《道路工程材料》期末重点总结考试重点.doc

第一章 沙石材料依据岩石中氧化硅的含量将石料分成碱性石料52%（钙质）、中性石料52%65%、酸性石料65%（硅质）。岩石的物理性质：密度：1、真实密度：烘干岩石矿质实体单位真实体积的质量。 2、毛体积密度：烘干岩石矿质实体包括空隙体积在内的单位毛体积质量。孔隙率：岩石空隙体积占岩石总体积的百分率（n=1-毛体积密度/真实密度）吸水性：吸水率是岩石试样在常温、常压条件下最大的吸水质量占干燥试样质量的百分率。 饱和吸水率是岩石试样在常温及真空抽气条件下最大的吸水质量占干燥试样质量的百分率。含水率：岩石含水率指岩石天然状态下的含水率，可间接反映岩石中孔隙多少以及致密度。岩石的抗压强度：1、抗压强度的测试方法：采用饱水状态下的岩石立方体试件的单轴抗压强度来评估岩石的强度。路用与建筑地基：50mm2mm桥用：70mm2mm（R=岩石破坏时的极限荷载/岩石试件的受力截面积）2、抗压强度的影响因素：1.岩石自身的矿物组成，结构构造，空隙构造，含水状态2.试验条件，试件形状、大小、加工精度，加荷速度。岩石的耐久性：能够经受反复冻结和融化不破坏，并不严重降低岩石强度的能力。1、抗冻性实验法：评估岩石在饱水状态下，经历规定数次的冻融循环后抵抗破坏的能力。质量损失率.冻融系数,一般认为质量损失率2%，抗冻系数75%，为抗冻性能好。2、坚固性实验法：岩石试样经饱和硫酸钠溶液多次浸泡与烘干循环后，不发生显著破坏或强敌降低的性能。L试验质量损失率=（实验前烘干质量-试验后烘干质量）/实验前烘干质量。集料：集料按照粗细程度分为粗集料和细集料。在沥青混合料中，粗集料是指粒径尺寸大于2.36mm的碎石、破碎砾石、筛选砾石和矿渣等；在水泥混凝土中，粗集料是指粒径尺寸大于4.75mm的碎石、砾石和破碎砾石。细集料在沥青混合料中是指粒径小于2.36mm的人工砂、天然砂及石屑；在水泥混泥土中是指粒径小于4.75mm的人工砂、天然砂。集料的物理性质：1、集料密度：表观密度：在规定条件下，烘干集料矿质实体包括闭口孔隙在内的表观单位体积的质量=实体质量/（矿质实体体积+闭口空隙体积）表干密度：饱和面干毛体积密度=集料的表干质量（矿质实体质量+吸入开后孔隙水质量）/实体体积+开闭口孔隙体积。堆积密度：=集料颗粒矿质实体的质量/（实质体积+堆积孔隙体积+开闭口孔隙体积）2、 空隙率：空隙率反映了集料的颗粒间相互填充的致密程度。颗粒形状：蛋圆形，棱角型，针状，片状集料含泥量：指集料中粒径小于0.075mm的颗粒含量。粗集料泥块的含量：是指粗集料中原尺寸大于4.75mm（细集料大于1.18mm），但经水浸洗、手捏后小于2.36mm（砂中0.6mm）的颗粒含量。砂当量用于测定细集料中所含黏性土和杂质含量，判定细集料的洁净程度，对集料中小于0.075mm的矿粉，细砂与泥土加以区别粗集料力学性质1.压碎值用于衡量石料在组建增加的荷载下抵抗压碎的能力，也是石料强度的相对指标。M1-试验后通过2.36mm筛孔的细料质量。2磨耗率是指粗集料抵抗摩擦、撞击的能力，是集料使用性能的重要指标。M2试验后在1.7mm筛上洗净烘干的试样质量。3石料磨光值愈高，表示其抗滑性能愈好。反映石料抵抗轮胎磨光作用能力的指标，集料磨光值是决定集料能否用于沥青路面抗滑磨耗层的关键性指标。4冲击值反映粗集料抵抗冲击荷载的能力级配：集料中各种粒径颗粒的搭配比例或分布情况；根据矿质集料级配曲线形状，将其划分为连续级配和间断级配。细度模数：用于评价天然砂粗细程度指标，为细集料筛分试验中各号筛上的累积筛余百分率之和。