第12讲路桥工程材料ppt课件

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

2、和钢渣等）(2) 胶结料类胶结料类 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

3、(海砂、海砂、河河 砂、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、工业冶金矿渣集料：钢渣、高炉渣、煤渣、粉煤灰粉煤灰 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PO：硅酸盐水泥熟料：硅酸

4、盐水泥熟料615%混合材石膏混合材石膏3) 矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥PS：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PP：水泥熟料：水泥熟料2050%火山灰质材料石火山灰质材料石膏膏5) 粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥PF：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

5、、耐磨性好(3) 水泥混凝土水泥混凝土 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/

6、m3) )重混凝土：重混凝土：2600 kg/m3 按特性分按特性分 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 )种类：考虑工程特点、环境及施工条件种类：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强度等级或标号：与混凝土的设计强度等级相匹配级相匹配 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

7、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

8、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

9、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：发生在水引气剂的作用原理：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

10、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、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

11、氯化钙不溶性氧氯化钙不溶性 Na2SO4Ca(OH)2 硫酸钙高分散性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，及其长短不同的烷基侧链的碳氢化合物，及其非金属非金属O、S、N衍生物组成的混合物，衍生物组成的混合物，并含有微量元素并含有微量元素. 颜色：暗褐色或黑色颜色：暗褐色或黑色 形状：常温下为固体或半固体形状：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

12、沥青、岩石沥青、海底沥青 )石油沥青：用石油经开采、精炼加工而得石油沥青：用石油经开采、精炼加工而得到的到的 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，经过千百万年的时间，在温度、压力、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、微生物以及水分等综合作用下氧化聚合而成的沥青气体、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。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

13、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

14、。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

15、.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成的符合规定级配的矿料与沥青结

16、合料拌合而成的混合料的总称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 1) 按级配组成和曲线类型分类见图按级配组成和曲线类型分类见图 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 SMAStone Matrix Asphalt混合料

17、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 冷拌沥青混合料：冷拌沥青混合料： 液态沥青常温施工液态沥青常温施工 ) 乳化沥青乳化沥青 ) 液体沥青液体沥青 ) 泡沫

18、沥青泡沫沥青 再生沥青混合料：现场再生、场拌再生再生沥青混合料：现场再生、场拌再生4) 三种结构类型混合料的级配组成三种结构类型混合料的级配组成 间断级配间断级配连续开级配连续开级配连续密级配连续密级配悬浮密实型悬浮密实型骨架空隙型骨架空隙型骨架空隙型骨架空隙型沥青混合料的分类与特性沥青混合料的分类与特性 悬浮密实结构悬浮密实结构 级配特点：连续密级配，细集料多，粗集料较少，悬级配特点：连续密级配，细集料多，粗集料较少，悬浮于细集料中，不能形成嵌挤骨架，空隙率较小浮于细集料中，不能形成嵌挤骨架，空隙率较小. 使用特点：密实耐久、高温稳定性较差使用特点：密实耐久、高温稳定性较差. 骨架空隙结构骨

19、架空隙结构 级配特点：连续开级配，粗集料较多，细集料较少，不级配特点：连续开级配，粗集料较多，细集料较少，不足以充分填充粗骨架空隙，空隙率较大足以充分填充粗骨架空隙，空隙率较大 使用特点：温度稳定性好、耐久性较差使用特点：温度稳定性好、耐久性较差(6) 无机结合料稳定类混合料无机结合料稳定类混合料 在各种粉碎或原来松散的土、或矿质在各种粉碎或原来松散的土、或矿质碎砾石、或工业废渣中，掺入一定数碎砾石、或工业废渣中，掺入一定数量的无机结合料如石灰、水泥及水，量的无机结合料如石灰、水泥及水，经拌和得到的混合料，经压实及养生后，经拌和得到的混合料，经压实及养生后，具有一定的强度和稳定性，在广义上统称

