談道路材料

2022-09-16 12:45:01 字數 3060 閱讀 9446

首先道路材料是一門基礎技術課,它與物理、化學等基礎課以及材料力學、工程地質等基礎技術課程有著密切的聯絡,是學習路基路面工程、橋梁工程、公路管理、隧道工程等工程專業課的基礎。本課程開設物件主要為公路建設方面的設計、施工、管理、教育、投資和開發部門從事技術和管理工作的技術人員。道路材料課程的設定在於配合專業課程,為專業設計和施工管理提供合理選擇和使用材料的基礎知識。

要求學生掌握道路材料基本理論和基本知識及基本實驗技能,接受工程師的基本訓練,具有創新精神,具備從事公路工程的設計、施工、管理的能力。

那麼我們分別談一下路面工程、橋梁工程、隧道工程中所涉及的道路材料。

路面工程包含路面基層(底基層)施工技術,瀝青路面施工技術,水泥混凝土路面施工技術,路面防、排水施工技術,特殊瀝青混凝土路面施工技術,路面試驗檢測技術等。

粒料基層(底基層)包括嵌鎖型和級配型兩種。嵌鎖型包括泥結碎石、泥灰結碎石、填隙碎石等。級配型包括級配碎石、級配礫石、符合級配的天然砂礫、部分礫石經軋制參配而成的級配礫、碎石等。

橋梁工程學的發展主要取決於交通運輸對它的需要。古代橋梁以通行人、畜為主,載重不大,橋面縱坡可以較陡,甚至可以鋪設台階。自從有了鐵路以後,橋梁所承受的載重逐倍增加,線路的坡度和曲線標準要求又高,且需要建成鐵路網以增大經濟效益,因此,為要跨越更大更深的江河、峽谷,迫使橋梁向大跨度發展。

石材、木材、鑄鐵、鍛鐵等橋梁材料,顯然不合要求,而鋼材的大量生產正好滿足這一要求。

在建橋材料方面,以高強、輕質、低成本為選擇的主要依據,近期仍以發展傳統的鋼材和混凝土為主,提高其強度和耐久性。對於建築鋼材的脆斷機理、初始幾何缺陷等,以及混凝土材料的非彈性問題(收縮徐變以及疲勞等),將繼續作充分的研究,使能正確控制結構的受力和變形。至於碳纖維塑料等在橋梁上的廣泛應用,還必須在降低成本以後才有可能。

接下來我們來總結一下常用的道路工程材料,並對其進行簡單的介紹,道路材料主要包括土、砂石、瀝青、水泥、石灰、工業廢料、鋼鐵、工程聚合物、木材等材料及它們組成的混合料。

砂石材料是石料和集料的統稱,石料和集料是道路與橋梁工程結構及其附屬物中用量最大的一類才材料,石料製品課直接用於砌築結構物或用於道路鋪面,集料也可直接用於鋪築道路路面基層或墊層,但更多的是製備成瀝青混合料、水泥混凝土和基層混合料,用於鋪築瀝青路面面層或路面基層。岩石質量主要取決於其造巖礦物和成岩條件,在道路工程中常用岩石品種為石灰岩、花崗岩,玄武岩,輝綠岩等;岩石的主要理學指標為單軸無側限抗壓強度,物理常數為密度,含水率和吸水率,在季節性冰凍地區應考慮所用岩石的抗凍性。

水泥和石灰石是道路工程建築中使用較為廣泛的無機膠凝材料。該類材料經物理化學過程能產生強度和膠凝能力,將砂石等散裝材料膠凝成整體,或將構件結合成整體。石灰石一種氣硬性膠凝材料,基本成分為活性氧化鈣。

石灰硬化後的強度主要依靠氫氧化鈣的結晶炭化作用。

水泥混凝土是由水泥、水和粗細集料按適當比例混合,必要時摻加適量外加劑、摻和料或其他改性材料配製而成的混合物,是道路路面及其附屬物的重要建築材料。 水泥混凝土鋪築的路面結構具有強度高、剛度大、使用壽命長的特點,能夠承受較繁重車軸的作用,其主要缺點是自重大,抗拉強度低韌性低,抗衝擊性差,可以通過配製鋼筋、摻加纖維材料等方式加以改善,水泥混凝土的強度有抗壓強度、抗拉強度及抗折強度等。影響混凝土強度的主要因素有水灰比和水泥強度,這種關係稱為「水灰比定則」。

