第12讲路桥工程材料.ppt

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1、第第12讲讲 路桥工程材料路桥工程材料&目前主要的路桥工程材料目前主要的路桥工程材料&路桥工程材料的发展趋势路桥工程材料的发展趋势土基（路基）土基（路基）1)桥梁结构用材料桥梁结构用材料2)隧道结构用材料隧道结构用材料3)道路结构（面层、基层、垫层）用材料道路结构（面层、基层、垫层）用材料4)构造物所用材料构造物所用材料目前主要的路桥工程材料目前主要的路桥工程材料(1)砂石材料砂石材料 1)人工开采的岩石或轧制的碎石人工开采的岩石或轧制的碎石 2)天然砂砾石天然砂砾石 3)各种性能稳定的工业冶金矿渣各种性能稳定的工业冶金矿渣 （如煤渣、高炉渣和钢渣等）（如煤渣、高炉渣和钢渣等）(2)胶结料类胶

2、结料类 1)水泥（石灰）水泥（石灰）2)沥青沥青(3)建筑钢材建筑钢材 钢材与钢筋钢材与钢筋目前常用的路桥工程材料为：目前常用的路桥工程材料为：(4)工程聚合物材料工程聚合物材料 塑料（合成树脂）、橡胶和纤维等塑料（合成树脂）、橡胶和纤维等(5)水泥混凝土水泥混凝土 水泥水泥+砂石材料砂石材料(6)沥青混合料沥青混合料 沥青沥青+砂石材料砂石材料(7)半刚性材料半刚性材料 以少量水泥、石灰（粉煤灰）稳定土以少量水泥、石灰（粉煤灰）稳定土 稳定碎（砾）石混合料稳定碎（砾）石混合料 1)按来源分类按来源分类 天然砂石材料：卵石、砾石、漂石；砂天然砂石材料：卵石、砾石、漂石；砂(海砂、河海砂、河 砂

3、、山砂等砂、山砂等)人工轧制的砂石料：块料、碎石集料人工轧制的砂石料：块料、碎石集料 工业冶金矿渣集料：钢渣、高炉渣、煤渣、粉煤灰工业冶金矿渣集料：钢渣、高炉渣、煤渣、粉煤灰 2)按尺寸和用途分类按尺寸和用途分类 石料石料 集料：粗集料集料：粗集料粒径粒径d4.75mm（2.36mm）细集料细集料粒径粒径d4.75mm（2.36mm）(1)砂石材料砂石材料安山岩花岗岩玄武岩石灰岩白云岩石粉(2)水泥水泥1)硅酸盐水泥硅酸盐水泥P I、P II：硅酸盐水泥熟料：硅酸盐水泥熟料05%混合材石膏混合材石膏2)普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥P O：硅酸盐水泥熟料：硅酸盐水泥熟料615%混合材石膏混合材石

4、膏3)矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥P S：水泥熟料：水泥熟料2070%粒化高炉矿渣石膏粒化高炉矿渣石膏4)火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥P P：水泥熟料：水泥熟料2050%火山灰质材料石膏火山灰质材料石膏5)粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥P F：水泥熟料：水泥熟料20%40%粉煤灰石膏粉煤灰石膏6)道路硅酸盐水泥：道路硅酸盐水泥熟料道路硅酸盐水泥：道路硅酸盐水泥熟料010%活性混合材石膏活性混合材石膏 用途：供道路面层和机场道面结构专用用途：供道路面层和机场道面结构专用 主要技术要求：抗折强度高、干缩性小、耐磨性好主要技术要求：抗折强度高、干缩性小、耐磨性好(3)水泥混凝土水泥混凝土

5、水泥、水和集料按适当比例配合拌制成混合料经水泥、水和集料按适当比例配合拌制成混合料经硬化而成的人造石材硬化而成的人造石材 1)分类分类 按强度分（按强度分（28天抗压强度天抗压强度R28）)低强度混凝土：低强度混凝土：R2820MPa )普通强度混凝土：普通强度混凝土：R28=2060MPa )高强度混凝土：高强度混凝土：R2860MPa )超高强度混凝土：超高强度混凝土：R281050MPa 按表观密度分按表观密度分 )轻混凝土：轻混凝土：1900 kg/m3 )普通混凝土：普通混凝土：=19002500kg/m3(一般一般2400 kg/m3)重混凝土：重混凝土：2600 kg/m3 按特

6、性分按特性分 纤维加强混凝土、喷射混凝土、聚合物混凝土等纤维加强混凝土、喷射混凝土、聚合物混凝土等2)普通混凝土组成材料普通混凝土组成材料 水泥水泥 )品种：考虑工程特点、环境及施工条件品种：考虑工程特点、环境及施工条件 )强度等级或标号：与混凝土的设计强度等级相匹配强度等级或标号：与混凝土的设计强度等级相匹配 细集料细集料 )级配与细度模数级配与细度模数 )有害杂质有害杂质 粗集料粗集料 )力学性能：强度、压碎值、坚固性、磨耗率等力学性能：强度、压碎值、坚固性、磨耗率等 )级配：连续级配级配：连续级配 )最大粒径：与结构尺寸有关最大粒径：与结构尺寸有关 )表面特征：粗糙程度、颗粒形状等表面特

