沥青及沥青混合料培训(13)

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1、沥青及沥青混合料培训课程,主讲人：李 萍 单 位：土木工程学院道桥系 时 间：2013年1月7日,主讲内容大纲,筑路材料及发展现状 沥青材料 集料及填料 沥青混合料配合比设计 沥青混合料路用性能,一、筑路材料及发展现状,1、砂石材料/土泥结碎石路面（有中国特色，1950年代） 2、无机结合料稳定材料 石灰土（1980年代以前） 二灰稳定碎石（1980年代末 ）水泥稳定碎石（1990年代中期 ） 二灰土 （1990年代）,1988年沪嘉高速公路建成通车，高速公路实现了零的突破。,4,一、筑路材料及发展现状,2、无机结合料稳定材料中的两大“主力”,性能特点：强度发展快、强度高；水稳定性、板体性好；

2、 施工特点：对施工组织要求较高； 不 足：收缩性较大，反射裂缝难以避免；,性能特点：最终强度高；板体性好； 施工特点：对施工组织要求不高； 不 足：水稳定性较差，反射裂缝难以避免；,一、筑路材料及发展现状,3、水泥混凝土 普通混凝土路面（1980年代以前） 钢筋混凝土路面（1990年代以前） 连续配筋混凝土路面（1990年代） 贫混凝土 （1990年代） 碾压混凝土 （ 1980年代）,一、筑路材料及发展现状,粉煤灰混凝土 （ 1980年代 ） 高性能混凝土 （ 1980年代 ） 钢纤维混凝土路面 （1990年代 ） ,特种混凝土,一、筑路材料及发展现状,4、沥青混合料 渣油处治和贯入式路面（

3、1980以前） AC、AK沥青混合料（1980后期1990中期，现已统一改为AC） 沥青玛蹄脂碎石SMA、开级配磨耗层OGFC、高性能沥青路面Superpave（1990年代末期） 沥青稳定基层ATB、大粒径碎石沥青混合料LSAM、沥青稳定排水基层ATPB（1990年代末期） 再生沥青混合料RAP、稀浆封层SS（1990年代中期）,一、筑路材料及发展现状,5、钢材和木材桥梁、钢结构、预应力混凝土等 6、新型材料复合材料：两种或两种以上材料复合改性材料：高聚合物材料（常见）,热塑性橡胶类 SBS,热塑性树脂类 PE、EVA,橡胶类SBR、CR、EPDM,9,沥青路面各层位常用材料,面 层,基 层

4、,土 基,上路床,下路床,上路堤,下路堤,上基层,下基层（底基层）,上面层（表面层）,中面层,下面层,30cm,50cm,70cm,2040cm,2040cm,45cm,56cm,68cm,7080cm,道路常用层位及厚度,10,沥青路面各层位常用材料,面 层,基 层,土 基,上路床,下路床,上路堤,下路堤,上基层,下基层（底基层）,上面层（表面层）,中面层,下面层,粘结层材料,11,水泥混凝土面板,沥青混凝土,沥青混凝土,沥青混凝土,防水粘结层材料,改性乳化沥青、SBS改性沥青、环氧沥青,二、沥青材料,沥青的分类： 地沥青 天然沥青：湖沥青、岩石沥青、海底沥青 石油沥青：用石油经开采、精炼加

5、工而得到的 焦油沥青 煤沥青 木沥青,天然沥青：湖沥青,特立尼达湖沥青（Triniada Lake Asphalt）是世界上最为著名的天然沥青之一，它产于南美洲加勒比海岛国风景秀丽的特立尼达和多巴哥境内的沥青湖。该沥青湖又叫彼奇湖，面积44万平方米，深约82米，湖中沥青储量达1200万吨，是世界上最大的天然沥青产地。,特立尼达沥青湖,天然沥青：岩沥青,岩沥青生成于岩石的夹缝中，缝宽很窄，仅数十厘米，深可达几百米。天然岩沥青是一种纯天然的碳氢化合物，熔点在150 以上，我国青海及克拉玛依地区有所开采，但很少用于道路。,我国道路沥青的生产主要来源于七个方面：,国产路用沥青中有代表性的典型沥青有 克

