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1、1道路工程材料交通运输工程学院交通运输工程学院李立寒李立寒 杨群杨群嘉定校区办公室：嘉定校区办公室：625室室Email:2学习道路工程材料目的与意义道路材料是道路工程建设的物质基础。道路材料是道路工程建设的物质基础。道路材料费用在整个道路工程的造价中占很大比重，道路材料费用在整个道路工程的造价中占很大比重，一般为一般为40407070。道路材料的性能在很大的程度上决定了道路工程的道路材料的性能在很大的程度上决定了道路工程的使用性能和耐久性。使用性能和耐久性。道路建筑材料的种类决定了道路路面结构组合设计道路建筑材料的种类决定了道路路面结构组合设计以及施工工艺。以及施工工艺。随着高等级公路建设的
2、快速发展，需要各种高性能随着高等级公路建设的快速发展，需要各种高性能的道路材料。的道路材料。3绪论道路工程材料的主要类型主要研究内容和研究方法学习要求4桥梁工程结构用材料桥梁工程结构用材料构造物用材料构造物用材料道路工程道路工程结构结构（面层、基层、垫层）用材料（面层、基层、垫层）用材料一、道路工程材料的主要类型5路基路面结构示意图路基路面结构示意图6道路路表道路路表沥青路面的结构层次沥青路面的结构层次我国我国国外国外路面路面面层面层上面层上面层磨耗层磨耗层面层面层路面路面 中面层中面层联结层联结层下面层下面层基层基层基层基层底基层底基层底基层底基层垫层垫层路基改善层路基改善层路基路基路基路基
3、路基路基填土或天然土填土或天然土8 砂石材料砂石材料 轧制碎石、天然砂砾石轧制碎石、天然砂砾石 工业冶金矿渣（如煤渣、高炉渣和钢渣等）工业冶金矿渣（如煤渣、高炉渣和钢渣等） 胶结料类胶结料类 水泥、石灰、沥青水泥、石灰、沥青 工程聚合物（工程聚合物（塑料、橡胶）塑料、橡胶） 建筑钢材建筑钢材 钢材与钢筋钢材与钢筋道路工程材料的主要道路工程材料的主要原材料原材料9 沥青混合料沥青混合料 由沥青、砂石材料等组成由沥青、砂石材料等组成 水泥混凝土水泥混凝土 由水泥、砂石材料等组成由水泥、砂石材料等组成 半刚性材料半刚性材料 由少量水泥、石灰（粉煤灰）等组成由少量水泥、石灰（粉煤灰）等组成道路工程材料
4、的主要道路工程材料的主要混合料混合料10道路工程材料的主要类型道路路面、机场跑道、桥梁铺装等工程中采用的主要材料包括：原材料：砂石材料、沥青、水泥、石灰、钢材、木材、工程聚合物等以及由这些原材料组成的各种混合料：沥青混合料、水泥混凝土及砂浆、无机结合料稳定材料等。我国公路路面材料发展历程我国公路路面材料发展历程（1 1）2020世纪世纪6060年代以前年代以前 砂石路面砂石路面 砂石和粘土是最基本的材料，粘土作为结合料。砂石和粘土是最基本的材料，粘土作为结合料。（2 2）2020世纪世纪60607070年代年代 渣油路面渣油路面 随着大庆油田的开发，道路渣油这种不合格的沥青随着大庆油田的开发，
5、道路渣油这种不合格的沥青材料登上了历史舞台。在这个阶段，渣油表处加石灰土材料登上了历史舞台。在这个阶段，渣油表处加石灰土基层成了最主要的路面结构。基层成了最主要的路面结构。（3 3）2020世纪世纪7070年代年代 普通（低等级）路面普通（低等级）路面 随着胜利油田随着胜利油田923923原油和孤岛原油的开发，使胜利炼原油和孤岛原油的开发，使胜利炼油厂开始生产符合一定规格的沥青。这种沥青中蜡含量很油厂开始生产符合一定规格的沥青。这种沥青中蜡含量很高，质量很差。胜利沥青铺筑到天安门广场四周道路上，高，质量很差。胜利沥青铺筑到天安门广场四周道路上，获得优质产品银奖。与此同时，沥青碎石结构、贯入式路
6、获得优质产品银奖。与此同时，沥青碎石结构、贯入式路面或上拌下贯式沥青路面得到了发展，基层的石灰土已经面或上拌下贯式沥青路面得到了发展，基层的石灰土已经考虑掺加了碎石，成为这个时期公路干线的主要形式。考虑掺加了碎石，成为这个时期公路干线的主要形式。（4 4）2020世纪世纪8080年代后期年代后期 高速公路沥青路面高速公路沥青路面 以我国高速公路建设为契机，我国进入了高等级公路以我国高速公路建设为契机，我国进入了高等级公路建设的新时期。交通部制定了建设的新时期。交通部制定了“重交通道路沥青标准重交通道路沥青标准”，开始大量进口国外高质量沥青。石化部门也开始研制生产开始大量进口国外高质量沥青。石化
