沥青与沥青混合料课件

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1、第 11 章,沥青及沥青混合料,目录,本章提要 概述 11.1石油沥青 11.1.1 石油沥青的组分与结构 11.1.2 石油沥青的技术性质 11.1.3 石油沥青的技术标准与选用 11.1.4 沥青的调配与改性 11.2沥青混合料 11.2.1 沥青混合料分类 11.2.2 沥青混合料组成材料及其技术要求 11.2.3 沥青混合料的结构 11.2.4 沥青混合料的技术性质 11.2.5 热拌沥青混合料的配合比设计 11.2.6 沥青混合料配合比设计案例 案例分析 本章小结,本章提要,石油沥青的组分、结构和技术性质；石油沥青的调配和改性；沥青混合料分类、组成材料及其技术要求，影响热拌沥青混合料

2、性能的因素和配合比设计方法。 本章重点：沥青的技术性能与选用；沥青混凝土的配合比设计。 本章难点：沥青混凝土的配合比设计。,概 述,沥青： 有机胶凝材料，是高分子碳氢化合物和非金属衍生物的混合物。 沥青的特点 热塑性材料，加热就软化； 憎水性材料，耐水、不溶于水； 良好的粘结性和粘弹性； 较强的耐腐蚀性。 种类 地沥青：天然沥青，石油沥青 焦油沥青：煤沥青，页岩沥青,分类,地沥青,焦油沥青,天然沥青：石油在自然条件下，长时间经受地球物理因素作用形成的产物。,石油沥青：石油经各种炼油制工艺加工而得的石油产品。,煤沥青：煤经干馏所得的煤焦油，经再加工后得到的产品。,页岩沥青：页岩炼油油工业的副产品

3、。,沥青,11.1.1 石油沥青的组分与结构,定义： 石油原油经蒸馏等提炼各种轻油（如汽油、柴油等）及润滑油后的残留物，或经过加工而得的产品。是一种有机胶凝材料。 常温下有固体、半固体或粘性液体三种形态。,11.1石油沥青,11.1.1 石油沥青的组分与结构,1.组分 由于沥青的化学组成十分复杂，并且化学组成与技术性质之间没有直接关系，所以通常只从使用角度，将沥青中化学物理性质相近的成分划分为若干组，称为组分（或组丛）： 油分（芳香油和饱和油） 油状液体，密度最小，它们赋予沥青以流动性。含量粘度，便于施工。 树脂（沥青脂胶）粘稠状液体（半固体），密度大于油分。它们赋予沥青以良好的粘结性、塑性和

4、可流动性，含量塑性。 地沥青质（沥青质）固态无定性物质，密度大于1，决定沥青的耐热性、粘性和脆性。含量软化点粘性硬脆性。,2.石油沥青的胶体结构,组分的相溶特性 油分与树脂可互溶； 树脂能浸润地沥青质而在其表面形成薄膜。 胶体结构 以地沥青质为核心构成胶核； 胶核周围吸附部分树脂和油分构成胶团； 无数胶团分散在油分中而形成胶体结构。 分为三种类型：,地沥青质胶核,树脂质胶核,油分,溶胶型沥青质少、油分和树脂多，胶团之间易滑动。沥青粘性小而流动性大，耐热性差； 凝胶型沥青质多、油分和树脂少，胶团之间不易滑动。石油沥青弹性、粘结性大，耐热性高，但塑性差； 溶胶凝胶型沥青质含量适当，结构状态与沥青性

5、质介于上述二者之间。大多数优质沥青属于这种结构。（a）溶胶结构 （b）溶-凝胶结构（c）凝胶结构,溶胶结构,凝胶结构,沥青的胶体结构,溶凝胶结构,粘性（粘滞性） 塑性（延性） 温度敏感性 大气稳定性 其他性能,11.1.2 石油沥青的技术性质,石油沥青的技术性质,粘性（粘滞性） 概念： 粘性反映石油沥青材料抵抗外力或自重作用下变形的能力。 评价指标：相对粘度和针入度。相对粘度越大或针入度越小，粘性越大。 测定方法：标准粘度计和针入度仪法。 影响因素： 组成： 地沥青质含量较高，油分含量较小但有时量树脂，则粘性大； 温度： 在一定温度范围内，粘性随温度升高而降低，反之则随之增大。,沥青的针入度试

