沥青及沥青混合料.ppt

,6 沥青及沥青混合料,沥青材料是一种有机胶凝材料，是由高分子碳氢化合物及其非金属（氧、氮、硫）衍生物组成的复杂混合物。,在常温下沥青呈黑色或深褐色的固体、半固体或液体状态。不溶于水，能够溶于二硫化碳、氯仿、苯等多种有机溶剂。,在土木工程中主要用于生产防水材料和铺筑沥青路面。,一 定 义,二、分类,地 沥 青,焦 油 沥 青,石油沥青,天然沥青,煤沥青,页岩沥青,石油原油分馏后的残渣加工制成的，其成分和性能取决于原油的成分与性能。,由地表或岩石中直接采集、提炼加工后得到的沥青,由煤焦油蒸馏后的残留物制取的沥青,由页岩焦油蒸馏后的残留物制取的沥青。,三、特点及应用,不透水性,耐腐蚀性,良好黏结性,良好塑性,特 点：,防水工程 防腐工程 道路工程,应用：,三、特点及应用,6 沥青及沥青混合料, 分类 按加工方法：直馏沥青、氧化沥青、溶剂沥青 按原油成分：多蜡沥青、沥青基沥青、混合基沥青 按用途不同：道路石油沥青；建筑石油沥青；普通 石油沥青,6.1 石油沥青,另外，石油沥青中还含有2-3%的沥青碳和似碳物，能够降低沥青的黏结力。,6.1.1 石油沥青的组分,2019/11/1,9,石蜡对沥青路用性能的影响,高温时会使沥青发软、导致沥青路面高温稳定性降低，出现车辙； 低温会使沥青变得脆硬，导致路面低温抗裂性能降低，出现裂缝； 会使沥青石料间的黏附力降低，有水的条件下会使路面石子产生剥落现象，造成破坏； 降低路面的抗滑性能，影响行车安全 我国规定含蜡量不大于3,6.1.1 石油沥青的组分,在石油沥青中，油分和树脂可以互溶，树脂可以浸润地沥青质，在地沥青质表面形成树脂薄膜。 其结构是以地沥青质为核心，周围吸附部分树脂和油分，构成溶团，无数溶团分散在油分中形成胶体结构。,6.1.2 石油沥青的胶体结构,沥青中的油分和树脂可以互溶，而只有树脂才能浸润地沥青质。由于三大组分含量的变化，使石油沥青具有三种结构。,溶胶结构,溶胶-凝胶结构,凝胶结构,6.1.2 石油沥青的胶体结构,溶胶结构,地沥青较少时，油分及树脂含量较多，地沥青质在胶体结构中运动较为自由。 特点：粘性小，流动性大，塑性好，但温度稳定性差。,6.1.2 石油沥青的胶体结构,凝胶结构,当地沥青含量增多，油分和树脂相对较少时，胶团相互吸引力增大，相互移动较困难，地沥青质成为不规则网状的凝胶结构。 特点：弹性和粘性较高，温度稳定性较好，流动性、塑性差。,6.1.2 石油沥青的胶体结构,溶胶-凝胶结构,地沥青含量少于凝胶结构，又含适量的油分和树脂，它们组成的胶团之间有一定的吸引力。在常温下结构和性质介于以上两者之间。高温时具有较低的感温性，低温时具有较好的变形能力。 大多数优质沥青属于溶胶-凝胶结构，常温下粘稠的石油沥青即为此结构。,6.1.2 石油沥青的胶体结构,防水性 粘 性 塑 性 温度敏感性 大气稳定性,6.1.2 石油沥青的技术性质,石油沥青是憎水材料，几乎完全不溶于水，而且本身构造致密，加之与矿物材料有很好的黏结力，能紧密黏附于矿物材料表面。,它还具有一定的塑性，能适应材料与构件的变形，所以具有良好的防水性。,1,6.1.2 石油沥青的技术性质,石油沥青是憎水材料，几乎完全不溶于水，而且本身构造致密，加之与矿物材料有很好的黏结力，能紧密黏附于矿物材料表面。,它还具有一定的塑性，能适应材料与构件的变形，所以具有良好的防水性。,2,6.1.2 石油沥青的技术性质,粘滞度测定液体沥青,针入度测定固体沥青,以1/10mm为单位,6.1.2 石油沥青的技术性质,2,用“粘滞度或针入度”表示,石油沥青按针入度划分牌号,道路石油沥青,普通石油沥青含较多的有害组分蜡，温度敏感性大，建筑工程上不宜直接使用,6.1.2 石油沥青的技术性质,石油沥青牌号的简易鉴别,6.1.2 石油沥青的技术性质,石油沥青延度测定示意图,延度值越大，表示沥青塑性越好。 塑性与组分和温度有关。组分中含树脂较多时，塑性好。温度高，塑性大。 沥青的塑性对冲击振动荷载有一定的吸收能力，并能减少磨擦时的噪声，故常用于道路路面材料。,6.1.2 石油沥青的技术性质,3,用“延度”表示,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。 沥青软化点一般采用环与球法测定。一般建筑石油沥青软化点70；低温敏感性用脆点表示。 通常地沥青质含量较高时，温度敏感性减小。工程上往往加入滑石粉、石灰石粉或其它矿物填料来减小石油沥青的温度敏感性。,软化点测定,6.1.2 石油沥青的技术性质,用“软化点”表示,4,6.1.2 石油沥青的技术性质,5,“蒸发损失百分率”和“蒸发后针入度比”（蒸发条件1605h）来评定。