6、拉玛依沥青：克拉玛依炼油厂产品，代号KLM 欢喜岭沥青：辽河油田沥青产品，代号HXL 辽河沥青：辽河石油勘探局沥青厂产品，代号LHE 茂名沥青：广东茂名石油公司产品，代号MMN 兰炼石油沥青：兰州炼油厂产品，代号LAL 单家寺沥青：代号SJS 胜利沥青：胜利炼油厂产品，代号SLI 在这些沥青中克拉玛依沥青和欢喜岭沥青性能较好，甚至优于一般进口沥青。,石油沥青,石油沥青,一、石油沥青的生产工艺简介 石油的基属分类分类指标：“关键馏分特性”和“含硫量”。 1、关键馏分特性分类 关键馏分： “第一关键馏分”：常压下，250275C的馏分 “第二关键馏分”：减压下（5.33kPa） ，275300C的

7、馏分,基属分类：由两个关键馏分的特征参数和K确定,石油沥青,石油沥青,2、含硫量的分类 低硫：含硫量0.5%； 含硫：0.52%； 高硫：含硫量2%。 3、石油基属与沥青路用性能的关系 按照路用性能优排队：环烷基中间基石蜡基,1.沥青的元素比例,C/H6/140.43,正己烷：CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3,环己烷：C/H6/120.5,苯：C/H6/61,石油沥青,二、 石油沥青的基本性能,1.沥青的元素组成,渣油各组分中硫和氮的分布,石油沥青的生产与组成,二、 石油沥青的基本性能,沥青的组分是将沥青分离为几个化学性质相近、与路面性质有一定联系的组。,2.沥青的化学组分,不同

8、的化学组分分析方法所得的相应组分的性质和数量是不同的。试验方法一般有： (1)溶解-吸附分析法，通过试验可以分解成 ：沥青质A、树脂R、油分O。其特点是各组分界限明确，但分析时间长。(2)色谱分析法（Corbett法，科尔贝特法），通过试验可以分解成：饱和分S、芳香分Ar、胶质R、沥青质As。其特点是试验速度快，组分与沥青结构关系密切，但操作要求较高。(3)化学沉淀分析法，通过试验可以分解成：沥青质A、氮基N、第一酸性分A1、第二酸性分A2、链烷分P 。,石油沥青,二、 石油沥青的基本性能,2.沥青的化学组分,石油沥青,二、 石油沥青的基本性能,2.沥青的化学组分,石油沥青,二、 石油沥青的基

9、本性能,2.沥青的化学组分,国产沥青的典型特点是：沥青质少、含蜡量高、胶质多、芳香分少、饱和分多等。,各原油的减压渣油的组分指标（）,石油沥青的生产与组成,二、 石油沥青的基本性能,石油沥青的技术性质,粘滞性延性和脆性感温性粘弹性粘附性耐久性,沥青的粘滞性,1）沥青的粘度 牛顿液体粘度 （单位：Pas） 非牛顿液体视粘度或表观粘度C复合流动系数 动力粘度和运动粘度,沥青的粘滞性,动力粘度（Pa.s或N.s/m2)：表示垂直于单位长度（1m)、单位速度梯度（1m/s）的速度方向上，产生1N/m2应力时的粘度。 运动粘度（m2/s）:动力粘度除以密度所得。,应力与剪应变速率的关系示意图,c沥青的复

10、合流动系数,2）沥青粘度测定方法, 绝对粘度测定方法,沥青粘度的测定方法可分为两类：“绝对粘度法”，采用的仪器有毛细管粘度计、同轴旋转粘度计和滑板式微膜粘度计等；“相对粘度法”，采用的仪器有道路标准粘度计、赛氏粘度计和恩氏粘度计等 。,在严格控制温度和真空度的条件下，测定一定体积沥青被吸过毛细管所需要的时间。,毛细管粘度仪（动力粘度）,毛细管法规定： （1）粘稠石油沥青：135 C； （2）液体石油沥青：60C； （3）粘稠石油沥青施工等粘温度：120 C ，150 C ，180 C。,真空减压法：60 C ，真空度40kPa66.5Pa。,美国沥青学会： AI式,旋转粘度计：测定沥青施工温度

