Дорожно-строительные материалы и изделия

ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ 
МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Я.Н. КОВАЛЕВ
С.Е. КРАВЧЕНКО
В.К. ШУМЧИК

Рекомендовано 
Учебно-методическим объединением по образованию 
в области строительства и архитектуры в качестве 
учебно-методического пособия для студентов 
специальности 1-70 03 01 «Автомобильные дороги»

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

Москва
ИНФРА-М
2022

УДК 625.06/.07(075.8)
ББК 39.311-03я73
 
К56

Ковалев Я.Н.
К56  
Дорожно-строительные материалы и изделия : учебно-методическое пособие / Я.Н. Ковалев, С.Е. Кравченко, В.К. Шумчик. — Москва : 
ИНФРА-М, 2022. — 630 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). 

ISBN 978-5-16-006403-1 (print)
ISBN 978-5-16-101728-9 (online)
В учебно-методическом пособии изложены основы дорожно-строительного материаловедения и современные представления об универсальных 
строительных материалах, применяемых в строительстве автомобильных 
дорог, аэрод ромных покрытий и инженерно-дорожных транспортных сооружений. Описаны новые перспективные технологии. Особое внимание 
уделено повышению качества, долговечности и снижению энергоемкости 
строительных материалов. 
Предназначено для студентов вузов, а также может быть полезно магистрантам, аспирантам и инженерно-техническим специалистам дорожных 
организаций.

УДК 625.06/.07(075.8)
ББК 39.311-03я73

Р е ц е н з е н т ы:
кафедра автомобильных дорог Белорусско-Российского университета (заведующий кафедрой — кандидат технических наук, доцент 
Березовский С.Н.);
Яромко В.Н., доктор технических наук, профессор, заслуженный 
деятель науки

ISBN 978-5-16-006403-1 (print)
ISBN 978-5-16-101728-9 (online)

© Ковалев Я.Н., Кравченко С.Е., 
Шумчик В.К., 2013
© ООО «Новое знание», 2013

Оглавление

Предисловие  .................................................................      7

1. Введение в строительное материаловедение  ...................   10

1.1. Три этапа развития науки о строительных материалах 10
1.2. Классификация строительных материалов ................   17
1.3. Пути снижения энергозатрат при получении  
строительных материалов .............................................   20
Вопросы и задания для самопроверки .............................   23

2. Структура и основные свойства строительных материалов   24

2.1. Структура материалов ............................................   24
2.2. Технологические принципы получения материалов 
с заданными свойствами ...............................................   28
2.3. Свойства дорожно-строительных материалов .............   33
2.4. Пути повышения качества дорожно-строительных 
материалов ..................................................................   67
Вопросы и задания для самопроверки .............................   70

3. Природные каменные материалы ..................................   71

3.1. Общие положения ..................................................   71
3.2. Главные породообразующие материалы горных пород   73
3.3. Классификация горных пород .................................   77
3.4. Виды и марки изделий из природных каменных 
материалов ..................................................................   89
3.5. Добыча и переработка природных каменных  
материалов ..................................................................   94
3.6. Требования к щебню, гравию и песку .......................   98
3.7. Защита природных каменных материалов 
от коррозионного разрушения ....................................... 104
3.8. Приемка каменных материалов. Техника безопаснос- 
ти и охрана окружающей среды ..................................... 107
Вопросы и задания для самопроверки ............................. 109

4. Неорганические вяжущие материалы ............................ 110

4.1. Характеристика и классификация неорганических 
вяжущих веществ ........................................................ 110
4.2. Воздушные вяжущие вещества ................................ 111
4.3. Гидравлические вяжущие вещества ......................... 124
4.4. Портландцемент .................................................... 128
4.5. Специальные виды портландцемента ........................ 155

Содержание

4.6. Пуццолановые портландцементы ............................. 160
4.7. Местные вяжущие материалы ................................. 164
4.8. Шлаковые цементы ................................................ 165
4.9. Глиноземистые (алюминатные) цементы ................... 168
4.10. Расширяющиеся и безусадочные цементы ............... 171
4.11. Транспортировка и хранение цементов ................... 175
Вопросы и задания для самопроверки ............................. 177

5. Бетоны и железобетонные изделия ................................ 178

5.1. Общие положения .................................................. 178
5.2. Классификация бетонов .......................................... 179
5.3. Материалы для бетонов .......................................... 182
5.4. Бетонная смесь и ее свойства ................................... 199
5.5. Тяжелый бетон ...................................................... 202
5.6. Бетоны специального назначения ............................ 237
5.7. Легкие бетоны ....................................................... 250
5.8. Железобетонные изделия ........................................ 253
Вопросы и задания для самопроверки ............................. 275