,热、阳光、氧气和潮湿等多因素长期作用下，石油沥青中 “油分树脂地沥青质”转变， 石油沥青流动性和塑性逐渐减小、硬脆性逐渐增大。,这个过程称为石油沥青的“老化”。 大气稳定性即为沥青抵抗老化的性能。,“蒸发损失百分率愈小”或“蒸发后针入度比愈大”，则其大气稳定性愈好,6.1.2 石油沥青的技术性质,6,溶解度 是指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或苯中溶解的百分率。,闪点 指加热沥青至挥发出的可燃气体和空气的混合物，在规定条件下与火焰接触，初次闪火时的温度。,燃点 指加热沥青产生的气体和空气的混合物，与火焰接触能够持续燃烧5秒以上时的温度。,6.1.4 石油沥青的技术标准及选用,建筑石油沥青,针入度较小（粘性较大） 软化点较高（耐热性较好） 延伸度较小（塑性较小）,因沥青屋面的表面温度可以比当地最高温度高25-30度。所以选择沥青牌号时，软化点要比 本地屋面最高温度高20。,6.1.4 石油沥青的技术标准及选用,道路石油沥青,重交通道路石油沥青主要用于 高速公路、一级公路路面、机场道面以及重要的城市道路路面。,相对于建筑石油沥青：针入度大，延度大，软化点低。,6.1.4 石油沥青的技术标准及选用,沥青的掺配,Q2=100-Q1 Q1较软沥青用量，%； Q2较硬沥青用量，%； T要求配制沥青的软化点，； T1较软沥青的软化点，； T2较硬沥青的软化点，；,6 沥青及沥青混合料,煤沥青,煤沥青的特点： 温度敏感性较大，夏天易软化流淌； 大气稳定性差； 塑性较差，易变形而开裂，含较多的游离碳； 含蒽、酚等油有毒性和臭味，可作木材的防腐处理； 与矿料表面粘结较好。,烟煤干馏时所挥发的物质冷凝为煤焦油，煤焦油经分馏加工，提出各种油质后的产品即为煤沥青。煤沥青与石油沥青成分不同。,6 沥青及沥青混合料,改性沥青,氧化改性沥青,矿物填充料改性沥青,聚合物改性沥青,通过氧化作用和聚合作用，使沥青分子变大，提高沥青的粘度和软化点。建筑工程中使用的沥青均为氧化（改性）沥青。,橡胶和树脂改性,橡胶改性,树脂改性,提高沥青的粘结能力和耐热性，降低沥青的温度敏感性。主要矿物填充料有：滑石粉、石灰石粉、硅藻土和石棉等，掺量20-40%。,树脂改性沥青,改进沥青的耐寒性、耐热性、粘结性和不透气性。 树脂与石油沥青的相容性较差，常用树脂有：聚乙烯、无规聚丙烯（APP）、古马隆树脂等。,橡胶改性沥青,橡胶与沥青有很好的相溶性，并能使沥青具有橡胶的很多优点，如高温变形性小、低温柔性好等。 所用橡胶有天然橡胶、合成橡胶（氯丁橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、SBS橡胶等）、废旧橡胶。 使用不同品种的橡胶掺入的量与方法不同，形成的改性沥青性能也不同。,橡胶和树脂改性沥青（橡树改性沥青）,沥青、橡胶、树脂三者混溶，兼有橡胶和树脂的特性，可获得优良的性能。,6.3.4 矿物填充料,改性沥青为了提高沥青的粘结能力和耐热性，降低沥青的温度敏感性，经常加入一定数量的矿物填充料。,矿物填充料的品种： 滑石粉 石灰石粉 硅藻土 石棉等,6.3.4 矿物填充料,矿物填充料的作用机理：,沥青与矿粉相互作用的结构图式 1自由沥青；2结构沥青 3钙质薄膜；4矿粉颗粒,6 沥青及沥青混合料,6.4 沥青混合料的组成与性质,沥青混合料是一种粘弹塑性材料，具有良好的力学性能，一定的高温稳定性和低温柔性，修筑路面不需设置接缝，行车较舒适。,沥青混合料是由矿料(粗集料、细集料和填料)与沥青拌和而成的混合料。,6.4.2 沥青混合料的结构,沥青混合料是由沥青、粗细集料和矿粉按一定比例拌和而成的一种复合材料。按矿质骨架的结构状况，其组成结构分为以下三个类型。,(a)悬浮密实结构；(b)骨架空隙结构； (c)骨架密实结构,6.4.3 沥青混合料的技术性质,耐久性,高温稳定性,低温抗裂性,抗滑性,在车轮引起的垂直力和水平力的综合作用下，能抵抗高温的作用，保持稳定而不产生车辙和波浪等破坏现象。,当温度较低时，沥青混合料表现为弹性性质，变形能力大大降低。,沥青混合料的耐久性与组成材料的性质和配合比有密切关系。,采取适当增大集料粒径、减少沥青用量及控制沥青的含蜡量等措施，均可提高路面的抗滑性。,施工和易性,从混合料的材料性质看，影响施工和易性的是混合料的级配和沥青用量。,马歇尔实验、车辙实验,6 沥青及沥青混合料,6.5 沥青混合料的配合比设计,1.确定工程设计级配范围,2.材料选择与准备,3.矿料配合比设计,4.马歇尔试验,5.确定最佳沥青用量,6.5 沥青混合料的配合比设计,确定工程设计级配范围,按JTG F