道路建筑材料全部

赵洪凯电子邮箱：hkzhao003126吉林建筑工程学院,道路建筑材料,课前介绍：本课程是路桥专业的一门重要的专业基础课，是一门考试课程，本学期要求学习完教材内容，能熟练掌握课堂理论教学内容及试验课的实践内容。成绩评定包括几方面：1、平时作业完成情况及考勤；2、期中考试及期末考试成绩；3、试验操作完成情况等。,绪论,一、建筑材料的重要性,1.材料是工程结构的物质基础.2.材料与工程造价之间的密切关系（占工程造价的60%至70%，甚至80%）3.新材料与新结构、新工艺之间有密切的关系（用桥梁的变化来说明）。,古代桥梁集锦,中国现存最早，并且保存良好的是隋代赵州安济桥又称赵州桥。桥为敞间圆弧石拱，净跨37.02m。,古代桥梁集锦,北京宛平卢沟桥在北京广安门外30里，跨永定河。桥全长212.2m,共11孔，净跨不等，自11.4m至13.45，桥宽9.3m,世界十大预应力混凝土梁桥,法国诺曼底大桥,日本多多罗大桥,世界建筑材料的发展趋势,高性能材料。复合化、多功能化。利用地方资源和工业废渣。节能材料。,二、道路工程主要的建筑材料（道路建筑材料的研究内容与任务）,道路建筑材料,砂石材料,无机结合料及其制品,有机结合料,石料及石料制品,集料,水泥、石灰,混凝土,有机结合料混合料,高分子聚合物材料,钢材和木材,土工布等,沥青混合料,建筑钢材、木材,沥青材料,三、建筑材料应具备的工程性质1、力学性质各种强度指标及耐磨、抗变形指标。如，水泥混凝土的抗压、抗折强度；沥青混合料的稳定度、流值；石料的磨耗度等。2、物理性质（1）物质指标：如材料的密度、孔隙率、含水量（2）温度稳定性：如沥青软化点、脆点等。（3）水稳定性等：如沥青混合料的残留稳定度等。3、化学性质各种材料的化学成分及其变化规律。如，水泥的各种成分与自然界之间的变化；沥青的化学成分及其变化规律。4、工艺性质混凝土的流动性材料四个性质之间是相互制约、相互联系的。,四.建筑材料技术标准,各级标准均有相应的代号，其表示方法由标准名称、标准代号、发布顺序号和发布年号组成。例如：,烧结普通砖GB/T51012019,标准名称：烧结普通砖,标准代号：GB,推荐标准：T,发布顺序号：5101,发布年号：2019年,各级标准的相应代号,第一章砂石材料,课题:石材的技术性质和技术要求教具用品相关试验仪器教学目的:了解砂石材料的类别，石料的技术性质及其应用重点难点:石料的物理性质、力学性质,11砂石材料的技术性质概述：砂石材料按形状分类1）、块状石料：简称石料如块石、片石等；2）、粒状石料：简称集料集料又按大小分为：粗集料：如碎石、卵石细集料：如砂、石屑砂石材料按来源分类1）、天然石料2）、人工轧制的集料3）、工业冶金矿渣,1.1.1、岩石的技术性质（一）、物理性质：包括物理常数、吸水性和耐候性等。1物理常数真密度：是石料在规定条件下，烘干石料矿质单位体积的质量，用t表示。则,空气中称量m0=0,因固测定方法：密度瓶法测定，将石料磨细至全部过0.25mm的筛孔，然后将其装入瓶中，利用已知比重的液体置换石料的体积。毛体积密度测定方法：用静水称量法，亦可用蜡封法测定。,孔隙率2.吸水性：指石料在规定条件下吸水的能力。(1)吸水率：202和大气压状态下，吸水质量的百分率。(2)饱水率：202，真空（100kPa），吸水质量的百分率饱水90%时，抗冻性较差。,3.