道路材料检测技术

道路材料检测技术绪论1.常用道路材料（1）道路工程常用原材料1）土。土是地壳表层的物质，是在长期风化、搬运、磨蚀、沉积作用的过程中形成的颗粒大小不等、未经胶结的一切松散物质。土既可作为路基材料，又可作为无机结合料稳定类基层的主要材料。2）工业废渣。工业废渣是用作筑路材料的铁渣、钢渣和炉渣的总称。它主要包括火力发电厂排放的废渣——粉煤灰，冶金生产过程中由矿石、燃料和助溶剂中易熔硅酸盐化合而成的副产品——冶金矿渣和煤炭工业精选煤后剩余的废渣——煤矸石等。粉煤灰和冶金矿渣经加工后既可作为水泥原料，又可以直接作为路面基层材料，也可作为水泥混凝土和沥青混合料中的掺合料。3）无机结合料。道路与桥梁工程中最常用到的无机结合料主要是石灰和水泥。水泥是水泥混凝土的胶结材料，主要用于修筑水泥混凝土结构物、预应力混凝土结构和水泥混凝土路面等；无机结合料（水泥和石灰）稳定材料广泛用于道路路面基层结构；水泥（或水泥、石灰）砂浆是各种桥梁圬工结构物砌筑的重要结合料。4）砂石材料。矿质材料是指经人工开采的岩石或轧制得到的颗粒状碎石，以及地壳表层岩石经天然风化呈松散颗粒状的材料，又称之为矿质材料。这类材料是道路与桥梁工程结构中使用量最大的一种材料。其中尺寸较大的块状石料经加工后，可以直接用于砌筑道路、桥梁工程结构及附属构造物；性能稳定的轧制碎石等可制成沥青混合料或水泥混凝土，也可用于生产无机结合料稳定材料。5）有机结合料。有机结合料主要是指沥青类材料，如石油沥青、煤沥青等。这类材料与不同颗粒粒径（大小）的碎石、石屑、砂等组成沥青混合料，可以修筑成各种类型的沥青路面。沥青混合料是现代路面建筑中极为重要的一种材料。6）钢材。钢材有型材、板材和线材之分，型材和板材是桥梁钢结构的重要材料，线材是钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土结构的重要材料。7）土工合成材料。土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称。作为一种土木工程材料，它是以人工合成的聚合物（如塑料、化纤、合成橡胶等）为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用。聚合物是指由一种或几种低分子化合物（单体）聚合而成的高分子有机物质。随着我国化学工业和高等级公路的发展，越来越多的高分子聚合物用于道路和桥梁工程中。工程高分子聚合物在道路和桥梁工程中主要用来改善沥青混合料或水泥混凝土的性能、路基或路面的结构性能等。（2）道路工程常用混合料1）矿质混合料。由各种大小不同粒级集料组成的混合料，当其级配符合技术规范的规定时，称其为级配型集料。级配型集料包括级配碎石、级配碎砾石(碎石和砂砾的混合料，也常将砾石中的超尺寸颗粒砸碎后与砂砾一起组成碎砾石)和级配砾石(或称级配砂砾)。级配型集料可以用做沥青路面和水泥混凝上路面的基层和底基层，也可用做路基改善层。在排水良好的前提下，级配型集料可在不同气候区用于不同交通等级的道路上。在潮湿多雨地区使用级配型集料特别有利。2）无机结合料稳定材料混合料。在集料或粉碎的（或原来松散的）土中掺入一定量的无机结合料（包括水泥、石灰或粉煤灰等）和水，经拌和得到的混合料经压实与养生后，其抗压强度符合规定的要求时，称为无机结合料稳定类材料。水泥稳定集料类材料适用于各级公路的基层和底基层。水泥土用于三级、四级公路的基层或二级及二级以上公路的底基层。常用原材料常用混合料土粗集料细集料石灰水泥粉煤灰沥青工业废渣无机结合料矿质材料有机结合料石灰稳定类无机结合料稳定材料水泥稳定类综合稳定类水泥混凝土混合料沥青混合料水泥砂浆石灰砂浆混合砂浆建筑砂浆矿质混合料图0-4公路工程常用原材料及混合料关系图板材钢材土工合成材料型材线材土工织物土工格栅其他土工材料石灰粉煤灰稳定集料类材料适用于各级公路的基层和底基层。二灰土用于三级、四级公路的基层或二级及二级以上公路的底基层。3）水泥混凝土。由水泥、集料、水和外加剂按一定比例拌和而成的混合料称为水泥混凝土混合料或新拌混凝土；水泥混凝土混合料经浇注、振捣、硬化后形成的强度符合要求的固体材料称为水泥混凝土。道路工程中的水泥混凝土路面及大部分桥梁、涵洞、构件等均是由水泥混土构成的。