6. Искусственные каменные материалы ............................. 276

6.1. Необжиговые строительные материалы и изделия ..... 276
6.2. Обжиговые керамические строительные материалы 
 и изделия ................................................................... 293
6.3. Искусственные заполнители на основе глинистого 
сырья для легких и тяжелых бетонов ............................. 306
6.4. Материалы из расплавов неорганических сырьевых 
масс  ........................................................................... 310
Вопросы и задания для самопроверки ............................. 321

7. Органические вяжущие материалы ................................ 323

7.1. Общие сведения и классификация органических 
вяжущих материалов ................................................... 323
7.2. Дорожные вязкие битумы ....................................... 325
7.3. Технология получения вязких и жидких дорожных 
битумов и методы их улучшения .................................... 342
7.4. Битумные эмульсии ............................................... 362
7.5. Перевозка, подготовка, контроль и хранение  
органических вяжущих материалов ............................... 364
Вопросы и задания для самопроверки ............................. 367

8. Асфальтобетон и другие битумоминеральные  
 
материалы ................................................................................ 368

8.1. Классификация битумоминеральных материалов ..... 368
8.2. Классификация асфальтобетонных смесей ............... 370
8.3. Материалы для асфальтобетонных смесей 
(по СТБ 1033–2004) .................................................... 376
8.4. Конструкции дорожных одежд с асфальтобетонными 
покрытиями .............................................................. 389
8.5. Структура асфальтобетона ..................................... 391
8.6. Свойства асфальтобетона ....................................... 400
8.7. Проектирование состава асфальтобетона ................. 420
8.8. Основы технологии приготовления асфальтобетонных 
смесей, их транспортирование, укладка и уплотнение ..... 424
8.9. Штучные изделия из асфальтобетонных смесей ....... 442
8.10. Регенерация старого асфальтобетона ..................... 449
8.11. Битумоминеральные материалы ........................... 452
Вопросы и задания для самопроверки ........................... 464

9. Полимерные материалы и изделия в дорожной отрасли 466

9.1. Общие сведения о полимерах и пластмассах ............ 466
9.2. Свойства пластмасс как материалов, пригодных 
для использования при строительстве и ремонте дорог .... 483
9.3. Полимерные материалы для гидрофобизации 
и укрепления грунтов ................................................. 486
9.4. Виды изделий из полимерных материалов ............... 490
Вопросы и задания для самопроверки ........................... 503

10. Теплоизоляционные, гидроизоляционные, гермети - 
 
зирующие, лакокрасочные и акустические материалы ... 504

10.1. Теплоизоляционные материалы ............................ 504
10.2. Гидроизоляционные материалы............................ 513
10.3. Герметизирующие материалы .............................. 522
10.4. Лакокрасочные материалы .................................. 524
10.5. Акустические материалы..................................... 531
Вопросы и задания для самопроверки ........................... 537

11. Строительные материалы из древесины  ....................... 538

11.1. Общие сведения .................................................. 538
11.2. Строение дерева .................................................. 539
11.3. Макроструктура древесины .................................. 540

Содержание

11.4. Микроструктура древесины ................................. 542
11.5. Характеристика древесины основных пород, 
применяемых в строительств ....................................... 547
11.6. Свойства древесины ............................................ 551
11.7. Применение деревянных конструкций  
в мостостроении ......................................................... 562
11.8. Виды изделий из древесины (сортамент) ................ 566
11.9. Пороки древесины .............................................. 570
11.10. Заготовка и сушка древесины ............................. 574
11.11. Защита древесины от гниения, разрушения 
насекомыми и возгорания............................................ 576
Вопросы и задания для самопроверки ........................... 582

12. Металлические материалы .......................................... 583

12.1. Общие сведения ................................................... 583
12.2. Структура и свойства металлов .............................. 586
12.3. Основы технологии черных металлов ...................... 590
12.4. Стали, применяемые в строительстве ...................... 597
12.5. Термическая и химико-термическая обработка 
сталей ......................................................................... 603
12.6. Обработка металлов давлением и резанием .............. 607
12.7. Сварка и резка металлов ....................................... 611
12.8. Коррозия металлов и методы их защиты ................. 616
12.9. Цветные металлы и сплавы ................................... 620
Вопросы и задания для самопроверки ............................. 623

Заключение .................................................................... 624
Список рекомендуемой литературы ................................... 629

Содержание

ПРЕДИСЛОВИЕ

Курс «Дорожно-строительные материалы и изделия» яв
ляется важным для подготовки специалистов дорожного профиля, потому что ни одно транспортное сооружение нельзя 
правильно спроектировать, построить и эксплуатировать без 
наличия соответствующих строительных материалов и всесторонней информации об их свойствах.

