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1、沥青及沥青混合料,7.1 沥青材料7.1.1 石油沥青（Petroleum asphalt） 7.1.2 沥青的主要性质及其测试方法 7.1.3 沥青的掺配改性及主要沥青制品 7.2 沥青混合料7.2.1 沥青混合料的组成结构及其对性能的影响7.2.2 沥青混合料的技术性质 7.2.3 沥青混合料配合比设计,定义： 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。,7.1沥青材料 7.1.1石油沥青,1.石油沥青的组分和结构 （1）石油沥青的组分 将沥青中化学成分及性质极为接近，并且与物理力学性质有一定关系的成分，划分为若干个组，这些组
2、就称为“组分”。,其化学组分，许多研究者曾提出不同的分析方法。我国现行标准JTJ 0522000公路工程沥青及沥青混合料试验规程规定有三组分和四组分两种分析方法。 三组分分析法：三组分分析法是将石油沥青分离为油分、树脂和沥青质三个组分。 四组分分析法：四组分分析法是将沥青分离为沥青质、饱和分、芳香分和胶质。,三组分分析法,沥青中各组分的主要特性简述如下：（）油分。油分为淡黄色至红褐色的油状液体，是沥青中分子量最小和密度最小的组分，密度介于0.71.0cm3之间。在170较长时间加热，油分可以挥发。油分能溶于石油醚、二硫化碳、三氯甲烷、苯、四氧化碳和丙酮等有机溶剂中，但不溶于酒精。油分赋予沥青以
3、流动性。,()树脂（沥青脂胶）。沥青脂胶为黄色至黑褐色粘稠状物质（半固体），分子量比油分大（6001000），密度为1.01.1gcm3。沥青脂胶中绝大部分属于中性树脂。中性树脂能溶于三氯甲烷、汽油和苯等有机溶剂，但在酒精和丙酮中难溶解或溶解度很低，它赋予沥青以良好的粘结性、塑性和可流动性。,中性树脂含量增加，石油沥青的延度和粘结力等品质愈好。另外，沥青树脂中还含有少量的酸性树脂，即地沥青酸和地沥青酸酐，是沥青中的表面活性物质。它改善了石油沥青对矿物材料的浸润性，特别是提高了对碳酸盐类岩石的粘附性，并有利于石油沥青的可乳化性。沥青脂胶使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。,（）地沥青质（沥青质）。
4、地沥青质为深褐色至黑色固态无定形物质（固体粉末），分子量比树脂更大（1000以上），密度大于1 gcm3，不溶于酒精、正戊烷，但溶于三氯甲烷和二硫化碳，染色力强，对光的敏感性强，感光后就不能溶解。地沥青质是决定石油沥青温度敏感性、粘性的重要组成部分，其含量愈多，则软化点愈高，粘性愈大，即愈硬脆。,另外，石油沥青中还含的沥青碳和似碳物，是石油沥青中分子量最大的。它降低石油沥青的粘结力。石油沥青中还含有蜡，它会降低石油沥青的粘结性和塑性，同时对温度特别敏感（即温度稳定性差）。所以蜡是石油沥青的有害成分。,1.2 石油沥青的胶体结构 石油沥青的结构是以地沥青质为核心，周围吸附部分树脂和油分的互溶物而
5、构成胶团，无数胶团分散在油分中而形成胶体结构。 根据沥青中各组分的相对比例不同，胶体结构可分为溶胶型、凝胶型和溶凝胶型三种类型。,（1）溶胶结构。地沥青质含量较少，胶团间完全没有引力或引力很小，在外力作用下随时间发展的变形特性与粘性液体一样。直馏沥青的结构多为溶胶结构。（直馏沥青是石油原油提炼出汽油、煤油、中油、重油等产品剩余的残渣. ） （2） 凝胶结构。凝胶结构地沥青质含量很多，胶团间有引力形成立体网状，地沥青质分散在网格之间，在外力作用下弹性效应明显。氧化沥青多属于凝胶结构。（氧化沥青是直馏沥青在氧化釜内加温注氧后形成的.二者的主要区别除含氧量不同外,在常温下氧化沥青无挥发性物质逸出,但
6、粘滞性提高 。）,（3）溶一凝胶结构介于溶胶与凝胶之间，并有较多的树脂，胶团间有一定吸引力，在常温下受力变形的最初阶段呈现出明显的弹性效应，当变形增加到一定数值后，则变为有阻尼的粘性流动。大部分优质道路沥青均配成溶凝胶型结构，具有粘弹性和触变性，故亦称弹性溶胶。,图7-1 胶体结构,3.石油沥青的技术性质,(1) 石油沥青的主要性质及其测试方法 粘滞性 石油沥青的粘滞性又称粘性。 粘滞性应以绝对粘度表示，但因其测定方法较复杂，故工程中常用相对粘度（条件粘度）来表示粘滞性，对使用粘稠（半固体或固体）的石油沥青用针入度（penetration）表示，对液体石油沥青则用粘滞度表示。,沥青材料在外力作
