道路建筑材料问题解答.doc

道路建筑材料1、根据南方地区的气候特征，你认为应该怎样做好沥青路面混合料的设计？（2000）南方地区气候的主要特征是：多雨水、夏季高温且持续时间长。在这种情况下沥青路面最容易出现的病害是水损坏和车辙变形。另外，提高沥青路面的表层抗滑能力液是值得注意的一个问题。因此，从总体上来讲，沥青混合料的设计应该使沥青路面具有良好的抗高温性能和排水能力。具体来说，沥青混合料的设计一般包含三个步骤：选择的材料质量符合要求，确定矿料级配、确定合理的沥青用量。因此，南方地区的沥青路面混合料的设计应做如下的考虑：（1） 高温稳定性1） 采用粘度较高的沥青2） 选择颗粒形状好而且富有棱角的集料3） 适当增加粗集料的用量，细集料尽量少用4） 严格控制混合料配合比，设法加足矿粉；5） 混合料结构采用骨架密实结构6） 适当控制沥青用量7） 采用改性沥青（2） 水稳定性1） 在沥青中添加抗剥落剂；2） 采用碱性集料3） 采用密实结构减少空隙率4） 用消石灰或水泥取得部分矿粉（3） 抗老化性能1） 采用抗老化能力强的沥青2） 采用密实结构减少空隙3） 添加改性剂（4） 抗滑采用多孔、SMA和开级配1） 根据道路的交通量确定道路等级并进一步确定路面各结构层的沥青混合料类型2） 材料选择：沥青：稠度较高、软化点高、敢温性小、沥青质含量高粗集料：粒径较大，表面宏观微观粗糙度大（丰富的棱角和发达的纹理构造）、坚硬细集料：呈方形（不能为圆形）、富棱角矿粉：碱性石料的矿粉确定矿粉级配：“两头多，中间少”的间断级配，以达到粗颗粒的相互嵌挤、细颗粒充填的目的3） 材料试验：以上各种材料必须符合规范规定的质量要求。4） 确定沥青用量：沥青用量过多或过少都会对沥青混合料的性能有极大的影响，所以选择好沥青的最佳用量很关键，利用常规的方法求出符合一定技术规范的沥青最佳用量后，还应根据南方地区的气候条件、交通量进行适当调整。5） 按照马歇尔方法的成型试件，进行高温稳定性检验、水稳定性检验。2、北方冰冻地区的高等级沥青面层混合料设计应该采取哪些技术措施，为什么？（2000）答：北方冰冻地区的最低月平均气温可达-7以下，年最低温度可达-20以下，路面遭受冰冻和冻融的作用不可避免，另外还遭受天气温差较大，骤冷带来的危害，因此北方冰冻地区的沥青混合料设计应充分考虑低温抗裂性，冰雪水作用下的水损害和其它性能。可采取的措施：1）采用低温变形性能好的沥青（针入度大，松弛性能好），粘度低的优质沥青。如橡胶类改性沥青。2）适当增加沥青量，以降低沥青混合料的劲度模量，增强柔韧性2）优化材料组合设计：配合比设计，提高均匀性， 如果沥青路面在较低的温度下仍能保持足够的柔韧性，在较短的时间内使产生的收缩应力松弛消失，从而避免裂缝的产生。3、简述现行沥青混合料设计方法，及其存在问题和发展趋势（2000）答：P201Superpave体积设计法与马歇尔法沥青用量的比较SUPERPAVE法概述及参数的引入 ：体积混合料设计法是建立在经验的与性能有关的集料和混合料性质基础上，包括集料破碎面与级配，空隙率和矿物集料骨架空隙率等。其适用于低交通量道路，也是以后各级设计的基础。有关设计参数定义如下图1空隙 空隙率Va有效沥青体积Vbe 沥青 吸收沥青体积Vbe集料毛体积 集料图1：压实沥青混合料体积参数定义在superpave设计中，不论道路等级是多少，空隙率的标准都是4，而矿物集料骨架空隙率则在4空隙条件下根据骨料粒径不同有不同标准，如表1 公称尺寸（mm）最小VMA(%)9.51512.51419.01325.01237.51150.010.5表1：矿物集料骨架空隙率标准沥青填隙率（VFA）的标准如表2 交通量（EASL s）设计VFA(%) 小于31057080 小于31066578 小于11086575 大于11086575 表2：沥青填隙率标准体积设计方法概要： 可分三步：（1） 选择材料：选择满足环境与交通要求的沥青和集料，测定所有候选混合集料的毛体积密度和沥青相对密度。有人认为1沥青混合料的组成设计中，集料与沥青混合料的密度正确与否，对技术指标的分析结果有重大影响。在理论密度计算中，对吸水率大的集料应采用沥青浸渍密度，对一般集料采用视密度和毛体积密度的平均值。对沥青混合料密度，都指毛体积密度，一般采用表干法。当表干法测定有困难时，可用蜡封法。对有大孔隙的沥青混合料试件可用改进蜡封法。另外，国外研究表明2，测定集料的毛体积密度方法虽然有四种即：水置换法，尺寸分析法，蜡封法及真空密封法。但只有真空密封法对各种集料都比较适用，而其他方法则受各种参数（如类型，密实性，样品状态等）影响测定结果。（2） 选择设计集料骨架：从选择的集料料堆中选配一种或多种（最好三种）试验集料级配；计算初始沥青用量，每种级配压实两个试件；估计设计沥青用在初始、设计和最大压灾水平下能满足Va、VMA、VFA要求条件下选择一种设计集料结构。