2011年一级建造师市政工程考试教材(2)

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 1K411013掌握水泥混凝土路面构造特点
     本条文介绍了水泥混凝土路面结构特点及主要原材料选择。水泥混凝土路面结构的组成包括路基(见1K411012)、垫层、基层以及面层。
     一、构造特点
     （一）垫层
     在温度和湿度状况不良的环境下，城市水泥混凝土道路应设置垫层，以改瞢路面结构的使用性能。
     1．在季节性冰冻地区，道路结构设计总厚度小于最小防冻厚度要求时，根据路基干湿类型和路基填料的特点设置垫层；其差值即是垫层的厚度。水文地质条件不良的土质路堑，路基土湿度较大时，宜设置排水垫层。路基可能产生不均匀沉降或不均匀变形时，宜加设半剐性垫层。
     2．垫层的宽度应与路基宽度相同，其最小厚度为150mm。
     3．防冻垫层和排水垫层宜采用砂、砂砾等颗粒材料。半刚性垫层宜采用低剂量水泥、石灰等无机结合稳定粒料或土类材料。
     （二）基层
     1．水泥混凝土道路基层作用：防止或减轻由于唧泥产生板底脱空和错台等病害；与垫层共同作用，可控制或减少路基不均匀冻胀或体积变形对混凝土面层产生的不利影响；为混凝土面层施工提供稳定而坚实的工作面，并改善接缝的传荷能力．。
     2．基层材料的选用原则：根据道路交通等级和路基抗冲刷能力来选择基层材料。特重交通宜选用贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土；重交通道路宜选用水泥稳定粒料或沥青稳定碎石}中、轻交通道路宜选择水泥或石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料。湿润和多雨地区，繁重交通路段宜采用排水基层。
     3．基层的宽度应根据混凝土两层施工方式的不同，比混凝土面层每侧至少宽出300mm（小型机具施工时）或500mm（轨模或摊铺机施工时）或650mm（滑模或摊铺机施工时）。
     4．各类基层结构性能、施工或排水要求不同，厚度也不同。
     5．为防止下渗水影响路基，排水基层下应设置由水泥稳定粒料或密级配粒料组成的不透水底基层，底基层顶面宜铺设沥青封层或防水土工织物。
     6．碾压混凝土基层应设置与混凝土面层相对应的接缝。
     （三）面层
     1．面层混凝土板通常分为普通（素）混凝土板、钢筋混凝土板、连续配筋混凝土板、预应力混凝土板等。目前我国多采用普通（素）混凝土板。水泥混凝土面层应具有足够的强度、耐久性（抗冻性），表面抗滑、耐磨、平整。
     2．混凝土板在温度变化影响下会产生胀缩。为防止胀缩作用导致板体裂缝或翘曲，混凝土板设有垂直相交的纵向和横向缝，将混凝土板分为矩形板。一般相邻的接缝对齐，不错缝。每块矩形板的板长按面层类型、厚度并由应力计算确定。
     3．纵向接缝是根据路面宽度和施工铺筑宽度设置。一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置带拉杆的平缝形式的纵向施工缝。一次铺筑宽度大于4. 5m时，应设置带拉杆的假缝形式的纵向缩缝，纵缝应与线路中线平行。
     横向接缝；横向施工缝尽可能选在缩缝或胀缝处。前者采用加传力杆的平缝形式，后者同胀缝形式。特殊情况下，采用设拉杆的企口缝形式。
     胀缝设置：除夏季施工的板，且板厚大于等于200mm时可不设胀缝外，其他季节施工时均应设胀缝。胀缝间距一般为100～200m。混凝土板边与邻近桥梁等其他结构物相接处或板厚有变化或有竖曲线时，一般也设胀缝。横向缩缝为假缝时，可等间距或变间距布置，一般不设传力杆。
     4．对于特重及重交通等级的混凝土路面，横向胀缝、缩缝均设置传力杆。
     当板厚按设传力杆确定的混凝土板的自由边不能设置传力杆时，应增设边缘钢筋．自由板角上部增设角隅钢筋。
