià)中占很大比重，一般為40～70％。道路材料的性能在很大的程度上決定了道路工程的使用性能和耐久性。道路建筑材料的種類決定了道路路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)以及施工工藝。隨著高等級(jí)公路建設(shè)的快速發(fā)展，需要各種高性能的道路材料。2學(xué)習(xí)《道路工程材料》目的與意義道路材料是道路工程建設(shè)的物質(zhì)3緒論道路工程材料的主要類型主要研究?jī)?nèi)容和研究方法學(xué)習(xí)要求3緒論道路工程材料的主要類型4橋梁工程結(jié)構(gòu)用材料構(gòu)造物用材料道路工程結(jié)構(gòu)（面層、基層、墊層）用材料一、道路工程材料的主要類型4橋梁工程結(jié)構(gòu)用材料一、道路工程材料的主要類型5路基路面結(jié)構(gòu)示意圖5路基路面結(jié)構(gòu)示意圖6道路路表6道路路表瀝青路面的結(jié)構(gòu)層次我國(guó)國(guó)外路面面層上面層磨耗層面層路面中面層聯(lián)結(jié)層下面層基層基層底基層底基層墊層路基改善層路基路基路基填土或天然土瀝青路面的結(jié)構(gòu)層次我國(guó)國(guó)外路面面層上面層磨耗層面層路面8⑴砂石材料軋制碎石、天然砂礫石工業(yè)冶金礦渣（如煤渣、高爐渣和鋼渣等）⑵膠結(jié)料類水泥、石灰、瀝青工程聚合物（塑料、橡膠）⑶建筑鋼材鋼材與鋼筋道路工程材料的主要原材料8⑴砂石材料道路工程材料的主要原材料9⑷瀝青混合料由瀝青、砂石材料等組成⑸水泥混凝土由水泥、砂石材料等組成⑹半剛性材料由少量水泥、石灰（粉煤灰）等組成道路工程材料的主要混合料9⑷瀝青混合料道路工程材料的主要混合料10道路工程材料的主要類型道路路面、機(jī)場(chǎng)跑道、橋梁鋪裝等工程中采用的主要材料包括：原材料：砂石材料、瀝青、水泥、石灰、鋼材、木材、工程聚合物等以及由這些原材料組成的各種混合料：瀝青混合料、水泥混凝土及砂漿、無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料等。10道路工程材料的主要類型道路路面、機(jī)場(chǎng)跑道、橋梁鋪裝等工程我國(guó)公路路面材料發(fā)展歷程（1）20世紀(jì)60年代以前砂石路面

砂石和粘土是最基本的材料，粘土作為結(jié)合料。（2）20世紀(jì)60～70年代渣油路面

隨著大慶油田的開(kāi)發(fā)，道路渣油這種不合格的瀝青材料登上了歷史舞臺(tái)。在這個(gè)階段，渣油表處加石灰土基層成了最主要的路面結(jié)構(gòu)。我國(guó)公路路面材料發(fā)展歷程（1）20世紀(jì)60年代以前砂石路面（3）20世紀(jì)70年代普通（低等級(jí)）路面

隨著勝利油田923原油和孤島原油的開(kāi)發(fā)，使勝利煉油廠開(kāi)始生產(chǎn)符合一定規(guī)格的瀝青。這種瀝青中蠟含量很高，質(zhì)量很差。勝利瀝青鋪筑到天安門廣場(chǎng)四周道路上，獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品銀獎(jiǎng)。與此同時(shí)，瀝青碎石結(jié)構(gòu)、貫入式路面或上拌下貫式瀝青路面得到了發(fā)展，基層的石灰土已經(jīng)考慮摻加了碎石，成為這個(gè)時(shí)期公路干線的主要形式。（4）20世紀(jì)80年代后期高速公路瀝青路面

以我國(guó)高速公路建設(shè)為契機(jī)，我國(guó)進(jìn)入了高等級(jí)公路建設(shè)的新時(shí)期。交通部制定了“重交通道路瀝青標(biāo)準(zhǔn)”，開(kāi)始大量進(jìn)口國(guó)外高質(zhì)量瀝青。石化部門也開(kāi)始研制生產(chǎn)重交通瀝青。瀝青混凝土路面成為高等級(jí)公路路面主要結(jié)構(gòu)形式，基層也采用了水泥、石灰穩(wěn)定碎石等形式。（3）20世紀(jì)70年代普通（低等級(jí)）路面（4）13二、道路工程材料的研究?jī)?nèi)容1.基本組成與結(jié)構(gòu)2.基本技術(shù)性質(zhì)3.材料組成設(shè)計(jì)13二、道路工程材料的研究?jī)?nèi)容1.基本組成與結(jié)構(gòu)141.道路工程材料的組成與結(jié)構(gòu)物質(zhì)的微觀組成與結(jié)構(gòu)決定了其宏觀性能道路工程材料所具有的各項(xiàng)性能取決于材料的組分、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造等因素。