7、部门也开始研制生产重交通沥青。沥青混凝土路面成为高等级公路路面主要结重交通沥青。沥青混凝土路面成为高等级公路路面主要结构形式，基层也采用了水泥、石灰稳定碎石等形式。构形式，基层也采用了水泥、石灰稳定碎石等形式。13二、道路工程材料的研究内容1. 基本组成与结构基本组成与结构2. 基本技术性质基本技术性质3. 材料组成设计材料组成设计141. 道路工程材料的组成与结构道路工程材料的组成与结构物质的微观组成与结构决定了其宏观性能道路工程材料所具有的各项性能取决于材料的组分、结构与构造等因素。v 材料组成对性能的影响材料组成对性能的影响 钢材（元素）：钢材（元素）：加入铬、镍可以提高防锈能力加入铬、
8、镍可以提高防锈能力 岩石（矿物）：岩石（矿物）：花岗岩主要成分为石英、长石花岗岩主要成分为石英、长石 石灰岩主要成分为方解石石灰岩主要成分为方解石 沥青（元素）：沥青（元素）：主要由碳氢元素组成主要由碳氢元素组成 水泥（矿物）：水泥（矿物）：提高硅酸三钙含量，硬化速度、强度提高提高硅酸三钙含量，硬化速度、强度提高石料 砂砂岩岩石石灰灰岩岩辉辉绿绿岩岩花花岗岗岩岩方解石 影响粘附性的矿物成分172. 基本技术性质基本技术性质基本力学性能：强度、变形、磨耗率、压碎值等耐久性：道路工程材料在行车荷载及自然因素的作用下，其使用性能将发生衰减。工艺性：工艺性是指材料适合于按一定工艺要求加工的性能。工艺性
9、是选择材料和确定设计参数时必须考虑的重要因素。基本物理性能：常用的物理指标为物理常数（密度、空隙率、孔隙率）与吸水率等。路用性能：温度稳定性、抗裂性、抗滑性等18根据道路交通量、车辆特征、结构类型、气候条件等实际需要，设计各种道路工程材料组成、配比、生产及施工工艺。东海大桥东海大桥交通量大重载集装箱车辆桥面铺装海洋气候SMA沥青混凝土沥青混凝土浇注式混凝土浇注式混凝土防水层防水层混凝土桥面混凝土桥面3. 道路工程材料的设计道路工程材料的设计沥青混合料设计工作流程正常施工正常施工生产配合比设计生产配合比设计试验段铺设验证试验段铺设验证目标配合比设计目标配合比设计原材料选择原材料选择1. 1. 组
10、配设计组配设计2. 2. 油石比确定油石比确定3. 3. 路用性能检验路用性能检验1. 1. 粗、细集料粗、细集料2. 2. 填充料填充料3. 3. 沥青沥青1. 1. 拌和楼调试拌和楼调试2. 2. 油石比确定油石比确定1. 1. 拌和楼工艺拌和楼工艺2. 2. 现场工艺现场工艺3. 3. 质量检测质量检测20v 材料结构对性能的影响材料结构对性能的影响微观结构（纳米级）：原子、分子、离子等在空间的分微观结构（纳米级）：原子、分子、离子等在空间的分布情况。布情况。亚微观结构亚微观结构（微米级）：细观结构，岩石的矿物组织，（微米级）：细观结构，岩石的矿物组织，金属的晶体颗粒等。金属的晶体颗粒等
11、。宏观结构宏观结构（毫米级）：肉眼、放大镜可以观测的结构（毫米级）：肉眼、放大镜可以观测的结构聚合物改性沥青亚微观结构21公路损坏情况公路损坏情况原因原因（1 1）交通量剧增，超载严重）交通量剧增，超载严重 （2 2）设计（材料与结构）设计（材料与结构） （3 3）施工）施工 车辙路面开裂n下层强度不足n路基不均匀沉降n基层反射裂缝24三、性能检测与技术标准n实验室材料性能测定：原材料、混合料实验室材料性能测定：原材料、混合料图图n实验室模拟结构物的性能测定：小尺寸模拟实验室模拟结构物的性能测定：小尺寸模拟图图n足尺结构的性能测定：加速加载试验足尺结构的性能测定：加速加载试验图图n试验路试验路
12、 1. 材料性能检测材料性能检测252. 技术标准技术标准规定内容：规定内容：技术性质、质量规格、测试方法技术性质、质量规格、测试方法依据：依据：材料的性能研究、生产、设计和施工材料的性能研究、生产、设计和施工标准：标准： 国家标准：代号国家标准：代号GB（如（如GB 5009296） 行业标准：如交通部颁标准，代号行业标准：如交通部颁标准，代号JTJ、JTG 企业标准：代号企业标准：代号QB 国际上较有影响的技术标准：国际上较有影响的技术标准： 国际标准国际标准 ISO 美国材料试验学会标准美国材料试验学会标准 ASTM（AASHTO） 日本工业标准日本工业标准JIS 英国标准英国标准BS标