（3） 选择设计沥青用量估计沥青用量、估计沥青用量0.5、估计沥青用量+1四种沥青用量情况下，各压实2个混合料试件；在初始、设计和最大压实水平和能满足Va、VMA、VFA要求条件下选择设计沥青用量；在设计集料结构、设计沥青用量和空隙率7条件下评价水敏感性。集料骨架设计选择 集料骨架设计选择过程需要下列步骤：1、 选择满足SUPERPAVE标准的集料；2、 混合集料满足规定级配控制，通常需三个试验级配；3、 估计每个级配初始试验沥青用量；4、 在初始试验沥青用量下压实试件；5、 评价每个试验级配的密度曲线；6、 选择满足体积和密度要求的设计集料级配。这一步的目的是评价所选择的级配是否满足SUPERPAVE集料级配范围要求。一般需要3-4试验级配，点在0.45次幂的级配图上是否满足级配控制点要求。计算试验级配初始试验沥青用量 计算初始试验沥青用量步骤如下：1、 用AASHTO T84, T85,T100分别测定细集料、粗集料、矿粉的毛体积密度和视密度；2、 计算试验级配混合料总的毛体积密度和视密度（G）： 式中：为各档集料占总集料的重量百分比， 为各档集料的毛体积密度或视密度；3、 估计全部集料的有效密度（Gse）： 式中：为全部集料的有效密度； 为全部集料的毛体积密度 为全部集料的视密度；4、 估计吸入沥青体积（Vba）： 式中： 式中：为混合料重量百分比；为集料重量百分比，假定0.95；为沥青重量百分比，假定0.05；为沥青密度，实测值或假定1.02；为空隙率，固定为4；5、 根据下列经验回归方程，估计有效沥青用量（） 式中：为集料中最大公称尺寸；6、 用吸收沥青体积Vba和有效沥青体积Vbe计算初始试验沥青用量Pbi(以混合料总重量计)：压实各试验级配混合料试件 有了3-4种试验级配和计算出相应的初始试验沥青用量后，就可以压实试件。根据交通量等级和平均设计气温选择压实力，即设计旋转压实次数N设计，其压实要求如下表3 压实程度要求密度（最大理论密度百分比）N初始C初始89N设计C设计=96N最大C最大75以油石比为横坐标，以测定的密度、稳定度、空隙率、流值、饱和度各项指标为纵坐标，分别将试验结果点入图中，连成圆滑曲线。从图中求取相应于密度最大值的油石比a1,相应于稳定度最大值的油石比a2，相应于规定空隙率范围中值的油石比a3，按下式求取三者的平均值作为最佳沥青油石比的初始值OAC1 求出各项指标均符合表4沥青混合料技术标准的油石比范围OACminOACmax,按下式求取中值OAC2。 如果最佳油石比初始值OAC1在OACmin与OACmax之间,则认为是合理的，取OAC1 和OAC2的均值为最佳油石比值OAC；如果OAC1超出其范围，应调整级配，重新进行配合比设计，直至各项指标均能符合要求合止。马歇尔试验简评马歇尔试验是目前沥青混合料中最重要的一个试验方法。为区别试验时浸水条件的不同，将其分别称为标准马歇尔试验、浸水马歇尔试验及真空饱水马歇尔试验。使用大型试件时称为大型马歇尔试验。马歇尔试验根据使用目的不同在某些细节上规定有所不同。在工程上有时出现马歇尔试验的荷载变形曲线的顶部很平坦的现象；另外，马歇尔试验仪的加工质量也往往不能满意。马歇尔试验的变异性往往较大。马歇尔设计法与SUPERPAVE设计法的接轨问题 两法都是体积配比分析，都是以空隙率与饱和度作为主要的控制指标。根本的不同是两者成型方法上，其次是计算理论密度时马氏法集料用视密度得出了偏大结果，SUPREPAVE集料用有效密度得出合理的结果。如果马氏法计算理论密度时集料也用有效密度，则只剩下成型不同的误差。初步比较可知，旋转压实仪所得毛体积密度约较马氏法所得毛体积密度大12%。即空隙率大约相差1.5，就是说旋转压实仪V=4，马氏结果V约在56%间，平均为5.5。因此如以马歇尔击实成型试验，以空隙率5.5作为控制标准，有可能得出同样的合理沥青含量。对引，当积累更多资料后才可确定。如能比较出结果，则经估算法得出沥青含量Pbi后也只要做一次马氏击实检验，计算得空隙率V，并以下式调整沥青含量为Pbm (%)砂石及水泥材料1-5 什么是集料的级配？用哪些参数表示级配？连续级配与间断级配类型有何差别？级配是集料中各种粒径颗粒的搭配或分部情况。表示级配的参数有3个：分级筛余百分率、累积筛余百分率和通过百分率。分计筛余百分率：是某号筛的筛余质量占试样总质量的百分率。累积筛余百分率：是某号筛的分计筛余的百分率和大于该号筛的各筛分计筛余百分率之总和。通过百分率：是通过某号筛的式样质量占试样总质量的百分率。常见的级配曲线有连续级配和间断级配。连续级配类型的集料，由大到小，逐级粒径的颗粒都有，且按照一定的比例搭配，绘制的级配曲线平顺圆滑不间断。