4）沥青混合料。由矿料与沥青结合料拌和而成的混合料的总称，其中矿料起骨架作用，沥青与填料起胶结和填充作用。沥青混合料经摊铺、压实成型后成为沥青路面。5）建筑砂浆。建筑砂浆和混凝土的区别在于不含粗骨料，它是由胶凝材料、细骨料和水按一定的比例配制而成，有时也掺入某些掺合料。建筑砂浆常用于砌筑砌体（如砖、石、砌块）结构，建筑物内外表面（如墙面、地面、顶棚）的抹面，大型墙板、砖石墙的勾缝，以及装饰材料的粘结等。2.公路材料的相关技术指标道路与桥梁建筑物，不仅要受到车辆荷载复杂力系的作用，而且又受到各种复杂的自然因素的恶劣影响。用于道路与桥梁建筑的材料，既要具备一定的力学性能，又要保证在各种自然因素影响下，综合力学性能不会明显的下降。道路建筑材料应具有的技术性能，通过适当的测试手段来进行。检验测定道路与桥梁用材料在实际结构物中的性质，通常采用试验室内原材料性能测定、试验室内模拟结构物检验测定，以及现场修筑试验性足尺寸结构物检验测定等方法。本课程着重于试验室内原材料性能和混合材料性能检验测定。为了保证道路与桥梁用建筑材料的综合力学性能和稳定性，要求对建筑材料的下列性能（性质）进行评价：（1）物理性质指标材料的物理性质用物理指标有密度、含水率、细度、级配、吸水率等。物理常数是材料内部组成结构的反映，与力学性质之间有一定的相关性。材料在使用过程中，其力学强度随温度和湿度等环境因素影响而改变。一般情况下，材料的强度随温度的升高或含水率的增加而降低。通常用材料的温度稳定性、水稳定性来表示其强度变化的程度。材料的物理常数采用物理试验的方法测定。测定公路材料的物理常数，除了为混合料组成设计提供原始资料外，通过物理常数测定可以间接推断材料的力学性能。（2）力学性能指标力学性能是材料抵抗车辆荷载复杂力系综合作用的性能。其性能指标不仅有抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等能用项试验机直接测试的静态指标，还有能反映材料在综合因素作用下抗冲击、抗磨耗、抗车辙等通过间接试验法评定的力学性能指标。随着科学技术的发展，建筑材料的力学性质试验方法不断完善，对道路建筑材料在不同温度与不同荷载作用时间条件下动态的弹—粘—塑性性能试验已成为可能。可以相信，随着科学技术的发展，反映材料力学性能的指标和试验方法会越来越多，越来越接近工程实际的需要。（3）化学性质指标化学性质主要是指材料抵抗周围各种环境因素对其化学作用的性能。道路与桥梁建筑材料除了受到周围介质（如桥墩在工业污水中）侵蚀外，还受到大气因素（如气温的交替变化、日光中紫外线、空气中的氧等）的综合作用，引起材料力学性质的衰变。材料自身的化学成分将影响材料及混合材料的性质，也影响结构物的使用性能。对于材料化学性质的试验，通常只作材料简单化合物（如CaO、MgO）含量或有害物质含量的分析。也可作某些材料（如沥青）的“组分”分析，初步地了解材料的组成与性能的关系。（4）工艺性质指标工艺性质是指材料适合于一定工艺要求加工的性能。不同的材料其工艺性要求也不同，例如水泥混凝土在成型之前需要一定的流动性，以便浇注制成一定形状的构件。3.公路材料的试验方法检验不对的技术指标，采用的试验方法也不同。从试验性质上讲主要有物理试验方法和化学试验方法；从技术指标把映技术性能直观性上讲有直接试验方法和间接试验方法。直接试验方法直接对试样或试件进行质量、长度等方法进行测量，从而得到能直接反映试件或试样性能的量。如通过测定土的质量和体积可能求得土的密度，通过对钢筋拉伸，测出拉断力，再计算出断面直径即可求得钢筋的抗拉强度等。间接试验方法往往用于影响因素多或无法直接测量的指标。它通过标准物质在标准条件下试验的数值作为标准，以非标准物质（试样）在标准条件下试验后的数值与标准值进行比较，来评价该物质的性能；或者根据工程实践和科学研究，以经验数值作为评价指标。如为测定土方路基施工的密度程度，工程上用现场土体的干密度标准击实试验测得的最大干密度的比值来表示；沥青的粘度不用粘度计而用沥青的针入度来表示等。不管采用什么试验方法，试验一般都包括试验准备、试验操作、数据处理与试验报告等几个阶段。（1）试验准备试验准备包括样品准备、环境准备和仪器准备三个方面的内容。试验准备是正确进行检验活动的前提。1）样品准备。