道路建筑材料 全套课件.pptx

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,道路建筑材料,第一章绪论,【学习目标】了解道路建筑材料在路桥工程中的地位；掌握道路建筑材料的分类；掌握建筑材料在路桥工程中应具备的性质；熟悉道路建筑材料质量的技术标准。

1.1本课程的研究内容和任务,一、建筑材料的定义广义：

所有构筑物或建筑物所用材料及制品的统称。

包括各种材料、围墙、脚手架、模板等。

狭义：

本课程所讨论的建筑材料，是指用于道路与桥梁工程中的所有材料。

大桥桥墩施工,桥梁满堂支架法施工,二、道路建筑材料的分类,1、按化学成分分类：

有机材料：

木材、沥青、塑料、涂料、橡胶等无机材料：

钢筋、水泥、石灰、混凝土、石材等复合材料：

钢筋混凝土等,2、按材料使用功能分类：

结构材料：

指用作承重构件的材料。

如梁、板、柱所用的材料。

功能材料：

指具有某些特殊功能的材料。

如防水、隔热材料等。

三、本课程主要讲述的建筑材料：

砂石材料（第二章）无机结合料及其制品（第三、四章）有机结合料及其混合料（第六章）高分子聚合物材料（第八章）建筑钢材和木材（第七章）,1、砂石材料,岩石岩石自然风化得到的砂石料人工开采或轧制的集料，工业冶金矿渣集料用途：

直接铺筑路面，砌筑各种桥梁结构物，作为配制水泥混凝土或沥青混合料的矿质集料。

碎石路基施工,石拱桥,2、无机结合料及其制品,石灰水泥混凝土，砂浆，钢筋混凝土用途：

石灰、水泥广泛用于道路基层和底基层，如灰土可用作底基层，水泥稳定碎石用于基层；水泥是水泥混凝土和预应力混凝土结构的主要材料；水泥砂浆是各种桥梁圬工结构物砌筑的重要结合料。

左图：

水泥混凝土路面施工,下图：

高架路立交,左图：

灰土施工,3、有机结合料及其混合料,主要是含C、H、O元素的沥青材料和沥青混合料。

用途：

铺筑沥青混凝土路面，房屋建筑中还可以用于屋面防水。

黑色沥青路面,彩色沥青路面,4、高分子聚合物材料,合成橡胶纤维塑料用途：

（1）橡胶弹簧，减震橡胶垫；土工格栅：

增大地基承载力，防止路面塌陷或产生裂纹；塑料可用于生产排水管道（聚氯乙烯），制作土工膜（防渗基材），配制涂料（交通标线用）等。

土工格栅的使用,土工膜的使用,5、钢材和木材用途：

钢材主要用于钢结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构中；木材主要用作混凝土工程的拱架和模板等。

鸟巢2007.1,鸟巢：

总用钢量约5.5万吨,卢浦大桥,上海卢浦大桥是当今世界第一钢结构拱桥，是世界上跨度最大的拱形桥。

四、本课程主要任务：

了解道路、桥梁建筑常用材料的技术性质及检验方法；各种材料的内部组成结构及其技术性能之间的关系；产源或加工工艺对其性能的影响；合理选用、保管、运输材料等问题。

1.2建筑材料在路桥工程中应具备的性质,力学性质物理性质化学性质工艺性质耐久性能,一、力学性质,指道路建筑材料抵抗车辆荷载等复杂力系综合作用的性能。

主要从下面几个方面体现：

材料的强度：

抗压强度、抗拉强度、抗弯强度等。

弹性和塑性：

反应材料在外力作用下抵抗变形的能力。

脆性和韧性：

脆性表示材料突然破坏，没有明显变形；韧性表示材料产生变形而不破坏的能力。

硬度和耐磨性：

硬度表示抵抗较硬物体压入或刻划的能力；耐磨性表示物体表面抵抗磨损的能力。

二、物理性质,主要指标：

材料的物理常数：

密度、堆积密度、孔隙率等。

与水有关的性质：

吸水性、吸湿性、耐水性、抗冻性等，统称水稳定性。

与热有关的性质：

热容性、导热性、热变形性等，统称温度稳定性。

三、化学性质,指材料抵抗各种周围环境对其化学作用的能力。

举例：

化学侵蚀会导致材料强度降低抗侵蚀性空气中水和氧的综合作用，引起材料“老化”沥青的抗老化性空气中的CO2和混凝土中的Ca（OH）2反应，会降低碱度，减弱混凝土对钢筋的保护，还会增加混凝土的体积收缩，导致表面出现裂缝混凝土的抗碳化性,四、工艺性质,指材料适用于按照一定工艺流程进行加工的性能。

