土木工程材料汇总教案

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1、土木工程材料土木工程材料 教案教案 第六章第六章 土木工程系土木工程系 杨杨 勇勇 6.沥青和沥青混合料 v6.1 沥青材料 v6.2 沥青混合料 学习目标： v掌握沥青材料的基本组成、工程性质及测 定方法；了解主要沥青制品及其用途。 v掌握沥青混合料配合比，包括矿质材料配 合比的设计和配制；了解沥青混合料使用 要点。 6.1 沥青材料 v6.1.1沥青的分类与基本组成结构 v1.沥青的分类 v沥青材料是由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这 些碳氢化合物的非金属（氧、硫，氮）的衍生物所组成 的混合物。 v沥青材料按其在自然界中的获得方式可分为二大类： v（1）地沥青：天然沥青；石油沥青。 v

2、（2）焦油沥青：煤沥青；页岩沥青。 v沥青主要用于道路工程以及防潮、防水、防腐蚀材料。 v2.沥青的基本组成结构 v（1）石油沥青的基本组成 v石油沥青是由石油经蒸馏、吹氧、调和等工艺加工得到 的残留物。公路工程沥青及混合料试验规程 JTJ052-2000规定有三组分和四组分两种分析法。 v化学组分分析就是将沥青分离为几个化学性质相近，而 且与路用性质有一定联系的组，这些组就称为“组分” 。 v1）三组分分析法 v是将沥青分离为油分、树脂和沥青质等三组分。 v油分赋予沥青以流动性，其含量直接影响沥青的柔软性 、抗裂性及施工难度；树脂主要使沥青具塑性和粘性； 沥青质决定沥青的粘结力、粘度和温度稳

3、定性，以及沥 青的硬度、软化点等。 组分状态染色比密度分子量含量，% 油分油状液体 淡黄- 红褐色 小于13005004060 树脂 粘稠状 物体 黄-黑色略大于1 600 1000 1530 地沥 青质 无定形 固体粉末 深褐- 黑色 大于110001030 v2）四组分分析法 v是将沥青分离为饱和分、芳香分、胶质和沥青质 等三组分。 v沥青质和胶质分的含量高，其针人度值较小（稠 度较高），软化点较高；饱和分含量高，其针人 度值较大（稠度较低），软化点较低；芳香分含 量，对针人度、软化点无影响，但极性芳香分含 量高，对其粘附性有利；胶质分对其延度贡献较 大。 v3）石油沥青的胶体结构 v胶体

4、结构的形成：沥青的胶体结构是以沥青质为 胶核，胶质分被吸附其表面，并逐渐向外扩散形 成胶团，胶团再分散于芳香分和饱和分中。 v胶体结构类型： vA.溶胶结构在路用性质上具有较好的自愈性 和低温变形能力，但温度感应性较差。 vB.溶一凝胶结构在路用性能，在高温时具有 较低的感温性，低温时又有较好的形变能力。 vC.凝胶结构在路用性能上，具有较低的温度 感应性，但低温变形能力较差。 v（2）煤沥青的基本组成（略） v6.1.2沥青的主要性质及其测试方法 v1.沥青的主要性质及测试方法 v（1）粘滞性 v石油沥青的粘滞性是反映沥青材料内部阻碍其相 对流动的一种特性。也可以说，它反映了沥青软 硬、稀稠

5、的程度。是划分沥青牌号的主要技术指 标。 v液体石油沥青的粘滞性用粘滞度（也称标准粘度 ）指标表示，它表征了液体沥青在流动时的内部 阻力；对于半固体或固体的石油沥青则用针入度 指标表示，它反映了石油沥青抵抗剪切变形的能 力。 v粘滞度是在规定温度t（通常为20、25、 30或60），规定直径d（为3mm、5mm或 者10mm）的孔流出50沥青所需的时间秒数 T。常用符号“ ”表示。粘滞度测定示意图见下 图。 v针入度是在规定温度25条件下，以规定100 g 的标准针，在规定时间5s 内贯入试样中的深度 （1/10mm为1度）表示。针入度测定示意图见下 图。显然，针入度越大，表示沥青越软，粘度越