6、验,规定的荷载、时间和温度下进行,针入度仪,针入度等级,道路石油沥青 200300 150200 110150 80100 5080,建筑石油沥青 2540 1025,塑 性 概念 塑性指石油沥青在外力作用时产生变形而不破坏，除去外力后，则仍保持变形后的形状的性质。也反映了沥青的自愈合性能。 评价指标 延度（伸长度），延度越大，塑性越好。 测定方法 把沥青试样制成8字型标准试模（中间最小截面积1cm2），在规定拉伸速度（5cm/min）和规定温度（25/15/10C）下拉断时的长度，即为延度，用cm为单位表示。 影响因素 树脂含量较多，其他组分含量适当时，则塑性较大； 温度升高，塑性增大；沥青

7、膜层厚度越厚，则塑性愈大。,石油沥青的技术性质,延度,沥青延度试验,温度敏感性 概念 敏感性是指石油沥青的粘性和塑性随温度升降而改变的程度。 评价指标 软化点，它是沥青材料由固态转变为粘流态时的温度。 测定方法 环球法 影响因素 地沥青质含量高，软化点高，温度敏感性减小； 沥青中蜡含量高，增大其温度敏感性； 加入矿物粉末填料（滑石粉、石灰石粉等）可减小其温度敏感性。,石油沥青的技术性质,软化点测定试验装置,沥青软化点测量,大气稳定性 概念 指石油沥青在热、光、氧和潮湿等因素长期作用下，抵抗老化使性能稳定的程度。 老化现象 上述因素作用下的变化 沥青各组分发生递变，油分和树脂含量逐渐减小，而地沥

8、青质含量逐渐增多，流动性和塑性降低，硬脆性增大的过程。 评价指标 蒸发后的质量损失或蒸发后的针入度比，蒸发损失愈小或蒸发后针入度比愈大，则大气稳定性愈好，“老化”愈慢。 测定方法 测量在160C下蒸发5小时后，沥青的针入度与蒸发前针入度比值的百分数，即为蒸发后针入度比。 影响因素 石油沥青中油分、树脂含量高，则大气稳定性好。,石油沥青的技术性质,大气稳定性评价,针入度比,老化后沥青的针入度,老化前沥青的针入度,蒸发试验,烘箱外观,其他性能 溶解度 石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或笨中溶解的百分率，以表示沥青中有效物质含量，即纯净程度。不溶解的物质会降低沥青的性能，应加以限制。 闪点 加热沥青至初

9、次闪火（有蓝色闪光）时的沥青温度。 燃点或着火点 加热沥青，并与火接触能持续燃烧5秒以上时的温度。,石油沥青的技术性质,溶解度试验（纯度）,闪点 试 验（安全性）,11.1.3 石油沥青的技术标准与选用,一、石油沥青的技术标准1、品种：石油沥青按用途分为道路石油沥青、建筑石油沥青、防水防潮和普通石油沥青。2、牌号：从表中可看出，石油沥青的牌号主要是根据针入度、延度和软化点等指标划分的，并以针入度值表示。3、同一品种石油沥青牌号与其性能之间的关系是： 牌号针入度（即粘性脆性）、延度（即塑性）、软化点（即温度敏感性）、使用寿命（耐久性）（牌号越大，油分、树脂含量越多，老化越慢）。,道路石油沥青标准

10、,二、石油沥青的选用 选用原则：根据工程类别、气候条件和所处工程部位等因素合理选用。在满足使用要求的前提下，应尽量选用较大牌号的沥青，以保证较长的使用年限。 1、道路沥青： 特点：针入度延度大、软化点低。多用于拌制沥青砂浆和沥青混凝土，用于道路路面及厂房地面及地下防水工程等。 2、建筑沥青： 特点：针入度小、软化点高，但延度小（塑性差）。多用于屋面和地下防水工程以及作为建筑防腐材料。 一般屋面防水用沥青的软化点应比本地区屋面可能达到的最高温度高2025，亦即比最高气温高50左右。一般地区可选30号、夏季炎热地区宜选用10号石油沥青。 3、防水防潮石油沥青：软化点高，温度稳定性好，适用于寒冷地区