7、用下沥青粒子产生相互位移的抵抗变形的能力。它是沥青材料最为重要的性质。工程上，对于半固体或固体的石油沥青用针入度指标表示。针入度越大，表示沥青越软，粘度越小，针入度是划分沥青标号的重要依据。点击图标看针入度动画演示,粘稠石油沥青的针入度是在规定温度（25）条件下，以规定质量（100）的标准针，在规定时间（s）内贯入试样中的深度来表示，单位以1/10mm计。针入度反映了石油沥青抵抗剪切变形的能力。针入度值越小，表明粘度越大。,粘滞度是将一定量的液体沥青，在某温度下经一定直径的小孔流出50cm3所需的时间，以秒表示。常用符号“CdtT”表示粘滞度，其中为小孔直径（mm），为试样温度，为流出50 c
8、m3沥青的时间。有10、mm三种，通常为25或60。,表示方法：常用符号“CdtT”表示粘滞度。 例如： C525100,粘滞度测定示意图,针入度、软化点、延伸仪, 塑性塑性指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏，除去外力后，仍能保持变形后的形状的性质。沥青的塑性对冲击振动荷载有一定吸收能力，并能减少摩擦时的噪声，故沥青是一种优良的道路路面材料。,石油沥青的塑性用延度（ductility）表示。延度愈大，塑性愈好。延度测定是把沥青制成“”字形标准试件，置于延度仪内25水中，以 5cmmin的速度拉伸，用拉断时的伸长度来表示，单位用cm计。延度值愈大，表示沥青塑性越好。 点击图标看延度动画演示,
9、温度敏感性,温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能，是沥青的重要指标之一。在沥青的常规试验方法中，软化点试验可作为反映沥青温度敏感性的方法。 点击图标看软化点动画演示,温度敏感性以软化点（softening point）指标表示。由于沥青材料从固态至液态有一定的变态间隔，故规定以其中某一状态作为从固态转变到粘流态的起点，相应的温度则称为沥青的软化点。,沥青软化点一般采用环球法（ring and ball method）测定。它是把沥青试样装入规定尺寸（直径15.88mm，高mm）的铜环内，试样上放置一标准钢球（直径9.53mm，质量3.5），浸入水或甘油中，以规定的速度升温
10、（min），当沥青软化下垂至规定距离（25.4mm）时的温度即为其软化点，以摄氏度（）计。,针入度、延度、软化点是评价粘稠石油沥青路用性能最常用的经验指标，所以通称“三大指标”。,大气稳定性,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。它是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。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。,石油沥青的大气稳定性以加热蒸发损失百分率和加热前后针入度比来评定。 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h,，待冷却
11、后再测定其质量及针入度。计算出蒸发损失质量占原质量的百分数，称为蒸发损失百分率；测得蒸发后针入度占原针入度的百分数，称为蒸发后针入度比。,蒸发损失百分数愈小和蒸发后针入度比愈大，则表示沥青的大气稳定性愈好，即老化”愈慢。,沥青的其他性质,除以上四种主要性质外，还需了解石油沥青的溶解度、闪点和燃点等性质。 A. 溶解度 溶解度指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或苯中溶解的百分率。用以限制有害的不溶物（如沥青碳或似碳物）含量。不溶物会降低沥青的粘结性。,B. 闪点和燃点,沥青材料在使用时必须加热，当加热至一定温度时，沥青材料中挥发的油分蒸汽与周围空气组成混合气体，此混合气体遇火焰则易发生闪火。若继续加