7、征：粗糙程度、颗粒形状等 )有害杂质：有机质、泥土、硫酸盐类有害杂质：有机质、泥土、硫酸盐类 外加剂外加剂 在混凝土拌和前或拌合时掺入、掺量不大于水泥质量在混凝土拌和前或拌合时掺入、掺量不大于水泥质量5%（特殊情况下除外），并能按照某些要求改善混凝土性（特殊情况下除外），并能按照某些要求改善混凝土性能的物质能的物质.按其主要功能分类按其主要功能分类)减水剂减水剂 在不影响混凝土工作性的条件下，具有减水及增强作在不影响混凝土工作性的条件下，具有减水及增强作用外加剂，减水剂的品种用外加剂，减水剂的品种.a 普通减水剂（具有普通减水剂（具有5以上减水、增强作用）：木质以上减水、增强作用）：木质素磺酸

8、盐类素磺酸盐类 b 缓凝减水剂（兼具缓凝功能）：糖蜜类缓凝减水剂（兼具缓凝功能）：糖蜜类 c 引气减水剂（兼有引气作用）引气减水剂（兼有引气作用）d 高效减水剂（又称超塑化剂或流化剂，具有高效减水剂（又称超塑化剂或流化剂，具有12以上以上减水、增强作用）：多环芳香族磺酸盐类、水溶性树脂类减水、增强作用）：多环芳香族磺酸盐类、水溶性树脂类 e 复合减水剂复合减水剂)引气剂引气剂 经搅拌能在混凝土拌和物中引入大量分布均匀的独立经搅拌能在混凝土拌和物中引入大量分布均匀的独立微小气泡，以改善其工作性，并在其硬化后能保留微小气微小气泡，以改善其工作性，并在其硬化后能保留微小气泡以改善其抗冻融耐久性的物质

9、泡以改善其抗冻融耐久性的物质a 引气剂的主要品种引气剂的主要品种 松香热聚物类、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类松香热聚物类、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类B 引气剂的作用原理引气剂的作用原理：发生在水：发生在水空气界面上空气界面上c 作用功能作用功能 增加混合料流动性增加混合料流动性 提高混凝土耐久性提高混凝土耐久性 混凝土弹性模量降低混凝土弹性模量降低 强度有所降低：引气量以强度有所降低：引气量以68为宜为宜)缓凝剂缓凝剂 能延缓混凝土凝结时间，并对其后期强度无不良能延缓混凝土凝结时间，并对其后期强度无不良 影响的外加剂影响的外加剂 a 缓凝剂的主要品种缓凝剂的主要品种:糖类、木质素磺酸盐类

10、、羟基羧糖类、木质素磺酸盐类、羟基羧 基及其盐类、无机盐类、氯盐类基及其盐类、无机盐类、氯盐类 b 缓凝剂缓凝的机理：水泥初期水化速度变慢缓凝剂缓凝的机理：水泥初期水化速度变慢)早强剂早强剂 能提高混凝土早期强度并对后期强度无影响的外加剂能提高混凝土早期强度并对后期强度无影响的外加剂 a 早强剂主要品种有：氯盐类、硫酸盐类和有机胺类早强剂主要品种有：氯盐类、硫酸盐类和有机胺类 b 机理分析机理分析 增加水泥浆体中固相比例，有助于水泥石结构的形成增加水泥浆体中固相比例，有助于水泥石结构的形成如：如：CaCl2Ca(OH)2 氧氯化钙不溶性氧氯化钙不溶性 Na2SO4Ca(OH)2 硫酸钙高分散性

11、硫酸钙高分散性氯盐类早强剂不得用于大部分钢筋混凝土工程氯盐类早强剂不得用于大部分钢筋混凝土工程(4)沥青沥青 在高度缩合的环烷环、芳香环上带有长短不同的烷基在高度缩合的环烷环、芳香环上带有长短不同的烷基侧链的碳氢化合物，及其非金属（侧链的碳氢化合物，及其非金属（O、S、N）衍生物组）衍生物组成的混合物，并含有微量元素成的混合物，并含有微量元素.颜色颜色：暗褐色或黑色暗褐色或黑色 形态形态：常温下为固体或半固体常温下为固体或半固体1)沥青的分类：沥青的分类：地沥青地沥青 )天然沥青：湖沥青、岩石沥青、海底沥青天然沥青：湖沥青、岩石沥青、海底沥青 )石油沥青：用石油经开采、精炼加工而得到的石油沥青