抗冻性：（1）直接冻融法：饱水后，测定经过冻(-15,4h)、融(205,4h)循环，质量损失不超过5%，抗压强度不超过25%的次数。,（2）坚固性实验：浸泡饱和硫酸钠溶液20h后，(105-110,4h)；之后浸泡饱和硫酸钠溶液4h后，(105-110,4h)循环。注意：-15，岩石吸水率大于0.5%时候需要抗冻性实验。,（二）力学性质1.单轴抗压强度试验条件要求：试件形状、尺寸、吸水饱和、加荷速度等。2.磨耗性：指石料抵抗撞击、边缘剪力和磨擦等联合作用的性质。洛杉矶式磨耗试验：5kg石料+12个5kg的钢球磨500转测定,（三）、化学性质按SiO2含量，将石料划分为酸性岩SiO265%中性岩52%SiO265%碱性岩SiO2设计强度2)满足施工工作性的要求3)满足环境耐久性的要求设计配合比时，应考虑最大水灰比、最小水泥用量4）满足经济性的要求在满足前三项的前提下，尽量节约水泥，合理使用材料，以降低成本。3、水泥混凝土配合比设计的三个参数：水灰比W/C砂率单位用水量（水泥浆与集料的关系）,4、混凝土配合比设计的步骤（1）计算初步配合比（2）提出基准配合比（3）确定试验室配合比（4）换算工地配合比,（二）普通混凝土配合比设计方法（以抗压强度为指标）1、初步配合比计算1）确定试配强度fcu,0式中：,2）计算水灰比按强度计算式中：复核耐久性按砝码耐久性要求，复核水灰比不得大于表中的规定。3）选定单位用水量mw0根据粗集料品种、粒径及施工要求的混凝土稠度，查表选择。,4）计算单位水泥用水量复核耐久性5）选定砂率方法一：查表确定（坍落度、粗集料品种、最大粒径及水灰比）方法二：对坍落度大于60mm的混凝土，查表后应作调整。方法三：坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。6）计算粗、细集料单位用量（mgomso）,质量法体积法,2、试配、调整提出基准配合比1）试配：按初步配合比称取相应的材料作工作性及强度试验2）校核工作性，确定基准配合比3、检验强度，确定试验室配合比1）制作试件，检验强度三组试件：一组为基准配合比，一组试件水灰比为，第三组试件的水灰比为2）确定试验室配合比测定强度与湿表观密度选择既满足强度要求，工作性又满足要求的配合比作为试验室配合比。,4、施工配合比换算设施工现场砂、石含水率分别为a%、b%，则施工配合比中各材料单位用量为：,3-1普通水泥混凝土的技术性质,混凝土配合比设计例题题目试设计钢筋混凝T型桥梁用混凝土配合比原始资料（1）已知混凝土设计强度等级为C30，无强度历史统计资料，要求混凝土拌和物坍落度为30-50mm，桥梁所在地区属寒冷地区,（2）材料组成：可供硅酸盐水泥，等级为42.5，富裕系数，砂为中砂，表观密度，碎石最大粒径为dmax=31.5mm，表观密度，设计要求（1）按资料计算初步配合比（2）按初步配合比在试验室进行材料调整得出试验室配合比,设计步骤1、计算初步配合比1）确定混凝土配制强度（fcu,o）2）计算水灰比w/c计算水泥实际强度,计算水灰比2）按耐久性复核水灰比查表P84表3-18允许最大水灰比0.55故取w/c=0.553)确定单位用水量（mwo）查表3-20P85mwo=185,4）计算单位水泥用量（mco）（1）计算（2）复核耐久性查表3-18最小水泥用量=280kg/m3，则mco=336kg/m35）选定砂率()查表3-21P84取6）计算砂石用量,(1)采用