第2章 沥青材料四组分法饱和分、芳香分、胶质、沥青质沥青的胶体结构：溶胶型沥青、凝胶型沥青、溶凝胶型沥青。二、石油沥青的技术性质1、沥青的物理性质：密度、体膨胀系数、介电常数、比热2、沥青的路用性能粘滞性指沥青材料在外力作用下沥青粒子产生互相位移的抵抗剪切变形的能力。动力粘度当沥青层间的速度变化梯度为一单位时，每单位面积可受到的内摩阻力针入度法：沥青材料在规定的温度条件下，以规定质量的标准针经过规定时间贯入沥青式样的深度，以0.1mm计 （P T,m,t，P代表针入度，T代表温度25，m为标准针的质量100g，t为贯入时间5s。针入度是测量沥青黏度的一种指标软化点（环与球软化点）试验：沥青试样注入内径为18.9mm的铜环中，环上置一重3.5g的铜球，在规定的加热温度（5摄氏度/min）下进行加热，沥青试样逐渐软化，直至在钢球荷重作用下，使沥青产生25.4mm垂度时的温度。软化点既是反映沥青材料热稳定的指标，也是沥青条件黏度的量度。延性 试验：将沥青试样制成8字形标准试件（最小断面1cm2），在规定拉伸速度和规定温度下拉断时的长度。以cm计。3、沥青的耐久性(影响因素、评定方法)影响因素：温度和氧化作用、光和水的作用、自然硬化、渗流硬化评价方法：薄膜烘箱加热试验、旋转薄膜加热试验、压力老化试验。三、石油沥青的技术要求沥青分级方法：（1）针入度分级；（2）黏度分级；（3）基于性能的分级第三章 沥青混合料1、按矿料的级配类型分类（1）连续密级配沥青混凝土混合料（2）半开级配沥青混合料（3）开级配沥青混合料（4）间断级配沥青混合料沥青混合料试件空隙率对沥青混合料路用性能的影响。空隙率的大小直接影响着沥青混合料的稳定性和耐久性，是沥青混合料配合比设计的主要指标之一。空隙率过低时，可能会由于沥青混合料的塑性流动引发路面车辙；但空隙率过大引发沥青路面产生车辙变形的可能性更大。空隙率过大时还能增大沥青混合料中沥青的氧化速率和老化程度，并增加水分进入沥青内部穿透沥青膜，导致沥青从集料颗粒表面剥落的可能性，从而降低沥青混合料的耐久性。三、沥青混合料的组成结构沥青混合料是由粗集料、细集料、矿粉与沥青，以及外加剂所组成的一种复合材料。按照沥青混合料的矿料级配组成特点，将沥青混合料分为悬浮密实结构、骨架空隙结构和骨架密实结构。四、沥青混合料的结构强度的影响因素（1）沥青结合料的黏度（2）矿质混合料性能的影响（3）沥青与矿料在界面上的交互作用，矿质集料颗粒对于包裹在表面的沥青分子具有一定的化学吸附作用，这种化学吸附比矿料与沥青间的分子力吸附要强，并使矿料表面吸附沥青组分重新分布，形成一层吸附溶化膜。这层吸附溶化膜成为结构沥青，膜层较薄，黏度较高，与矿料之间有着较强的黏结力。在结构沥青层之外未与矿料发生交互作用的是自由沥青，保持着沥青的初始内聚力。（4）沥青混合料中矿料比面和沥青用量的影响综上所述：保证沥青混合料强度的基本条件是：嵌挤密实的矿料骨架、高黏度的沥青结合料及适宜的用量比例、能与沥青产生化学吸附作用的活性材料。（5）使用条件的影响。环境温度和荷载条件是影响沥青混合料强度的主要外界因素。第二节 沥青混合料的技术性能一、高温稳定性高温稳定性是指沥青混合料在高温条件下，能够抵抗车辆荷载的反复作用，不发生显著永久变形，保证路面平整度的特性。1、高温稳定性的评价方法和评价指标（1）三轴试验（三轴剪切试验）在荷载的反复作用下，沥青混合料变形发展可以分为三个阶段：初期压密、剪切流动和剪切失稳阶段。三轴试验得到的动态模量是评价沥青混合料抗车辙性能的有效指标。