     混凝土既是刚性材料，又属于脆性材料。因此，混凝土路面板的构造，都是为了最大限度发挥其刚性特点，使路面能承受车轮荷载，保证行车平顺；同时又为了克服其脆性的弱点，防止在车载和自然因素作用下发生开裂、破坏，最大限度提高其耐久性，延长服务周期。
     5．抗滑构造
     混凝土面层应具有较大的粗糙度，即应具备较高的抗滑性能，以提高行车的安全性。因此可采用刻槽、压槽、拉槽或拉毛等方法形成一定的构造深度。

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二、主要原材料选择
     （一）城市快速路、主干路应采用道路硅酸盐水泥或硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥；其他道路可采用矿渣水泥。水泥应有出厂合格证（含化学成分、物理指标），并经复验合格，方可使用。不同等级、厂牌、品种、出厂日期的水泥不得混存、混用。出厂期超过三个月或受潮的水泥，必须经过试验，合格后方可使用。
     （二）粗骨料应采用质地坚硬、耐久、洁净的碎石、砾石、破碎砾石，技术指标应符合规范要求，粗骨料宜使用人工级配，粗骨料的最大公称粒径，碎砾石不得大于26. 5mm，碎石不得大于31. 5mm，砾石不宜大于19．Omm;钢纤维混凝土粗骨料最大粒径不宜大于19．Omm。
     （三）宜采用质地坚硬，细度模数在2.5以上，符合级配规定的洁净粗砂、中砂，技术指标应符合规范要求。使用机制砂时，还应检验砂浆磨光值，其值宜大于35，不宜使用抗磨性较差的水成岩类机制砂。海砂不得直接用于混凝土面层。淡化海砂不得用于城市快速路、主干路、次干路，可用于支路。
     （四）外加剂应符合国家现行《混凝土外加剂》GB 8076的有关规定，并有合格证。使用外加剂应经掺配试验，确认符合国家现行《混凝土外加剂应用技术规范> GB 50119的有关规定方可使用。
     ．（五）钢筋的品种、规格、成分，应符合设计和现行国家标准规定，具有生产厂的牌号、炉号，检验报告和合格证，并经复试（含见证取样）合格。钢筋不得有锈蚀、裂纹、断伤和刻痕等缺陷。传力杆（拉杆）、滑动套材质、规格应符合规定。
     （六）胀缝板宜用厚20mm，水稳定性好，具有一定柔性的板材制作，且经防腐处理。填缝材料宜用树脂类、橡胶类、聚氯乙烯胶泥类、改性沥青类填缝材料，并宜加入耐老化剂。

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1K411014熟悉沥青混合料组成与材料
     本条文介绍了沥青混合料组成与材料，以及按级配原则划分的结构形式、特点。
     一、结构组成与分类
     （一）材料组成
     1．沥青混合料是一种复合材料，主要由沥青、粗骨料、细骨料、矿粉组成，有的还加入聚合物和木纤维素拌合而成的混合料的总称；由这些不同质量和数量的材料混合形成不同的结构，并具有不同的力学性质。
     2．沥青混合料结构是材料单一结构和相互联系结构的概念的总和，包括沥青结构、矿物骨架结构及沥青一矿粉分散系统结构等。沥青混合料的结构取决于下列因素：矿物骨架结构、沥青的结构、矿物材料与沥青相互作用的特点、沥青混合料的密实度及其毛细孔隙结构的特点。
     3．沥青混合料的力学强度，主要由矿物颗粒之间的内摩阻力和嵌挤力，以及沥青胶结料及其与矿料之间的粘结力所构成。
     （二）基本分类
     1．按材料组成及结构分为连续级配、间断级配混合料。按矿料级配组成及空隙率大小分为密级配、半开级配、开级配混合料。
     2．按公称最大粒径的大小可分为特粗式(公称最大粒径大于31. 5mm)、粗粒式(公称最大粒径等于或大于26. 5mm)、中粒式(公称最大粒径16mm或19mm)、细粒式(公称最大粒径9. 5mm或13. 2mm)、砂粒式(公称最大粒径小于9.5mm)沥青混合料。
     3．按生产工艺分为热拌沥青混合料、。冷拌沥青混合料、再生沥青混合料等。详见1K411012。
     （三）结构类型
