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1、第6章 沥青和沥青混合料,本章学习指导,本章共两个知识点。本章的学习目的是： （1）掌握沥青材料的基本组成、工程性质及测定方法；了解沥青的改性和掺配，了解主要沥青制品及其用途。 （2）掌握沥青混合料配合比，包括矿质材料的配合比的设计和配制；了解其于工程中的使用要点。 本章的难点是沥青混合料配合比设计。建议在弄懂各步骤的基础上完成相关的练习题，通过实践来掌握其设计。建议本章课内6学时，课外4学时。,历史回顾,彩色沥青,彩色沥青路面有以下优点：具有足够的力学强度、一定的弹性和塑性变形能力，与汽车轮胎的较好附着力，有高度的减振性；改善了普通沥青路面黑色的单调性；彩色沥青混合料可以多元搭配使用，既可以
2、维持既有道路或广场的特殊使用功能，还可发挥多色彩的分区功能。 彩色沥青路面的用途是安全和美观。可用于交通管理，通过不同的路面颜色警示驾驶员道路的安全状况。,6.1 沥青材料,6.1.3 沥青的掺配、改性及主要沥青制品,6.1.1 沥青的分类与基本组成结构,6.1.2 沥青的主要性质及其测试方法,基础知识,6.1.1 沥青的分类与与基本组成结构,1. 沥青的分类,2. 沥青的基本组成结构,1. 沥青的分类,沥青材料是由高分子碳氢化合物及其衍生物组成的、黑色或深褐色、不溶于水而几乎全溶于二硫化碳的非晶态有机材料。分地沥青和焦油沥青两大类，其分类如下所示。,2. 沥青的基本组成结构,(1)石油沥青的
3、基本组成结构,石油沥青是由石油经蒸馏、吹氧、调和等工艺加工得到的残留物，主要为可溶于二硫化碳的碳氢化合物的半固体粘稠状物质。,(2)煤沥青的基本组成,由于煤沥青是由复杂化合物组成的混合物，分离为单体组成十分困难，故目前煤沥青化学组分的研究与前述石油沥青方法相同，也是采用选择性溶解等方法，将煤沥青分为几个化学性质相近，且与路面性能有一定联系的组。常将煤沥青分离为游离碳、油分、软树脂和硬树脂四个组分。,6.1.1 沥青的分类与与基本组成结构,观察与讨论,沥青的胶体结构与性能,请观察沥青的三种胶体结构，图中的黑色部分为沥青质，讨论其性能的差异。,（a）溶胶结构 （b）溶-凝胶结构（c）凝胶结构,从上
4、图可见，黑色为沥青质，随沥青质含量增加，沥青的胶体结构从溶胶结构变为溶凝胶结构，再变为凝胶结构。当沥青质含量相对较少时，油分和树脂含量相对较高，胶团外膜较厚，胶团之间相对运动较自由。这时沥青形成溶胶结构。当沥青质含量适当，并有较多的树脂作为保护膜层时，胶团之间保持一定的吸引力，这时沥青形成溶胶凝胶结构。其性能可作如下对比： 具有溶胶结构的石油沥青粘性小而流动性大，温度稳定性较差。 具有凝胶结构的石油沥青弹性和粘结性较高，温度稳定性较好，但塑性较差。 溶胶凝胶型石油沥青的性质介于溶胶型和凝胶型两者之间。,沥青的胶体结构与性能,6.1.1 沥青的分类与与基本组成结构,工程实例分析,沥青的结构与沥青
5、路面开裂,华北某沥青路面所采用沥青的沥青质含量高达33，并有相当数量芳香度高的胶质形成的胶团。使用两年后，路面出现较多裂缝，且冬天裂缝产生越发明显。,沥青的结构与沥青路面开裂,该工程所用沥青属凝胶型结构，其沥青质含量高，沥青质未能被胶质很好地胶溶分散，则胶团就会连结，形成三维网状结构。此类沥青的特点是弹性和粘性较好，温度敏感性小，但流动性和塑性较差，开裂后自行愈合的能力较差，低温变形能力差。故特别易于冬天形成较多的裂缝。,基础知识,6.1.2 沥青的主要性质及其测试方法,1. 石油沥青的主要性质及其测试方法,2. 石油沥青的技术要求,3. 其他沥青的主要性质,1. 石油沥青的主要性质及其测试方
