材料科学的对道路建筑材料技术的影响

【摘　要】本文针对详细的介绍了道路建筑的主要材料及其各个材料的性质,并阐述了各材料研究发展对道路建筑材料的影响,为设计人员和施工人员在道路建筑材料的选用上提供参考.

【关 键 词】石料,沥青,水泥混凝土,道路材料

0.引言

道路建筑材料主要是指用于道路路面结构、桥梁工程结构及其附属构造物所用的各类建筑材料,其技术性能和质量与工程结构的使用性能和耐久性能之间关系密切.而材料科学的发展对道路建筑材料技术的进步有很大的促进作用,对各种材料深入的研究,为将来道路建筑材料的选用提供参考.

1.石料与集料

1.1石料与集料的定义、分类

通常,我们将石料和集料（亦称骨料）统称为沙石材料,它们是道路与桥梁建筑工程中使用量最大的建筑材料.不同造岩矿物和成岩条件使各类天然岩石具有不同的结构和结构特征.石料的物理力学性质在很大程度上取决于天然岩石的矿物成分,以及这些矿物成分在岩石中的结构与构造[1].按岩石的形成条件可将岩石分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类.岩浆岩是岩浆冷凝而形成的岩石,根据冷却条件不同又分为深成岩、喷出岩及火山岩三类.沉积岩是由母岩（岩浆岩、变质岩和早已形成的沉积岩）在地表经风化剥蚀而产生的物质,经过搬运、沉积和硬结成岩作用而形成的岩石,因其多数是经水流搬运、沉积而成,又称水成岩.变质岩是原声的岩浆岩或沉积岩经过地质上的变质作用而形成的岩石.

1.2石料与集料物理性质的研究发展

石料的物理常数有密度、孔隙率、吸水性、抗冻性.在结构工程中,石料具有一定的抗压、抗剪、抗弯拉强度,以及抵抗荷载冲击、剪切和摩擦的作用.随着科学的发展和技术手段的进步,对石料集料的研究越来越精细,越来越科学合理,这都为道路材料技术的发展提供了理论支持.

1.3石料与集料在道路工程中的运用

在道路、桥梁工程中,符合技术要求的石料制品通过干砌或浆砌构成工程结构物,矿质混合料可以与沥青、水泥制成沥青混合料和水泥混凝土,或通过摊铺、压实等工艺直接形成道路结构层,后者称为无结合料集料.砾石集料主要用于道路结构的基层或垫层,其作用是承受面层传递的荷载,并将荷载分布于路基或垫层.而添隙砾石则是用单一尺寸的粗碎石作主骨料形成嵌锁结构,起承受及传递荷载作用,以石屑作为填隙填满粗碎石间的空隙,增加密实度和稳定性.

2.沥青

2.1沥青材料

沥青是一种憎水性的有机胶凝材料,构造致密,与石料、砖、混凝土及砂浆等能牢固的黏结在一起[2].沥青制品具有良好的隔潮、防水、抗渗、耐腐蚀等性能.沥青主要可以分为煤焦沥青、石油沥青和天然沥青三种.

沥青没有固定的熔点,当温度升高时,沥青塑性增大,黏性减小,由固体或半固体逐渐软化,变成黏性液体；当温度降低时,沥青的黏性增大,塑性减小,由黏流态变为固态.沥青软化点是反映沥青温度敏感性的重要指标,它表示沥青由故态变为黏流态的温度,此温度愈高,说明温度敏感性愈小,既环境温度较高时才会发生这种状态转变.大气稳定性：大气稳定性是指石油沥青在温度、阳光、空气和水的长期综合作用下,保持性能稳定的能力.

2.2改性沥青、沥青混合料、再生沥青

所谓改性沥青,是指掺加橡胶、塑料等高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其它填料型外掺剂,与沥青均匀混合,从而使沥青的性质可以改善而制成的沥青混合物[3].

沥青混合料是指适当比例的粗集料、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合而成的混合料的总称.沥青混合料的分类方法取决于矿质混合料的级配、集料的最大粒径、压实空隙率和沥青品种等.

沥青路面的再生技术,是将旧沥青路面经过铣刨、回收、破碎、筛分后,与再生剂、新沥青材料、新集料等按一定比例重新拌和混合料,使之能够达到新沥青混合料的技术要求,并用其重新铺筑路面的一套工艺技术.沥青再生机理：沥青再生的机理目前有两种理论,一种理论是“相容性理论”,该理论从化学热力学出发,认为沥青产生老化的原因是沥青胶体物系中各组分相容性的降低,导致组分间溶度参数差增大.如能掺入一定的再生剂使其溶度参数差减小,则沥青即能恢复到（甚至超过）原来的性质.另一种理论是“组分调节理论”.该理论是从化学组分移行出发,认为由于组分的移行,沥青老化后,某些组分偏多,而某些组分偏少,各组分间比例不协调,所以导致沥青路用性能降低,如能通过掺加再生剂调节其组分,则沥青将恢复原来的性质.实际上,这两个理论是一致的,前者是从沥青内部结构的化学能来解释,后者是从宏观化学组成量来解释.

2.3沥青的发展在道路工程中的应用

随着冶炼技术的进步和对沥青各项性质研究的深入,我国路用沥青的各项指标也在不断地提高.比如对沥青含蜡量的控制由原来的3%提高到2%.这些都为道路路面提供了材料基础.也为研究道路路面破坏提供了理论基础.

3.水泥混凝土

3.1水泥与石灰

水泥和石灰是土建工程中使用较为广泛的无机胶凝材料,经过物理化学过程,能产生强度和胶凝能力,将砂石等散状材料胶结成整体,或将构件结合成整体.水泥是一种水硬性无极胶凝材料[4].水泥与水混合后,经过一系列物理化学作用,由可塑性浆体变成坚硬的石状体.石灰是一种气硬性无机胶结材料,就硬化条件而言,石灰只能在空气中硬化,其强度也只能在空气中保持并连续增长.

3.2水泥混凝土砂浆

水泥混凝土是由水泥、水与粗、细集料（亦称石子、砂）按适当比例配合,必要时掺加适当外加剂、掺合料或其它改性材料配制而成,其中水泥起胶凝和填充作用,集料起骨架和密室作用,水泥与水发生水化反映生成具有胶凝作用的水化物,将集料颗粒牢固地粘结成整体,经过一定凝结硬化时间后形成人造石材,常简称混凝土.水泥混凝土用途广泛,是各种建筑物、构筑物中用量最大的材料之一,在路面工程中,它具有以下特点：水泥混凝土路面是高级路面它较高的强度、稳定性、耐久性和良好的平整度、粗糙度,能够适应繁重和快速交通的要求.

4.总结

随着科技的进步和社会的发展,对道路建材的研究也在不断地深入和细化.这为路面工程质量的提高提供了物质基础和技术支持,也为路面病害检测和修复提供了理论依据.

【参考文献】

［１］王海俊,殷宗泽.堆石料长期变形的室内试验研究[J].水利学报,2007,(08)．

［２］李江,封晨辉.永久性沥青路面[J].石油沥青,2005,03．

［３］刘贵,任晓杰.沥青路面再生技术概述[J].黑龙江交通科技,2004,11．

［４］水泥稳定碎石基层收缩裂缝的防治[A].全国城市公路学会第二十次学术年会论文集[C].2011．