（2）车辙试验车辙试验的评价指标为动稳定度DS，定义为试件产生1mm的车辙深度试验轮的行走次数。2、高温稳定性的主要影响因素沥青混合料高温稳定性的形成主要来源于矿质集料颗粒间的嵌锁作用及沥青的黏结作用二、沥青混合料的低温抗裂性当冬季气温降低时，沥青面层将产生体积收缩，而在基层结构与周围材料的约束作用下，沥青混合料不能自由收缩，将在结构层中产生温度应力。1、低温抗裂性的评价方法和评价指标目前用于研究和评价沥青混合料低温抗裂性的方法可以分为三类：预估沥青混合料的开裂温度；评价沥青混合料的低温变形能力或应力松弛能力；评价沥青混合料断裂能。（1）预估沥青混合料的开裂温度间接拉伸试验或直接拉伸试验（详见课本P107）（2）低温蠕变试验低温蠕变试验用于评价沥青混合料低温下的变形能力与松弛能力。蠕变变形曲线（见图3-17）可分为三个阶段，第一阶段为蠕变迁移阶段，第二阶段为蠕变稳定阶段，第三阶段为蠕变破坏阶段（3）低温弯曲试验沥青混合料在低温下破坏弯拉应变越大，低温柔韧性越好，抗裂性越好。国家现行标准规定，采用低温弯曲试验的破坏应变指标作为评价改性沥青混合料的低温抗裂性能。2、影响沥青混合料低温性能的主要因素影响沥青混合料的低温劲度的最主要因素是沥青的低温劲度模量，而沥青黏度和温度敏感性是决定沥青劲度模量的主要指标。为了提高沥青混合料的低温抗裂性，应选用低温劲度模量较低的混合料。三、沥青混合料的疲劳特性沥青混合料的疲劳破坏是指在重复应力的作用下，在低于静载一次作用下的极限应力时发生破坏。2、疲劳特性的主要影响因素（1）沥青混合料混合料劲度模量在相同的荷载级位下，混合料的劲度对材料内部的应力和应变水平产生决定性的影响。其影响程度与试验控制模式有关。在应力控制模式的疲劳试验中，劲度大的混合料，应变增长速度缓慢，裂隙扩展的速度慢，疲劳寿命大。在应变控制模式的疲劳试验中，混合料的劲度越低，保持相同应变所需要施加的应力就越小，裂隙的扩展可能会延续很长的时间，因此，劲度越小的材料疲劳寿命越长。（2）沥青混合料的组成材料影响沥青混合料疲劳性能的主要参数有：沥青种类、沥青用量、空隙率、矿料类型、级配类型以及混合料空隙率等。（3）试验条件环境因素和荷载参数对沥青路面疲劳性能的影响。四、沥青混合料的耐久性耐久性是指沥青混合料在使用过程中抵抗环境因素及行车荷载反复作用的能力，它包括沥青混合料的抗老化性、水稳定性、抗疲劳性等综合性质。1、抗老化性能在气候温暖、日照时间较长的地区，沥青的老化速率快，而在气温较低、日照时间短的地区，沥青的老化速率较慢。沥青混合料的空隙率越大，环境介质对沥青的作用就越强烈，其老化程度也越高。2、水稳定性沥青混合料的水稳定性不足表现为：由于水或水汽的作用，促使沥青从集料颗粒表面剥离，降低沥青混合料的黏结强度，松散的集料颗粒被滚动的车轮带走，在路表形成独立的大小不等的坑槽，即所谓的沥青路面“水损害”。（1）沥青与集料的黏附性试验目前道路工程中的常用方法是水煮法和静态水浸法，但试验结果存在着一定的局限性。（2）浸水试验常用的方法有浸水马歇尔试验、浸水车辙试验、浸水劈裂强度试验和浸水抗压强度试验等。（3）冻融劈裂试验实验结果与实际情况较为吻合，是目前使用较为广泛地试验。（4）沥青混合料水稳定性的影响因素沥青路面的水损坏通常与沥青的剥落有关，而剥落的发生与沥青和集料的黏附性有关。沥青混合料的水稳定性受沥青混合料压实空隙率大小及沥青膜厚度的影响。当沥青膜厚度增加时，沥青混合料的冻融劈裂强度增加，即沥青混合料的水稳定性增加。成型方法对沥青混合料抗水害性能的影响较大。