《土木工程材料 教学课件 ppt 作者 周爱军第5章 沥青材料 第5章 沥青材料1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土木工程材料 教学课件 ppt 作者 周爱军第5章 沥青材料 第5章 沥青材料1（86页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第5章 沥青材料,土木工程材料,本 节 内 容,【本章内容导读】,讲述内容,本章讲述了石油沥青、煤沥青、乳化沥青及改性沥青的组成、技术性能及应用；各种沥青基防水材料的性能及应用。重点讲述了石油沥青的组成、结构、技术性能及应用；沥青、改性沥青防水卷材的品种、特性及应用。,学习重点 和要求,建议在学习中对沥青材料以石油沥青为点，其它沥青为面，对照学习。要求学生重点掌握石油沥青的基本组成、工程性质及测定方法，熟悉沥青、改性沥青防水卷材的常用品种、特性及应用，了解沥青的改性和掺配；煤沥青、乳化沥青及改性沥青的组成、技术性能及应用；冷底子油、沥青胶及沥青嵌缝油膏的特性及应用 。,沥青有机胶凝材料，是由一
2、些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属（O、S、N）衍生物组成的一种非晶态混合物 ，经天然或人工制造而得。 颜色：黑色或黑褐色 形态：常温下为液态、半固态或固态 应用：铺筑路面、防水材料、屋面材料、耐腐蚀材料 溶解：能溶于二硫化碳、苯、四氯化碳、三氯甲烷等多种 有机溶剂中。,5.1 沥青,分类,沥青,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：石油经各种炼制工艺加工而 得的沥青产品,煤沥青：煤经干馏所得的煤焦油，经 再加工后得到煤沥青,页岩沥青：页岩炼油工业的副产品,土木工程主要应用石油沥青。,特立尼达湖沥青（Triniada
3、 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,5.1.1 石油沥青,1石油沥青的分类,（1）按获取石油沥青的加工方法不同分类,直馏沥青 氧化沥青 溶剂沥青,溶剂膜 溶剂沥青 原油 常压塔 减压塔 沥青 直馏沥青 氧化塔 氧化沥青,（2）按原油加工后所得沥青中含蜡量的多少,环烷基沥青：含蜡量2% 中间基沥青：含蜡量 2%5% 石蜡基沥青：含蜡量一般5%,（3）按沥青在常温下的稠度分类,粘稠沥青 液
4、体沥青：针入度300,固体沥青：针入度40,半固体沥青：针入度40300,（1）石油沥青的组分 化学组分分析方法：将沥青分离为化学性质相近，而且与其工程性质有一定联系的几个组，每个组就称为一个组分。 有三组分和四组分两种分析法。,2石油沥青的组分和结构,三组分分析法 油分、树脂、沥青质 四组分分析法 饱和分、芳香分、胶质、沥青质 蜡含量（对路面性能的影响）,1）三组分分析法,表5-1 石油沥青三组分分析法各组分的性状,石油沥青的组成与性能关系,三组分分析的优点是组分界限很明确，组分含量能在一定程度上说明它的工程性能，但是它的主要缺点是分析流程复杂，分析时间很长。,2）四组分分析法,石油沥青四组
5、分分析法各组分的性状,饱和分含量增加，可使沥青粘性降低（针入度增大）； 芳香分对许多高分子烃和非烃类有很强的溶解能力；比例合适的饱和分与芳香分能使沥青胶体体系保持稳定； 胶质（树脂）含量增大，可使沥青塑性提高； 沥青质含量增加，可使沥青温度敏感性降低； 树脂和沥青质含量增加，可使沥青的粘性提高,蜡,沥青除去沥青质和胶质后，在油分中含有的、经冷冻能结晶析出的，熔点在25以上的混合组分，其主要是高熔点的烃类混合物 蜡对沥青的性能有很大的影响。蜡在高温时熔化，使沥青粘度降低，温度敏感性增大，低温时会使沥青变得脆硬，导致低温抗裂性降低。此外，蜡会使沥青与集料的粘附性降低，在有水的情况下，会使沥青产生剥
