建材5沥青及沥青混合料

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1、沥青及沥青混合料,本章学习内容,第一节 沥青材料 第二节 沥青混合料 （组成、性质、配合比设计）,沥青,地沥青 天然沥青 石油沥青 焦油沥青 煤沥青 页岩沥青,第一节 沥青材料,1.石油沥青 2.煤沥青（煤焦油沥青） 3.改性石油沥青 4.乳化沥青,1.石油沥青,石油沥青是由石油原油经蒸馏提炼出各种轻质油（如汽油、柴油等）及润滑油以后的残留物，再经过加工而得的产品。,石油沥青的生产,石油基属分类关键馏分特性分类,第一关键馏分,第二关键馏分,常压蒸得250-270的馏分,减压蒸得275-300的馏分,石油沥青,1.1 石油沥青的组分 1.2 石油沥青的胶体结构 1.3 石油沥青的技术性质 1.4

2、 石油沥青的技术标准及应用,1.1 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，这些组就称为“组分”。 油分 树脂 地沥青质,分子量增加 粘度增大 极性增强 颜色加深,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。油分赋予沥青以流动性。,树脂（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。沥青脂胶使

3、石油沥青具有良好的塑性和粘结性。,地沥青质（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，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。,其它,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,石油沥青的胶体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构成胶团，无数胶团分散在油分中而形成胶体结

4、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。,（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，胶团间相互移动比较困难，在外力作用下弹性效应明显。氧化沥青多属于凝胶结构。,（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。,胶体结构,大部分优质道路沥青均配成溶凝胶型结构，具

5、有粘弹性和触变性，故亦称弹性溶胶。,1.3 石油沥青的技术性质,（1）粘滞性 （2）塑性 （3）温度敏感性 （4）大气稳定性 （5）粘附性 （6）其它性能,流变学简介,牛顿流体,2、非牛顿流体,（1）粘滞性,石油沥青的粘滞性又称粘性。用粘度表示 液体或高温 非牛顿体 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，对粘稠（半固体或固体）的石油沥青用针入度表示，对液体石油沥青则用流出型粘度表示。,针入度,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

6、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。 如:P(25,100g,5s)=60; P(0,200g,60s)=40;,针入度试验,标准粘度,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“CT,d”表示粘滞度，其中为小孔直径（mm），T为试样温度。有10、mm三种，通常为25或60。,标准粘度试验,（）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。 沥青的塑性反映抵抗开裂及裂后自愈能力,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柔性路面材料。 石油沥青

7、的塑性用延度表示。,延度试验,（）温度敏感性,指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能。 温度敏感性常用软化点、针入度指数等指标来衡量。,软化点试验,针入度指数 （PI：Penetration index),lg p=ATK P针入度，T温度，K常数， A针入度温度感应性系数 A=（ lg800lg P25）/ （TRB25） lg800根据大量试验而发现，沥青在软化点时的针入度为800（mm）,定义： 针入度指数PI=(30/(1+50A)-10 PI在-1020之间。 PI2时，凝胶结构；PI在-22之间，溶-凝胶结构,针入度指数 （PI：Penetration index),（）大

8、气稳定性,石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气因素的长期综合作用下抵抗老化的性能，称为大气稳定性。也是沥青材料的耐久性。 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。,薄膜烘箱试验,（5）粘附性,与碱性集料粘附好，与酸性集料粘附差 衡量方法：水煮法或水浸法、分光光度法,其它性能,防水性 溶解度 闪点 燃点 含水量,1.4 石油沥青的技术标准及应用,（）石油沥青的技术标准 根据我国现行石油沥青标准，在工程建设中常用的石油沥青分道路石油沥青、建筑石油沥青等，各品种按技术性质划分牌号。 按针入度指标来划分牌号的。在同一品种石油沥青材料中，牌号愈小，沥青愈硬；牌号愈大，沥青愈软。

9、同时随着牌号增加，沥青的粘性减小（针入度增加），塑性增加（延度增大），而温度敏感性增大（软化点降低）,（2）石油沥青的应用,道路石油沥青牌号较多，主要用于道路路面或车间地面等工程，一般拌制成沥青混凝土、沥青拌合料或沥青砂浆等使用。,（2）石油沥青的应用,建筑石油沥青粘性较大，耐热性较好，但塑性较小，主要用作制造油毡、油纸、防水涂料和沥青胶。它们绝大部分用于屋面及地下防水沟槽防水、防腐蚀及管道防腐等工程。对于屋面防水工程，应注意防止过分软化。 在选用沥青材料时，应根据工程性质（房屋、道路、防腐）及当地气候条件、所处工程部位（屋面、地下）来选用不同品种和牌号的沥青。,1.5 石油沥青的掺配,当不能

10、获得合适牌号的沥青时，可采用两种牌号的石油沥青掺配使用，但不能与煤沥青相掺。两种石油沥青的掺配比例可用下式估算：,2.煤沥青,煤沥青是炼焦厂或煤气厂的副产品。烟煤在干馏过程中的挥发物质，经冷凝而成黑色粘性液体称为煤焦油，煤焦油经分馏加工提取轻油、中油、重油、蒽油以后，所得残渣即为煤沥青。,2.1煤沥青的特性,煤沥青的主要组分为油分、脂胶、游离碳等，常含有少量酸、碱物质。 煤沥青与石油沥青性能差别： 温度敏感性大 大气稳定性较差 塑性较差 与矿料表面的粘附力较好 防腐性好,2.2 煤沥青与石油沥青的鉴别方法,2.3 煤沥青的应用,煤沥青具有很好的防腐能力、良好的粘结能力。因此可用于配制防腐涂料、