12、：用石油经开采、精炼加工而得到的 焦油沥青焦油沥青 )煤沥青煤沥青 )木沥青木沥青)天然沥青天然沥青 天然沥青是石油在自然条件下，经过千百万年的时天然沥青是石油在自然条件下，经过千百万年的时间，在温度、压力、气体、无机物催化剂、微生物以及间，在温度、压力、气体、无机物催化剂、微生物以及水分等综合作用下氧化聚合而成的沥青类物质。水分等综合作用下氧化聚合而成的沥青类物质。由于它常年与自然环境共存，故其性质特别稳定。由于它常年与自然环境共存，故其性质特别稳定。由沥青、矿物质、水分构成。由沥青、矿物质、水分构成。根据天然沥青生成矿床的不同，可以分为：根据天然沥青生成矿床的不同，可以分为：A 湖沥青湖沥

13、青 B 岩沥青岩沥青 C 海底沥青海底沥青 A 湖沥青湖沥青 特立尼达湖沥青（特立尼达湖沥青（Triniada Lake Asphalt）是世界上最为著名的）是世界上最为著名的天然沥青之一，它产于南美洲加勒比海岛国风景秀丽的特立尼达和天然沥青之一，它产于南美洲加勒比海岛国风景秀丽的特立尼达和多巴哥境内的沥青湖。该沥青湖又叫彼奇湖，面积多巴哥境内的沥青湖。该沥青湖又叫彼奇湖，面积44万平方米，深万平方米，深82米，湖中沥青储量达米，湖中沥青储量达1200万吨，是世界上最大的天然沥青产地万吨，是世界上最大的天然沥青产地。特立尼达沥青湖特立尼达沥青湖B 岩沥青岩沥青 岩沥青生成于岩石的夹缝中，缝宽很

14、窄，仅数十厘米，深可达几岩沥青生成于岩石的夹缝中，缝宽很窄，仅数十厘米，深可达几百米。天然岩沥青是一种纯天然的碳氢化合物，熔点在百米。天然岩沥青是一种纯天然的碳氢化合物，熔点在150 以上，以上，我国青海及克拉玛依地区有所开采，但很少用于道路。美国北部犹他我国青海及克拉玛依地区有所开采，但很少用于道路。美国北部犹他州的州的Uintah盆地的盆地的UNTAITE岩沥青是世界上最为著名的岩沥青。岩沥青是世界上最为著名的岩沥青。技术指标技术指标数值数值软化点，软化点，160175针入度，针入度，250比重比重1.041.06闪点，闪点，25 315直馏沥青：较好的变形能力，温度敏感性较大直馏沥青：较

15、好的变形能力，温度敏感性较大氧化沥青：较好的温度稳定性氧化沥青：较好的温度稳定性溶剂沥青：丙烷脱溶剂沥青：丙烷脱液体沥青：在粘稠沥青中掺加煤油、汽油、柴油液体沥青：在粘稠沥青中掺加煤油、汽油、柴油调配沥青：调和沥青、混合沥青调配沥青：调和沥青、混合沥青乳化沥青：水乳化剂沥青乳化沥青：水乳化剂沥青 原油原油常压渣油常压渣油减压渣油减压渣油粘稠沥青粘稠沥青 (5)沥青混合料沥青混合料 适当比例的粗集料、细集料及填料组成的符合规定级适当比例的粗集料、细集料及填料组成的符合规定级配的矿料与沥青结合料拌合而成的混合料的总称配的矿料与沥青结合料拌合而成的混合料的总称.沥青沥青集料集料沥青玛蹄脂沥青玛蹄脂

16、1)按级配组成和曲线类型分类按级配组成和曲线类型分类见图见图 连续级配：密级配、半开级配、开级配连续级配：密级配、半开级配、开级配 间断级配间断级配 2)按公称最大粒径分类按公称最大粒径分类 特粗式、粗粒式、中粒式、细粒式、砂粒式特粗式、粗粒式、中粒式、细粒式、砂粒式 3)按照制造工艺分类按照制造工艺分类 热拌沥青混合料热拌沥青混合料 冷拌沥青混合料冷拌沥青混合料 再生沥青混合料再生沥青混合料矿质混合料的矿质混合料的3 3种典型级配曲线种典型级配曲线 SMA（Stone Matrix Asphalt）混合料）混合料2)按照集料的公称最大粒径分类按照集料的公称最大粒径分类砂粒式：公称最大粒径砂粒式：公称最大粒径4.75mm细粒式：公称最大粒径细粒式：公称最大粒径9.5mm、13.2mm中粒式：公称最大粒径中粒式：公称最大粒径16mm、19mm粗粒式：公称最大粒径粗粒式：公称最大粒径26.5mm特粗式：公称最大粒径特粗式：公称最大粒径31.5mm3)按照沥青混合料的制造工艺分类按照沥青混合料的制造工艺分类 热拌热铺沥青混合料：粘稠沥青热态施工热拌热铺沥青混合料：粘稠沥青热态施工 冷拌沥青混