Стоимость дорожно-строительных материалов в общих за
тратах на строительство автомобильной дороги составляет 
50…60 %, поэтому вопросам снижения материалоемкости их 
производства уделяется большое внимание. Для этих целей 
рекомендуется широко использовать местные строительные 
материалы и побочные продукты производства (золы, шлаки, 
отработанные формовочные смеси и др.).

При строительстве и ремонте дорог также находят широ
кое применение искусственные каменные материалы, модифицированные битумы, дорожные асфальто- и цементобетоны 
с активированными компонентами, погодоустойчивые и прочные пластмассы. Поэтому в пособии учитывается тенденция 
последовательного перехода на полную индустриализацию 
производства строительных материалов, в частности поставку вяжущих компонентов и изделий высокой строительной 
готовности (например, капсулированного битума, гранулированного асфальтовяжущего вещества для асфальтовых бетонов).

Данное пособие подготовлено в соответствии с типовой про
граммой дисциплины «Дорожно-строительные материалы и 
изделия» для студентов высших учебных заведений по специальности I-70 03 01 «Автомобильные дороги». Его цель — дать 
студентам системные знания в области теории, технологии и 
практического, рационального применения строительных материалов при строительстве, ремонте и содержании объектов 
дорожного хозяйства.

Дисциплина «Дорожно-строительные материалы и изде
лия» опирается на знания студентов по физической и коллоидной химии, физике, математике и другим учебным дисциплинам. Освоение этих фундаментальных дисциплин в контексте 
с изучаемой прикладной дисциплиной дает возможность глуб

Предисловие

же разобраться в сущности формирования структуры материалов при различных технологических процессах их получения 
и в режимах взаимодействия с окружающей средой в эксплуатационный период.

В реальных условиях «работы» материала в конструкциях 

он испытывает воздействия не только погодно-климатических 
факторов, но и силовых нагрузок. В последнем случае особенности влияния таких факторов рассматриваются с учетом 
знаний, полученных при изучении курса «Сопротивление материалов».

В настоящее время при разработке технологических режи
мов производства и выборе оптимальных составов различных 
композиций широко применяются математические методы 
планирования и пр. Таким образом, фундаментальные знания 
по общетеоретическим дисциплинам позволяют не только оценить потенциальные возможности строительных материалов, 
но и принимать обоснованные решения по их использованию 
в конкретных эксплуатационных условиях.

Известно, что прогресс науки и техники постоянно вносит 

существенные коррективы в нормативно-технические документы (ГОСТы, СТБ, СНиПы, ТУ, ДМД и др.), что стимулирует появление новых материалов и технологий. Такая ситуация влияет на ускоренное «старение» учебной литературы, 
которая не успевает отражать нововведения, совершающиеся 
в течение сравнительно короткого периода времени (5–10 лет). 
Чтобы продлить «жизнь» данного пособия, авторы стремились излагать информацию по основным видам строительных 
материалов с учетом возможного появления новых или совершенствования известных технологий.

Образовательные задачи, решаемые пособием, включают:

 
„ изучение материалов, применяемых в конструкциях со
оружений дорожного комплекса в данный момент, и возможностей их улучшения в будущем;

 
„ знакомство с информацией о способах ресурсо- и энерго
сбережения при получении и применении строительных материалов с соблюдением требований промышленной экологии и 
охраны окружающей среды.

Предисловие

Авторы стремились к краткости изложения разделов дис
циплины при максимально возможной иллюстративности, 
историчности и научной обоснованности эффективного получения и сохранения свойств материалов в эксплуатационный 
период. В конце каждой главы приведены вопросы и задания 
для самоконтроля и осмысления проработанного материала. 

Пособие написано коллективом авторов: доктор техничес
ких наук, профессор Я.Н. Ковалев, кандидат технических 
наук, доцент С.Е. Кравченко, кандидат технических наук 
В.К. Шумчик. Общее методологическое руководство и научное редактирование выполнено Я.Н. Ковалевым.

Авторы признательны рецензентам: заслуженному деяте
лю науки, доктору технических наук, профессору В.Н. Яромко 
и кандидату технических наук, доценту С.Н. Березовско- 
му — за ценные замечания по содержанию и структуре пособия, которые учтены при подготовке рукописи к изданию.