材料組成對(duì)性能的影響鋼材（元素）：加入鉻、鎳可以提高防銹能力巖石（礦物）：花崗巖主要成分為石英、長(zhǎng)石石灰?guī)r主要成分為方解石瀝青（元素）：主要由碳?xì)湓亟M成水泥（礦物）：提高硅酸三鈣含量，硬化速度、強(qiáng)度提高141.道路工程材料的組成與結(jié)構(gòu)物質(zhì)的微觀組成與結(jié)構(gòu)決定了石料

砂巖石灰?guī)r輝綠巖花崗巖石料砂巖石灰?guī)r輝綠巖花崗巖15方解石

—影響粘附性的礦物成分方解石

—影響粘附性的礦物16172.基本技術(shù)性質(zhì)基本力學(xué)性能：強(qiáng)度、變形、磨耗率、壓碎值等耐久性：道路工程材料在行車荷載及自然因素的作用下，其使用性能將發(fā)生衰減。工藝性：工藝性是指材料適合于按一定工藝要求加工的性能。工藝性是選擇材料和確定設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)必須考慮的重要因素。基本物理性能：常用的物理指標(biāo)為物理常數(shù)（密度、空隙率、孔隙率）與吸水率等。路用性能：溫度穩(wěn)定性、抗裂性、抗滑性等172.基本技術(shù)性質(zhì)基本力學(xué)性能：強(qiáng)度、變形、磨耗率、壓碎18根據(jù)道路交通量、車輛特征、結(jié)構(gòu)類型、氣候條件等實(shí)際需要，設(shè)計(jì)各種道路工程材料組成、配比、生產(chǎn)及施工工藝。東海大橋交通量大重載集裝箱車輛橋面鋪裝海洋氣候SMA瀝青混凝土澆注式混凝土防水層混凝土橋面3.道路工程材料的設(shè)計(jì)18根據(jù)道路交通量、車輛特征、結(jié)構(gòu)類型、氣候條件等實(shí)際需要，瀝青混合料設(shè)計(jì)工作流程正常施工生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)段鋪設(shè)驗(yàn)證目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)原材料選擇1.組配設(shè)計(jì)2.油石比確定3.路用性能檢驗(yàn)1.粗、細(xì)集料2.填充料3.瀝青1.拌和樓調(diào)試2.油石比確定1.拌和樓工藝2.現(xiàn)場(chǎng)工藝3.質(zhì)量檢測(cè)瀝青混合料設(shè)計(jì)工作流程正常施工生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)段鋪設(shè)驗(yàn)證目20

材料結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響微觀結(jié)構(gòu)（納米級(jí)）：原子、分子、離子等在空間的分布情況。亞微觀結(jié)構(gòu)（微米級(jí)）：細(xì)觀結(jié)構(gòu)，巖石的礦物組織，金屬的晶體顆粒等。宏觀結(jié)構(gòu)（毫米級(jí)）：肉眼、放大鏡可以觀測(cè)的結(jié)構(gòu)聚合物改性瀝青亞微觀結(jié)構(gòu)20材料結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響微觀結(jié)構(gòu)（納米級(jí)）：原子、分子、離21公路損壞情況原因（1）交通量劇增，超載嚴(yán)重（2）設(shè)計(jì)（材料與結(jié)構(gòu)）（3）施工21公路損壞情況原因（1）交通量劇增，超載嚴(yán)重車轍

22路面開(kāi)裂下層強(qiáng)度不足路基不均勻沉降基層反射裂縫路面開(kāi)裂下層強(qiáng)度不足24三、性能檢測(cè)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室材料性能測(cè)定：原材料、混合料圖實(shí)驗(yàn)室模擬結(jié)構(gòu)物的性能測(cè)定：小尺寸模擬圖足尺結(jié)構(gòu)的性能測(cè)定：加速加載試驗(yàn)圖試驗(yàn)路1.材料性能檢測(cè)24三、性能檢測(cè)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室材料性能測(cè)定：原材料、混合料252.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定內(nèi)容：技術(shù)性質(zhì)、質(zhì)量規(guī)格、測(cè)試方法依據(jù)：材料的性能研究、生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和施工標(biāo)準(zhǔn)：①國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：代號(hào)GB（如GB50092－96）②行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：如交通部頒標(biāo)準(zhǔn)，代號(hào)JTJ、JTG③企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：代號(hào)QB④國(guó)際上較有影響的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO

美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM（AASHTO）日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS

英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS標(biāo)準(zhǔn)：中國(guó)—國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)—ASTM美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)