20、具有一定的强度和稳定性，在广义上统称为无机结合料稳定类混合料，或无机结合为无机结合料稳定类混合料，或无机结合料稳定土。料稳定土。 路面基层材料的类型路面基层材料的类型粒料类：级配型集料、填隙碎石粒料类：级配型集料、填隙碎石结合料稳定类：有机结合料结合料稳定类：有机结合料沥青沥青 无机结合料无机结合料水泥、石灰、工业废渣水泥、石灰、工业废渣无机结合料无机结合料石灰稳定类石灰稳定类水泥稳定类水泥稳定类水泥石灰稳定类水泥石灰稳定类石灰工业废渣稳定类石灰工业废渣稳定类面层面层基层基层无机结合料稳定混合料无机结合料稳定混合料半刚性基层材料半刚性基层材料石灰石灰水泥水泥工业废渣工业废渣砂砾土砂砾土碎石土碎

21、石土矿渣集料矿渣集料细粒土细粒土中粒土中粒土粗粒土粗粒土半半刚刚性性基基层层材材料料石灰稳定土石灰稳定土水泥稳定土水泥稳定土石灰工业废渣稳定土石灰工业废渣稳定土石灰土石灰土石灰集料石灰集料悬浮式悬浮式密实式密实式水泥土水泥土水泥稳定粒料水泥稳定粒料二灰土二灰土二灰稳定粒料二灰稳定粒料悬浮式悬浮式密实式密实式悬浮式悬浮式密实式密实式(7)建筑钢材在道路桥梁结构工程中的应用建筑钢材在道路桥梁结构工程中的应用2010 20107.5CRCP面板普通混凝土面板3cm填缝材料宽翼缘工字梁 (8) 工 程 聚 合 物 聚合物又称高聚物，是由许多小分子物质通过聚合反应以链式结构形成的一类物质。聚合物有天然聚

22、合物和人工合成聚合物，工程中所用大多是人工合成的聚合物。 构成聚合物基本单元的小分子称为单体；由单体形成的重复单元结构称为链节，一个聚合物链节的数目称为聚合度；当掌握某一聚合物的聚合度时，可依据结构单元的分子量的多少计算出某一聚合物的分子量。 如聚氯乙稀聚合度n大约是3002500，则该聚合物分子量为216）104 .结构分类结构分类线形结构线形结构呈现呈现“一维链式结构；一维链式结构；支链形结构支链形结构在主链上在主链上“结出侧链的结构；结出侧链的结构；交联形结构交联形结构呈现呈现“三维体型结构三维体型结构.1) 聚合物结构分类聚合物结构分类 按材料性质分类按材料性质分类 分为塑料、橡胶、纤

23、维；分为塑料、橡胶、纤维； 按聚合物分子主链的元素结构分类按聚合物分子主链的元素结构分类 分为碳链、杂链和元素高分子；分为碳链、杂链和元素高分子； 按应用功能分类按应用功能分类 通用聚合物、特殊聚合物、功能聚合物、仿生聚合物等通用聚合物、特殊聚合物、功能聚合物、仿生聚合物等PVCPE 塑料塑料 塑料是以合成树脂为主要原塑料是以合成树脂为主要原料，加入填充剂、增塑剂、润滑料，加入填充剂、增塑剂、润滑剂和颜料等添加剂经过一定工艺剂和颜料等添加剂经过一定工艺制成的一种聚合物材料。制成的一种聚合物材料。 塑料是一种多功能材料，具有塑料是一种多功能材料，具有较高的比强度和优良的加工性能，较高的比强度和优