间断级配集料中缺少一个或几个粒级的颗粒，大颗粒与小颗粒之间有较大的“空档”，所绘制的级配曲线是非连续的，有间断的。1-8 填隙碎石与级配碎石的集料在颗粒组成上有什么不同？这种差异对其路用性能有什么影响？填隙碎石主要是用单一的粗碎石做主骨料，经压路机碾压就位后，形成嵌锁结构，用石屑填塞粗碎石间的空隙，增加密实度和稳定性。级配碎石是由各种大小不同的粒级集料按一定级配组成的混合料。在颗粒组成方面，填隙碎石以单一粗碎石为主，填塞石屑于空隙中；级配碎石则含有各种不同粒径的集料。填隙碎石强度形成和抗变形能力主要靠粗碎石颗粒的嵌锁作用，在空隙中填入石屑或粗砂，进一步增加强度和稳定性，适用于各等级公路的底基层和二级以下公路的基层。级配碎石强度形成和抗变形能力主要与集料的颗粒间的摩擦作用和粘结作用有关。由多种粒径的颗粒集料构成，其稳定性和平整度比填隙碎石更好，可作沥青路面和水泥混凝土路面的基层和底基层，也可作路基改善层，或低等级道路的路面。2-6 评价道路水泥性能的主要性能指标道路水泥技术指标：细度、凝结时间、安定性、强度、干缩性、耐磨性和化学品质。细度是指水泥颗粒粗细的程度，相同矿物组成的水泥，细度越大，凝结速度越快，早期强度越大。凝结时间分初凝和终凝。初凝时间是指从水泥加水拌合到标准稠度水泥净浆开始失去可塑性所经历的时间；终凝时间是指水泥加水到水泥净浆完全是塑性并开始产生强度所经历的时间。初凝时间不宜过短，终凝时间不宜过长。体积安定性是表征水泥硬化后，其体积变化现象的性能指标。安定性不良是由于水泥中某些有害成分（游离CaO，MgO，SO3）的作用，这些成分在水泥浆体硬化后继续发生化学反应，其生成物体积增加，引起水泥石内部的不均匀体积变化，在结构物种产生应力，当应力超过材料强度时，会导致结构破坏。强度包括抗压强度和抗折强度，是评价水泥质量、确定水泥标号的重要指标。水泥强度除了与水泥本身的性质（如熟料的矿物组成、细度等）有关外，还与水灰比、试件制作方法、养护条件和时间有关。干缩性和磨损量是道路水泥的重要技术指标，用以反映水泥的干缩性和耐磨性。水泥浆体在凝结硬化过程中，由于水分蒸发和环境影响，将产生一定量的干缩变形。当干缩变形严重时，水泥石会产生网裂、龟裂，以后会进一步发展为裂缝。影响水泥干缩性的主要因素是水泥的矿物成分及水泥的细度。在水泥熟料中以C3A干缩性最大，C4AF的干缩性最小，抗裂性好。水泥细度增加，水化充分，强度提高，但为了施工和易性，需要加入更多的水，这样就增加了水泥硬化后的剩余水分，蒸发后使水泥石内孔隙增多，加大了水泥石的体积变化。耐磨性直接影响路面的适用性能和使用寿命。按行业标准JC/T421耐磨性试验方法，道路硅酸盐水泥磨损量不得大于3.60kg/m3。水泥的化学品质要求。水泥中有害成分，包括MgO，SO3及碱的含量不能超过规定的量，对于道路水泥，游离CaO的含量也有所限制。另外，水泥中的不溶物和烧失量也有一定要求。2-6 普通硅酸盐水泥与道路水泥的区别道路硅酸盐水泥的组成比例基本在硅酸盐水泥的范围内，与普通硅酸盐水泥相比，具有更高的C3S和C4AF含量及较低的C3A含量，提高了水泥强度，特别是抗折强度。高C4AF及低C3A可以使水泥具有耐磨性好，干缩性小，抗冲击性好，抗冻性和抗硫酸盐性较好的特点，可以减少水泥混凝土的裂缝和磨损等病害，减少工程维修，延长混凝土的使用年限。3-2 试述“水灰比定则”的意义，影响混凝土强度的主要因素及提高混凝土强度的主要途径。水灰比定则根据大量试验结果，在原材料一定的情况下，混凝土28d龄期抗压强度与水灰比及水泥强度之间的关系以及混凝土28d龄期抗折强度同水灰比及水泥强度之间分别有下列关系式：式中 混凝土的水灰比（%）混凝土28d抗压强度、抗折强度（MPa）；混凝土28d抗压强度、抗折强度（MPa）经验关系，与骨料的品种有关。这种关系称为混凝土的“水灰比定则”，它表明：水泥强度和水灰比是影响混凝土强度的最主要因素。混凝土强度的影响因素：1、水泥标号和水灰比混凝土的强度主要取决于水泥石的强度及其与骨料的粘结力，而水泥似的强度及其与骨料的粘结力又主要取决于水泥的标号和水灰比的大小。当试验条件相同的时候，相同的水灰比时，水泥标号越高，则水泥石的强度越高，对应的混凝土强度也越高。在水泥标号一定的情况下，水灰比过大或过小，都会导致混凝土强度下降。2、集料集料对混凝土强度的影响体现在以下几方面：1）集料的强度一般比水泥石高，但如果因风化造成强度下降时，相应配置的混凝土强度也会下降。2）粗集料的颗粒形状、表面特征及表面洁净程度主要影响其与砂浆的界面粘结强度，也是决定混凝土强度的一个重要因素。一般说来，这些因素对混凝土的抗折强度的影响比对抗压强度的影响大。3）粗集料的最大粒径和集料所占的体积律对混凝土抗压强度和抗折强度均有影响。