6、法,(1)粘滞性 粘滞性是指沥青材料在外力作用下沥青粒子产生相互位移的抵抗变形的能力。它是沥青材料最为重要的性质。,(2)延性和脆性 沥青的延性是指当其受到外力的拉伸作用时，所能承受的塑性变形的总能力，通常是用延度作为条件指标来表征。沥青材料在低温下，受到瞬时荷载时，常表现为脆性破坏。,(3)温度敏感性 温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能，是沥青的重要指标之一。,(4)大气稳定性 大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗老化的性能。,粘滞性,延性和脆性,温度敏感性,2. 石油沥青的技术要求,石油沥青按用途分为建筑石油沥青、道路石油沥青、防水防
7、潮石油沥青和普通石油沥青。石油沥青的牌号主要根据针入度、延度和软化点等指标划分，并以针入度值表示。同一品种的石油沥青材料，牌号越高，则粘性越小，针入度越大，塑性越好，延度越大，温度敏感性越大，软化点越低。,3. 其他沥青的主要性质,(1)煤沥青 煤沥青是由煤干馏得到的煤焦油再经蒸馏加工制成的沥青。煤沥青与石油沥青相比，在技术性质上有下列差异：温度稳定性较低，与矿质集料的粘附性较好，气候稳定性较差，以及含对人体有害成分较多、臭味较重。 (2)乳化沥青 乳化沥青是石油沥青或煤沥青在乳化剂、稳定剂的作用下经乳化加工制得的均匀的沥青产品，也称沥青乳液。乳化沥青施工不需加热，可冷态施工,避免了劳动操作人
8、员受沥青挥发物的毒害。,观察与讨论,6.1.2 沥青的主要性质及其测试方法,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。,建筑石油沥青的选用,工程实例分析,6.1.2 沥青的主要性质及其测试方法,沥青长时间加热与保温,某施工队熬制石油沥青准备做地下防水，由于沥
9、青碎块的平均尺寸为20 cm，工程量较大，因此加热的时间较长，保温的时间亦较长。施工后发现其效果不够理想，特别是沥青的塑性明显下降。,沥青长时间加热与保温,沥青与其他有机物类同，与空气接触会逐渐氧化，沥青中的极性含氧基团逐渐联结成高分子的胶团，形成更大更复杂的分子，使沥青硬化，降低柔韧性。温度越高，时间越长，氧化越快。当温度在100以上时，每增加10，氧化率约提高1倍，且使一些组分蒸发。为此，熬制沥青应先将其破碎为10 cm以下的碎块，缩短熬制时间，且熬好后尽可能于8 h内用完。若用不完，应与新熬材料混合使用，必要时作性能检查。,基础知识,6.1.3 沥青的掺配、改性及主要沥青制品,1. 沥青
10、的掺配,2. 改性沥青,4. 沥青制品,3. 乳化沥青,1. 沥青的掺配,在工程中，往往一种牌号的沥青不能满足工程要求，因此常常需要用不同牌号的沥青进行掺配。在进行掺配时，为了不使掺配后的沥青胶体结构破坏，应选用表面张力相近和化学性质相似的沥青。试验证明同产源的沥青容易保证掺配后的沥青胶体结构的均匀性。所谓同产源是指同属石油沥青或同属于煤沥青。,2. 改性沥青,掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉，或者其他材料等外掺剂（改性剂）制成的沥青结合料，从而使沥青或沥青混合料的性能得以改善。此称为改性沥青。 （1）橡胶改性沥青。橡胶与沥青有较好的混溶性。沥青中掺入一定量橡胶后，可改善其
11、耐热性、耐候性等。 （2）树脂改性沥青。树脂改性沥青，可以改进沥青的耐寒性、耐热性、粘结性和不透气性。 （3）橡胶和树脂改性沥青。橡胶和树脂同时用于沥青改性，可使沥青同时具有橡胶和树脂的特性。 （4）矿物填充料改性沥青。矿物填充料改性沥青可提高沥青的粘结能力、耐热性，减小沥青的温度敏感性。常用的矿物填充料大多是粉状或纤维状矿物，主要有滑石粉、石灰石粉、硅藻土、石棉和云母粉等。,3.乳化沥青,石油沥青与水在乳化剂、稳定剂等的作用下，经乳化加工制得的均匀沥青产品，也称沥青乳液。 乳化沥青具有许多优越性： 1）冷态施工节约能源。乳化沥青可以冷态施工，现场无需加热设备，扣除制备乳化沥青所消耗的能源后，