举例：

水泥混凝土拌合物应具备一定的和易性，才能浇筑成各种形状。

五、耐久性能,指材料在环境的各种因素影响下，能长久地保持其使用性能的性质。

举例：

钢筋锈蚀会导致强度降低；水泥混凝土受各种酸、碱、盐的侵蚀也会导致强度降低；沥青路面的老化等。

1.3道路建筑材料的检测方法及技术标准,一、道路材料的一般验证方法1、物理性能试验如测定砂石的密度和孔隙率等。

2、力学性质试验如测定钢筋抗拉强度、混凝土的抗压强度等。

3、化学性质试验如测定石灰的CaO和MgO的含量，它们是评定石灰质量的主要指标。

4、工艺性质试验如测定新拌混凝土的流动性，测钢筋的冷弯性能。

二、道路材料质量的标准化和技术标准,各种标准代号：

1、国家标准GBGB/T：

表示国家推荐性标准2、交通部行业标准JT专业标准ZBJT/T:

表示交通行业推荐性标准JTJ：

表示交通行业建设行业标准JTG：

表示交通行业公路工程行业标准3、地方标准DB4、企业标准QB,1.4道路建筑材料与路桥工程的关系,一、材料是工程结构物的物质基础二、材料的使用与工程造价密切相关材料的费用一般占总工程费用的30%-50%，某些重要工程甚至可达70%-80%，所以节约工程投资，降低工程造价，合理选配和应用材料很重要。

