长沙理工大学土木工程材料第八章

长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 1第 8章 沥 青长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 2本章主要内容 概述 石油沥青 液体石油沥青 乳化沥青 煤沥青 长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 3概 述1. 定义沥青 是由 高分子碳氢化合物及其非金属（氧、氮、硫等）衍生物组成的极其复杂的混合物 。在常温下，沥青呈黑色或黑褐色的固体、半固体或液体。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 42. 分类3. 应用： 广泛用于 路面工程、屋面或地下防水工程、防腐蚀工程等 。土木工程中 主要应用石油沥青 。 沥青地沥青焦油沥青天然沥青：由沥青湖或含有沥青的砂岩等提炼而得。石油沥青：由石油原油蒸馏后的残留物经加工而得。煤沥青：由煤焦油蒸馏后的残留物加工而得。页岩沥青：油页岩炼油工业的副产品。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 58.1 石油沥青石油原油经蒸馏提炼出各种轻质油（如汽油、煤油、柴油）及润滑油以后的残留物，或经再加工而得的产品。1. 石油沥青的组成通常从工程使用的角度出发，将沥青中化学成分和物理性质相近，并且具有某些共同特征的部分，划分为同一个组，称为组分。一般将石油沥青划分为三个组分：油分、树脂、沥青质。8.1.1 石油沥青的组成与结构长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 6石油沥青的主要组分特征和作用 组 分 碳 氢 比 性 质 与状 态 分子量 含量 作用油分 0.5 0.7浅黄 红 褐色液体，可溶于大部分溶 剂 ，密度 约 0.91 0.93 300 500 40% 60% 使 沥 青具有流 动 性树 脂 0.7 0.8黄黑色粘稠半固体，温度敏感性 强 ，密度 1.0以上 600 1000 15% 30%使 沥 青具有粘性和塑性沥 青 质 0.8 1.0深褐黑色固体 颗粒，加 热 不熔，不溶于溶 剂 ，密度大于 1 1000 10% 30%决定 沥 青的稳 定性长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 7（ 1）胶体结构的形成： 以沥青质为胶核，胶核表面吸附半固态的树脂形成胶团；由于树脂的胶溶作用，使胶团胶溶、分散于液态的油分中，形成稳定的胶体结构。2. 石油沥青的胶体结构长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 8（ 2）胶体结构的分类： 溶胶结构： 沥青质含量较少，油分和树脂含量较高，胶团外膜较厚，胶团之间相对运动较自由。性质：粘性小，流动性大，塑性好，温度稳定性较差。 凝胶结构： 沥青质含量较多而油分和树脂较少时，胶团外膜较薄，胶团靠近聚集，移动比较困难。性质： 弹性和粘结性较高，温度稳定性较好，但塑性较差。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 9a)溶胶结构 b) 溶 -凝胶结构 c)凝胶结构 溶 -凝胶结构： 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 。性质：介于二者之间。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 101. 粘滞性（简称粘性）（ 1）定义： 是反映沥青材料内部阻碍其相对流动的一种特性。它反映了沥青软硬、稀稠的程度。（ 2）指标： 标准粘度 （液体石油沥青）：在规定温度下，通过规定直径的孔流出 50cm沥青所需的时间 s。用符号 CT,d表示（ T为试验温度 ， d为孔径 mm)。8.1.2 石油沥青的技术性质长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 11 针入度 （ 固体或半固体沥青）：在规定温度下（ 25 ），以规定重量（ 100克）的标准针，在规定时间（ 5s） 内贯入试样中的深度（ 0.1mm为 1度）， 用 P（ 25 ， 100g， 5s） 表示。 针入度值越大，沥青越软，粘度越小。针入度是我国粘稠沥青标号划分的依据。如 ： 针入度在 80 100之间为 90号沥青。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 12（ 1）定义： 石油沥青在外力作用时产生变形而不破坏，除去外力后仍保持变形后形状的性质。（ 2）指标：延度。 把沥青试样制成 8字形标准试样，在规定拉伸速度（ 5cm/min） 和规定温度（ 10 、 15 ）下拉断时的长度，以 cm为单位。延度值越大，塑性越好。2. 塑性长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 133. 温度敏感性（ 1）定义： 是指石油沥青的粘性和塑性随温度升降而变化的性能。是评价沥青性质的重要指标之一。 （ 2）指标： 软化点： 沥青是高分子非晶态热塑性物质的混合物，没有固定的熔点。沥青材料从固态转变至粘流态有一定的间隔，因此，规定其中某一状态作为从固态转到粘流态的起点，相应的温度称为沥青软化点。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 14注意：初始温度 5采用环球法测定： 先把沥青试样浇入铜环内，冷却后放入 5 水中恒温至少 15min，然后取出放入中层板的圆孔中，套上定位环，放置一个钢球，以 5 /min的升温速度加热，使沥青软化下垂，当沥青下垂到与下底板接触时的温度（ ），即为沥青的软化点， 用 TR&B表示。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 15软化点越高，沥青的耐热性越好，温度敏感性越小。有研究表明，大部分沥青在软化点时的针入度值约为800。因此，可以认为软化点是一种人为的等粘温度。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 16 针入度指数： 根据大量试验结果，沥青针入度值的对数 lgP与温度 T具有线性关系。式中：A 针 入度 -温度敏感性系数， 表示沥青针入度随温度的变化率。K 为截距 （常数）。