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1、第五章 沥青和沥青混合料,沥青的定义：一系列分子量不等的高分子 聚合物组成的有机混合物质。沥青的分类：地沥青、焦油沥青沥青特点： 粘结性、塑性、憎水性、不透水性 不导电性、耐蚀性沥青的应用：道路工程、防水工程、防腐工程,（一）、石油沥青的生产、组丛和结构 生产:,5-1 石油沥青,分类： 按原油基属：石蜡基、环烷基、中间基 按加工方式：直馏、蒸馏、氧化、裂化、酸洗等 按状态：粘稠沥青、液体沥青 按用途： 道路石油沥青 建筑石油沥青 普通石油沥青,三组分分析法（溶解-稀释法） 油分：黄色液体，赋予沥青流动性。 树脂：褐色粘稠体，赋予沥青塑性和粘结性 地沥青质：黑色固体，赋予沥青温度稳定性 石蜡：
2、有害组丛 四组分分析法 饱和分、芳香分、胶质、沥青质,组丛：,沥青中物理力学性质相近的成分,结构： 结构形式:胶体结构 胶体结构类型: 溶胶型结构 - 油分树脂多,地沥青质少 凝胶型结构 - 油分树脂少,地沥青质多 溶凝胶型结构 - 三者适中 土木工程常用沥青结构 胶体结构划分依据:针入度指数,(二)、沥青技术性能,指标： 粘稠沥青：针入度（0.1mm）,P（25，100g，5s） 液体沥青：粘度（s），CdT 针入度、粘度粘性小,1、粘性（粘滞性）,定义：沥青内部阻碍其发生相对流动的性质,影响因素：地沥青质，油份粘滞性 温度粘滞性,2、塑性（延展性）,定义：在外力作用下产生变形而不破坏的能力
3、影响因素： 油分、树脂含量塑性 温度塑性,指标：延度（mm） 延度大 塑性好,3、温度稳定性（温度敏感性）,定义：粘性和塑性随温度升降而变化的性能,改善：增塑剂、橡胶、树脂、填料,指标：软化点Tm 、脆化点Tg,影响因素：地沥青质、油份树脂 Tg 、Tm,实际要求：软化点高，脆化点低。,针入度指数 评价原理：针入度（P）随温度变化（T）而变化 lgP=AT+K A针入度-温度敏感系数 A值的计算原理：已知直线上两点，即可求得斜率值。,缺陷：A值为小数，应用不方便。,针入度指数（PI）概念的建立 原理：以针入度指数PI表示沥青的温度敏感性，假设20为最佳值，-10为最差值。则： （20-PI）/
4、（PI+10）可评价温度敏感性针入度指数的计算： PI=30/（1+50A）-10 针入度指数与沥青胶体结构类型： PI2，凝胶结构 PI-2，溶胶结构 -2 PI 2，溶凝胶结构,土木工程用沥青针入度指数的选择： 道路沥青： 通常： -2 PI 路面：-1 PI 1， 0.5 PI 1 灌浆材料： -3 PI 1 胶结剂： -2 PI 5PI越大，高温稳定性越好。低温性能需做改性处理,4、粘附性,定义： 石油沥青与其他材料界面粘结性能或抗剥落的能力。影响因素： 沥青的组丛、被粘结材料的表面物理、化学性质评价方法： 13.2mm骨料，水煮法 13.2mm骨料，水浸法,5、大气稳定性,定义： 沥
5、青在光、热、水、气等环境因素作用下抵抗老化的性质。老化原因： 油分 树脂地沥青质老化结果： 变硬、变脆、易开裂评价方法： 蒸发质量损失率、加热前后针入度比、加热前后延度变化,6、施工安全性,定义：石油沥青在加热使用时，不易发生闪火或燃火的性质。评价指标： 闪点： 燃点：,石油沥青组分、结构与性能之间的关系,三、石油沥青分类、标准与选用,1、分类道路、建筑、普通石油沥青2、标号 按针入度划分，并保证其他性能,3、选用依据： 工程性质、施工方法、环境温度4、应用：道路石油沥青 拌制混凝土、用于路面 和地坪，或防水防潮工程建筑石油沥青 建筑防水、防腐普通石油沥青 性能较差，少用,1、改性的目的改善性
6、能，延长使用寿命屋面防水：高温不流淌，抗老化，抗低温脆断。路面工程：高温抗剪强度高、不拥包、推移、抗车辙等永久变形；抗低温开裂；抗老化；较强的粘附性、抗疲劳应力、抗滑等。,四、沥青的改性及应用,树脂 耐寒性、耐热性、粘性 沥青橡胶 高温变形性 低温柔顺性 填料 粘性、耐热性、温度稳定性,2、改性剂和效果,定义 矿物集料与沥青拌合而成的混合料的总称。包括沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料。 沥青混凝土混合料AC适当比例的粗集料、细集料及填料与沥青在严格控制条件下拌合压实后空隙率10%的沥青混合料。 沥青碎石混合料AM适当比例的粗骨料、细骨料及少量填料或不掺填料拌合压实后空隙率10%的沥青混合料,5