质量法设则即解方程得,(2)采用体积法解方程得mso=617mgo=12522、调整工作性，提出基准配合比1）计算试拌材料用量,拌合混合料各材料用量（设试拌15L混凝土混合料）水泥：3360.015=5.04kg水：1850.015=2.78kg砂：6170.015=9.26kg碎石：12520.015=18.78kg2）调整工作性将上述各材料拌和后，测定工作性，按以下几种情况调整：测得坍落度值符合设计要求，其它各项性能良好，则该盘混凝土用来浇制检验强度或其它指标的试块坍落度值符合要求，其它性能不要求，则应加大砂率，重新称料，搅拌检测坍落度低于设计要求，可把所有拌和物收集，保持水灰比不变，增加水泥浆用量，重新搅拌后再检验其坍落度，若一次添料后即能满足要求，则此调整后的配合比即为基准配合比，如果一次添料不能满足要求，则该盘混凝土作废，重新称料调整，直至符合要求为止,如坍落度大于设计要求，则该盘混凝土作废，保持水灰比不变，减少水泥浆用量，称料拌合进行测定。3）提出基准配合比3、检验强度，测定试验室配合比1）检验强度三组试件，水灰比分别为A：0.50B：0.55C：0.60作图找出标准水灰比经作图，混凝土的标准水灰比为0.55。2）确定试验室配合比用水量,体积法：,解得,密度核实计算湿表观密度实测湿表观密度4、换算工地配合比已知砂的含水量为5%，碎石的含水量为1%，则该混凝土的施工配合比为水泥用量砂用量碎石用量,3.1.4路面水泥混凝土配合比设计方法,路面水泥混凝土配合比设计方法（以抗弯拉强度为指标的设计方法）基本要求：施工工作性、抗弯拉强度、耐久性（包括耐磨性）、经济合理性1、计算配制强度,2计算水灰比（w/c）对碎石混凝土对于卵石混凝土规范规定，路面混凝土水灰比一般不小于0.40，不大于0.50,（3）计算单位用水量（）对于碎石混凝土对于卵石混凝土确定砂率查表3-25P94(4)计算单位水泥用量规范规定：路面混凝土单位水泥用量一般不小于300kg/m3，不大于360kg/m3,（5）计算砂石材料单位用量(，)，用绝对体积法2、试拌调整，提出基准配合比（1）试拌一般拌制30L混合料（2）测工作性（3）调整配合比流动性不合格：增减水泥浆用量保水性、粘聚性不合格：应调整砂率,（4）提出基准配合比3、强度测定，确定试验室配合比三组试件，水灰比相差0.03测定强度，养护28d后，测定混凝土的抗折强度。选定既符合强度要求，且最经济的配合比4、换算工地配合比根据施工现场材料性质，砂石材料颗粒表面含水率，对理论配合比进行换算，最后得出施工配合比。换算时注意，试验室配合比是以砂石材料饱和面干含水率为准,3.1.5普通水泥混凝土的质量控制,（一）混凝土质量的波动影响混凝土质量的因素有：1、原材料的质量和配合比原材料中对质量影响最大的是水泥配合比：现场含水率变化时，应及时调整施工配合比防止杂质混入配合比应得到正确、准确地执行称料容许误差：水、水泥为1%砂、石2%,2、施工工艺拌合方式：人工、机械运输时间：应考虑水泥的水化反应速度对运输时间的限制。浇灌或振捣情况养护时间、湿度3、养护方法保湿：覆盖、洒水保温：保证水泥能在正常的温度范围内水化。