开级配的沥青混合料由于压实空隙率较大，往往对其水稳定性不利，需要采取抗剥落措施（掺加抗剥落剂）提高沥青与集料的黏附性。五、沥青混合料的抗滑性1、沥青路面抗滑性的评价沥青路面的抗滑性与所用矿料的表面构造深度、颗粒形状与尺寸、抗磨光性有着密切的关系。用于沥青路面表层的粗集料应选用表面粗糙、坚硬、耐磨、抗冲击性好、磨光值大的碎石或破碎砾石集料。沥青路面的抗滑性除了取决于矿料自身的表面构造外，还取决于矿料级配所确定的表面构造深度，前者通常称为微观构造，用集料的磨光值表征；后者称为宏观构造，由压实后路表构造深度试验评价。2、抗滑性的影响因素抗滑性与宏观构造深度有关，增加沥青混合料中的粗集料含量有助于提高沥青路面的宏观构造。此外，应严格控制沥青混合料中的沥青含量，特别是应选用含蜡量低的沥青，以免沥青表层出现滑溜现象。六、施工和易性1、组成材料的影响当组成材料确定后，沥青混合料和易性的主要影响因素是矿料级配和沥青用量。2、施工条件的影响应在一定的温度下进行施工，以使流动性达到要求；在压实期间，矿料颗粒能够克服沥青的黏滞力及自身内摩阻力相互移动就位，达到规定的压实密度。SMA混合料属于骨架密实结构，具有耐磨抗滑、密实耐久、抗疲劳、抗高温车辙、减少低温开裂等优点。SMA混合料适用于高等路面沥青上面路层，特别适用于高速公路、重交通道路、交叉口、机场道面、桥面铺装等工程。1、SMA混合料的高温性能SMA混合料由相互嵌挤的粗集料骨架与沥青玛蹄脂两个部分组成。SMA混合料抵抗荷载变形的能力较强，同时有着较强的高温抗车辙能力。2、低温抗裂性沥青玛蹄脂具有较高的黏结能力，它的韧性和柔性使得混合料具有良好的低温变形能力。3、耐久性在SMA混合料中，沥青在集料表面形成较厚的沥青膜。此外，SMA混合料空隙率较小，沥青与水或空气的接触较少，因而SMA混合料的水稳定性和抗老化性较普通沥青混合料好。又由于SMA混合料基本是不透水的，对中、下面层和基层有着姣好的保护作用和隔水作用，使沥青路面保持较高的整体强度和稳定性。4、表面特征SMA混合料压实后形成的表面构造深度大，这使得沥青面层具有良好的抗滑性和耐磨性能，还能减少溅水，减少噪声，提高道路行驶质量。三、OGFC混合料的技术特性OGFC混合料铺筑的沥青面层具有迅速排除路表水、减少行车水雾、防水漂、抗滑降噪等有利于行车安全与环保的特性。1、OGFC混合料的高温性能OGFC混合料有着较强的抵抗荷载变形的能力。2、耐久性能通常，OGFC混合料的沥青膜厚度一般不小于13微米。沥青膜厚度的增加有利于延缓空气、水流、紫外光等外界环境因素对沥青的老化作用，从而使OGFC混合料在具有较大空隙的情况下，依然具有良好的耐久性能。3、排水性能和表面特征混合料结构内的高空隙使OGFC的排水性能显著增加。此外，OGFC混合料中高粗集料用量以及大空隙特征增加了混合料的构造深度，从而使OGFC混合料具有更好的抗滑性能。第四章 水泥与石灰水泥与石灰是无机胶凝材料。（沥青为有机）水泥属水硬性无机胶凝材料（能在空气中硬化，在水中能更好硬化，所以能用于地上工程与水下工程）通用硅酸盐水泥的定义与分类：硅酸盐水泥（PI）普通硅酸盐水泥（PO）矿渣硅酸盐水泥（PS）火山灰质硅酸盐水泥（PP）粉煤灰水泥（PF）复合硅酸盐水泥（PC）水泥熟料中的主要矿物：硅酸三钙(C3S)硅酸二钙C2S铝酸三钙铁铝酸四钙C3S 的早期强度最高。C2S的早期强度较低，但后期强度增进较快。在熟料矿物中，以C3A干缩性最大。干缩性最小的C2S 水化程度：铝酸三钙。水化热：铝酸三钙。