在一定配比条件下，增加粗集料的最大粒径，会因振捣不密实而降低混凝土强度，水灰比越小时越明显。4）连续级配的优点是所配制的混凝土较密实，具有优良的工作性，不易发生离析现象，间断级配与之相比，配制相同强度的混凝土所需要的水泥量可少一些，但易发生离析并需要强力振捣。3、养护条件对于给定的混凝土，水泥的水化速度与程度、水化物结构特征都取决于时间-温度-湿度的历史。保持一定的湿度和温度的养护条件，对于混凝土的强度有重要影响。4、其他因素混凝土的强度，还与龄期、外加剂、养护方式和施工方式等因素有关。提高混凝土强度的途径采用高标号水泥，合理水灰比；高强度集料；采用碎石粗集料；高温、标准湿度养护；使用外加剂。3-3 试述混凝土拌合物施工和易性的意思，影响因素，改善措施。新拌水泥混凝土的施工和易性，也称工作性，是指混凝土拌合物易于施工操作（拌制、运输、浇注、振捣）并获得质量均匀、成型密实的性能。施工和易性是一项综合技术指标，包括稳定性、捣实性和流动性三个方面。稳定性是指混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚性和保水性，保证水泥混凝土的组成材料均匀分布，不致产生泌水、分层和离析现象；捣实性是指混凝土拌合物易于振捣密实、排除所有被夹带空气的性质；流动性是指混凝土拌合物在自重或机械振捣作用下，能产生流动，均匀密实地填满模板的性能。拌合物的和易性通常是通过测定其流动性，辅以直观观察并结合经验来综合评定。测定流动性的方法有坍落度和维勃稠度试验。影响混凝土拌合物和易性的主要因素1、水泥质量和水灰比对于给定的混凝土拌合物，水泥细度增加时引起的比表面积增加，会使拌合物的流动性降低，这种影响对水泥用量较高的混凝土拌合物较为明显。同时，较细的水泥可以改善混凝土拌合物的粘聚性、减轻离析和泌水现象。除了石膏，水泥的组成对混凝土拌合物的和易性没有明显的影响。水灰比的变化实际上是水泥浆稠度的变化。在水泥、集料用量一定的情况下，水灰比过小，则水泥浆稠度大，会使混凝土拌合物流动性过低，影响施工，此时水灰比增加，混凝土拌合物的流动性随着增大。但水灰比过大，会造成混凝土拌合物粘聚性和保水性不良，并将降低水泥混凝土的强度和耐久性，故水灰比值应根据水泥混凝土设计强度和耐久性要求选用。2、单位用水量单位用水量实际上决定了水泥浆的用量。在组成材料确定的情况下，混凝土拌合物的流动性随单位用水量增加而增大。单位用水量过小，在水灰比不变的情况下，水泥浆数量过少，集料颗粒间缺少足够的粘结物质，混凝土拌合物的粘聚性较差，易使混凝土拌合物发生离析和崩塌，水泥混凝土不易成型密实。但用水量过多时，水泥浆过多，将会出现流浆现象，混凝土拌合物的粘聚性和保水性常常随之恶化，产生严重泌水，分层或流浆，致使拌合物发生离析。另外，单位用水量过多还会导致混凝土收缩裂缝的发生，在水灰比一定的情况下，水泥用量也增大，不经济。试验表明，在采用一定集料时，如果单位用水量一定，在实用范围内，单位水泥用量增减不超过50-100kg，坍落度可大致保持不变。称为固定用水量定则。3、集料和砂率当给定水泥、水和集料的用量时，和易性主要受集料总表面积的影响。集料总表面积与集料最大历经、级配、颗粒形状有关。一般而言，比表面积大的集料需要更多的水泥浆润湿，混凝土拌合物的流动性将随着集料比表面积的增加而降低。砂率是指细集料（或砂）质量占集料总质量的百分数。由细集料和水泥组成的砂浆在拌合物中起着润滑作用，可以减少粗集料之间的摩擦力，在一定范围内这种润滑作用随着砂率增大而增加，拌合物的流动性随着提高。过小的砂率会使混凝土拌合物粘聚性和保水性变差，容易产生离析、流浆等现象。过大的砂率，集料的总表面积较大，需要的表面吸附水较多，拌合物流动性会随之降低。因此，砂率有一个最佳值，可在用水量和水泥用量不变的情况下，使混凝土拌合物获得所要求的流动性和良好的粘聚性和保水性。4、外加剂改善混凝土拌合物和易性的主要外加剂是减水剂和引气剂。5、环境因素影响混凝土拌合物和易性的环境因素是温度、湿度和风速。这些因素通过影响拌合物水分蒸发而影响拌合物的流动性。6、时间混凝土拌合物开始搅拌到最终振捣密实经过的时间间隔，也将影响拌合物的和易性。在这个时间间隔里，十分蒸发，集料吸水以及水分迁移为水化结合水，都直接影响和易性。3-4 普通水泥混凝土的组成材料在技术性质上有哪些主要要求？普通水泥混凝土的组成材料包括：水泥、粗集料、细集料、水和外加剂。1、水泥：水泥是水泥混凝土的胶结材料，水泥混凝土的性质性在很大程度上取决于水泥的质量，故必须合理选择水泥品种和标号。应按照国标要求，在满足工程要求的天气下，选用价格较低的水泥品种，以节约工程造价。水泥标号的选择，应与混凝土的设计强度登记相适应，一般取混凝土设计强度的1.5-2.0倍为宜。