24、良的加工性能，并通过调整配合比及工艺条件制并通过调整配合比及工艺条件制得不同性能的材料，具有十分广得不同性能的材料，具有十分广泛用途泛用途.2) 常用的聚合物常用的聚合物 合成橡胶合成橡胶 合成橡胶是通过聚合反合成橡胶是通过聚合反应的方式合成生胶，加入适应的方式合成生胶，加入适合的配合剂，经硫化后得到合的配合剂，经硫化后得到的高分子弹性体。的高分子弹性体。 合成橡胶具有极为良好合成橡胶具有极为良好的伸缩性，在外力作用下能的伸缩性，在外力作用下能产生很大的变形，外力除去产生很大的变形，外力除去后又迅速恢复原状。同时具后又迅速恢复原状。同时具有储能、耐磨、隔声、绝缘有储能、耐磨、隔声、绝缘性能，是

25、应用非常广泛的聚性能，是应用非常广泛的聚合物材料合物材料.合成纤维合成纤维 合成纤维是有机高分子聚合物为原料，经熔融或溶解合成纤维是有机高分子聚合物为原料，经熔融或溶解核纺制成的纤维，如聚酰胺、聚酯纤维等。核纺制成的纤维，如聚酰胺、聚酯纤维等。 合成纤维具有强度高、密度小、弹性好、耐磨、耐酸合成纤维具有强度高、密度小、弹性好、耐磨、耐酸碱和不霉变、不蛀等优越性能，在日常生活、工农业生产碱和不霉变、不蛀等优越性能，在日常生活、工农业生产领域有着极为广泛的应用，并且在道路工程中也有了越来领域有着极为广泛的应用，并且在道路工程中也有了越来越多的应用越多的应用. 塑料橡胶共聚物塑料橡胶共聚物 随着技术

26、的发展，将橡胶和塑料两种高聚物在结构随着技术的发展，将橡胶和塑料两种高聚物在结构上得到一定的融合，同时表现出两种聚合物的性质，以上得到一定的融合，同时表现出两种聚合物的性质，以适应更加广泛用途的需要。典型的塑料橡胶共聚物是适应更加广泛用途的需要。典型的塑料橡胶共聚物是采用嵌段共聚的方式合成的苯乙烯丁二烯苯乙烯聚采用嵌段共聚的方式合成的苯乙烯丁二烯苯乙烯聚合物合物SBS），它兼具塑料和橡胶的特点，具有弹性好、），它兼具塑料和橡胶的特点，具有弹性好、抗拉强度高、低温变形能力好等优点，是优良的沥青改抗拉强度高、低温变形能力好等优点，是优良的沥青改性剂性剂.3) 在路桥工程中的应用在路桥工程中的应用

27、由于高聚合物材料优良的综合性能，随技由于高聚合物材料优良的综合性能，随技术的发展这类材料在道路工程中得到大量应用。术的发展这类材料在道路工程中得到大量应用。例如采用聚合物对沥青进行改性、制作聚合物例如采用聚合物对沥青进行改性、制作聚合物混凝土，并可用作胶结材料或嵌缝密封材料，混凝土，并可用作胶结材料或嵌缝密封材料，以及用于加强土基和路面基层的聚合物土工格以及用于加强土基和路面基层的聚合物土工格栅材料等栅材料等. 聚合物混凝土聚合物混凝土 聚合物混凝土是由有机、无机材料复合而成的混凝土聚合物混凝土是由有机、无机材料复合而成的混凝土 按照组成材料和制作工艺可分为聚合物浸渍混凝土、聚按照组成材料和制作工艺可分为聚合物浸渍混凝土、聚合物水泥混凝土和聚合物胶结混凝土。合物水泥混凝土和聚合物胶结混凝土。 与普通混凝土相比，聚合物混凝土具有显著特点。其抗与普通混凝土相比，聚合物混凝土具有显著特点。其抗拉强度、抗压强度、抗弯拉强度都得到较大提高，抗渗性、拉强度、抗压强度、抗弯拉强度都得到较大提高，抗渗性、耐磨性、耐磨性、耐水性、耐腐蚀性都得到较大的改善。耐磨性、耐磨性、耐水性、耐腐蚀性都得到较大的改善