浅谈道路材料

首先道路材料是一门基础技术课，它与物理、化学等基础课以及材料力学、工程地质等基础技术课程有着密切的联系，是学习路基路面工程、桥梁工程、公路管理、隧道工程等工程专业课的基础。本课程开设对象主要为公路建设方面的设计、施工、管理、教育、投资和开发部门从事技术和管理工作的技术人员。道路材料课程的设置在于配合专业课程，为专业设计和施工管理提供合理选择和使用材料的基础知识。要求学生掌握道路材料基本理论和基本知识及基本实验技能，接受工程师的基本训练，具有创新精神，具备从事公路工程的设计、施工、管理的能力。


那么我们分别谈一下路面工程、桥梁工程、隧道工程中所涉及的道路材料。


路面工程包含路面基层（底基层）施工技术，沥青路面施工技术，水泥混凝土路面施工技术，路面防、排水施工技术，特殊沥青混凝土路面施工技术，路面试验检测技术等。


粒料基层（底基层）包括嵌锁型和级配型两种。嵌锁型包括泥结碎石、泥灰结碎石、填隙碎石等。级配型包括级配碎石、级配砾石、符合级配的天然砂砾、部分砾石经轧制参配而成的级配砾、碎石等。


桥梁工程学的发展主要取决于交通运输对它的需要。古代桥梁以通行人、畜为主，载重不大，桥面纵坡可以较陡，甚至可以铺设台阶。自从有了铁路以后，桥梁所承受的载重逐倍增加，线路的坡度和曲线标准要求又高，且需要建成铁路网以增大经济效益，因此，为要跨越更大更深的江河、峡谷，迫使桥梁向大跨度发展。石材、木材、铸铁、锻铁等桥梁材料，显然不合要求，而钢材的大量生产正好满足这一要求。


在建桥材料方面，以高强、轻质、低成本为选择的主要依据，近期仍以发展传统的钢材和混凝土为主，提高其强度和耐久性。对于建筑钢材的脆断机理、初始几何缺陷等，以及混凝土材料的非弹性问题(收缩徐变以及疲劳等)，将继续作充分的研究，使能正确控制结构的受力和变形。至于碳纤维塑料等在桥梁上的广泛应用，还必须在降低成本以后才有可能。


接下来我们来总结一下常用的道路工程材料，并对其进行简单的介绍，道路材料主要包括土、砂石、沥青、水泥、石灰、工业废料、钢铁、工程聚合物、木材等材料及它们组成的混合料。


砂石材料是石料和集料的统称，石料和集料是道路与桥梁工程结构及其附属物中用量最大的一类才材料，石料制品课直接用于砌筑结构物或用于道路铺面，集料也可直接用于铺筑道路路面基层或垫层，但更多的是制备成沥青混合料、水泥混凝土和基层混合料，用于铺筑沥青路面面层或路面基层。岩石质量主要取决于其造岩矿物和成岩条件，在道路工程中常用岩石品种为石灰岩、花岗岩，玄武岩，辉绿岩等；岩石的主要理学指标为单轴无侧限抗压强度，物理常数为密度，含水率和吸水率，在季节性冰冻地区应考虑所用岩石的抗冻性。


水泥和石灰石是道路工程建筑中使用较为广泛的无机胶凝材料。该类材料经物理化学过程能产生强度和胶凝能力，将砂石等散装材料胶凝成整体，或将构件结合成整体。石灰石一种气硬性胶凝材料，基本成分为活性氧化钙。石灰硬化后的强度主要依靠氢氧化钙的结晶炭化作用。


水泥混凝土是由水泥、水和粗细集料按适当比例混合，必要时掺加适量外加剂、掺和料或其他改性材料配制而成的混合物，是道路路面及其附属物的重要建筑材料。


水泥混凝土铺筑的路面结构具有强度高、刚度大、使用寿命长的特点，能够承受较繁重车轴的作用，其主要缺点是自重大，抗拉强度低韧性低，抗冲击性差，可以通过配制钢筋、掺加纤维材料等方式加以改善，水泥混凝土的强度有抗压强度、抗拉强度及抗折强度等。影响混凝土强度的主要因素有水灰比和水泥强度，这种关系称为“水灰比定则”。