道路路面混凝土所用水泥的标号还应与道路交通等级相匹配。2、粗集料：粗集料是混凝土的主要组成部分，也是影响其强度的主要因素之一。对粗集料的要求主要在于粗集料的品种、力学性质、表面特征和级配。1）强度和坚固性：粗集料在混凝土中起骨架作用，必须具有足够的强度和坚固性。用作粗集料的岩石的抗压强度和混凝土的强度等级之比不应小于1.5，不同类型的岩石抗压强度，还应满足国标相应要求。混凝土用碎石或卵石的坚固性用硫酸钠溶液检验。在严寒地区室外使用并经常处于潮湿或干湿胶体状态下的混凝土、有腐蚀性介质作用或经常处于水位变化区的地下结构中使用的混凝土、有抗疲劳、耐磨、抗冲击等要求的混凝土中，所用碎石和卵石式样经过5次冻溶循环的质量损失不大于8%，其他条件下，冻溶质量损失不大于12%。2）级配、最大粒径和颗粒形状。普通混凝土用粗集料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋间最小净距的3/4；对于混凝土空心板，集料的最大粒径不宜超过板厚的1/2，且不得超过50mm；道路路面普通水泥混凝土用粗集料的最大粒径为40mm。混凝土中碎石或砾石组成应符合相关国标规定，不宜采用单粒级配集料制混凝土。粗集料中针、片状颗粒含量不应超过规定量。3）有害杂质：粗骨料中的有害杂质包括粘土、淤泥、硫化物及硫酸盐、有机质等。这些杂质的含量一般应符合相应国标规定。对重要工程的混凝土用碎石或砾石应进行碱活性检验。3、细集料：混凝土用细集料一般采用天然砂，配置混凝土时，应满足以下要求。1）级配合细度模数。砂颗粒级配参照相关标准执行。道路路面用混凝土中，砂的细度模数应大于2.5，相当于粗砂和偏粗的中砂。2）有害杂质含量应限制在规定范围。配制钢筋混凝土和预应力混凝土时，若采用海砂，须控制氯离子含量。4、拌合用水：在混凝土拌合用水中，不得还有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，如油脂、糖类等。海水可用于拌合素混凝土，但不得用于钢筋混凝土和预应力混凝土。5、外加剂：几乎所有的混凝土工程都可以掺用外加剂，但必须根据工程需要、施工条件和工艺等选择合适的外加剂。3-6 混凝土外加剂按其功能可以分为哪几类？试述减水剂和引气剂的作用机理和应用效果。混凝土外加剂按功能可分为1、改善新拌混凝土施工和易性的外加剂，包括减水剂、泵送剂、引气剂、保水剂等。2、调节混凝土凝结时间、硬化速度的外加剂，包括早强剂、缓凝剂、速凝剂等。3、调节混凝土体内含气量的外加剂，包括引气剂、加气剂、泡沫剂、消泡剂等。4、改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、抗冻剂、阻锈剂、抗渗剂等。5、为混凝土提供特殊性能的外加剂，包括引气剂、膨胀剂、泡沫剂、着色剂、碱-集料反映抑制剂等。减水剂的作用机理和应用效果水泥加水搅拌后，由于水泥颗粒间分子引力的作用，产生了许多絮凝物，形成絮凝结构，在这种结构中，包裹了很多拌合水，从而降低了混凝土拌合物的工作性。当加入适量的减水剂后，由于其表面活性作用，憎水基定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基指向水溶液，由于水泥颗粒表面带有相同的电荷，加大了水泥颗粒间的静电斥力，导致水泥颗粒相互分散，絮凝结构解体，被包裹的游离水逃逸出来，增加了拌合物的工作性。另一方面，由于减水剂对水泥的分散作用，使得水泥颗粒与水接触的表面增加，水化比较充分，也会提高混凝土的强度。引气剂的作用机理和应用效果在搅拌混凝土时，必然混入一些空气，引气剂即被吸附到空气泡表面，憎水基指向空气，亲水基指向水中，在界面上定向排列，降低了气泡面上水的表面张力及界面能，从而使溶液形成众多表面时所需的功减少，同时使气泡稳定存在。引气剂在混凝土中产生的气泡直径在0.05-1.25mm之间，这些微小、独立的气泡，在混凝土搅拌过程中起着滚动轴承的作用，使混凝土流动性大大提高。若要保持流动性不变，则可减水10%左右。同时，由于这些微小气泡中断了混凝土毛细管渗水通道，使混凝土的抗渗性和抗冻性显著提高。气泡的存在，还使混凝土弹性模量略有降低，有利于提高混凝土的抗裂性。但是，气泡的存在，使得混凝土有效受力面积减少，使混凝土强度有所降低，可通过降低水灰比，使强度得以补偿。3-7 粉煤灰对水泥混凝土的性质有何影响？粉煤灰混凝土配合比是根据什么原理进行设计的？粉煤灰在与水泥和水混合的情况下具有活性效应，这种活性效应是指粉煤灰的火山灰活性反应和高钙粉煤灰自硬的胶凝性质。具体说，是低钙粉煤灰与水泥水化过程中析出的氢氧化钙发生二次反应，可以生成类似水泥水化产物的水化硅酸钙凝胶，因此具有胶凝能力。在高钙粉煤灰中还有水硬性矿物以及大量富钙硅酸盐玻璃体，因此具有较好的胶凝能力，甚至具有一定的自硬性。