6、 小。 v一般，地沥青质含量高，有适量的树脂和较少的 油分时，石油沥青粘滞性大。温度升高，其粘性 降低。 v（2）塑性 v塑性是指石油沥青在外力作用时产生变形而不破 坏，除去外力后仍保持变形后的形状不变的性质 。 v石油沥青的塑性用延度指标表示。沥青延度是把 沥青试样制成 字形标准试模（中间最小截面 积为1）在规定的拉伸速度（5cm/min）和 规定温度（25）下拉断时的伸长长度，以cm 为单位。延度指标测定的示意图见下图。延度值 愈大，表示沥青塑性愈好。 v一般，沥青中油分和地沥青质适量，树脂含量越 多，延度越大，塑性越好。温度升高，沥青的塑 性随之增大。 v（3）温度敏感性 v温度敏感性是

7、指石油沥青的粘滞性和塑性随温度 升降而变化的性能。 v1）软化点 v软化点是指沥青由固态转变为具有一定流动性膏 体的温度，可采用环球法测定（见上图）。 v沥青软化点不能太低，不然夏季易融化发软；但 也不能太高，否则不易施工，并且品质太硬，冬 季易发生脆裂现象。石油沥青温度敏感性与地沥 青质含量和蜡含量密切相关。地沥青质增多，温 度敏感性降低。工程上往往用加入滑石粉、石灰 石粉或其它矿物填料的方法来减小沥青的温度敏 感性。沥青中含蜡量多时，其温度敏感性大。 v2）针入度指数 v沥青针入度值的对数与温度具有线性关系： v则沥青的针入度指数PI可按下式计算： v按针人度指数可将沥青划分为三种胶体结构

8、，即 v针人度指数者为溶胶结构； v针入度指数者为凝胶结构； v针人度指数一十者为溶凝胶结构。 v（4）大气稳定性 v大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因 素长期综合作用下抵抗老化的性能。 v在大气因素的综合作用下，沥青中的低分子量组分会向 高分子量组分转化递变，即油分一树脂地沥青质。由 于树脂向地沥青质转化的速度要比油分变为树脂的速度 快得多，因此石油沥青会随时间进展而变硬变脆，亦即 “老化”。 v石油沥青的大气稳定性以沥青试样在加热蒸发前后的“ 蒸发损失百分率”和“蒸发后针入度比”来评定。其测定方 法是：先测定沥青试样的质量及其针入度，然后将试样 置于烘箱中，在160下加热蒸发

9、5h，待冷却后再测定 其质量和针入度，则 v蒸发损失百分率愈小，蒸发后针入度比愈大，则 表示沥青大气稳定性愈好，亦即“老化“愈慢。 v（5）其他性质 v溶解度；闪点；燃点；防水性等。 v2.石油沥青的技术要求 v（1）建筑石油沥青的标准与选用（表6-4） v（2）道路石油沥青的技术要求 v1）中、轻交通量道路石油沥青技术要求（表6-5） 按针入度划分为：A-200、A-180、A-140、A-100甲、A -100乙、A-60甲、A-60乙六个标号。 v2）重交通量道路石油沥青技术要求（表6-6） 按针入度划分为：AH-130、AH-110、AH-90、AH-70、AH- 50五个标号。 v3

10、）液体石油沥青技术要求 v沥青路面施工及验收规范GB50092-96规定，依据 凝结速度分为快凝AL(R)、中凝AL(M)和慢凝AL(S)三个 等级。 v6.1.3沥青的掺配、改性及主要沥青制品 v1.沥青的掺配 v施工中，若采用一种沥青不能满足配制沥青胶所 要求的软化点时，可用两种或三种沥青进行掺配 。掺配要注意遵循同源原则，即同属石油沥青或 同属煤沥青（或煤焦油）的才可掺配。 v两种沥青掺配的比例可用下式估算： v2.改性沥青 橡胶改性沥青；树脂改性沥青。 v3.乳化沥青 v4.沥青基制品 v（1）冷底子油 v 冷底子油是用有机溶剂（汽油、柴油、煤油、苯等） 与沥青溶合后制得的一种沥青溶液

11、。它粘度小，具有良 好的流动性。冷底子油涂刷在混凝土、砂浆或木材等基 面上，能很快渗入基层也隙中，待溶剂挥发后，便与基 面牢固。这一方面使基面呈憎水性，另一方面为粘结同 类防水材料创造了有利条件。它在常温下使用，作为防 水工程的底层,故称为冷底子油。 v冷底子油应涂刷于干燥的基面上，通常要求水泥砂浆找 平层的含水率 10%。 6.2沥青混合料 v6.2.1沥青混合料的分类及组成结构 沥青混合料是沥青混合料是沥青混凝土混合料沥青混凝土混合料和和沥青碎石沥青碎石 混合料混合料的总称。 的总称。 沥青混凝土混合料（简称沥青混凝土混合料（简称ACAC）：由适当比）：由适当比 例的例的粗集料粗集料、细集