     沥青混合料，可分为按嵌挤原则构成和按密实级配原则构成的两大结构类型。
     1．按嵌挤原则构成的沥青混合料的结构强度，是以矿质颗粒之间的嵌挤力和内摩阻力为主、沥青结合料的粘结作用为辅而构成的。这类路面是以较粗的、颗粒尺寸均匀的矿物构成骨架，沥青结合料填充其空隙，并把矿料粘结成一个整体。这类沥青混合料的结构强度受自然因素（温度）的影响较小。
     2．按密实级配原则构成的沥青混合料的结构强度，是以沥青与矿料之间的粘结力为主，矿质颗粒间的嵌挤力和内摩阻力为辅而构成的。这类沥青混合料的结构强度受温度的影响较大。
     3．按级配原则构成的沥青混合料，其结构组成通常有下列三种形式：
     (1)密实一悬浮结构：由次级骨料填充前级骨料（较次级骨料粒径稍大）空隙的沥青混凝土具有很大的密度，但由于前级骨料被次级骨料和沥青胶浆分隔，不能直接互相嵌锁形成骨架，因此该结构具有较大的黏聚力c，但内摩擦角φ较小，高温稳定性较差。通常按最佳级配原理进行设计。
     (2)骨架一空隙结构：粗骨料所占比例大，细骨料很少甚至没有。粗骨料可互相嵌锁形成骨架，嵌挤能力强；但细骨料过少不易填充粗骨料之间形成的较大的空隙。该结构内摩擦角φ较高，但黏聚力c也较低。沥青碎石混合料(AN)和OGFC排水沥青混合料是这种结构典型代表。
     (3)骨架一密实结构：较多数量的断级配粗骨料形成空间骨架，发挥嵌挤锁结作用，同时由适当数量的细骨料和沥青填充骨架间的空隙形成既嵌紧又密实的结构。该结构不仅内摩擦角φ较高，黏聚力c也较高，是综合以上两种结构优点的结构。沥青玛谛脂混合料(简称SMA)是这种结构典型代表。
     三种结构的沥青混合料由于密度ρ、空隙率W、矿料间隙率VMA不同，使它们在稳定性和路用性能上亦有显著差别。它们的典型结构组成示意图见图1K411014。
     图1K411014沥青混合料的结构组成示意图
     (a)悬浮密实结构，(b)骨架空隙结构；(c)骨架密实结构

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 二、主要材料与性能
     （一）沥青
     我国行业标准《城镇道路工程施工与质量验收规范》 CJJ 1规定：城镇道路面层宜优先采用A级沥青，不宜使用煤沥青。其主要技术性能如下：
     1．粘结性
     沥青材料在外力作用下，沥青粒子产生相互位移的抵抗变形的能力即沥青的黏度。常用的是条件黏度，我国《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40也列入了60℃动力黏度（绝对黏度）作为道路石油沥青的选择性指标。对高等级道路，夏季高温持续时间长、重载交通、停车场等行车速度慢的路段，尤其是汽车荷载剪应力大的结构层，宜采用稠度大（针入度小）的沥青；对冬季寒冷地区、交通量小的道路宜选用稠度小的沥青。当需要满足高、低温性能要求时，应优先考虑高温性能的要求。
     2．感温性
     沥青材料的黏度随温度变化的感应性。表征指标之一是软化点，指的是沥青在特定试验条件下达到一定黏度时的条件温度。软化点高，意味着等黏温度也高，因此软化点可作为反应感温性的指标。《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40规范新增了针入度指数(PI这一指标，它是应用针入度和软化点的试验结果来表征沥青感温性的一项指标。对日温差、年温差大的地区宜选用针入度指数大的沥青。高等级道路，夏季高温持续时间长的地区、重载交通、停车站、有信号灯控制的交叉路口、车速较慢的路段或部位需选用软化点高的沥青；反之，则用软化点较小的沥青。
     3．耐久性
     沥青材料在生产、使用过程中，受到热、光、水、氧气和交通荷载等外界因素的作用而逐渐变硬变脆，改变原有的黏度和低温性能，这种变化称为沥青的老化。沥青应有足够的抗老化性能即耐久性，使沥青路面具有较长的使用年限。我国相关规范规定，采用薄膜烘箱加热试验，测老化后沥青的质量变化、残留针人度比、残留延度（10℃或5℃）等来反映其抗老化性。通过水煮法试验，测定沥青和骨料的黏附性，反映其抗水损害能力，等级越高，黏附性越好。