强度：硅酸三钙早期强度最高，硅酸二钙早期强度较低但后期增进快，铝酸三钙同铁铝酸四钙均较低。干缩性：铝酸三钙。耐化学腐蚀性：铁铝酸四钙石膏，为了调节水泥的凝结速度，又称为水泥的缓凝剂。石膏掺过多会引起水泥的安定性不良。活性材料，活性材料是一种矿物质（主要活性成分为氧化硅，氧化铝），活性成分同氢氧化钙化合生成具有胶凝性的物质。非活性材料，目的是为了提高水泥产量，调节水泥强度等级，降低水泥的水化热，改善新拌混凝土和易性。硬化水泥的腐蚀：1、氢氧化钙的溶失：a、溶析性侵蚀：硬化水泥中的水化物（氢氧化钙）被淡水溶解带走的现象。B、镁盐侵蚀：氯化镁，硫酸镁同氢氧化钙发生置换反应生成松软的氢氧化镁。C、碳酸侵蚀：二氧化碳同氢氧化钙发生反应生成碳酸钙，再同碳酸发生反应生成重碳酸钙Ca（HCO3）2溶失。2、硫酸盐侵蚀：硫酸盐与氢氧化钙发生反应生成硫酸钙，硫酸钙再与水化铝酸钙发生反应生成钙矾石，体积增加产生巨大的结晶压力，造成水泥石开裂破坏。水泥腐蚀的防止：1、根据腐蚀环境的特点选择水泥品种，选择氢氧化钙少的水泥降低氢氧化钙的溶失，选择铝酸钙含量少的水泥降低硫酸盐类的腐蚀。2、提高水泥的密实程度，降低水泥的孔隙率，可在水泥表面敷设一层耐腐蚀强且不透水的材料（耐酸石料，陶瓷，玻璃，塑料，沥青）。通用硅酸盐水泥的技术性质：1、初凝时间：是指水泥全部加入水中到初凝状态所经历的时间2、终凝时间：是指水泥全部加入水中到终凝状态所经历的时间安定性：安定性是用于表征水泥浆体硬化后，是否发生不均匀体积变化的性能指标。水泥强度：水泥强度可以将水泥制成水泥净浆，水泥砂浆，和水泥混凝土试件进行测试。水泥强度等级：42.5,42.5R，52.5,52.5R，62.5,62.5R。R代表早强，早强型水泥的3d抗压强度可以达28d的50%，并较同等级的普通水泥3d强度提高10%以上。碱集料反应：水泥熟料中含有氧化钠与氧化钾，如果采用活性二氧化硅或活性碳酸盐成分的集料配置混凝土，水泥中的碱化物会与活性二氧化硅或者碳酸盐反应。其生成物会附着在集料与水泥石的界面上，且遇水膨胀，引起水泥石的胀裂导致黏结强度降低，破坏混凝土结构。道路硅酸盐水泥：（PR）主要特征：高抗折强度，低干缩性和高耐磨性。矿物组成成分应满足“高铁低铝”。石灰：石灰是一种气硬性无机胶结材料，只能在空气中硬化，也只能在空气中保持并连续增长强度。主要原料是以碳酸钙为主的天然岩石。石灰的消化：块状生石灰与水反应，迅速水化，崩解成高度分散的氢氧化钙细粒，并放出大量的热。欠火石灰：石灰中有未烧透的内核。欠火石灰消解后会有残渣，会使缺乏黏结力。过火石灰：煅烧过度，会使石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，块体密度大，消化缓慢。为了降低危害，石灰消解后应继续在水中“陈伏”15d以上。将块状的生石灰研磨成粉状，得到磨细生石灰在适宜的水灰比和消化温度下，可以控制其体积膨胀。石灰的硬化：消石灰浆在使用的过程中，游离水分蒸发或为附着基面吸收，浆体中的氢氧化钙过饱和溶液结晶析出，产生结晶强度，并具有胶结性。氢氧化钙同空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙晶体，析出的水分逐渐蒸发，这个过程称为碳化或碳酸化。表面的碳酸钙会组织二氧化碳进入，所以内部还是氢氧化钙，使得硬化缓慢，硬化时体积收缩大，硬化后强度低。石灰的特点及用途：可塑性好，生石灰水化时水化热大，体积增大。硬化缓慢。硬化时体积收缩大。硬化后强度降低。耐水性差。