,4、试验条件取样方法：试件成型，养护条件等浇注一般体积的结构物（如基础，墩石等）时每一单元结构物应制取2组试件连续浇注大体积结构时，每80200m3或第一工作班应制取2组上部结构，主要构件长16m以下应制取1组，1630m制取2组，3150m制取3组，50m以上者不少于5组，小型构件批或第工作班至少应制取2组每根钻孔桩至少应制取2组，桩长20m以上者不少于3组，桩径大、浇注时间长时，不少于4组，如换班工作时，每工作班应制取2组构筑物（小桥涵、挡土墙）每座，每处或每工作班制取不少于2组另取n组作为施工阶段的强度依据,（二）混凝土质量评定方法混凝土质量评定一般以抗压强度作为评定指标1、统计方法（已知标准差方法）当强度等级C20时，尚应满足,2、统计方法（未知标准差方法）n=10组为验收系数，见P97表3-28Sfcu必须=0.06fcu,k3、非统计方法：n300，液体沥青针入度=300，粘稠沥青，又分为固体沥青（40）和半固体沥青(40-300),二、石油沥青的组成和结构（一）元素组成CnHn+aObScNd其中C占8087%，H占10%-15%（二）石油沥青的化学组分1、三组分分析法将沥青分为油分、树脂、沥青质三个组分2、四组分分析法将沥青分为沥青质、饱和分、环烷芳香分和酸性芳香分（胶质）化学组分对路用性能的影响油分：使沥青具有流动性树脂：使沥青具有塑性酸性树脂：是一种表面活性物质，能增强沥青与砂质材料表面的粘附性沥青质：能提高沥青的粘结性和热稳定性,3、含蜡量高温时，石蜡变软，导致沥青路面的高温稳定性降低，出现车辙，另一方面，低会使沥青变脆硬，导致路面低温抗裂性降低，出现裂缝，且蜡会使石料与沥青之间的粘附性降低，使路面石子与沥青产生剥落，石蜡的存在还会降低沥青路面的抗滑性能（三）石油沥青的结构1、胶体理论沥青是分散相，油分和是分散介质沥青质吸附胶质形成胶团后分散于芳香分和饱和分中,2、胶体的结构类型（1）溶胶结构：沥青质含量少，油和树脂多。这种结构的特点是粘滞性小，流动性大，塑性好，温度稳定性差，是液体沥青特有的结构类型。（2）溶凝胶结构：沥青质适中，油和树脂亦适中。在常温下，这种结构的沥青处于溶胶型结构与凝胶型结构之间，其性质亦介于两者之间。（3）凝胶结构：沥青质较多，油分和树脂料少。这种结构的特点是弹性和粘性较高，温度敏感性较小，流动性、塑性低。,3、胶体结构类型的判定胶体结构类型与沥青路用性能之间有密切的关系，一般工程中用针入度指数PI划分沥青的胶体结构：当PI+2凝胶型当-2PI13.2mm水煮法：取13.219mm颗粒5个，烘干，加热，置于热沥青中，冷却5min，水煮微沸，3min后观察沥表剥落情况，评价等级，51级，5级最好，1级最差,4、老化沥青在自然因素作用下，产和不可逆的化学变化，导致路用性能劣化，称之为老化。沥青老化后，在物理力学性质方面，表现为针入度减少，延度降低，软化点升高，绝对粘度提高，脆点降低等。在化学组分含量方面，表现为饱和分变化较少，芳香分明显转变为胶质（速度较慢），而胶质又转变为沥青质（速度较快），由于芳香分转变为胶质，不足以补偿胶质转变为沥青质，所以最终是胶质明显减少，而沥青质显著增加。,四、石油沥青的技术标准（一）粘稠石油沥青的技术标准1、重交通量见教材表4-3所示根据针入度分为AH-50，AH-70，AH-90，AH-110，AH-130五个标号。2、中、轻交通量见教材表4-4所示根据针入度为A-60甲，A-60乙，A-100甲，A-100乙，A-140甲，A-180，A-200七个标号。（二）液体沥青见教材表4-5所示,五、改性石油沥青（一）改性沥青的分类及其特性1.热塑性橡胶类改性沥青2.橡胶类改性沥青3.