12、料细集料及及填料填料与与沥青沥青在严格控制条在严格控制条 件下拌和的沥青混合料。件下拌和的沥青混合料。 沥青碎石混合料（简称沥青碎石混合料（简称AMAM）：由适当比例）：由适当比例 的的粗集料粗集料、细集料细集料、及、及填料填料（或不加填料）与（或不加填料）与沥沥 青青拌和的沥青混合料。拌和的沥青混合料。 1. 1.沥青混合料的分类沥青混合料的分类 （1 1）按）按施工温度施工温度分类（拌制和摊铺温度）分类（拌制和摊铺温度） 1 1）热拌热铺热拌热铺沥青混合料沥青混合料 2 2）常温常温沥青混合料沥青混合料 （2 2） 按最大粒径分类按最大粒径分类 1 1）特粗粒式特粗粒式沥青混合料沥青混合料

13、 D=37.5D=37.5或或45 mm45 mm 2 2）粗粒式粗粒式沥青混合料沥青混合料 D=26.5D=26.5或或31.5 mm31.5 mm 3 3）中粒式中粒式沥青混合料沥青混合料 D=16D=16或或19 mm19 mm 4 4）细粒式细粒式沥青混合料沥青混合料 D=9.5D=9.5或或13.2 mm13.2 mm 5 5）砂粒式砂粒式沥青混合料沥青混合料 D D 4.75 mm 4.75 mm v（3）按沥青混合料级配分类 v1）沥青混凝土混合料（AC；圆孔筛LH） v2）密级配沥青混凝土混合料 vI型压实后剩余空隙率3%6%； vII型压实后剩余空隙率4%10%。 v3）半开

14、级配沥青混合料（AM；圆孔筛LS） v压实后剩余空隙率10%。 v4）开级配沥青混合料 v压实后剩余空隙率15%。 v5）间断级配沥青混合料 2.2.沥青混合料的组成结构和强度理论沥青混合料的组成结构和强度理论 vv沥青混合科的组成结构沥青混合科的组成结构 vv沥青混合料的强度理论沥青混合料的强度理论 （1 1）沥青混合科的组成结构）沥青混合科的组成结构 a.a.悬浮密实结构悬浮密实结构 连续密级配的沥青混合料连续密级配的沥青混合料 力学特点力学特点 粗集料少，不能形成骨架粗集料少，不能形成骨架 粘聚力粘聚力C C大，内摩擦角大，内摩擦角 小；小； b.b.骨架空隙结构骨架空隙结构 连续开级配

15、的沥青混合料连续开级配的沥青混合料 细集料少，不能填充集料间空隙细集料少，不能填充集料间空隙 C C小，小， 大大 c.c.骨架密实结构骨架密实结构 间断密级配的沥青混合料，间断密级配的沥青混合料， 中间集料少，既有足够的粗集料中间集料少，既有足够的粗集料 形形 成骨架，又有细集料填充其间的空隙成骨架，又有细集料填充其间的空隙 C C大，大， 大 大 T （2 2）沥青混合料的强度理论）沥青混合料的强度理论 用沥青混合料铺筑的路面产生破坏的主要原因用沥青混合料铺筑的路面产生破坏的主要原因: : vv夏季高温时的抗剪强度不足和塑性变形过剩夏季高温时的抗剪强度不足和塑性变形过剩 vv冬季低温时的抗

16、拉强度不好和抵抗变形能力过差引起冬季低温时的抗拉强度不好和抵抗变形能力过差引起 试验表明：沥青混合料的抗剪强度试验表明：沥青混合料的抗剪强度决定于沥青混合料的内决定于沥青混合料的内 摩擦角摩擦角和粘聚力和粘聚力C C。 影响沥青混合料内摩擦角的因素影响沥青混合料内摩擦角的因素: : a. a.沥青的粘度对沥青混合料抗剪强度的影响沥青的粘度对沥青混合料抗剪强度的影响 通常情况下，沥青的粘度越大，沥青混合料抗剪强度越高通常情况下，沥青的粘度越大，沥青混合料抗剪强度越高 b.b.沥青与矿料化学性质对沥青混合料抗剪强度的影响沥青与矿料化学性质对沥青混合料抗剪强度的影响 结构沥青：沥青与矿粉交互作用后，沥青在矿粉表面产生化结构沥青：沥青与矿粉交互作用后，沥青