粉煤灰的另一个重要性能是，灰中的玻璃微珠或微细粉尘会改善混凝土的工作性。优质粉煤灰可以发挥减水、增浆、调凝和密实作用，并包括对水泥浆体结构中氢氧化钙核减物质的有效利用以及对水泥水化热的抑制和利用等。所以优质粉煤灰具有减小坍落度损失、降低混凝土内部文生、改善混凝土外部终饰、有利于混凝土的体积案定性和质量均运行及大量节约水泥等一系列正面效应。粉煤灰混凝土的配制原理1、粉煤灰作为活性掺合料配制混凝土。在质量达到I级或II级指标的粉煤灰中，80%以上是历经小雨45um的玻璃微珠，表面光滑，比表面积大，活性大，可以将其作为活性矿物掺合料取代部分水泥配制混凝土。粉煤灰在混凝土中取代水泥的数量应不至于对混凝土的某些性能产生副作用，其最大用量参见国标。粉煤灰掺合料取代水泥的方法有等量取代法和超量取代法。等量取代法是用等体积的粉煤灰代替水泥的方法配制混凝土。用这种方法配制混凝土，即使粉煤灰的质量良好，混凝土的早期（28d以内）强度也往往随粉煤灰掺量的增加而下降。但随龄期增长和粉煤灰活性逐渐发挥，混凝土的强度将会逐渐赶上和超过基准混凝土。超量取代法是在粉煤灰总掺入量中，部分粉煤灰取代等体积的水泥，超量部分取代等体积的细集料（砂）。粉煤灰取代部分细集料所获得的强度增加效应，可以补偿粉煤灰取代水泥所降低的早期强度，从而保持掺入粉煤灰前后的混凝土强度等效。超量取代法是一种既能保持混凝土强度和工作性等效，又能节约水泥的设计方法，采用较多。2、粉煤灰作为矿物填充料配制混凝土。颗粒偏粗的原状粉煤灰，在配制混凝土时，虽能较好地发挥致密作用，但火山灰活性较差，可将这类粉煤灰作为矿物填充料，以等体积的粉煤灰取代部分细集料（不取代水泥）配制粉煤灰混凝土，称为外加法。当粉煤灰取代率不超过一定范围时，可以获得改善混凝土工作性，提高混凝土抗渗性等好处。3-8 简述钢纤维对混凝土的增强增韧机理，影响钢纤维混凝土技术性质的主要因素是什么？钢纤维对混凝土的增强增韧机理钢纤维混凝土基体出现裂纹后，与裂纹垂直的钢纤维仍能继续传递部分拉力，从而抑制水泥混凝土裂缝的形成和发展，能够有效地提高混凝土的抗拉和抗弯强度，增加韧性。影响钢纤维混凝土技术性质的主要因素1、基准混凝土能否达到质量均匀、密实成型2、钢纤维能否在混凝土中达到三向随机配向、均匀分散。影响钢纤维配像和分散程度的主要因素则取决于1）振捣方式，在进行振捣时，钢纤维会发生与模板、振动方向平行，与重力作用方向垂直的位移倾向这种倾向随着振动频率的增大和振动时间的增长而增加。此外，振动频率越大，振动时间越长，钢纤维下沉的倾向也越强，分散程度越差。2）钢纤维几何特征及掺量，钢纤维的长径比越大，纤维越是向某个方向配制，分散程度越差。3）基准混凝土材料组成，砂率越大，水灰比越大，钢纤维分散程度越好。3-9 试述碾压混凝土与普通混凝土的主要差异碾压混凝土石油级配型集料、较低的水泥用量及用水量、掺合料和外加剂等组成的炒干硬性混凝土拌合物，通过振动碾压等工艺达到高密度、高强度的水泥混凝土。它与普通混凝土的主要差异有1、节约水泥。由于碾压混凝土用水量少，在保持同样的水灰比的条件下，其水泥用量亦较少，在达到相同强度前提下，可较普通混凝土节约水泥30%；2、提高工效，缩短工期。碾压混凝土采用强制式拌合机拌和，自卸车运料，机械摊铺，振动压路机碾压，施工工效可较普通混凝土提高2倍。 3、强度特征。由于碾压混凝土的用水量较普通混凝土低得多，其强度增长速度比普通混凝土块。在不掺粉煤灰的情况下，碾压混凝土强度3d的抗折强度可达28d抗折强度的70%以上，而普通混凝土才达50%左右。3-10 简述正交试验法设计碾压混凝土配合比的主要步骤采用正交试验进行碾压混凝土配合比设计，不仅能考查配合比中各个因素对设计指标的影响程度及规律，而且可以根据试验建立的经验较为准确地选定稠度、确定满足要求的配合比。其主要步骤如下：1、确定试验的考查因素和水平，并按照正交表安排试验。对于不掺粉煤灰的普通碾压混凝土，考察因素为：单位用水量、水泥用量和碎石堆积体积率三个因素，每个因素选取三个水平，按L9正交表安排试验方案。对于掺粉煤灰的碾压混凝土，考察因素为：单位用水量、基准凝胶材料用量（水泥和粉煤灰之和）、碎石堆积体积率和粉煤灰取代率，每个因素选取三个水平，按照L9正交表确定试验方案。2、混凝土配合比计算。根据正交试验方案，按照混凝土的配合比设计方法，计算出每个配比方案中各种组成材料的用量。3、混凝土性能试验。按照设计要求的考核指标，对各个配合比的碾压混凝土进行相关的试验。4、试验结果的整理和分析。考察各个因素对考核指标的影响程度及其规律，建立主要影响因素与稠度或强度等考核指标的关系式。5、确定碾压混凝土的初步配合比。在综合考核混凝土稠度指标和抗折强度指标的基础上，确定单位用水量、水泥用量（或基准凝胶材料用量）、碎石堆积体积率及粉煤灰用量。