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1、Department of Civil Engineering11.2 11.2 改性沥青改性沥青一、改性物质的种类一、改性物质的种类 1. 1. 矿物填料矿物填料常用矿物填料：滑石粉、石灰石粉、硅藻土、石棉绒常用矿物填料：滑石粉、石灰石粉、硅藻土、石棉绒和云母粉等。和云母粉等。2. 2. 热塑性树脂热塑性树脂3. 3. 橡胶橡胶二、常用改性沥青二、常用改性沥青1.1.树脂改性沥青树脂改性沥青Department of Civil Engineering主要改性物质：主要改性物质：苯乙烯嵌段共聚物苯乙烯嵌段共聚物苯乙烯苯乙烯- -丁二烯丁二烯- -苯乙烯苯乙烯 styrene-butadien
2、e-styrene styrene-butadiene-styrene （SBSSBS）苯乙烯苯乙烯- -异戊二烯异戊二烯- -苯乙烯苯乙烯 styrene-isoprene-styrene styrene-isoprene-styrene （SISSIS）苯乙烯苯乙烯- -聚乙烯聚乙烯/ /丁基丁基- -苯乙烯苯乙烯 styrene-styrene-polyethelene/butyl-styrene polyethelene/butyl-styrene （SE/BSSE/BS） SBS SBS改性沥青是使用最多的改性沥青材料。工程实例：改性沥青是使用最多的改性沥青材料。工程实例：首都机场路
3、、八达岭高速等首都机场路、八达岭高速等特点：特点：高温稳定性好（软化点高），低温延度大，弹高温稳定性好（软化点高），低温延度大，弹性恢复性能好，抗老化，大气稳定性好。性恢复性能好，抗老化，大气稳定性好。Department of Civil Engineering另外：另外：聚乙烯（聚乙烯（PEPE），聚苯乙烯（），聚苯乙烯（PSPS） 无规聚丙烯无规聚丙烯 atactic polypropylene (APP) atactic polypropylene (APP) 等等 主要是增加高温稳定性，主要是增加高温稳定性，APPAPP改性沥青卷材广为使用。改性沥青卷材广为使用。 2. 2. 橡胶改
4、性沥青橡胶改性沥青改性材料：改性材料：丁苯橡胶丁苯橡胶styrene-butadiene rubber styrene-butadiene rubber （SBRSBR） 氯丁橡胶氯丁橡胶chloroprene rubberchloroprene rubber（CRCR）SBRSBR改性沥青特点：低温性能好，适合于寒冷气候条件改性沥青特点：低温性能好，适合于寒冷气候条件下的道路施工。工程实例：青藏公路下的道路施工。工程实例：青藏公路CRCR改性沥青用作煤沥青改性剂。改性沥青用作煤沥青改性剂。Department of Civil Engineering11.311.3乳化沥青乳化沥青一、概念一
5、、概念乳化沥青是指沥青均匀分散在乳化剂、稳定剂的水溶乳化沥青是指沥青均匀分散在乳化剂、稳定剂的水溶液中制得的稳定悬浮液。液中制得的稳定悬浮液。二、应用特点：二、应用特点：1.1.冷态施工冷态施工现场无需加热，简化施工，操作方便。现场无需加热，简化施工，操作方便。2.2.与温集料拌合，粘结能力强与温集料拌合，粘结能力强3.3.稳定性较差，保质期半年以内，稳定性较差，保质期半年以内，0 0度以上存放度以上存放4.4.用于筑路时，成型期较长。用于筑路时，成型期较长。Department of Civil Engineering三、组成及比例三、组成及比例1.1.沥青：沥青：55 % 55 % 70%
6、70%沥青形成乳液的难易程度沥青形成乳液的难易程度易乳化性。易乳化性。针入度较大易乳化；沥青酸含量超过针入度较大易乳化；沥青酸含量超过1%1%时易乳化时易乳化2.2.水水30%30%或以上；或以上；纯净水为宜，纯净水为宜，CaOCaO含量不大于含量不大于80mg/L80mg/L 3. 3.乳化剂有效成分占乳化沥青总量的乳化剂有效成分占乳化沥青总量的0.30.3乳化剂成分：乳化剂成分：木质素、十八烷基三甲基氯化胺、三乙木质素、十八烷基三甲基氯化胺、三乙烯四胺、三甲胺、妥尔油脂肪酸烯四胺、三甲胺、妥尔油脂肪酸； 掺入量占沥青量的掺入量占沥青量的0.6-0.8%0.6-0.8%4.4.稳定剂总量的稳