     4．塑性
     沥青材料在外力作用下发生变形而不被破坏的能力，即反映沥青抵抗开裂的能力。过去曾采用25℃的延度而不能比较黏稠石油沥青的低温性能。现行规范规定：25℃延度改为10℃延度或15℃延度，不同标号的沥青延度就有了明显的区别，从而反映出它们的低温性能，一般认为，低温延度越大，抗开裂性能越好。在冬季低温或高、低温差大的地区，要求采用低温延度大的沥青，
     5．安全性
     确定沥青加热熔化时的安全温度界限，使沥青安全使用有保障。有关规范规定，通过闪点试验测定沥青加热点闪火的温度——闪点，确定它的安全使用范围。沥青越软（标号高），闪点越小。如沥青标号110号到160号，闪点不小于230℃，标号90号不小于245℃。
     （二）粗骨料
     1．粗骨料应洁净、干燥、表面粗糙；质量技术要求应符合《城镇道路工程施工与质量验收规范》CJJ 1有关规定。
     2．每种粗骨料的粒径规格（即级配）应符合工程设计的要求。
     3．粗骨料应具有较大的表观相对密度，较小的压碎值、洛杉矶磨耗损失、吸水率、针片状颗粒含量、水洗法<0..075mm颗粒含量和软石含量。如城市快速路、主干道路表面层粗骨料压碎值不大于26%、吸水率不大于2．O%等。
     4．城市快速路、主干道路的表面层（或磨耗层）的粗骨料的磨光值PSV应不少于36～42（雨量气候分区中干旱区一潮湿区），以满足沥青路面耐磨的要求。
     5．粗骨料与沥青的黏附性应有较大值，城市快速路、主干道的骨料对沥青的黏附性不应大于或等于4级，次干路及以下道路在潮湿区应大于或等于3级。
     （三）细骨料
     1．细骨料应洁净、干燥、无风化、无杂质，质量技术要求应符合《城镇道路工程施工与质量验收规范》CJJ 1有关规定。
     2．热拌密集配沥青混合料中天然砂用量不宜超过骨料总量的20%，SMA、OGFC不宜使用天然砂。
     （四）矿粉
     1．应采用石灰岩等憎水性石料磨成，且应洁净、干燥，不含泥土成分，外观无团粒结块。
     2．城市快速路、主干道的沥青路面不宜采用粉煤灰作填料。
     3．沥青混合料用矿粉质量要求应符合《城镇道路工程施工与质量验收规范》CJJ 1有关规定。
     （五）纤维稳定剂
     1_木质纤维技术要求应符合《城镇道路工程施工与质量验收规范> CJJ 1有关规定。
     2．不宜使用石棉纤维。
     3．纤维稳定剂应在2sopc高温条件下不变质。

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 三、热拌沥青混合料主要类型
     （一）普通沥青混合料即AC型沥青混合料，适用于城市次干道、辅路或人行道等场所。
     （二）改性沥青(Modified bitumen)混合料
     1．改性沥青(Modifiedb．tumen)混合料是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂（改性剂）．使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青混合料。
     2．改性沥青( Modifieal bitumen)混合料与AC型混合料相比具有较高的路面抗流动性即高温下抗车辙的能力，良好的路面柔性和弹性即低温下抗开裂的能力，较高的耐磨耗能力和延长使用寿命。
     3．改性沥青( Modified bitumen)混合料面层适用城市主干道和城镇快速路。
     （三）沥青玛蹄脂碎石混合料(Stone mastic asphalt，简称SMA)
     1．SMA（混合料）是一种以沥青、矿粉及纤维稳定荆组成的沥青玛蹄脂结合料，填充于间断级配的矿料骨架中，所形成的混合料。