针入度 -温度感应性关系图 长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 17根据已知的针入度值 P（ 25 ， 100g， 5s） 和软化点 TR&B（ 假设软化点时的针入度值为 800）， 建立针入度 -温度敏感性系数 A的基本公式：针入度 -温度敏感性系数 A值为小数，使用不方便，普费等引入 PI值的概念，按下式计算：长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 18针入度指数的应用：（ 1） 针入度指数愈大，表示沥青对温度的敏感性越小。（ 2）划分沥青的胶体结构：PI -2者，属溶胶型沥青PI=-2 +2之间者，属溶 -凝胶型沥青PI +2者，属凝胶型沥青长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 19表征石油沥青的粘滞性、塑性和温度敏感性这三项性质的指标为：针入度、延度、软化点是评价粘稠石油沥青技术性质最常用的指标，被称为 石油沥青的三大指标。 石油沥青的三大指标长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 204. 大气稳定性（ 1）定义： 是指石油沥青在热、阳光、氧气、水等因素长期综合作用下抵抗老化的性能。 在大气因素的综合作用下，油分 树脂 沥青质。由于树脂向沥青质转化的速度远比油分变为树脂的速度快得多，因此，石油沥青随着使用时间的增长，树脂显著减少，沥青质显著增加。沥青的塑性降低，脆性增加。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 21（ 2）指标： 采用烘箱或薄膜烘箱试验或旋转薄膜加热试验（沥青试样在 163 条件下，加热 5h或 85min）， 以沥青试样在加热前后的质量变化率和残留针入度比来评价。质量变化率愈小，残留针入度比愈大，残留延度愈大，则表示沥青大气稳定性愈好，老化得越慢。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 225. 溶解度、闪点和燃点溶解度：石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳和苯中溶解的百分率。用以限制有害的不溶物的含量，不溶物会降低沥青的粘结性。 沥青使用时必须加热，为保证沥青安全加热和施工，沥青在使用前应检测闪点和燃点。闪点：沥青加热产生的气体和空气的混合物，在规定的条件下与火焰接触，初次产生蓝色闪光时沥青的温度。 燃点：若继续加热，产生的气体和空气的混合物，与火焰接触能持续燃烧 5s以上时沥青的温度。长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 231. 建筑石油沥青技术标准按针入度值划分为 40号、 30号和 10号三个标号，建筑石油沥青针入度较小，软化点较高，但延度较小。 屋面防水工程，主要考虑沥青的高温稳定性，宜选针入度较小的 10号沥青，对于地下防水工程，主要考虑沥青的耐老化性，宜选择 针入度较大的 40号沥青。 8.1.3 石油沥青的技术标准与选用长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 24建筑石油沥青技术标准 项 目 质 量指 标10号 30号 40号针 入度（ 25 ， 100g， 5s）（ 1/10mm） 10 25 26 35 36 50延度（ 25 ， 5cm/min）（ cm）不小于 1.5 2.5 3.5软 化点（ 环 球法）（ ） 不低于 95 75 60溶解度（三 氯 乙 烷 、三 氯 乙 烯 、四 氯化碳或苯）（ % ） 不小于99.5蒸 发损 失（ 163 ， 5h）（ % ） 不大于 1蒸 发 后 针 入度比（ % ） 不小于 65闪 点（开口）（ ） 不低于 230脆点， 报 告长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 25沥 青等 级 适用范 围A级沥 青 各个等 级 的公路，适用于任何 场 合和 层 次。B级沥 青 1.高速公路、一 级 公路 沥 青下面 层 及以下的 层 次，二 级 及二级以下公路的各个 层 次；2.用作改性 沥 青、乳化 沥 青、改性乳化 沥 青、稀 释沥 青的基质沥 青。C级沥 青 三 级 及三 级 以下公路的各个 层 次。2. 道路石油沥青的标准与选用道路石油沥青按照质量等级分为 A、 B、 C三个等级，各等级的石油沥青的适用范围见下表 。 道路石油沥青适用范围 长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 26道路石油沥青技术要求指 标 单位等级 沥 青 标 号160号130号 110号 90号 70号50号30号针 入度25 ,5s,100g0.1mm140200120140100 120 80 100 60 8040602040适用的气候分区 注 注2-12-23-21-11-21-32-22-31-31-42-22-32-41-4 注针 入度指数PIA -1.5 +1.0B -1.8 +1.0软 化点（ TR&B）不小于A 38 40 43 45 44 46 45 49 55B 36 39 42 43 42 44 43 46 53C 35 37 41 42 43 45 5060 动 力粘度不小于A 60 120 160 140 180 160 200 26010 延度不小于 cmA 50 50 40 45 30 20 30 20 20 15 25 20 15 15 10B 30 30 30 30 20 15 20 15 15 10 20 15 10 10 815 延度不小于 cmAB 100 80 50C 80 80 60 50 40 30 20长沙理工大学长沙理工大学Changsha University of Science & Technology道路建筑材料精品课程 27指 标 单位等级 沥 青 标 号160号130号 110号 90号 70号50号30号含蜡量(蒸 馏 法 )不大于%A 2.2B 3.0C 4.5闪 点不小于 230 245 260溶解度不小于 % 99.5密度（ 15）g/cm3 实测记录TFOT（或 RTFOT）后质 量 变 化不大于 % 0.8残留 针 入度比（ 25 ）不小于%A 48 54 55 57 61 63 65B 45 50 52 54 58 60 62C 40 45 48 50 54 58 60残留延度（ 10 ）不小于cm A 12 12 10 8 6 4 B 10 10 8 6 4 2 残留延度（ 15 ）不小于cm C 40 35 30 20 15 10 长沙理工大学长沙理工大