7、定剂总量的0.1-0.15%0.1-0.15%常用稳定剂：聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素常用稳定剂：聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素等。等。Department of Civil Engineering四、乳化沥青的制备四、乳化沥青的制备1.1.洁净洁净自来水自来水+ +乳化剂乳化剂加热，加热，温度：温度：55-7055-702.2.沥青沥青加热，加热，温度：温度：125-130125-1303.3.以既定比例掺以既定比例掺配配, ,一般沥青：水一般沥青：水6 6：）：）4.4.乳化机中乳化乳化机中乳化5.5.成品存放成品存放五、乳化沥青的分裂五、乳化沥青的分裂沥青从乳液中分离出来，形成
8、连续的沥青膜层。沥青从乳液中分离出来，形成连续的沥青膜层。分裂机理：分裂机理：1.1.水份的蒸发作用；水份的蒸发作用；2.2.集料的吸附作用；集料的吸附作用；3.3.机械激波作用。机械激波作用。Department of Civil Engineering 1. 1. 冷底子油；冷底子油； 2. 2. 乳化沥青；乳化沥青； 3030号或号或6060号沥青号沥青+ +乳化剂乳化剂 3. 3. 沥青玛沥青玛蹄脂（蹄脂（Asphalt mastic） 1010号或号或3030号沥青号沥青+ +粉状或纤维状填料粉状或纤维状填料 4. 4. 沥青防水油膏沥青防水油膏 沥青沥青+ +橡胶粉、桐油等橡胶粉、
9、桐油等 5. APP5. APP改性沥青防水卷材改性沥青防水卷材 6 SBS6 SBS改性沥青弹性密封膏改性沥青弹性密封膏 7. SBS7. SBS改性沥青防水卷材改性沥青防水卷材 8. 8. 自粘性改性沥青防水卷材自粘性改性沥青防水卷材11.411.4改性沥青防水材料改性沥青防水材料Department of Civil Engineering12 12 沥青混合料沥青混合料一、概述一、概述 1. 1. 定义定义 沥青混合料合理级配的矿质材料沥青混合料合理级配的矿质材料+ +沥青结合料沥青结合料 矿料粗骨料矿料粗骨料+ +细骨料细骨料+ +填料填料 2. 2. 沥青混合料的分类沥青混合料的分
10、类 1 1）按胶凝材料种类）按胶凝材料种类 （1 1）石油沥青混合料）石油沥青混合料 （2 2）煤沥青混合料）煤沥青混合料 （3 3）乳化沥青混合料）乳化沥青混合料 Department of Civil Engineering 2 2）按矿料最大粒径可分为以下几种）按矿料最大粒径可分为以下几种 （1 1）砂粒式）砂粒式 D=4.75mm D=37.5mmD=37.5mm 3 3）按矿料级配类型分类）按矿料级配类型分类 （1 1）连续级配）连续级配 如沥青混凝土混合料（如沥青混凝土混合料（ACAC） （2 2）间断级配）间断级配 如沥青玛蹄脂碎石如沥青玛蹄脂碎石 （SMASMA）stone m
11、astic stone mastic AsphaltAsphaltDepartment of Civil Engineering4 4、按连续级配密实度分、按连续级配密实度分（1 1）密级配沥青混合料）密级配沥青混合料 AC VV10% AC VV18% VV18% （4 4）间断级配沥青拌合料）间断级配沥青拌合料5 5、按施工温度分、按施工温度分（1 1）热拌热铺沥青混合料）热拌热铺沥青混合料（2 2）热拌冷铺沥青混合料）热拌冷铺沥青混合料（3 3）冷拌冷铺沥青混合料）冷拌冷铺沥青混合料Department of Civil Engineering沥青混合料的特点沥青混合料的特点1 1、良好
12、的力学性能：弹塑性，无需设置施工缝、伸缩缝，、良好的力学性能：弹塑性，无需设置施工缝、伸缩缝，路面平整且有弹性路面平整且有弹性2 2、良好的抗滑性能：平整且有一定的粗糙度，不反光，行、良好的抗滑性能：平整且有一定的粗糙度，不反光，行车安全车安全3 3、施工方便，速度快、施工方便，速度快4 4、可分期改造和再生利用、可分期改造和再生利用5 5、晴天无尘，雨天不泞，便于汽车高速行驶、晴天无尘，雨天不泞，便于汽车高速行驶 缺点：缺点： 1 1、老化，表层产生松散、龟裂、老化，表层产生松散、龟裂 2 2、温度稳定性差：高温软化，产生过分变形；低温脆化，产、温度稳定性差：高温软化，产生过分变形；低温脆化