11、的防水防潮工程。 4、普通石油沥青：含蜡量高，性能较差，在建筑中一般不单独使用，可与其他沥青掺配使用。,观察与讨论： 建筑石油沥青的选用 请比较下列A、B两种建筑石油沥青的针入度、延度及软化点测定值。若于南方夏季炎热地区屋面选用何种沥青较合适，请讨论。 讨论：宜用B石油沥青，一般屋面用沥青应比当地屋面可能达到的最高温度高出2025，亦即比当地最高温度高出50左右。南方炎热地区气温相当高，A沥青软化点较低，难以满足要求，夏季易流淌。可选B，但B沥青延伸度较小，在严寒地区不宜使用，否则易出现脆裂现象。,11.1.4沥青的掺配与改性 一、沥青的掺配 当单独用一种牌号的沥青不能满足工程要求的软化点时，

12、可用相同产源的两种或三种沥青掺配使用。掺配量可按下式估算：式中： Q1低软化点沥青掺量，%； Q2高软化点沥青掺量，% T1低软化点沥青的软化点, T2高软化点沥青的软化点, T要求沥青的软化点， 如用三种沥青时，可先算出两种沥青的配比，再与第三种沥青进行配比计算。,2、沥青改性及改性材料,土木工程中使用的沥青要求： 在低温下应有弹性和塑性； 在高温下要有足够的强度和稳定性； 在加工和使用中具有抗老化能力； 与矿物和结构表面有较强的粘附力； 以及对构件变形的适应性和耐疲劳性。 沥青材料本身难以满足这些性能要求，需用其他材料改性。,二、沥青的改性 1、矿物填充料改性 为提高沥青的粘结能力和耐热性

13、，降低温度敏感性，经常在石油沥青中加入一定数量的粉状或纤维状矿物填充料进行改性。常用的有：滑石粉、石灰石粉、云母粉、硅藻土粉和石棉等。 2、聚合物改性（包括橡胶和合成树脂） 橡胶具有显著的高弹性、可挠性、不透水性；用合成树脂可改进沥青的耐寒性、耐热性、抗老化性、粘结性等。目前使用最普遍的是SBS橡胶和APP树脂： （1）SBS改性沥青SBS是丁苯橡胶的一种，是以丁二烯、苯乙烯为单体经聚合反应形成的共聚物，一种热塑性弹性体（简称SBS）。 SBS改性沥青具有弹性好、延度大、低温柔韧性与热稳定性高、耐候性好等优点，是目前世界上应用最广的改性沥青之一。 （2）APP改性沥青APP是无规聚丙烯均聚物，

14、是聚丙烯（PP）的一种。经APP改性后的沥青软化点高，延度大，具有优良的耐热性和耐老化性，尤其适用于气温较高的地区。,用于沥青改性的材料,脂肪胺 改善沥青的湿润性，增加在湿基面上的粘结力。 烃 有机溶剂，改变沥青的粘度。 弹性体 再生橡胶粉 丁二烯苯乙烯丁二烯嵌段共聚物（SBS树脂） 丁二烯苯乙烯橡胶乳液（SBR） 天然橡胶乳液 塑性体 乙烯醋酸乙烯脂（EVA） 苯乙烯脂 矿物粉末 滑石粉、石灰石粉、膨润土、水泥等。,橡胶改性沥青 橡胶有：氯丁橡胶、丁氰橡胶、再生橡胶等。 改性机理：橡胶分子加入到沥青中，改变了沥青中分散介质的组成，促进沥青分子相互排斥，并改变了分散相的结构，形成弹性结构网。

15、改性效果：气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐光、耐臭氧、耐气候和耐燃烧性等得到大大改善和提高。 掺入方法：溶剂法和乳液法,树脂改性沥青 树脂有：古马隆树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、酚醛树脂和天然松香等。 改性机理：与橡胶相同。 改性效果：气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐光、耐臭氧、耐气候和耐燃烧性得到大大改善。 掺入方法：溶剂法或乳液法。,纤维改性沥青 纤维类改性剂主要有石棉、聚丙烯纤维、聚酯纤维、纤维素纤维等。纤维类物质加入沥青中，可显著地提高沥青的高温稳定性，同时可增加低温抗拉强度。但纤维类改性沥青对纤维的掺配工艺要求很高。 作用机理：高温稳定的作用机理: 由于沥青对矿物填充料的润湿和吸附作用，沥青分子可能成单分子装排列在或纤维表面，形成结合力牢固的沥青薄膜，因而又称为“结构沥青”。提高了粘性和耐热性等。 低温抗裂作用机理:桥接作用;裂纹分叉,