沥青石黑色或暗黑色的固体、半固体或黏稠状物，有天然或人工制造而得，主要分为天人沥青、焦油沥青和石油沥青，二狭义的沥青主要是指石油沥青。用于铺筑道路路面的沥青为道路沥青。石油沥青是建设柔性路面的良好材料，道路建设和养护需要消耗大量的沥青，几乎占整个沥青产量的50%～60%。


沥青混合料是矿质混合料与沥青结合料经拌制而成的混合料的总称，沥青混合料经摊铺、压实成型后成为沥青路面。具有良好的路用性能，广泛应用于高速公路、城市快速路、主干道和其他公路的路面结构，是现代道路路面的主要材料之一。


建筑钢材是指在建筑钢材结构中使用的各种钢材，如钢材有角钢、槽钢、工字钢等；板材有厚板、中板、薄板等；钢筋有光圆钢筋和带助钢筋等。建筑钢材具有强度高，塑性及韧性好，耐冲击，性能可靠，可加工性能好等优点，因而在建筑工程机构中被广泛应用。建筑钢材的技术性质有抗拉性能，冲击性能，乃疲劳性以及冷弯性能等。


这些较为传统的建筑材料在我国大多数城市建设中，城市路面大都选择此类铺设，包括人行道、自行车道、郊区道路、露天停车场、庭院和街巷的地面以及公共广场等。但传统材料或多或少有着一定弊端，最为常见的是路面漏水问题。专家分析认为硬化路面危害性大，首先：硬化路面虽然整齐耐用，但其最大缺点就是不透水。


路面不透水，使得降雨时雨水对地下水的补充完全被阻断，在依赖地下水作为饮用水源的城市，会使下降的地下水位难以回升；相反，雨水从路面流失到排水管道排泄，使城市变为地表干燥的缺水地区，加重城市扬尘污染，还会因地表干燥而给城市绿化带来很大困难。下大雨时，雨水排泄不畅，将在城市的大街小巷形成水淹状况，或者使城市边上产生水灾。而且雨水在路面淤积，一方面会引起交通堵塞，加重机动车尾气排放的污染；另一方面，雨水横流时会溶入大量城市污染物，如汽车排放的重金属，轮胎的磨损物、生活垃圾，建筑工地上的粉尘和化学物、城市草地喷洒的农药等，这些雨水经管道直接排放到当地的河流中，会造成污染。大雨时在路面形成的水坑常常会存在好几天，很容易产生流行病，极大地影响着城市卫生。


其次：硬化路面吸收、储存并反射太阳的热量，可使地面平均温度升高几度。这会增加城市夏季的炎热，减少城市生活的舒适感，同时增加城市生活中为降温付出的能源消耗。硬化路面还会引起诸多环境和生态负效应，如使路面的空气交换和空气湿度降低，与城市中日益加重的空气污染相结合，有助于城市热岛效应的形成，对本地植物和动物的生态十分有害，因而会影响到由这些植物、动物组成的地面生态系统和生物活动；硬化路面使一些相互依赖而生长的植物群和动物群的生态空间被分离开来，这对保护城市中的小生态（生态小岛）极为不利。彩砖、石材，或透水砖虽然可以通过缝隙透水但由于其稳定层普遍采用的是硬化型普通混凝土，因此透水的形式仅仅是面层局部透水，下部不透水或透水率效果极差，并且因底层沉降和长期使用后容易松动，翻新后修补造成巨大浪费的同时还因修补差异等严重影响路面的美观性。


所以新型建筑材料较传统道路材料相比在当前具有广泛应用价值和前景。 显然在人们物质文化生活水平的日益提升时，其对出行便利的要求日益强烈，进一步令公 路网建设面临着全新的考验与挑战，基于人们对公路完善功能要求的细化性发展，较多新材料广泛应用在道路施工工程中。因此，道路施工工程只有不断探索，不断创新，勇 于应用新型施工建设材料激发其综合优势功能，才能不断改进施工技术，优化施工效果，全面提升道路工程施工建设水平。


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