12、热，油分蒸汽的饱和度增加，由于此种蒸汽与空气组成的混合气体遇火焰极易燃烧而引起火灾。为此，必须测定沥青加热闪火和燃烧的温度，即所谓闪点和燃点。 闪点和燃点是保证沥青加热质量和施工安全的一项重要指标。,沥青闪燃点仪,沥青闪燃点仪,4.石油沥青的技术标准及选用,石油沥青按用途分为建筑石油沥青、道路石油沥青、防水防潮石油沥青和普通石油沥青。(1)石油沥青的牌号主要根据针入度、延度和软化点等指标划分，并以针入度值表示。同一品种的石油沥青材料，牌号越高，则粘性越小，针入度越大，塑性越好，延度越大，温度敏感性越大，软化点越低。,建筑石油沥青技术要求Asphalt used in roofing,(2) 沥
13、青的掺配,在工程中，往往一种牌号的沥青不能满足工程要求，因此常常需要用不同牌号的沥青进行掺配。在进行掺配时，为了不使掺配后的沥青胶体结构破坏，应选用表面张力相近和化学性质相似的沥青。试验证明同产源的沥青容易保证掺配后的沥青胶体结构的均匀性。所谓同源是指同属石油沥青或同属于煤沥青。,沥青掺配公式,Q1较软沥青用量，； Q2 较硬沥青用量，； T 掺配后的沥青软化点; T1 较软沥青软化点，; T2 较硬沥青软化点，。,彩色沥青首现北京东二环 抗侧滑尚在试验,彩色沥青主要起提示作用（2003）,7.1.2煤焦油简介,煤焦油是生产焦炭和煤气的副产物，它大部分用于化工，而小部分用于制作建筑防水材料和铺
14、筑道路路面。 烟煤在密闭设备中加热干馏，此时烟煤中挥发物质气化逸出，冷却后仍为气体的可作煤气，冷凝下来的液体除去氨及苯后，即为煤焦油。,煤沥青特点,与石油沥青相比，由于两者的成分不同，煤沥青有如下特点：(1)由固态或粘稠态转变为粘流态(或液态)的温度间隔较小，夏天易软化流淌，而冬天易脆裂，即温度敏感性较大。(2)含挥发性成分和化学稳定性差的成分较多，在热、阳光、氧气等长期综合作用下，煤沥青的组成变化较大，易硬脆，即大气稳定性较差。,煤沥青特点,(3)含有较多的游离碳，塑性较差，容易因变形而开裂。(4)因含有蒽、酚等，故有毒性和臭味，防腐能力较好，适用于木材的防腐因含表面活性物质较多，与矿料表面
15、的粘附力较好。,鉴别方法 由于煤沥青和石油沥青相似，使用时必须加以区别，方法见下表：,八达岭高速货车侧翻 泄漏煤焦油逼近备用水库,事故现场：河水变成红褐色（2004.8） 煤焦油易溶于水，它不像其他油品浮于水面易于清理。煤烟灰和煤焦油中含有环状碳氢化合物，这种物质具有致癌作用。,7.1.3 改性石油沥青,改性沥青 改性沥青是掺加橡胶、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)，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青混合料。 ,1橡胶改性沥青,橡胶是沥青的重要改性材料，它和沥青有较好的混溶性，并能使沥青具有橡胶的很多优点，如高温变形性小，低
16、温柔性好。由于橡胶的品种不同，掺入的方法也有所不同，而各种橡胶沥青的性能也有差异。现将常用的几种分述如下。,(1)氯丁橡胶改性沥青,沥青中掺入氯丁橡胶后，可使其气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐气候性等得到大大改善。 氯丁橡胶改性沥青可用于路面的稀浆封层和制作密封材料和涂料等。(2)丁基橡胶改性沥青丁基橡胶改性沥青具有优异的耐分解性，并有较好的低温抗裂性能和耐热性能，多用于道路路面工程和制作密封材料和涂料。,(3)热塑性弹性体(SBS)改性沥青,SBS是热塑性弹性体苯乙烯丁二烯嵌段共聚物，它兼有橡胶和树脂的特性，常温下具有橡胶的弹性，高温下又能像树脂那样熔融流动，成为可塑的材料。 SBS改性沥青具有良好的耐高温性、优异的低温柔性和耐疲劳性，是目前应用最成功和用量最大的一种改性沥青。 主要用于制作防水卷材和铺筑高等级公路路面等。,SBS改性沥青防水卷材,SBS是三元嵌段聚合物，是一种受世界推崇的热塑弹性体，在常温下它呈强韧的高弹性体，在高温下呈接近线性聚合物的流体状态。 SBS改性沥青防水卷材，填补了国内建筑防水的一项空白。它具有一般纸胎沥青油毡不可比拟的优点：高温不流淌、低温柔度好、抗老化、韧性强、弹性好、防水性优异、施工操作简便、环境适应广、造价低、荷重轻、维修量小且方便、有效防水年限达15年以上，因此受到广大用户的青睐。,