11、胶粘剂、防水涂料，油膏以及制作油毡等。,3. 改性石油沥青,沥青改性方法 改善流变性能的添加剂 改善粘附性能的添加剂 改善耐久性能的添加剂,3.1 矿物填料改性沥青,在沥青中加入一定数量的矿物填充料，可以提高沥青的粘性和耐热性，减小沥青的温度敏感性，同时也减少了沥青的耗用量，主要适用于生产沥青胶。 矿物填料有粉状和纤维状两种，常用的有滑石粉、石灰石粉、硅藻土、石棉绒和云母粉等。,矿物填充料改性机理,沥青在矿物颗粒表面形成结合力牢固的沥青薄膜，称之为“结构沥青”。结构沥青具有较高的粘性和耐热性,3.2 树脂改性沥青,用树脂改性石油沥青，可以改善沥青的耐寒性、耐热性、粘结性和不透气性。常用的树脂有

12、：古马隆树脂，聚乙烯，聚丙烯，酚醛树脂及天然松香等。在生产卷材、密封材料和防水涂料等产品时均需应用。如APP树脂,3.3 橡胶改性沥青,（）丁苯橡胶（SBS）改性沥青 （）丁基橡胶改性沥青 （）氯丁橡胶改性沥青 （）再生橡胶改性沥青,4 乳化沥青,乳化沥青是沥青以微粒（粒径m左右）分散在有乳化剂和稳定剂的水中而形成的水包油型的乳液。 乳化剂是一种表面活性剂。,乳化沥青结构示意图,乳化沥青,乳化沥青涂刷于基材表面，或与砂、石材料拌和成型后，其中水分逐渐散失，沥青微粒靠拢而将乳化剂薄膜挤破，从而相互团聚而粘结，这个过程称乳化沥青成膜。 乳化沥青可涂刷或喷涂在材料表面作为防潮或防水层，也可粘贴玻璃纤

13、维毡片（或布）作屋面防水层，或用于拌制冷用沥青砂浆和沥青混凝土。,第二节 沥青混合料,沥青路面类型,沥青混凝土路面 沥青碎石路面 沥青贯入式路面 沥青表面处治路面,沥青路面类型,沥青混凝土路面,沥青路面类型,沥青碎石路面,沥青路面类型,沥青贯入式路面,沥青路面类型沥青表面处治路面,沥青混合料的定义,是以下两类混合料的总称 沥青混凝土混合料AC（Asphalt concrete mixture） 沥青碎（砾）石混合料AM（Asphalt macadan mixture） 是将石子、砂（0.15mm）和矿粉（ 0.15mm）经人工合理选择级配组成的矿质混合料与适量的沥青材料经拌和所组成的混合物。将

14、沥青混合料经摊铺后碾压成型，即成为各种类型的沥青混合料路面。,第二节 沥青混合料,1、沥青混合料分类 2、强度理论及组成结构 3、技术性质及技术标准 4、组成材料的技术要求 5、沥青混合料配合比设计,1、沥青混合料分类,按结合料 石油沥青混合料 煤沥青沥青混合料 按施工温度分 热拌热铺沥青混合料 热拌冷铺沥青混合料 冷拌冷铺沥青混合料 按矿质集料级配 连续级配沥青混合料 间断级配沥青混合料,按骨料最大粒径 粗粒式沥青混合料 26.5mm(方孔筛） 中粒式沥青混合料 16mm、19mm 细粒式沥青混合料 9.5mm、13.2mm 砂粒式沥青混合料 4.75mm,沥青混合料分类 按混合料密实度,密

15、级配沥青混合料-空隙率小于10%开级配沥青混合料-空隙率大于15% 半开级配沥青混合料-空隙率10-15%,I型：剩余空隙率3-6% II型：剩余空隙率4-10%,2. 沥青混合料的 强度理论及组成结构,沥青混合料的抗剪强度,影响沥青混合料强度因素,沥青粘度的影响 集料级配、粒径、颗粒形状、表面特性的影响 沥青用量和矿料比表面积的影响 沥青与矿料化学性质的影响 温度的影响 形变速率的影响,沥青混合料的结构,密实度及强度较高，而稳定性较差。C大小,悬浮密实结构,稳定性较好，空隙率大、耐久性差。C小大,密实度、强度和稳定性都较好。C及都较大,骨架空隙结构,骨架密实结构,3. 沥青混合料的技术性质,

16、（1）高温稳定性 指在夏季高温条件下，沥青混合料承受多次重复荷载作用而不发生过大的累积塑性变形的能力。沥青混合料路面在车轮作用下受到垂直力和水平力的综合作用，能抵抗高温而不产生车辙和波浪等破坏现象的为高温稳定性符合要求。,（1）高温稳定性,在国内外的技术规范中，多数采用马歇尔稳定度作为主要技术指标。 另：车辙试验、维姆稳定度、三轴试验等,(2)低温抗裂性,沥青混合料为粘性一弹性一塑性材料，其物理性质随温度而有很大变化。沥青混合料在低温下抵抗断裂破坏的能力，称为低温抗裂性能。,（3）耐久性,路面在车辆荷载和大气因素（如阳光、空气和雨水等）的长期作用下，仍能基本保持原有性能的能力。 与组成材料的性质有密切关系，同时与混合料空隙率有关. 一般采用马歇尔试验测定沥青混合料试件的空隙率、饱和度和残留稳定度等指标，来评价沥青混合料的耐久性。,（4）抗滑性,与沥青混合料的粗糙度、级配组成、沥青用量和矿质集料的微表面性质等因素有关。 面层集料应选用质地坚硬具有棱角的碎石，通常采用玄武岩。采取适当增大集料粒径，适当减少一些沥青用量及严格控制沥青的含蜡量等措施，均可提高路面的抗滑性。,