7、-2 路面用沥青混合料,沥青混合料的技术特点物理力学性能较高的抵抗荷载的能力、高温稳定性、低温柔韧性、水稳定性施工和易性平整无接缝、减震吸声、行车舒适交通安全具一定粗糙度、无强烈反光耐久性在环境光、热、水、气等因素作用下保持性能,沥青混合料的分类 按最大公称粒径分类（1）粗粒式沥青混合料（Dm为26.5mm或31.5mm）（2）中粒式 （Dm为16 mm 或19 mm）（3）细粒式 （Dm为9.5mm或13.2mm）（4）砂粒式沥青混合料（Dm为4.75mm） 也称沥青石屑或沥青砂,按矿料级配和路面压实度分类连续密级配沥青混凝土混合料空隙率3%6% 密实式沥青混凝土混合料 AC 密级配沥青稳定
8、碎石 ATB半开级配沥青混合料空隙率6%12% 半开式沥青稳定碎石混合料AM开级配沥青混合料 排水式沥青磨耗层混合料 OGFC 空隙率18%25% 排水式沥青稳定碎石混合料 ATPB 空隙率18%间断级配 沥青玛蹄脂碎石混合料 SMA,按施工温度分类热拌热铺沥青混合料（热态拌合、热态铺筑）；常温沥青混合料乳化沥青、稀释沥青， （常温下操作，冷施工）,一、沥青混合料的强度理论和组成结构,1、沥青混合料强度理论 沥青路面破坏形式高温时塑性变形过剩抗剪强度不足低温脆裂抗拉强度不足，变形能力差因此研究沥青混合料的抗剪强度和抗变形能力。,摩尔-库伦包络线应力圆的公切线 即为抗剪强度曲线,圆柱形试件三轴剪
9、切试验得到,决定沥青混合料C与值的摩尔圆包络线,沥青混合料的抗剪强度()公式,正应力（Mpa）； C沥青混合料的粘力（Mpa）；沥青混合料的内摩擦角。,粘聚力C，内摩擦角 抗剪强度,2影响沥青混合料强度与稳定性的因素,内 因 沥青粘度 沥青与矿物的化学性质 矿粉比表面（细度） 沥青用量 集料的级配类型、粒径、颗粒状态, 沥青粘度,沥青是胶结材料，其粘度大，对集料约束使其嵌锁结构稳定，粘滞阻力大，抗变形能力强。因此 粘聚力C 内摩擦角、抗剪强度, 沥青与矿物的化学性质,沥青与矿物表面形成一层厚度0的“结构沥青”，该沥青化学组分重新排列，粘度，粘聚力，0以外的沥青称“自由沥青”。,讨 论： 以“结
10、构沥青”接触的两颗粒，粘聚力C 以“自由沥青”接触的两颗粒，沥青混合料粘聚力C较小,“结构沥青” 0的厚度与矿料的化学性质有关： 沥青石灰石（碱性集料）界面的0 厚度大，矿料之间更有可能通过结构沥青联结。 沥青石英石（酸性集料）界面的0 厚度小。, 矿粉比表面（细度）,沥青用量一定，矿粉比表面积大，形成的“结构沥青”数量，沥青混合料的粘聚力C。 矿粉的性质和用量对沥青混合料的抗剪强度影响很大。掺矿粉的重要性,结论： 配制沥青混凝土时，必须掺适量矿粉产生“结构沥青”混合料粘结力C抗剪强度高温抗变形能力 提高温度稳定性, 沥青用量,沥青用量适当，可形成足够数量的“结构沥青”，使得粘聚力，且矿料之间
11、以“结构沥青”连接，此时，沥青胶浆有最优的粘聚力。 所以在沥青混合料配合比设计时，要考虑最佳沥青用量。, 集料的级配类型、粒径和颗粒状态,合理级配颗粒间成嵌锁结构，摩擦阻力，近似正方体，表面粗糙的颗粒内摩擦角较强的力学稳定性沥青混合料抗剪力,外 因 温度沥青属热塑性材料 温度，粘聚力C抗剪强度。 形变速率C，抗剪强度,3.沥青混合料的组成结构和性能,沥青混合料组成结构的胶浆理论,三种沥青混合料的结构常数不同，稳定性有差异。,1、悬浮密实结构 连续型密级配集料密实度高，但各级集料均为次级集料所隔开，有大量的细颗粒，但粗集料不能互相靠拢形成骨架，悬浮于次级集料及沥青胶浆之间。 特点：结构沥青多，粘
12、聚力C大，内摩阻角较小，高温稳定性较差 密实，水稳性、耐久性较好,2、骨架空隙结构 集料组成为连续型开级配。粒径递减系数大，粗集料多，细集料少，甚至没有。粗集料形成骨架后，细集料不能填满其空隙。 特点：结构沥青少，粘聚力C小，内磨阻角高，难以摊铺压实成平整路面。 高温稳定性好、耐久性可能受影响,3、密实骨架结构 集料组成采用间断级配。粗集料形成骨架后，相当数量的细集料填满其空间。 特点：结构沥青多，粘聚力C较高，内磨阻角较高，可摊铺成结构密实、表面平整、物理力学性能比较稳定的路面。,二、沥青混合料的技术性质和标准,路面沥青混合料要求具备的技术性质 力学强度承受交通荷载，抗高温变形，低温脆裂；
13、耐久性抵抗自然因素作用； 抗滑性交通安全； 施工和易性摊铺和压实,1、高温稳定性定义：高温条件下承受重复荷载没有很大变形（60夏季温度不产生车辙、拥包和波浪）。 评价方法： (1)马歇尔稳定度试验 (2)车辙试验,(1)马歇尔稳定度三项指标,101.663.5mm圆柱体试件稳定度（MS）规定温度和加荷速率时破坏荷载（kN）；流值（FL）破坏时，试件的垂直变形（0.1mm）；马歇尔模数（T）,（kN/mm）,（2）车辙试验,高速公路、一级公路、城市快速路、主干路要求此项试验。 试件： 30030050 mm 温度： 60 方法：车轮反复行走。,指标：动稳定度（DS） 试件变形1mm深时，车轮行走次数。GBJ50092-96规定60时动稳定度 高速公路，城市快速路 DS 800次/mm 一级公路、城市主干道 DS 600次/mm 新规定见表3-21,