然后计算出混凝土初步配合比。6、进行初步配合比的验证试验，在确认其性能指标后（主要是稠度和强度）满足设计要求后，提供现场试拌。4-2 石油沥青的化学组成与沥青的路用性质有什么关系？沥青的化学成分极为复杂，对沥青的化学成分进行分析非常繁杂。人们研究沥青化学组成的同时，利用沥青对不同溶剂的溶合性，将沥青分离成几个化学成分和物理性质相似的部分，这些部分称为沥青的组分。沥青中各组分的含量和性质对沥青的粘滞性、感温性、粘附性等化学性质有直接的联系。我国目前广泛采用四组分分析方法：1、沥青质。沥青质是深褐色至黑色的无定形物质，在沥青中的含量一般为5%-25%，其含量的多少对沥青的流变特性有很大的影响。当沥青中的沥青质含量增加时，沥青稠度提高、软化点上升。沥青质的存在，对沥青的粘度、粘结力、温度稳定性都有很大影响。所以，优质沥青必须含有一定数量的沥青质。2、胶质。胶质也称树脂，是一种半固体或液体状的黄色至褐色的粘稠状物质，有很强的极性。这一突出的特性使胶质有很好的粘结力。胶质是沥青的扩散剂或胶溶剂，胶质与沥青质的比例在一定程度上决定沥青是溶胶或者凝胶的特性。胶质赋予沥青以可塑性、流动性和粘结性，对沥青的延性和粘结力有很大影响。3、芳香分和饱和分。芳香分是由沥青中最低分子量的环烷芳香化合物组成，它是胶溶沥青质的分散介质。饱和分是由直链烃和支链烃所组成，是一种非极性稠状油类。芳香分和饱和分都作为油分，在沥青中起着润滑和柔软作用。油分含量越多，沥青的软化点逾低，针入度愈大，稠度降低。4、蜡分。沥青中的蜡，主要是地蜡，在常温下，都是以固体形式存在，对沥青的性能有较大影响。1）对沥青流变性的影响。在沥青中，蜡主要溶解在油分里，当它以溶解状态存在时，则会降低分散相的粘度，这使沥青在液体状态时粘度降低；当蜡以结晶状态存在时，则会使沥青具有结构屈服应力的结构；如果以松散粒子存在，就类似于沥青中加入矿粉而使沥青的粘度增加。沥青中蜡含量增加，会使沥青在常温下的粘度增大；而当接近石蜡融化温度（50度）时，蜡含量增加反而使沥青的粘度降低。因此，蜡含量高的沥青温度敏感性强。2）对沥青低温性能的影响低温下高含蜡量沥青的结晶结构网增加了沥青的刚性，表现出高的弹性和粘性，随着蜡含量的增加，沥青的脆性也增大。3）对沥青界面性质的影响当沥青与石料接触时，蜡的存在会降低沥青对石料界面的粘附，同时，蜡会集中在沥青的表面使沥青失去光泽，并影响沥青路面的摩阻性能，使路面打滑。4）对沥青胶体结构的影响蜡的结晶网会促使沥青向凝胶型胶体结构发展，但胶体系统不稳定而具有明显的触变性。4-4 按流变学观点，石油沥青可划分为哪几种胶体结构？沥青是一种胶体体系，在沥青胶体结构中，从极性最强的沥青纸吸附极性较强的胶体逐步吸附高分子的芳香分再弥散于低分子量的芳香分钟，再分散于无极性的饱和分中，形成稳定的胶团。根据沥青中各组分的含量和性质，沥青可以有三种胶体状态。这三种胶体结构可根据针入度指数PI来划分。PI-2为溶胶型结构，-2PI+2为凝胶型结构。1、溶胶型结构当沥青质含量不多，分子量也较小，而且有大量的胶质和有充分溶解能力的芳香分作用下，沥青质可以完全溶在油分介质中。胶团之间没有吸引力，这样的沥青具有牛顿液体的性质，即剪应力与剪应变成线性关系。沥青中各组分的分子量相差较小，分散相与分散介质的化学组成和性质都较相近，具有良好的粘结性，但他们对温度的变化很敏感，液体沥青多属于这种结构。2、溶凝胶型结构当沥青质含量适当增多，分子量也较大时，并有较多的胶质作为保护物质，所形成的胶团之间具有一定的吸引力。在常温时，在变形的最初阶段表现出明显的弹性效应，但在变形增加到一定阶段时则表现为牛顿液体状态。这种沥青比溶胶型沥青稳定，粘结性和感温性都较好。3、凝胶型结构当沥青质的含量增大，沥青质未能被胶质很好地胶溶分散，则胶团就会连结，这就可能导致连结的胶团成为一堆不规则的多孔且压紧的结构，形成三维网状结构，呈现明显的弹性效应，弹性好。氧化沥青多属凝胶型结构，具有较低的温度敏感性，温度稳定性好，但低温变形能力较差。沥青的技术指标与技术要求4-5 石油沥青八大指标表征沥青哪些性能？这些技术指标在现代流变学指标（针入度指数、劲度模量等）如何应用？针入度、延度和软化点是评价粘稠石油沥青路用性能最常用的经验指标，称为三大指标。针入度分级技术指标：1、针入度是在规定温度、附加荷重和荷重作用时间的条件下，标准针贯入沥青中的深度，以0.1mm为单位。常用的试验条件为P25,100g,5s。针入度用来划分沥青的标号，针入度越小，表示沥青的稠度越大；反之，则越小。2、沥青是非晶体物质，无确定的熔点。软化点是沥青在规定尺寸的铜环内，其上放置一规定质量（3.50.05）g的钢球，以5/min的升温速度加热，沥青软化，钢球从沥青试样中沉落至规定的距离的底板时的温度。