瀝青石黑色或暗黑色的固體、半固體或黏稠狀物,有天然或人工製造而得,主要分為天人瀝青、焦油瀝青和石油瀝青,二狹義的瀝青主要是指石油瀝青。用於鋪築道路路面的瀝青為道路瀝青。石油瀝青是建設柔性路面的良好材料,道路建設和養護需要消耗大量的瀝青,幾乎佔整個瀝青產量的50%~60%。

瀝青混合料是礦質混合料與瀝青結合料經拌製而成的混合料的總稱,瀝青混合料經攤鋪、壓實成型後成為瀝青路面。具有良好的路用效能,廣泛應用於高速公路、城市快速路、主幹道和其他公路的路面結構,是現代道路路面的主要材料之一。

建築鋼材是指在建築鋼材結構中使用的各種鋼材,如鋼材有角鋼、槽鋼、工字鋼等;板材有厚板、中板、薄板等;鋼筋有光圓鋼筋和帶助鋼筋等。建築鋼材具有強度高,塑性及韌性好,耐衝擊,效能可靠,可加工效能好等優點,因而在建築工程機構中被廣泛應用。建築鋼材的技術性質有抗拉效能,衝擊效能,乃疲勞性以及冷彎效能等。

這些較為傳統的建築材料在我國大多數城市建設中,城市路面大都選擇此類鋪設,包括行人路、自行車道、郊區道路、露天停車場、庭院和街巷的地面以及公共廣場等。但傳統材料或多或少有著一定弊端,最為常見的是路面漏水問題。專家分析認為硬化路面危害性大,首先:

硬化路面雖然整齊耐用,但其最大缺點就是不透水。

路面不透水,使得降雨時雨水對地下水的補充完全被阻斷,在依賴地下水作為飲用水源的城市,會使下降的地下水位難以回公升;相反,雨水從路面流失到排水管道排洩,使城市變為地表乾燥的缺水地區,加重城市揚塵汙染,還會因地表乾燥而給城市綠化帶來很大困難。下大雨時,雨水排洩不暢,將在城市的大街小巷形成水淹狀況,或者使城市邊上產生水災。而且雨水在路面淤積,一方面會引起交通堵塞,加重機動車尾氣排放的汙染;另一方面,雨水橫流時會溶入大量城市汙染物,如汽車排放的重金屬,輪胎的磨損物、生活垃圾,建築工地上的粉塵和化學物、城市草地噴灑的農藥等,這些雨水經管道直接排放到當地的河流中,會造成汙染。

大雨時在路面形成的水坑常常會存在好幾天,很容易產生流行病,極大地影響著城市衛生。

其次:硬化路面吸收、儲存並反射太陽的熱量,可使地面平均溫度公升高幾度。這會增加城市夏季的炎熱,減少城市生活的舒適感,同時增加城市生活中為降溫付出的能源消耗。

硬化路面還會引起諸多環境和生態負效應,如使路面的空氣交換和空氣濕度降低,與城市中日益加重的空氣汙染相結合,有助於城市熱島效應的形成,對本地植物和動物的生態十分有害,因而會影響到由這些植物、動物組成的地面生態系統和生物活動;硬化路面使一些相互依賴而生長的植物群和動物群的生態空間被分離開來,這對保護城市中的小生態(生態小島)極為不利。彩磚、石材,或透水磚雖然可以通過縫隙透水但由於其穩定層普遍採用的是硬化型普通混凝土,因此透水的形式僅僅是面層區域性透水,下部不透水或透水率效果極差,並且因底層沉降和長期使用後容易鬆動,翻新後修補造成巨大浪費的同時還因修補差異等嚴重影響路面的美觀性。

所以新型建築材料較傳統道路材料相比在當前具有廣泛應用價值和前景。 顯然在人們物質文化生活水平的日益提公升時,其對出行便利的要求日益強烈,進一步令公路網建設面臨著全新的考驗與挑戰,基於人們對公路完善功能要求的細化性發展,較多新材料廣泛應用在道路施工工程中。因此,道路施工工程只有不斷探索,不斷創新,勇於應用新型施工建設材料激發其綜合優勢功能,才能不斷改進施工技術,優化施工效果,全面提公升道路工程施工建設水平。

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