     2．SMA是一种间断级配的沥青混合料，5mm以上的粗骨料比例高达70%～80%．矿粉的用量达7% ～13%（¨粉胶比”超出通常值1.2的限制）；沥青用量较多；高达6.5%～7%，粘结性要求高，且选用针人度小、软化点高、温度稳定性好的沥青。
     3．SMA是当前国内外使用较多的一种抗变形能力强，耐久性较好的沥青面层混合料；适用于城市主干道和城镇快速路。
     （四）改性（沥青）SMA
     1．采用改性沥青，材料配比采用SMA结构形式。
     Z．路面有非常好的高温抗车辙能力、低温变形性能和水稳定性，且构造深度大，抗滑性能好、耐老化性能及耐久性等路面性能都有较大提高。
     3．适用于交通流量和行驶频度急剧增长，客运车的轴重不断增加，严格实行分车道单向行驶的城镇主干道和城镇快速路。

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 1K411015了解沥青路面材科的再生应用
     本条文介绍了沥青路面材料再生利用技术机理、再生剂的技术要求、再生沥青混合料配合比的确定因素及厂拌生产工艺。
     一、再生目的与意义
     （一）再生机理
     l_沥青路面材料在沥青混合料拌制、运输、施工和沥青路面使用过程中，由于加热和各种自然因素的作用，沥青逐渐老化，胶体结构改变，导致沥青针人度减小、黏度增大，延度降低，反映沥青流变性质的复合流动度降低，沥青的非牛顿性质更为显著。沥青的老化削弱了沥青与骨料颗粒的粘结力，造成沥青路面的硬化，进而使路面粒料脱落、松散，降低了道路耐久性。
     2．旧沥青路面材料的再生，关键在于沥青的再生。沥青的再生是沥青老化的逆过程。在已老化的旧沥青中，加入某种组分的低黏度油料（即再生剂），或者加入适当稠度的沥青材料，经过科学合理的工艺，调配出具有适宜黏度并符合路用性能要求的再生沥青。再生沥青比旧沥青复合流动度有较大提高，流变性质大为改善。 、 ．
     （二）再生效益
     1．沥青路面材料再生技术是将需要翻修或者废弃的旧沥青混凝土路面，经过翻挖、回收、破碎、筛分，再添加适量的新骨料、新沥青，重新拌合成为具有良好路用性能的再生沥青混合料，用于铺筑路面面层或基层的整套工艺技术。
     2．沥青路面材料再生利用，能够节约大量的沥青和砂石材料，节省工程投资。同时，有利于处理废料，节约能源，保护环境，因而具有显著的经济效益和社会效益。
     二、再生剂技术要求与选择
     （一）再生剂作用
     1．当沥青路面中的旧沥青的黏度高于106Pa．s或针人度小于40 (O.lmm)时，应在旧沥青中加入低黏度的胶结料一再生剂，调节过高的黏度并使脆硬的旧沥青混合料软化，便于充分分散，和新料均匀混合。
     2．再生剂还能渗入旧沥青中，使其已凝聚的沥青质重新熔解分散，调节沥青的胶体结构，改善沥青流变性质。
     3．再生剂主要采用低黏度石油系的矿物油，如精制润滑油时的抽出油、润滑油、机油和重油等，为节省成本，工程上可用上述各种油料的废料。
     （二）技术要求
     1．具有软化与渗透能力，即具备适当的黏度；
     2．具有良好的流变性质，复合流动度接近1，显现牛顿液体性质；
     3．具有溶解分散沥青质的能力，即应富含芳香分。可以再生效果系数K-再生沥青的延度与原（旧）沥青延度的比值表征旧沥青添加再生剂后恢复原沥青性能的能力；
     4．具有较高的表面张力；
     5．必须具有良好的耐热化和耐候性（以试验薄膜烘箱试验前后黏度比衡量）。
     （三）技术指标
     1．根据我国目前研究成果，再生剂的推荐是：25℃黏度：0.01～20Pa．s；25℃复合流动度>0. 90；芳香分含量>30%；25℃表面张力>36×10-3 N/m;薄膜烘箱试验黏度比（η后/η前）<3.
     2．日本的再生剂质量标准还要求：不含有毒物质；根据施工性能和旧料物理性能恢复的能力确定60℃黏度；应有足够高的闪点（施工安全性）；规定了薄膜烘箱试验后的黏度比和质量变化（保证再生路面的耐久性）。