三、材料科学的进步可以促进工程技术发展,1.5道路建筑材料的发展趋势,一、产品性能上，要求高强、轻质、高耐久性、高耐火性、高性能、绿色环保等。

例如：

现代大跨度的桥梁要求采用高强、轻质的材料。

二、制品形式上，部分道路建筑材料向预制化、构件化、大尺寸方向发展。

例如：

大型桥梁预制构件，可节省工期。

三、生产工艺上，采用现代技术，提高生产效率，降低生产能耗，采用新型节能材料。

吊装预制块,四、资源利用上，充分利用工业废弃物，保护环境，节约资源。

例如：

利用火力发电场烧煤的煤渣粉煤灰，用于道路基层中，如石灰粉煤灰基层，简称二灰。

利用钢铁厂炼钢剩余的钢渣高炉渣，用于道路基层和底基层中。

主要是由于上述物质中含有较多的SiO2、CaO和Al2O3等活性物质，与H2O和CO2反应生成硅酸钙和铝酸钙，具有水硬性，稳定性较好。

第二章砂石材料,【学习目标】掌握评价砂石材料技术性质的主要指标；学会检验砂石材料技术性质的方法；学会应用级配理论设计矿质混合料配合组成的方法。

2.1,砂石材料的技术性质,岩石天然风化而成的砾石（卵石）和砂岩石经人工轧制的碎石、砂、石屑等,砂石材料,天然岩石,集料（粗、细集料）,一、岩石的技术性质,

（一）物理性质1、物理常数

（1）真实密度,（2-1）,

（2）毛体积密度,（2-2）,或,（2-3）以上三个物理常数可以间接反映石料的力学性质。

（3）孔隙率,（2-3）,2、吸水性,指岩石在规定条件下吸收水分的能力，通常用吸水率表示。

吸水率（2-4）饱和吸水率（2-5）吸水率、饱和吸水率能有效反映岩石小裂隙的发育程度。

吸水率越大，说明材料孔隙率n越大，抗压强度就越小，抗冻性和抗风化等性能越差。

3、抗冻性,指材料在吸水饱和状态下，经受规定次数的冻融循环后抵抗破坏的能力。

评价材料耐久性能的重要指标。

抗冻性用抗冻等级来表示。

抗冻等级是以试件在吸水饱和状态下，经冻融循环作用，质量损失（5%）和强度下降（25%）均不超过规定数值的最大冻融循环次数来表示。

抗冻等级表示方法：

F15，F25，F50，F100，F150，F200例如：

F50表示材料在抵抗50次冻融循环后，而未超过规定的损失程度。

一次冻融循环为：

试件在饱和状态下，在-15时冻结4h后，放入205水中溶解4h，此为一次冻融循环。

（二）力学性质,岩石应具备抗拉、抗压、抗折等强度，还应具备抗磨光、抗冲击和抗磨耗等力学性质，下面主要讨论抗压强度和磨耗性两方面的力学性质。

1、单轴抗压强度评定岩石力学性质的主要指标（2-6）2、磨耗性指岩石抵抗撞击、剪切和摩擦等综合作用的性能，用磨耗率来表示：

（2-7）,（三）化学性质,根据岩石中SiO2的含量，将岩石分为：

应用：

在选择路面沥青混合料中的碎石时，应优先选择碱性石料，提高沥青与石料的黏结性。

二、集料的技术性质,工程上根据集料的粒径大小将集料分为粗集料和细集料两类。

粗集料：

在沥青混合料中，粒径2.36mm，或在水泥混凝土中，粒径4.75mm的碎石、砾石等。

细集料：

在沥青混合料中，粒径2.36mm，或在水泥混凝土中，粒径4.75mm的天然砂、机制砂等。

河砂表面圆滑，洁净，质地较好，产源广，优先选用,山砂表面粗糙有棱角，但含泥和有机杂质较多,海砂虽具有河砂的特点，但常混有贝壳、碎片和盐分,其中，砂按来源可分为：

天然砂,机制砂由机械破碎、筛分而成，表面多棱角，较洁净，但造价高，如无特殊情况，多不采用。

（一）粗集料,1、物理性质

（1）物理常数表观密度（简称视密度）（2-8）毛体积密度（2-9）考虑一下这两个公式的分母项如何测定？

堆积密度,（2-10）堆积状态有三种情况：

自然堆积状态振实状态捣实状态堆积状态下的总外观体积V可用已知容积的容量瓶测得。

空隙率,指粗集料颗粒之间的空隙体积（包括颗粒之间的空隙和开口孔孔隙体积）占粗集料总外观体积的百分比。

（参见图2-2）（2-11）推导过程：

（2）级配,指粗集料中各种组成颗粒的分级和搭配情况。

通过筛分试验来确定。

具体试验方法及相关参数详见“细集料的级配”。

（2-12）,式中：

各粒级颗粒的分计质量损失百分率（%）；,各粒级试样试验前的烘干质量（g）；经硫酸钠溶液试验后各粒级筛余颗粒的烘干质量（g）。

（3）坚固性对轧制成的碎石或者是天然卵石，选取规定数量，分别装入金属网篮浸入硫酸钠溶液中进行干湿循环试验，完成五次循环后，观察其表面破坏情况，并用质量损失率来计算其坚固性。

压碎值磨耗率磨光值道瑞磨耗值冲击值压碎值用于衡量集料在逐渐增加的荷载下，抵抗压碎的能力。

它是衡量集料力学性质的一个指标，用以评价其在公路工程中的适用性。

磨耗率同岩石磨耗率，反映粗集料抵抗撞击、剪切和摩擦等综合作用的性能。

2、力学性质,磨光值：

是反映集料抵抗轮胎磨光作用能力的指标，是利用加速磨光机磨光集料并以摆式摩擦系数测定仪测得的磨光后集料的摩擦系数值来确定。

集料磨光值愈高，表示路表的抗滑性愈好，从而保障车辆的安全行驶。

道瑞磨耗值：

用于评定路面表层所用集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。

集料磨耗值越高，表示集料耐磨性愈差。

冲击值：

反映集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能，可采用冲击试验仪测定。

（二）细集料的技术性质,1、物理常数同“粗集料”。

2、级配级配是集料各级粒径颗粒的分级与搭配，通过筛分试验确定。

称取烘干试样500g，置于按筛孔大小顺序排列的一组方孔筛上，分别求出存留在各筛上的质量，即筛余量，然后求相关级配参数。

（2-16）式中：

mi某号筛上的筛余质量（g）；M试样总质量（g）。

累计筛余百分率（2-17）通过百分率（2-18）,主要计算参数有：

（1）分计筛余百分率,式中：

砂的细度模数；分别为边长4.75mm、2.36mm0.15mm筛的累计筛余百分率（%）。

3、粗度,粗度是评价砂的粗细程度的一种指标。

通常用细度模数表示。

（2-19）,细度模数越大，表示细集料愈粗。

我国现行标准建筑用砂（GB/T14684-2001）规定砂的粗细程度按细度模数可分为粗、中、细三种规格，其范围应符合下列规定：

粗砂：

中砂：

细砂：

注：

细度模数相同的砂，只能表示其粗细程度相同，但很可能级配不同，所以要全面表征砂的颗粒性质，必须要两者兼顾。

例题2-1讲解,2.2矿质混合料的组成设计,大多数砂石材料是以矿物混合料（粗细集料）的形式与各种结合料组成混合料使用。

矿质混合料除了要满足各种技术要求外，还必须满足最小空隙率和最大摩擦力的基本要求。

最小空隙率即最大密实度，各级矿质集料应按一定比例搭配；最大摩擦力通过比例搭配，使各级集料紧密排列，行程一个多级空间骨架，且具有最大的摩擦力。

一、矿质混合料的级配理论,1、级配类型连续级配间断级配,图2-7连续级配和间断级配曲线比较,合适的级配均可以达到良好的密实度，但同一尺寸范围的单粒级最好不要使用，仅在调