13、，产生裂缝生裂缝Department of Civil Engineering二、沥青混合料的组成材料二、沥青混合料的组成材料1.1.粗集料粗集料碎石、破碎砾石、筛选砾石、矿渣、钢渣等。碎石、破碎砾石、筛选砾石、矿渣、钢渣等。质量及级配应符合质量及级配应符合JTG F40-2004JTG F40-2004要求。要求。粗集料特点：粗集料特点：1.1.增加了耐磨性要求；增加了耐磨性要求；2.2.级配特点：间断级配级配特点：间断级配2.2.细集料细集料天然砂，相关性能指标同普通混凝土天然砂，相关性能指标同普通混凝土3.3.矿粉矿粉石灰岩或其它岩石粉料。石灰岩或其它岩石粉料。作用：填料，节约沥青、提高
14、强度及耐高温能力。作用：填料，节约沥青、提高强度及耐高温能力。Department of Civil Engineering三、三、沥青混合料的组成结构一）结构理论：一）结构理论：1.1.表面理论：矿料形成矿质骨架，沥青胶结料分布在矿料表面理论：矿料形成矿质骨架，沥青胶结料分布在矿料表面起粘聚作用表面起粘聚作用 2.2.胶浆理论胶浆理论 多级网络分散体系多级网络分散体系n粗分散系：以粗集为为分散相，分散在沥青砂浆的介质粗分散系：以粗集为为分散相，分散在沥青砂浆的介质中中n细分散系：以细集料为分散相，分散在沥青胶浆中细分散系：以细集料为分散相，分散在沥青胶浆中n微分散系：矿填料分散相，分散在高稠
15、度的沥青介质中微分散系：矿填料分散相，分散在高稠度的沥青介质中Department of Civil Engineering3 3、沥青混合料组成结构类型、沥青混合料组成结构类型 1 1）悬浮）悬浮密实结构密实结构 连续级配，大颗粒以悬浮状态存在于小颗粒之间。连续级配，大颗粒以悬浮状态存在于小颗粒之间。 特点：粘聚力大，内摩阻角小，高温性差，是特点：粘聚力大，内摩阻角小，高温性差，是ACAC特有的特有的结构结构 Department of Civil Engineering3 3、沥青混合料组成结构类型、沥青混合料组成结构类型2 2）骨架）骨架空隙结构（空隙结构（AKAK）：）： 属于连续开级
16、配，粗集料紧密接触，且形成空隙。属于连续开级配，粗集料紧密接触，且形成空隙。 特点：空隙率大，耐久性差，沥青与矿料间的粘聚力差，特点：空隙率大，耐久性差，沥青与矿料间的粘聚力差，但热稳定性好，内摩阻力大但热稳定性好，内摩阻力大 Department of Civil Engineering3 3、沥青混合料组成结构类型、沥青混合料组成结构类型3 3）骨架）骨架密实结构（密实结构（SMASMA）：）： 一种理想结构，它既有一定的粗集料形成骨架，又一种理想结构，它既有一定的粗集料形成骨架，又有足够的细集料充填空隙，既有较高的粘聚力，又有较高的有足够的细集料充填空隙，既有较高的粘聚力，又有较高的内摩
17、阻角内摩阻角 Department of Civil Engineering二）沥青混合料的强度理论二）沥青混合料的强度理论 库伦理论库伦理论 设：材料受双向应力作用，沿某一斜面剪切破坏，破坏时设：材料受双向应力作用，沿某一斜面剪切破坏，破坏时的断面上的正应力和剪应力计算：的断面上的正应力和剪应力计算：消去Department of Civil Engineering沥青混合料的抗剪强度与沥青混合料的抗剪强度与内聚力内聚力c c，内摩擦力内摩擦力的正切的正切值、值、正应力正应力存在直线关系。存在直线关系。摩尔库仑包络线Department of Civil Engineering（三）影响沥青
18、混合料抗剪强度的因素（三）影响沥青混合料抗剪强度的因素1、沥青粘度、沥青粘度 通常沥青的粘度越高，沥青混合料的抗剪强度越高。通常沥青的粘度越高，沥青混合料的抗剪强度越高。 粘度升高粘度升高c升高升高；2. 矿质材料级配矿质材料级配 粒径大，粒径大，大；大； 不规则颗粒不规则颗粒, 大大 密级配：密级配：c c大，大，小小 开级配：开级配：c c小，小， 大大 间断级配：间断级配：c c大，大，大大Department of Civil Engineering3、沥青与矿料之间的吸附作用、沥青与矿料之间的吸附作用 沥青吸附于矿料（主要是矿粉料）的表面形成结构沥青吸附于矿料（主要是矿粉料）的表面形