AASHTO美國(guó)各州公路與運(yùn)輸工作者協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)英國(guó)—BS標(biāo)準(zhǔn)日本—JIS標(biāo)準(zhǔn)252.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定內(nèi)容：技術(shù)性質(zhì)、質(zhì)量規(guī)格、測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)瀝青混合料用粗集料質(zhì)量技術(shù)要求表4.8.2指標(biāo)單位高速公路及一級(jí)公路其他等級(jí)公路試驗(yàn)方法表面層其他層次石料壓碎值不大于％262830T0316洛杉磯磨耗損失不大于％283035T0317表觀相對(duì)密度不小于t/m32.602.502.45T0304吸水率不大于％2.03.03.0T0304堅(jiān)固性不大于％1212－T0314針片狀顆粒含量（混合料）不大于其中粒徑大于9.5mm不大于其中粒徑小于9.5mm不大于％％％15121818152020－－T0312水洗法<0.075mm顆粒含量不大于％111T0310軟石含量不大于％355T0320瀝青混合料用粗集料質(zhì)量技術(shù)要求粗集料與瀝青的粘附性、磨光值的技術(shù)要求表4.8.5雨量氣候區(qū)1(潮濕區(qū))2(濕潤(rùn)區(qū))3(半干區(qū))4(干旱區(qū))試驗(yàn)方法年降雨量(mm)>10001000～500500～250<250附錄A粗集料的磨光值PSV不小于高速公路、一級(jí)公路表面層42403836T0321粗集料與瀝青的粘附性不小于高速公路、一級(jí)公路表面層高速公路、一級(jí)公路的其他層次及其他等級(jí)公路的各個(gè)層次54444333T0616T0663粗集料與瀝青的粘附性、磨光值的技術(shù)要求表428（1）重點(diǎn)掌握和理解概念性問(wèn)題《道路工程材料》是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，它一方面為學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程提供必要的基礎(chǔ)知識(shí)，另一方面為在實(shí)際工程中解決道路材料的相關(guān)問(wèn)題提供一定的基本理論知識(shí)和基本試驗(yàn)技能。（2）與實(shí)際工程相結(jié)合（3）試驗(yàn)環(huán)節(jié)《道路工程材料》學(xué)習(xí)方法28（1）重點(diǎn)掌握和理解概念性問(wèn)題《道路工程材料》是一門專業(yè)29本課程的主要內(nèi)容和教學(xué)安排總學(xué)時(shí)：34學(xué)時(shí)理論課：26學(xué)時(shí)石料與集料（4）瀝青材料（聚合物）（5~6)瀝青混合料（5~6)水泥（2）水泥混凝土（2~3）無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定混合料（2~3）復(fù)習(xí)（2）實(shí)驗(yàn)課：6學(xué)時(shí)29本課程的主要內(nèi)容和教學(xué)安排總學(xué)時(shí)：34學(xué)時(shí)30教材的主要內(nèi)容第一章石料與集料第二章瀝青材料第三章瀝青混合料第四章水泥與石灰第五章水泥混凝土與砂漿第六章無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類混合料建筑鋼材工程聚合物30教材的主要內(nèi)容第一章石料與集料31實(shí)驗(yàn)課安排砂石材料瀝青材料瀝青混合料31實(shí)驗(yàn)課安排砂石材料32我國(guó)高速公路里程增長(zhǎng)情況2007年底，我國(guó)公路總里程為358.37km，高速公路建成里程5.36萬(wàn)km，東部地區(qū)已初具高速公路網(wǎng)。等級(jí)公路254km，農(nóng)村公路達(dá)到313.44萬(wàn)公里。32我國(guó)高速公路里程增長(zhǎng)情況2007年底，我國(guó)公路總里程為333334室內(nèi)材料試驗(yàn)34室內(nèi)材料試驗(yàn)35室內(nèi)材料試驗(yàn)35室內(nèi)材料試驗(yàn)36室內(nèi)材料試驗(yàn)36室內(nèi)材料試驗(yàn)37室內(nèi)小型模擬試驗(yàn)37室內(nèi)小型模擬試驗(yàn)38路面加速加載試驗(yàn)（APT）APT－AcceleratedPavementTesting即（足尺）路面加速加載試驗(yàn)，是指：將可控制的輪載在大于或等于規(guī)范限定的極限標(biāo)準(zhǔn)下，施加到實(shí)際的多層路面結(jié)構(gòu)，在可控的、加速的變形累積條件下的路面響應(yīng)和路面使用性能變化的試驗(yàn)。38路面加速加載試驗(yàn)（APT）APT－Accelerate39試驗(yàn)場(chǎng)地：室內(nèi)環(huán)道、直道或結(jié)構(gòu)試槽室外足尺試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)移動(dòng)設(shè)備

加速加載試驗(yàn)APT39試驗(yàn)場(chǎng)地：加速加載試驗(yàn)APT40室內(nèi)直道或環(huán)道40室內(nèi)直道或環(huán)道41室內(nèi)結(jié)構(gòu)試槽APT——Asphaltpavementtester41室內(nèi)結(jié)構(gòu)試槽APT——Asphaltpavement42丹麥?zhǔn)覂?nèi)小型直道試驗(yàn)系統(tǒng)室內(nèi)結(jié)構(gòu)試槽42丹麥?zhǔn)覂?nèi)小型直道試驗(yàn)系統(tǒng)室內(nèi)結(jié)構(gòu)試槽43美國(guó)室外試驗(yàn)地理位置分布43美國(guó)室外試驗(yàn)地理位置分布44WesTrack44WesTrack45WesTrack45WesTrack46MnRoad(2/2)46MnRoad(2/2)47MnRoad47MnRoad48室外足尺加速試驗(yàn)設(shè)備HeavyVehicleSimulatorFHWAALFNCATTESTTRACKMnRoadWesTrackTexasMobileLoadSimulator48室