热塑性树脂类改性沥青4.掺加天然橡胶的改性沥青5.其他改性沥青（1）掺金属皂（2）掺炭黑（3）掺玻纤,（二）改性沥青的标准1.分为三类2.三类有A、B、C、D四个标号；三类分为A、B、C、三个标号（三）改性沥青的应用和发展SBS改性沥青是主要方向。,第二节煤沥青一煤沥青的化学组成和结构特点1.煤沥青的化学组成（1）游离碳（2）树脂（3）油分2.煤沥青的结构特点游离碳、硬树脂为分散相，以软树脂为保护物质，以油分为分散介质。,二煤沥青的技术性质与技术标准1.煤沥青的技术性质（1）黏度（2）馏分含量及残渣性质（3）焦油酸含量（4）含萘量（5）甲苯不容物（6）含水量2.煤沥青的技术标准分为软煤沥青和硬煤沥青，路用主要是软煤沥青，其分为9个标号。,3.煤沥青与石油沥青的差异（1）温度稳定性差（2）大气稳定性差（3）塑性交差（4）与矿质材料的粘附性较好（5）防腐蚀性能较好（6）有害物质较多三、煤沥青与石油沥青的鉴别,第三节乳化沥青一乳化沥青的组成材料1.沥青2.乳化剂（1）阴离子型乳化剂（2）阳离子型乳化剂（3）两性离子型乳化剂（4）非离子型乳化剂3.稳定剂（1）有机稳定剂（2）无机稳定剂4.水,二乳化沥青的形成机理与分裂机理1.乳化沥青的形成机理（1）乳化剂降低界面能的作用（2）增强界面膜的保护作用（3）界面电荷稳定作用2.乳化沥青的分裂机理（1）蒸发作用（2）乳液与集料表面的吸附作用三乳化沥青的制备,3.煤沥青与石油沥青的差异（1）温度稳定性差（2）大气稳定性差（3）塑性交差（4）与矿质材料的粘附性较好（5）防腐蚀性能较好（6）有害物质较多三、煤沥青与石油沥青的鉴别,第五章沥青混合料,一、定义沥青混凝土混合料（Asphaltconcretemixture）：粗集料+细集料+填料+沥青简称AC沥青碎石混合料（Asphaltmacadanmixture）粗集料+细集料+填料+沥青简称AM二、沥青混合料的特点1、良好的力学性能：弹塑性，无需设置施工缝、伸缩缝，路面平整且有弹性2、良好的抗滑性能：平整且有一定的粗糙度，不反光，行车安全3、施工方便，速度快,4、可分期改造和再生利用5、晴天无尘，雨天不泞，便于汽车高速行驶缺点：1、老化表层产生松散2、温度稳定性差：高温软化，产生过分变形；低温脆化，产生裂缝三、沥青混合料分类1、按胶凝材料种类（1）石油沥青混合料（2）煤沥青混合料,2、按砂料最大粒径可分为以下几种（1）特粗式D31.5mm（2）粗粒式D26.5mm用于基层、下面层（3）中粒式D=19/16mm面层或下面层（4）细粒式D=13.2/9.5mm面层（5）砂粒式D9.5mm磨耗层3、按砂质混合料级配类型分类,（1）连续级配如沥青混凝土混合料（2）间断级配如SMAstonemasticAsphalt4、按连续级配密实度分（1）密级配沥青混合料其中：3%6%I型410%II型（2）半开级配沥青混合料（3）开级配沥青混合料5、按施工温度分（1）热拌热铺沥青混合料（2）冷拌沥青混合料（3）再生沥青混合料,5-2热拌沥青混合料,定义：热拌沥青混合料是经人工组配的矿质混合料与粘稠沥青在专门设备中加热拌和而成，用保温运输工具运送至施工现场，并在热态下进行摊铺和压实的混合料，通称：热拌热铺沥青混合料，简称：热拌沥青混合料热拌沥青混合料是目前路面材料中最典型的品种，故本文着重介绍该品种。一、沥青混合料的组成结构和强度理论（一）沥青混合料组成结构1、结论理论1