软化点实质上反映沥青的粘度，与沥青的标号有关，是一种条件粘度，即是在等粘度条件下以温度表示的一种粘度。软化点反映沥青的温度敏感性，一般认为，软化点高，则其等粘温度也高，温度稳定性好，或者说热稳定性好。3、延度是沥青在一定温度下，按一定的拉伸至沥青断裂时的长度，以cm记。通常试验温度为25，15，拉伸速度为5cm/min。延度反映沥青的柔韧性，延度越大，沥青的柔韧性越好。如在低温下延度越大，则沥青的抗裂性越好。沥青延度与其粘度、组分有密切关系。一般来说，延度大的沥青含蜡量低，粘结性和耐久性都好；反之，含蜡量达，延度小，粘结性和耐久性也差。4、溶解度。沥青在溶剂中的溶解度表明沥青中的有效成分。常用的溶剂是三氯乙烯、苯。5、闪火点。沥青在加热过程中，其挥发油分与空气混合气体在高温下极易发生闪火，闪火时的温度为闪火点。闪火点与沥青中的轻质油分的含量有关，为保证施工安全，需要了解沥青材料的闪火温度。6、薄膜烘箱试验。沥青混合料生产过程中，沥青要加热，尤其在生产沥青混合料时，沥青薄膜状态与热集料接触，沥青发生明显的老化。室内模拟这一老化过程，将沥青放在盘中形成3.2mm厚的薄层，然后在163的烘箱中烘5h，根据加热前后试样的质量变化，测定其质量损失率，以表示其轻质油分挥发的数量，同时测定针入度、软化点、延度等指标，比较试验前后沥青性质的变化，以表征沥青的耐老化性能。7、含蜡量。含蜡量的多少对沥青的性质有很大影响。8、脆点。将一定数量的沥青涂在金属片上，在规定的降温速率下使金属片弯曲，当沥青薄膜出现裂缝时的温度即为脆点。脆点指标反映沥青材料的低温性能。4-5-1 沥青的感温性及其评价指标，这些指标与路用性能的关系。沥青是复杂的碳氢化合物形成的胶体结构，沥青的粘度随温度的不同而产生明显的变化，这种粘度随温度变化的感性性成为感温性。对于路用沥青，温度和粘度的关系是极其重要的性能。沥青混合料在施工过程中的扮和、摊铺和碾压以及铺筑后的使用期间，都要求沥青的粘度在一定的范围之内，否则将影响其质量。由于沥青的化学组分和化学结构的差异，沥青的粘度-温度曲线变化是很复杂的，人们采用不同的方法进行研究，常用的方法有针入度指数（PI）法、针入度-温度指数（PPI）法、针入度-粘度指数（PVN）法等。1、针入度指数（PI）是应用针入度和软化点的试验结果来表征沥青感温性的一种指标，针入度指数越小，表示沥青的温度敏感性越强。同时也可用针入度指数来判别沥青的胶体结构状态。一般认为选用值为-1+1的溶凝胶型沥青适宜修筑沥青路面，目前由于对沥青路面的热稳定性的要求逐渐提高，因地，对PI的要求趋向于0.5+1.0沥青的粘度随温度而变化，以对数纵坐标表示针入度，以温度为横坐标可以得到直线关系，表示为，斜率称为针入度-温度感性系数，可由针入度和软化点确定。假定沥青的软化点是的针入度为800，则，或。2、针入度-温度指数（PTI）是根据不同温度条件下的针入度值得比率来评价沥青的感温性。有以下几种表达式：计算得出的PTI值越小表明沥青的感温性越小，即温度稳定性好。3）针入度-粘度指数法（PVN）针入度指数（PI）通常仅能表征低于软化点温度的沥青感温性，沥青在道路和使用中或在施工时，还需要了解高于软化点时沥青的感温性。针入度-粘度指数法（PVN）是应用沥青25时的针入度值和135（或60）是的粘度值与温度的关系来计算沥青感温性的方法。已知25时针入度值P（0.1mm）和135时运动粘度值（cm2/s）时，；已25时针入度值P（0.1mm）和60时绝对粘度值时针入度-粘度指数愈大，表示沥青的感温性愈低。我国许多国产沥青的沥青质含量较低，是导致热稳定性不良的主要原因，在沥青生产时采用氧化等工艺，可增加沥青质含量，有助于改善沥青的温度稳定性。4-5-2 试述沥青粘滞性、绝对粘度、运动粘度的含义粘滞性是指沥青材料在外力作用下抵抗剪切变形的能力。以剪应力与剪变率之比定义为粘度（）：。通常，溶胶型沥青的剪应力与剪变率之比为常数，粘度与剪变率的大小无关，沥青表现为纯粘性流动性质。溶凝胶和凝胶型沥青，其剪应力和剪变率之比不为常熟，粘度随剪变率的大小而变，这样在不同的剪变率下沥青表现为不同的粘度，它们之间的关系可表示为，式中，为表观粘度，即在某一剪变率时的粘度；c为复合流动系数，与沥青的塑性和耐久性有关。这种粘度为沥青的绝对粘度，又称为动力粘度。运动状态的粘度用运动粘度表示，运动粘度为动力粘度除以密度所得之商，亦称为动比密粘度：。沥青粘度的测试方法1、绝对粘度测试方法。毛细管法是测定沥青运动粘度的一种方法，该法是沥青试样在严密温控条件下，于规定温度（135），通过选定型号的毛细管粘度计，流经规定的体积，所需要的时间（s）。真空减压毛细管法是测定沥青动力粘度的一种方法，该法是沥青试样在