沥青与沥青混合料－

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1、第 九 章,沥青及沥青混合料,三问？,沥青及沥青混合料的基本概念；（What?） 沥青及沥青混合料具备哪些基本特质；（Which?） 如何根据土木工程应用选择沥青和配制沥青混合料。（How?）,学 习 要 求,一般了解沥青材料及其制品在建筑中的应用；沥青按产源的分类；建筑工程中常用沥青的品种。 掌握石油沥青中油分、树脂、地沥青质等组分的特性，以及由它们构成的胶体结构的特性。掌握当胶体结构中的油分、树脂、地沥青质相对含量发生变化时对沥青性质的影响。 重点掌握石油沥青的技术性质。其中包括：粘性、塑性、温度繁感性及大气稳定性的概念、表示方法及实用意义。要求能分析这四项性质之间的关系。 熟悉石油沥青的

2、技术指标。掌握石油沥青按主要用途的分类；石油沥青牌号划分的依据及表示。,5、了解石油沥青的选用原则。了解建筑石油沥青、道路石油沥青、普通石油沥青的适用。掌握常用两种或两种以上不同牌号的石油沥青的适用。掌握用两种以上不同牌号的石油沥青进行参配的方法。 6、掌握沥青混合料的组成、结构与性能。 7、掌握沥青混合料的配合比设计。,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,第 一 节,石油沥青与煤沥青,

3、一、石油沥青,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。 种类： 建筑石油沥青 道路石油沥青 普通石油沥青,（一）石油沥青的组分与结构,化学组成： 83% 碳； 10% 氢； 7% 氧, 氮 和硫； 微量的钒、镍、铝和硅。,（一）石油沥青的组分与结构,组分 油分（芳香油和饱和油） 油状液体，密度最小，加热可以挥发，能溶于有机溶剂，它们赋予沥青以流动性。分子量为100 500 。 树脂（沥青脂胶） 粘稠状液体（半固体），密度大于油分，属于中性树脂，能溶于有机溶剂（苯、汽油）。它们赋

4、予沥青以良好的粘结性、塑性和可流动性，分子量为5001000 。 地沥青质（沥青质） 固态无定性物质，密度大于1，决定沥青的温度敏感性和粘性，其含量越高，沥青软化点越高，粘性越大，越硬脆。分子量大于10006000。,2、石油沥青的胶体结构,组分的相溶特性 油分与树脂相溶； 树脂能浸润地沥青质； 地沥青质对油分有憎液性。 胶体结构 以地沥青质为核心构成胶核； 胶核周围形成树脂薄膜，薄膜外吸附一层油分构成胶团； 无数胶团分散在油分中而形成胶体结构。 分散体结构 分散相是吸附部分树脂的地沥青质； 分散介质是溶有部分树脂的油分。,沥青的胶体结构,溶胶结构 油分较多，胶团较少，温度稳定性差； 胶团相对

5、运动自由，流动性和塑性较好。 溶凝胶结构 介于溶胶结构与凝胶结构之间。 凝胶结构 油分与树脂较少，地沥青质较多，温度稳定性好； 胶团相互连接成不规则空间网状的凝胶结构，弹性和粘性较高，流动性和塑性较低。,溶胶结构,凝胶结构,沥青的胶体结构,粘性（粘滞性） 塑性（延性） 温度敏感性 大气稳定性 其他性能,（二）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

6、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（25C）下拉断时的长度，即为延度，用cm为单位表示。 影响因素

7、 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,沥青软化点测量,温度敏感性,沥青的温度敏感性也可用沥青的针入度随温度的变化来评价。,大气稳定性 概念 指石油沥青在热、光、氧和潮湿等因素

8、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 石油沥青中油分含量高，则大气稳定性差,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

9、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）,（三）石油沥青的标准、选用与掺配,1、石油沥青的技术标准 道路石油沥青（有七个牌号) 牌号越大，粘性越小（针入度越大）； 牌号越大，塑性越好（延度越大）； 牌号越大，温度敏感性越大（软化点越低）。 建筑石油沥青（有两个牌号） 牌号越小，粘性越大（针入度越小）； 牌号越大，塑性越差（延度越小）； 牌号越大，温度敏感性越小（