ВВЕДЕНИЕ В СТРОИТЕЛЬНОЕ 
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Три этапа развития науки 
о строительных материалах

Современное строительное материаловедение — приклад
ная наука, базирующаяся на положениях фундаментальных 
наук: химии, физики, реологии, математики и др. Ее роль в 
строительном производстве огромна. Без постоянно развивающихся знаний о материалах и изделиях из них невозможно спроектировать, построить и эксплуатировать любой качественный и долговечный инженерный объект (здание, дорогу, мост и т.п.).

Строительное материаловедение изучает огромный спектр 

различных природных и искусственных материалов, вырабатываемых в соответствующих специфических отраслях промышленности. Тем не менее, строительное материаловедение 
объединяет все многообразие материалов в единую систему с 
общими научными принципами, методами и закономерностями. Такой системный подход позволяет прогнозировать появление новых, пока еще не открытых материалов с оставлением «вакантных» мест в соответствующих их классификациях 
(подобно тому, как это происходит с Периодической системой 
Д.И. Менделеева).

История развития науки о строительных материалах ухо
дит в далекое прошлое. Профессор И.А. Рыбьев выделяет три 
основных, не одинаковых по продолжительности этапа развития науки о строительных материалах, между которыми нет 
четких разделительных границ*. Главным критерием для их 
выделения во времени является состояние производства, пос
* Рыбьев И.А. Основы строительного материаловедения в лекцион
ном изложении. М.: Астраль, 2006. 604 с.

1.1.

11

1.1. Три этапа развития науки о строительных материалах

кольку его совершенствование во многом определялось потребностями общества в материалах.

Первый этап (до 1-й пол. ХІХ в.) является наиболее дли
тельным по времени. Исходной точкой отсчета начала развития науки о материалах признан момент получения керамики путем осознанного изменения структуры глины при 
ее обжиге. Это подтверждено результатами археологических 
раскопок. Вначале свойства изделий улучшали правильным 
подбором глины, а затем — их обжигом на открытом огне в 
специальных примитивных печах. Однако первым этапом в 
этой технологии стали попытки использования глины как вяжущего воздушного твердения. Это объясняется тем, что глина очень проста в применении и не требует помола, а нуждается лишь в разминании и увлажнении. Для предотвращения 
усадки и растрескивания глины отощались песком, а для увеличения прочности в глиняное тесто (раствор) добавляли траву, рубленую солому, шерсть животных (это был первый опыт 
упрочнения изделий путем армирования).

Значительно позднее человечество начало широко исполь
зовать металлы, прочность и жесткость которых были известны еще в 8-м тыс. до н.э. Вначале была открыта холоднокованая самородная медь. Позже она была заменена медью, 
выплавляемой из руд, которые встречались в недрах земли 
чаще и в значительно больших объемах. В дальнейшем к меди 
стали добавлять другие металлы и примерно в 3-м тыс. до н.э. 
люди научились получать и использовать сплав меди с оловом — бронзу (бронзовый век). К этому же периоду относится 
время, когда люди научились обрабатывать благородные металлы (серебро, золото).

С течением времени объемы использования металлов воз
растали и человечество вступило в железный век, поскольку 
железные руды оказались гораздо доступнее медных. Таким 
образом, в 1-м тыс. до н.э. в производстве орудий и инструментов стало преобладать железо.

Сознательное создание все более сложных керамических и 

металлических изделий было обусловлено потребностями развивающегося мореплавания, ирригации, строительства различных зданий и сооружений, укрепления дорог.

1. Введение в строительное материаловедение

Крупный вклад в развитие науки о материалах внесли вы
дающиеся русские ученые М.В. Ломоносов и Д.И. Менделеев.

М.В. Ломоносов (1711—1765) заложил основы науки в об
ласти химии и физики. Им был открыт закон сохранения материи и движения, разработаны важнейшие положения в области физической химии. Он написал первую книгу на русском языке по металлургии, получил составы цветных стекол и изготовил из них мозаичные панно. Вклад Ломоносова 
в различные отрасли знания неоценим и его роль в развитии 
материаловедения огромна.

Д.И. Менделеев (1834—1907) открыл важнейший закон 

природы — периодический закон, в соответствии с которым 
свойства химических элементов находятся «в периодической 
зависимости от величины их атомных весов». Менделеев получил важные результаты в исследовании растворов, опубликовал книгу «Основы химии», в которой описал атомно-молекулярное строение вещества. Ему также принадлежит первый 
труд по основам стекольного производства.

В качестве некоторого итога становления и развития на
уки о строительных материалах на первом этапе можно отметить сравнительно ограниченное количество разновидностей 
изучавшихся материалов и данных об их свойствах.