19、成结构沥青。沥青。 结构沥青的强度的决定因素：表面状态和酸碱度。结构沥青的强度的决定因素：表面状态和酸碱度。 4、沥青与矿粉用量比例、沥青与矿粉用量比例 沥青用量过少：不足以包裹矿料表面沥青用量过少：不足以包裹矿料表面 增加沥青，形成结构沥青增加沥青，形成结构沥青 沥青用量过多：形成自由沥青沥青用量过多：形成自由沥青5. 温度和变形速率温度和变形速率 提高温度，强度降低；提高温度，强度降低； 变形速率加快，抗剪强度增大；变形速率加快，抗剪强度增大；Department of Civil Engineering（四）沥青混合料的技术性质（四）沥青混合料的技术性质1、高温稳定性、高温稳定性 指混合
20、料在高温（通常为指混合料在高温（通常为60）条件下，经车辆荷载长期重复）条件下，经车辆荷载长期重复作用后，不产生车辙和波浪等病害的性能作用后，不产生车辙和波浪等病害的性能评价方法：马歇尔稳定度试验评价方法：马歇尔稳定度试验Marshall 试验试验将混合料，击实成将混合料，击实成152.495.3mm 或或101.663.5mm 的圆柱形的圆柱形试件，试件，60 保温保温45min，然后把试件迅速卧放在弧形加荷头内，然后把试件迅速卧放在弧形加荷头内，以以50.5mmmin的速度加压。的速度加压。 试件达到破坏时的最大荷载即试件达到破坏时的最大荷载即稳定度，稳定度，MS（kN） 破坏时对应的压缩
21、变形量破坏时对应的压缩变形量流值，流值，FL (0.1mm)。马歇尔模数：马歇尔模数：Department of Civil Engineering影响高温稳定性的因素：影响高温稳定性的因素：1. 沥青的感温性；沥青的感温性； （软化点）（软化点）2.沥青用量；沥青用量；3.矿料级配矿料级配4. 沥青粘度；沥青粘度；Department of Civil Engineering2、低温抗裂性、低温抗裂性 混合料随温度降低，变形能力下降，路面由于低温而收缩以及行混合料随温度降低，变形能力下降，路面由于低温而收缩以及行车荷载的作用，在薄弱部位产生裂缝车荷载的作用，在薄弱部位产生裂缝 影响因素：影响
22、因素： 1）沥青感温性（脆点）；）沥青感温性（脆点）； 2）沥青粘度）沥青粘度3、耐久性、耐久性 指在长期的荷载作用和自然因素影响下，保持正常使用状态而指在长期的荷载作用和自然因素影响下，保持正常使用状态而不出现剥落和松散等损坏的能力不出现剥落和松散等损坏的能力 影响因素：沥青的化学性质、矿料的矿物成分、混合料的组成影响因素：沥青的化学性质、矿料的矿物成分、混合料的组成结构、混合料的空隙率结构、混合料的空隙率 控制指标：空隙率、饱和度（沥青填隙率）控制指标：空隙率、饱和度（沥青填隙率）Department of Civil Engineering4、抗滑性：、抗滑性： 影响因素：影响因素： 1
23、）矿质集料的微表面性质；）矿质集料的微表面性质； 2）混合料级配；）混合料级配； 3）沥青用量）沥青用量 4）含蜡量）含蜡量5、施工和易性、施工和易性 指混合料在施工过程中易于拌和、摊铺和压实的性能指混合料在施工过程中易于拌和、摊铺和压实的性能 影响因素：砂料级配、沥青品种及用量、施工环境条件等影响因素：砂料级配、沥青品种及用量、施工环境条件等Department of Civil Engineering三、沥青混合料配合比设计三、沥青混合料配合比设计Marshall 法配合比设计：法配合比设计：设计目标：设计目标：较高的密实度，较大的内摩擦角；较高的密实度，较大的内摩擦角；1. 矿质材料组成设计矿质材料组成设计 1）确定混合料类型）确定混合料类型 参照教材表参照教材表12-14 混合料编号：混合料编号：AC+骨料最大粒径骨料最大粒径 Department of Civil Engineering2）确定矿质材料级配范围）确定矿质材料级配范围 根据表根据表12-15 选择关键性筛孔通过率。选择关键性筛孔通过率。 通过筛分析，并与表通过筛分析，并与表12-16比较验证级配范围。比较验证级配范围。 计算各粒级颗粒用量；计算各粒级颗粒用量；2. 确定沥青用量确定沥青用量 考查指标：马歇尔稳定度考查指标：马歇尔稳定度FINAL
