道路工程材料复习课程

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