Однако несмотря на слабое развитие точных наук, вели
кие ученые и философы прошлых столетий на основе интуиции, логики, гипотез и теорий сумели дать достаточно полное 
представление о структуре материалов, установить общие зависимости их свойств (в основном механических) от состава. 
Например, Р. Гук еще в 1665 г. выявил типичную кристаллическую структуру железа.

Второй этап (2-я пол. XIX в. — 1-я пол. XX в) характери
зуется созданием новых материалов и их массовым производством. Это было вызвано бурным развитием промышленности, 
строительством многочисленных инженерных сооружений. 
Кроме того, развитию науки о материалах способствовали новые открытия в области исследования их составов, структуры и 
оценки свойств. Ярким примером является открытие в 1912 г. 
явления дифракции рентгеновских лучей, что позволило создать фундаментальный физический метод изучения структу

1.1. Три этапа развития науки о строительных материалах

ры различных материалов. Достижения в физике, химии, минералогии и других науках явились фундаментом для дальнейшего развития строительного материаловедения.

Второй этап развития науки о материалах существенно 

отличается от первого. Действительно, если на первом этапе 
устанавливались лишь общие связи между атомно-молекулярным составом веществ и их свойствами, то на втором этапе главным стало всестороннее изучение конкретных материалов, создаваемых для возводимых строительных объектов, и 
обеспечение их высокого качества. 

Наблюдается также начало четкой дифференциации ис
следований применительно к запросам отдельных производств 
материалов. На этом этапе каждая отрасль производства получала от науки максимум информации о необходимом для 
нее сырье, способах его переработки, объективных методах 
оценки свойств готовой продукции, ее стандартизации и путях дальнейшего улучшения качества.

Развитие наук о Земле: геологии и геохимии (академики 

В.А. Обручев, А.Е. Ферсман, В.И. Вернадский и др.) — способствовало выявлению новых месторождений полезных ископаемых. Было установлено, что на долю девяти химических 
элементов приходится 98 % земной коры, причем половину 
из этого количества составляет кислород и более одной четверти — кремний. Было также определено, что большая часть 
элементов образует в земной коре различные химические соединения — кристаллические и аморфные минералы. Эти данные о минеральном сырье интенсивно использовались для его 
переработки в заводских условиях с получением минеральных 
вяжущих веществ, керамики, стекла и других промышленно 
выпускаемых строительных материалов.

Особенно подробно были изучены глины. Труды В.И. Вер
надского, Н.А. Земятченского и других исследователей по глинам способствовали созданию промышленно развитой отрасли 
производства керамики и керамического строительного кирпича. Исследования в этом направлении внесли неоценимый 
вклад в создание керамических огнеупоров, что было крайне 
необходимым для развития металлургии.

1. Введение в строительное материаловедение

Следует особо отметить успехи в производстве вяжущих 

веществ (строительного гипса и гидравлической извести) в 
России в XVIII в. В начале XIX в. Е.Г. Челиевым было открыто новое вяжущее, получившее в дальнейшем название портландцемент. Особенно большой вклад в развитие цементной 
промышленности в России внес Н.А. Белелюбский и его специализированная лаборатория.

Массовый выпуск цементов способствовал производству 

бетонов и появлению науки о бетонах — бетоноведения. 
Большой объем исследований в этом направлении выполнили 
Н.М. Беляев, Б.Г. Скрамтаев и др. Это позволило создать расчет состава плотного бетона.

Одновременно формировалась технология изготовления 

железобетона и наука о железобетоне. Открыл явление упрочнения бетона с помощью железной арматуры парижский 
садовник Ж. Монье в 1867 г.

В 1881 г. профессор Н.А. Белелюбский провел успешные 

испытания различных конструкций из железобетона.

Следующим большим шагом в развитии железобетона яви
лось внедрение в начале ХХ в. предварительно напряженной 
арматуры. 

Продолжались также научные исследования и совершенс
твовались технологии многих других строительных материалов безобжигового типа (асфальтобетон, полимерные материалы, ситаллы и др.). 

В целом науку о строительных материалах на втором эта
пе можно рассматривать как сложную совокупность знаний о 
конкретном материале на базе фундаментальных наук — физики и химии.

На втором этапе были изданы монографии, посвящен
ные отдельным материалам, а также учебники по строительным материалам. Так, например, в 1896 г. В.В. Эваль- 
 дом был написан учебник, выдержавший 14 переизданий: 
«Строительные материалы, их изготовление, свойства и испытания». Далее были подготовлены известные учебники В.А. Кин да и С.Д. Окорокова (1934), Б.Г. Скрамтаева, 
Н.А. Попова (1950) и др.