12、仍然可以节约大量能源。2）施工便利且节约沥青。由于乳化沥青粘度低、和易性好，施工方便，可节约劳力。采用乳化沥青施工还可延长施工的季节时间。此外，由于乳化沥青在集料表面形成的沥青膜较薄，不仅提高沥青与集料的粘附性，而且可以节约沥青用量。3）保护环境，保障健康。乳化沥青施工不需加热，利于环保，也避免了劳动操作人员受沥青挥发物的毒害。4）提高道路质量。例如做粘层时，洒布更均匀;做贯入式路面时，增大贯入深度。,4. 沥青制品,(1)冷底子油 冷底子油是用稀释剂（汽油、柴油、煤油、苯等）对沥青进行稀释的产物。它多在常温下用于防水工程的底层，故称冷底子油。 (2)沥青胶 沥青胶属于矿物填充料改性沥青，是在
13、沥青中掺入适量的粉状或纤维状矿物填充料经均匀混合而制成，又称沥青玛蹄脂。 沥青胶有热用和冷用两种。,观察与讨论,6.1.3 沥青的掺配、改性及主要沥青制品,改性剂对改性沥青性能影响,在石油沥青中用两种不同的方法掺入等量聚丙烯改性剂制成两种改性沥青A、B。两种改性沥青的性能对比如下表所示。请观察A、B两种改性沥青的扫描电镜图，讨论为何有此性能差异。,A、B两种改性沥青的扫描电镜图,两种改性沥青性能的比较,讨论,改性剂对改性沥青性能影响,从扫描电镜图可见，A沥青中的改性剂颗粒较大，而B沥青改性剂的分布较均匀，故性能较好。这就是造成性能差异的主因。为此，改性剂均匀地掺入沥青中是改性沥青达到理想效果的
14、关键之一。,工程实例分析,6.1.3 沥青的掺配、改性及主要沥青制品,液体石油沥青的配制与性能,液体石油沥青粘度小，流动性好，涂刷在混凝土、砂浆或木材等基面上，能很快渗入基层孔隙，待溶剂挥发后，便与基面牢固结合。一方面使基面呈憎水性，另一方面有利于粘结同类防水材料。它于常温下使用，作为防水工程的底层，故也称冷底子油。某施工队用煤油和含蜡较高的沥青配制液体石油沥青，涂后发现其粘结性甚差。,配制液体石油沥青不能使用高蜡沥青，石蜡既不易凝固，又不易熔化为液体。石蜡含量越高，沥青的粘结力越差。还需说明的是，亦不宜使用高软化点的沥青配液体石油沥青。因沥青的软化点高，则在溶剂中不易溶化，熔融温度亦较高，调
15、配时不安全。,液体石油沥青的配制与性能,6.2 沥青混合料,6.2.3 沥青混合料配合比设计,6.2.1 沥青混合料的组成结构及其对性能的影响,6.2.2 沥青混合料的技术性质,基础知识,6.2.1 沥青混合料的组成结构及其对性能的影响,1. 沥青混合料的定义与分类,2. 沥青混合料的组成材料,3. 沥青混合料的结构,4. 沥青混合料强度的影响因素,1. 沥青混合料的定义与分类,沥青混合料是由矿料与沥青结合料拌和而成的混合料的总称。工程上最常用的沥青混合料有两类： (1)沥青混凝土混合料是由适当比例的粗集料、细集料及填料组成的符合规定级配的矿料，与沥青结合料拌和而制成的符合技术标准的沥青混合料
16、(以AC表示，采用圆孔筛时用LH表示)。 (2)沥青碎石混合料是由适当比例的粗集料、细集料及填料(或不加填料)与沥青拌和的沥青混合料(以AM表示)。 沥青混合料还可以按其它方式分类。,2. 沥青混合料的组成材料,沥青混合料的组成材料包括沥青和矿料。矿料包括粗集料、细集料和填料。 (1) 沥青材料 沥青路面的沥青材料可根据交通量、气候条件、施工方法、沥青面层类型、材料来源等情况选用。改性沥青应经过试验论证取得经验后使用。 (2) 粗集料 粗集料是经加工（轧碎、筛分）而成的粒径大于2.36mm的碎石、破碎砾石（由砾石经碎石机破碎加工而成的具有一个以上破碎面的石料）、筛选砾石、矿渣等集料。粗集料应清洁、干燥、无风化、无杂质，具有足够的强度和耐磨性。粗集料的颗粒应成立方形，且富有棱角。 (3) 细集料 用于配制沥青混合料的细集料的粒径比水泥混凝土的细集料更细，要求粒径小于2.36mm。它们包括天然砂、机制砂及石屑等. (4) 填料 填料是指在沥青混合料中起填充作用的粒径小于0.07