11、区的粘度,双筒旋转粘度计CCR（布洛克菲尔德Brookfield粘度计）,旋转粘度试验,滑板粘度试验示意图,两平板沥青薄膜（550m);, 条件粘度测定方法, 标准粘度计法CT,d 单位 s 针入度法PT,m,t 单位0.1mm 软化点TR&B 单位（表征沥青热稳定性） 针入度是等温粘度 软化点是等粘温度,标准粘度计 测定液体沥青示意图,规定的温度条件下，通过规定的流孔直径，流出50mL体积所需时间，以s为单位。 如：C25，5=100 表示：试验温度25，流孔直径5mm，时间100s。,针入度法测定粘稠沥青针入度示意图,在规定温度条件下，以规定质量的标准针经过规定时间贯入沥青试样的深度，以1

12、/10mm为单位 如：P25,100,5=60 表示：试验温度25荷载质量100g历时5s贯入沥青深度6mm,粘度变化,软化点测试示意图,固态 液态 硬化点 滴落点,T R&B(),条件粘度,粘度变化,延性和脆性,1) 延度D单位cm，反映沥青的塑性。 2) 脆点TFrass 单位，反映沥青低温变形能力， 相当于针入度1.2的温度。沥青的三态：流动橡胶玻璃软化点 脆点,在规定的温度条件下（5,10,15,25 ），按规定的速率（50.25, 10.05cm/min)拉伸沥青试件至断裂时的长度，单位cm。,石油沥青,沥青脆点仪和弯曲器,等速1 /min下降温，等速弯曲11次/min，记录沥青薄膜

13、的开裂温度，单位。,钢片：4120mm; 沥青：0.5mm; 脆裂劲度约：2100MPa。,沥青的感温性,沥青的粘度等性能随温度的不同而产生明显的变化的特性,针入度温度关系,logP=AT+K,A针入度温度感应性系数,A值的确定方法,温度T,lgP,25,P25,TR&B,PR&B,6001000, 数组（Pi,Ti）进行回归,2）针入度指数PI的确定,令：感温性最大A=，PI值为-10感温性最小A=0，PI值为+20,logP=AT+K,PI与沥青感温性的关系, 针入度指数的确定方法, 已知条件：不同温度下的针入度（Pi、Ti）（2组以上）或针入度与软化点 计算方法计算A值PI查图,3）当量

14、软化点（T800）和当量脆点值（T1.2）,由logP=AT+K：P800P1.2,PI指标：对于路用沥青：通常要求PI2，灌缝材料PI31，胶粘剂PI22，涂料25。 荷兰：+1.2+1.0 西班牙和瑞士：-1.0+1.0 前苏联：-1.5+1.0,沥青的感温性,感温性： 沥青的粘度随温度的不同而产生明显的变化的特性 感温性评价指标：针入度指数（PI）针入度粘度指数PVN粘度温度数VTN,沥青的粘弹性,1） 沥青材料的粘-弹性现象 蠕变 应力松弛,沥青材料的粘弹性现象,蠕变与应力松弛现象,蠕变在应力保持不变的情况下，应变随时间增加而增加的现象,应力松弛在保持应变不变的情况下，应力随时间的增加

15、而逐渐减弱（衰减）的现象,沥青的粘弹性,2）沥青的劲度模量 定义： S=( / ) t, T 确定方法：滑板粘度试验沥青劲度模量诺模图： 荷载作用时间 路面温度差: Tp-TR&B 沥青的PI,由针入度指数预测沥青劲度,沥青的粘附性 反映沥青与集料的粘结能力,影响因素： 集料的亲水性：SiO2 : 0% 52% 65%碱性集料 中性集料 酸性集料 沥青的粘度与极性 沥青混合料的空隙率 评价方法： 水煮法和水浸法 光电分光光度法,最大粒径大于13.2mm的集料用水煮法，小于或等于13.2mm集料用水浸法,沥青路面坑洞,沥青路面坑洞,沥青路面坑洞,水煮法试样,集料放置石油沥青（130150），煤沥青（100 110）45s，冷却15min,水处于低沸状态，浸煮3min,