13、准：标准：中国国家标准、行业标准、地方标准、企业标准美国ASTM 美国材料试验学会标准 AASHTO 美国各州公路与运输工作者协会标准英国BS标准日本JIS标准 沥青混合料用粗集料质量技术要求 表4.8.2指 标单位高速公路及一级公路其他等级公路试验方法表面层其他层次石料压碎值 不大于262830T 0316洛杉矶磨耗损失 不大于283035T 0317表观相对密度 不小于t/m32.602.502.45T 0304吸水率 不大于2.03.03.0T 0304坚固性 不大于1212T 0314针片状颗粒含量（混合料）不大于 其中粒径大于9.5mm 不大于 其中粒径小于9.5mm 不大于1512
14、1818152020T 0312水洗法10001000500500250250附录A粗集料的磨光值 PSV 不小于 高速公路、一级公路表面层42403836T 0321粗集料与沥青的粘附性 不小于 高速公路、一级公路表面层高速公路、一级公路的其他层次及其他等级公路的各个层次54444333T 0616T 066328（1）重点掌握和理解概念性问题道路工程材料道路工程材料是一门专业基础课，它一方面是一门专业基础课，它一方面为学习其他专业课程提供必要的基础知识，另一为学习其他专业课程提供必要的基础知识，另一方面为在实际工程中解决道路材料的相关问题提方面为在实际工程中解决道路材料的相关问题提供一定的
15、基本理论知识和基本试验技能。供一定的基本理论知识和基本试验技能。（2）与实际工程相结合（3）试验环节道路工程材料学习方法29本课程的主要内容和教学安排本课程的主要内容和教学安排总学时：34学时理论课：26学时石料与集料（4）沥青材料（聚合物）（56)沥青混合料（56)水泥（2）水泥混凝土（23）无机结合料稳定混合料（23）复习（2）实验课：6学时30教材的主要内容第一章第一章 石料与集料石料与集料第二章第二章 沥青材料沥青材料第三章第三章 沥青混合料沥青混合料第四章第四章 水泥水泥与石灰与石灰第五章第五章 水泥混凝土水泥混凝土与砂浆与砂浆第六章第六章 无机结合料稳定类混合料无机结合料稳定类混合
16、料建筑钢材建筑钢材工程聚合物工程聚合物31实验课安排n砂石材料n沥青材料n沥青混合料32我国高速公路里程增长情况我国高速公路里程增长情况 2007年底，我国公路总里程为年底，我国公路总里程为358.37km，高速公路建，高速公路建成里程成里程5.36万万km，东部地区已初具高速公路网。等级，东部地区已初具高速公路网。等级公路公路254km，农村公路达到，农村公路达到313.44万公里。万公里。3334室内材料试验室内材料试验35室内材料试验室内材料试验36室内材料试验室内材料试验37室内小型模拟试验室内小型模拟试验38路面加速加载试验（路面加速加载试验（APT） APTAccelerated
17、Pavement Testing即（足尺）路面加速加载试验，是指：将可控即（足尺）路面加速加载试验，是指：将可控制的轮载在大于或等于规范限定的极限标准下，制的轮载在大于或等于规范限定的极限标准下，施加到实际的多层路面结构，在可控的、加速施加到实际的多层路面结构，在可控的、加速的变形累积条件下的路面响应和路面使用性能的变形累积条件下的路面响应和路面使用性能变化的试验。变化的试验。39试验场地：试验场地：v室内环道、直道或结构试槽室内环道、直道或结构试槽 v室外足尺试验场室外足尺试验场试验移动试验移动设备设备 加速加载试验加速加载试验APT40室内直道或环道室内直道或环道41室内结构试槽室内结构试
18、槽APTAsphalt pavement tester42丹麦室内小型直道试验系统丹麦室内小型直道试验系统室内结构试槽室内结构试槽43美国室外试验地理位置分布美国室外试验地理位置分布44WesTrack45WesTrack46MnRoad(2/2)47MnRoad48室外足尺加速试验设备室外足尺加速试验设备nHeavy Vehicle SimulatornFHWA ALFnNCAT TEST TRACKnMnRoadnWesTracknTexas Mobile Load Simulator49南非南非 Heavy Vehicle Simulator(HVS)50Texas Mobile Load Simulator51FHWA ALF52中国交通部公路科学研究所美国联邦公路局TFRC公路研究中心美国路易斯安那公路研究中心澳大利亚道路研究所53加速加载试验系统加速加载试验系统