样品是能够代表商品品质并用于产品质量检测的少量实物。样品准备包括取样（抽样）、样品制备、试件制备等方面，检测材料不同，所涉及的准备内容也不同。常用的抽样方式有简单随机抽样、系统随机抽样、整群随机抽样、多阶段随机抽样、分层随机抽样等。样本制备是将样本转化为试样的一组必要操作。经取样获得的样本一般要经过样本干燥、样本破碎、样本缩分等环节，才能形成试样。试件制备是按规定将样本制作成具有一定形状试样的一组操作。不同的指标往往采用不同的试件形状，试件的形状既有立方体，也有圆柱体等经形状等。例如，《JTGE42—2005公路工程集料试验规程》中“T0327—2005细集料筛分试验”中关于样本制备的描述为：根据样品中最大粒径的大小，选用适宜的标准筛。通常为9.5mm筛(水泥混凝土用天然砂)或4.75mm筛(沥青路面及基层用天然砂、石屑、机制砂等)筛除其中的超粒径材料然后将样品在潮湿状态下充分拌匀，用分料器法或四分法缩分至每份不少于550g的试样两份，在105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重，冷却至室温后备用。2）环境准备。筑路材料试验对试验环境有着极高的要求，特别是温度、湿度及周围的振动对试验结果都会产生极大的影响，在试验前，必须使试验环境满足该试验项目的要求。例如，《JTGE30-2005公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中“T0505-2005水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法”对试验环境有如下规定：4温度与相对湿度4.1实验室的温度为20℃±2℃，相对湿度大于50%。4.2水泥试样、拌合水、仪器和用具的温度应与实验室内室温一致。3）仪器准备。仪器设备为实现测量过程所必需的测量仪器、软件、测量标准、标准物质或辅助设备或它们的组合，它不同于普通意义上的仪器设备。包括如容器、量具、天平、试剂、专用仪器、试验规程等。试验仪器设备是正常进行试验检测的物质保证，规格、参数均应满足试验要求，同时设备运转情况应良好，以避免对试验结果产生影响。仪器准备就是根据试验要求准备所需仪器及物品，并保证这些仪器和物品的规格（如行程、量程、精度、转速等）符合要求，所有仪器设备运转正常。例如，《JTGE30-2005公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中“T0505-2005水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法”对仪器有如下规定：2仪器设备（1）水泥净浆搅拌机：符合JC/T729的要求。……（6）量水器：分度值为0.1ml，精度为1%。（7）天平：量程1000g，感量1g。（2）试验操作试验操作是试验检测工作的主要组成部分，是一项技术性强、操作规范的技术活动，它是试验检测人员个人能力的具体体现，也是检测机构检测能力的具体体现。例如，《JTGE30-2005公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中“T0505-2005水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法”对水泥净浆的拌制有如下规定：5.2水泥净浆拌制用水泥净浆搅拌机搅拌。搅拌锅和搅拌叶片先用湿布擦过，将拌和水倒入锅中，然后5～10s内小心将称好的500g水泥加入水中，防止水和水泥溅出；拌和时，先将锅放在搅拌机的锅座上，升至搅拌位置，启动搅拌机，低速转动120s，停15s，同时将叶片和锅壁上的水泥浆刮入锅中间，接着高速搅拌120s停机。（3）数据处理与报告在试验检验过程中，会产生大量原始数据，这些数据要根据精度要求要进行一定的修约，并根据一定的计算方法进行数据计算与取舍，最后根据规范的技术要求出具检验报告。例如，《JTGE30-2005公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中“T0553-2005水泥混凝土立方体抗压强度试验方法”对试验数据处理有如下规定：5.2以3个试件测值的