6、落现象，造成路面破坏；更为严重是的是，蜡的存在会使沥青路面的抗滑性能降低，影响行车安全。因此，各国对沥青中的含蜡量都有严格的控制。,（2）石油沥青的胶体结构,1）胶体结构形成,胶体：分散相沥青质At 吸附胶质R胶团 分散介质饱和分S、芳香分Ar,溶胶型结构 溶-凝胶型结构 凝胶型结构,a) b) c) 沥青胶体结构示意图 a)溶胶型结构； b) 溶-凝胶型结构； c)凝胶型结构,按沥青质含量 少 适中 多,2）胶体结构分类,溶胶型 概念：当沥青质的含量不多（小于10%），相对分子量不很大，或分子尺寸较小，与胶质的相对分子质量相近时，饱和分和芳香分的溶解能力很强，分散相和分散介质的化学组成比较接
7、近，这样的沥青分散度很高，胶团可以在连续相中自由移动，近似真溶液，具有牛顿流动特性，粘度与应力成比例，称之为溶胶型沥青。 特点：这类沥青对温度的变化敏感，高温时粘度很小，低温时由于粘度增大而使流动性变差，冷却时变为脆性固体。,沥青质数量少 特点：高温粘度较低 而流动性大，温度稳定性 较差。,凝胶型 概念：当沥青质含量很大，达到或超过25%30%时，胶质的数量不足以包裹在沥青质周围使之胶溶，沥青质胶团会相互连结，形成三维网状结构，胶团在连续相中移动比较困难，此时就形成了凝胶型沥青。 特点：这类沥青在常温下呈现非牛顿流动特性，并具有粘弹性和较好的温度稳定性。随着温度的升高，连续相的溶解能力增强，沥
8、青质胶团可逐渐解缔，或胶质从沥青质吸附中心脱附下来。当温度足够高时，沥青的分散度加大，沥青则又可近似真溶液而具有牛顿流特性。,沥青质数量多 特点：弹性和粘结性较高，温度稳定性较好，但塑性较差。,溶凝胶型 概念：当沥青或沥青质中含有较多的烷基侧链，生成的胶团结构比较松散，可能含有一些开式网状结构，网状结构的形成与温度密切相关，在常温时，在变形的最初阶段表现出明显的弹性效应，但在变形增加至一定阶段时，则表现为牛顿液体状态。,特点：高温时具有较低的感温性，低温时又具有较好的形变能力。,沥青的针入度指数和胶体结构类型,3）胶体结构类型的判断,3石油沥青的主要技术性质,（1）物理特征常数,1）密度,在规
9、定温度条件下，单位体积的质量。 我国现行试验方法规定测定15下沥青密度。 相对密度在规定温度下，沥青质量与同体积水质量 之比。 我国现行方法规定测定25下的相对密度。,通过沥青的密度测定，可以概略地了解沥青的化学组成沥青中含硫量大、芳香族含量高、沥青质含量高则相对密度较大；蜡分含量较多则相对密度较小。,沥青的密度是沥青在质量与体积之间互相换算以及沥青混合料配合比设计时必不可少的重要参数。在沥青使用、贮存、运输、销售和设计沥青容器时也是不可缺少的数据。 通常粘稠沥青的相对密度波动在0.961.04范围。,2）热胀系数,沥青材料在温度升高时，体积将发生膨胀。温度上升1，沥青单位体积或单位长度几何尺
10、寸的增大，称为体膨胀系数或线膨胀系数 体膨胀系数越大，则夏季沥青路面越容易泛油，而冬季又容易出现收缩开裂,（2）粘滞性（粘性） 反映沥青材料内部阻碍沥青粒子产生相对流动的能力，简称为粘性，以绝对粘度表示。 沥青的粘度是沥青首要考虑的技术指标之一。 沥青绝对粘度的测定方法精密度要求高，操作复杂，不适于作为工程试验，因此，工程中通常采用条件粘度反映沥青的粘性。,条件粘度,针入度（适应粘稠石油沥青） 粘度（适应液体石油沥青）,针入度,1）针入度的定义 针入度在规定温度条件下，以规定质量的标准针经过规定的时间贯入沥青试样的深度。 单位：0.1mm。 常用试验条件：,规定温度：25 标准针质量：100g
11、 贯入时间：5s,2）表示方法 针入度以PT,m,t表示，P表示针入度，脚标表示试验条件，其中T为试验温度，m为标准针（包括连杆及砝码）的质量，t为贯入时间。常用的试验条件为25,100g,5s，表示为 P（25，100g，5s）,3）表征意义 沥青的针入度值愈小，表示沥青的粘度愈大。针入度是 目前我国粘稠石油沥青的分级指标。 标号：一般取针入度的平均值。 例如： 90号沥青，针入度范围为80100（0.1mm） 110号沥青，针入度范围为100120（0.1mm）,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,液体石油沥青、煤沥青和乳