10、软化点越高）。 普通石油沥青（有三个牌号） 由于含蜡较多，温度敏感性大，粘性较小，塑性较差。,2、石油沥青的选用 选用原则：根据工程性质与要求、适用部位、环境条件等因素选用，在满足适用条件的前提下，应选用牌号较大的石油沥青，以保证使用寿命。 道路沥青 拌制沥青混凝土、沥青拌和料或沥青砂浆； 密封材料、粘结剂以及沥青涂料。 建筑石油沥青 制造油纸，油毡、防水涂料和沥青胶，绝大部分用于屋面、地下防水、沟槽防水防腐蚀及管道防腐等工程。 普通石油沥青 在建筑上不宜直接使用，可以采用吹气氧化法改善其性能。,3、沥青的掺配 如某一牌号的沥青不能满足工程技术的要求，可以用不同牌号的沥青掺配，实验证明同产源的

11、沥青掺配后可得均匀的沥青，两种沥青得掺配比例可以按下式估算： P1= P2 = 100P1 式中：P1、P2分别为两种沥青的用量（）； T1、T2分别为两种沥青的软化点。,(T2T),(T2T1),100%,二、煤沥青,将煤焦油进行蒸馏，蒸去水分和所有的轻油及部分中油、重油和蒽油后所得残渣就是煤沥青。 化学成分: 未饱和芳香烃及非金属衍生物的复杂混合物。 与石油沥青相比，有如下特点： 温度敏感性大，夏天易流淌，冬天易硬脆； 大气稳定性较差，可挥发分较多； 塑性较差，容易因变形而开裂； 防腐能力较好，可用作木材防腐处理； 含表面活性物质较多，与矿物表面粘附性较好。 密度较大，1.101.26kg

12、/m3。,煤沥青与石油沥青的鉴别方法,煤沥青 1.1 音清脆，韧性差 烟呈黄色，有刺激味 汽油或煤油溶解后，溶液滴于滤纸上呈内黑外棕或黄色,石油沥青 1.0 音哑，弹韧性好 烟无色，无刺激味 斑点完全均匀散开，呈棕色。,方法 密度 锤击 燃烧 溶液颜色,三、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。,（一）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。

13、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。,（二）性能改善,抗疲劳裂缝 Fatigue cracking resistance 抗热裂缝 Thermal cracking resistance 抗变形能力 Deformation resistance 热敏感性 Temperature susceptibility 粘结性 Impact resistance adhesion - explain 高温粘度 Vi

14、scosity at high temperature 延度 Ductility 脆性断裂 Brittle fracture 耐久性（抗老化）Durability,改性沥青的软化点随老化温度的变化,软化点,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。 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：

15、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。,矿物填充料改性沥青 矿物填充料的品种： 滑石粉、石灰石粉、硅藻土、云母粉、石棉绒、粉煤灰、水泥等。 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矿物颗粒（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”。 改性作用： 提高了粘性和耐热性等。,三、乳化沥青,概念 将沥青微粒在加热搅拌的条件下，分散在有乳化剂的水中而成的乳胶体。 种类 根据所用乳化剂不同有： 阴离子型 阳离子型 胶体乳液。 制作方法 加热后直接乳化 用溶

16、剂溶解后乳化 用途 可涂刷或喷涂在表面上作为防潮或防水层； 用于拌制冷用沥青砂浆或混凝土。,将沥青微粒在加热搅拌的条件下，分散在有乳化剂的水中而成的乳胶体。,乳化的颗粒,不稳定乳液,中等稳定乳液,稳定乳液,用作道路表面修补处理,第 五 节 沥青混合料,概 述,定义：沥青混合料是将粗、细骨料和填料经人工合理选择级配组成的矿质混合料与适量沥青拌和而成的均匀混合料 沥青混合料： 沥青混凝土 沥青碎石 用途：道路路面,沥青混合料分类,按胶结材分类：石油沥青，混合料 按铺筑和拌和温度分类：热拌、常温 按矿料最大粒径： 粗粒式：4.7537.5mm 中粒式：4.7526.5mm 细粒式：4.759.5mm 砂粒式：4.75mm 按