12、化沥青等的粘度，采用标准粘度计法。 试验方法：液体状态的沥青材料，在标准粘度计中，于规定的温度条件下，通过规定的流孔直径，流出50ml体积所需的时间，以s为单位。,标准粘度,图5-4 标准粘度试验示意图 1流孔 2活动钢塞 3试样 4水,试验条件：以CT,d表示，其中C表示粘度，脚标表示试验条件，其中T表示试验温度，d为流孔直径。试验温度和流孔直径根据液体状态沥青的粘度选择，常用的孔径有3mm、4mm、5mm、10mm等四种。 在相同温度和相同流孔条件下，流出时间愈长，表示沥青粘度愈大。,如：C25，5=100，表示：试验温度25， 流孔直径5mm，时间100s。,塑性是指石油沥青在外力作用时
13、产生变形而不破坏，除去外力后，仍保持变形后形状的性质，以延度作为塑性的表征指标。 1）延度的定义 延度将沥青试样制成字形标准试件，采用延度仪，在规定拉伸速度和规定温度下拉断时的长度，单位：cm。,（3）塑性,2）延度的表示方法：D（T，v）=121cm（可记作100cm） 其中，T为试验温度，v为拉伸速度。 通常采用试验条件： 温度15，拉伸速度5cm/min。 3）延度的表征意义 沥青的塑性同样与其组分及所处的温度有关。当沥青质和油分含量适当，树脂含量较大时，其塑性越好。在一定的温度范围内，当温度升高时，沥青的塑性随之增大，反之则减小 。 延度值越大，表示沥青的塑性越好，柔性和抗断裂性越好
14、。 沥青除用于制造防水材料外，也是一种优良的路面材料。,1）软化点 2）针入度指数 3）脆点,高温性能指标,低温性能指标,（4）温度敏感性,1）软化点 沥青材料是一种非晶质高分子的混合材料，没有固定的熔点。沥青材料在由固态转变为液态的温度阶段是一种粘滞流动状态，在工程施工和使用中为保证沥青不致由于温度升高而产生流动的状态，常常采用软化点来表示沥青的温度敏感性。 软化点定义 人为选定的沥青由固态到液态的转变温度范围中的一 个条件温度。,0.8721 条件温度,固态,液态,软化点,测定方法 我国现行试验方法要求采用环与球法软化点。 如图，该法是将沥青试样注于规定内径的铜环中，环上置一钢球，在规定的
15、加热速度下，沥青试样逐渐软化，直至在钢球荷重作用下滴落到下层金属板时的温度，称为软化点。单位： 表示：TR&B, 注意：初始温度5 加热速度为5/min,环球法的软化点仪,软化点的意义 软化点越高，沥青的温度敏感性越小。 软化点越低，表明沥青在高温下的体积稳定性和承受荷载的能力越差。 针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度， 软化点则是沥青达到规定条件粘度时的温度。 因此，软化点既是反映沥青材料温度稳定性的一项指标， 又是沥青粘度的一种量度。,2）针入度指数（Penetration Index，简称PI） 意义 沥青针入度指数评价沥青技术性质的一个重要指标， 既可以反映沥青的感温性，又可以划分
16、沥青的胶体结构。 公式 PI是普费和范杜尔马尔提出的一种评价沥青感温性的指标。 观点：沥青针入度值的对数（lgP）与温度（T）具有 线性关系，表达式为：,图5-7 沥青针入度温度关系图,A为直线斜率，称为针入度温度敏感性系数。 K为截距（常数）。,A表征沥青针入度（lgP）随温度（T）的变化率，越大表明温度变化时，沥青的针入度变化越大，即沥青的感温性大。因此，可以用直线斜率Ad（lgP）/dT来表征沥青的温度敏感性，故称A为针入度温度敏感性系数,A值的求取公式： 沥青达到软化点时，针入度一般为6001000，取P=800 （0.1mm）,由于针入度-温度敏感性系数A值为小数，使用不 方便，引入PI值的概念。 经验公式：,针入度指数
