沥青及沥青混合料-2.ppt

第七章沥青及沥青混合材料 2 54 概述 复杂的高分子的碳氢化合物及其非金属 氧 硫 氮 的衍生物所组成的混合物黑色 黑褐色 固态 半固态或液态性质 黏结性 有机胶凝材料 憎水性 塑性 耐腐蚀用途 路面 屋面 防水 耐腐蚀等工程材料 一 沥青 3 54 二 沥青的种类 沥青 天然沥青 地沥青 石油沥青 焦油沥青 煤沥青木沥青页岩沥青 工程上使用的沥青材料主要为石油沥青和煤沥青 石油沥青的技术性质优于煤沥青 故应用最广 石油沥青 用石油炼制其它油品后的残渣加工而得到的产品 煤沥青 俗称柏油 由煤干馏所得的煤焦油 经再加工后得到的沥青 4 54 三 本章学习要求 1 掌握石油沥青主要技术性质和使用 了解石油沥青的标号划分以及测定主要技术性质的常用方法2 了解水工沥青混凝土及配合比设计方法 5 54 第一节石油沥青 6 54 基本概念 1 定义石油沥青是石油 原油 经蒸馏等方法提炼出各种轻质油 如汽油 煤油 柴油等 及润滑油以后的残留物 或经再加工而得的产品 7 54 2 石油沥青的生产过程及特点 1 将石油沥青经常压蒸馏和减压蒸馏后 在蒸馏塔底所剩的黑色黏稠物称为渣油 当渣油技术性质能达到某标号沥青的要求 即得到直馏沥青 2 渣油经过再减压蒸馏工艺 进一步提出各种重质油品 可得到不同稠度的直馏沥青 3 渣油经过不同深度的氧化后 可以得到不同稠度的氧化沥青或半氧化沥青 4 将渣油用溶剂法处理 使蜡质溶解 沥青脱出 称为溶剂沥青 8 54 一 石油沥青的组成与结构 1 石油沥青的组成组成元素碳 80 87 氢 10 15 少量的氧 硫 氮等元素 5 2 主要组分将沥青分离为物理化学性质相近 而且与沥青性质又有一定联系的几个组 这些组称为组分 沥青中主要组分 油分 树脂 沥青脂胶 沥青质 地沥青质 9 54 表7 1石油沥青的组分及特性 10 54 沥青中的蜡 降低沥青高温稳定性 使沥青高温时出现车辙或流淌降低低温抗裂性 使沥青低温时变脆硬使沥青与石料黏附性降低 使路面石子产生剥落使沥青路面抗滑性降低 影响路面行车安全 11 54 溶 凝胶型结构 黏性小 流动性大 高温稳定性差 黏性大 塑性差 高温稳定性较好 大部分优质道路沥青均配成溶 凝胶型结构 具有黏弹性和触变性 故亦称弹性溶胶 2 石油沥青的 胶体 结构 溶胶型结构 凝胶型结构 12 54 二 石油沥青的技术性质 黏滞性 黏稠性 耐热性温度稳定性塑性耐久性其它技术指标 13 54 1 黏滞性 l黏滞性是指沥青材料抵抗外力作用下发生黏性变形的能力l沥青质含量越多 沥青的黏滞性越高 其黏结性越好l在施工拌和中 黏滞性高 不易拌和均匀 因此 施工时常用加热或掺入溶剂的方法降低沥青的黏滞性 14 54 黏滞性的评定 针入度是目前我国黏稠石油沥青的分级指标 液体石油沥青 黏滞度 标准黏度 固体 半固体沥青 针入度 针入度越大 黏性越小 时间越长 黏性越大 15 54 2 耐热性 l耐热性是指黏稠沥青在高温下不软化 不流淌的性能 可用软化点 t软 表示l软化点是沥青达到特定黏性流动状态时的温度 试验证明沥青在软化点温度下的针入度值约为800 l软化点越高 沥青的耐热性越好l沥青材料的软化点应与环境温度相适应 16 54 3 5g 沥青软化点越高 沥青的温度稳定性越好 可加入滑石粉 石灰石粉或其它矿物填料减少沥青的温度敏感性 加热速度5 min 17 54 3温度稳定性 温度稳定性是指沥青的黏度受温度变化影响的程度 温度稳定性差的沥青 对温度变化的反应敏感 较小的温度变化就可能使沥青黏度出现较大的变化沥青材料从固态转变为液态的温度间隔越大 沥青的温度稳定性越好 由于沥青材料的变态稳定间隔通常随软化点提高而增大 温度稳定性也相应提高 所以软化点也是反映沥青材料温度稳定性的一个指标 软化点越高 温度稳定性越好 18 54 针入度指数 P I 沥青针入度的对数与温度呈直线关系 直线斜率表示沥青黏度对温度的变化率 斜率越大 温度稳定性越差 可用斜率作为沥青温度稳定性的评价指标 称为针入度 温度感应系数 A 针入度指数 19 54 受外力作用 变形但不破坏 外力除去 变形保持塑性小的沥青 低温下易开裂 塑性大的沥青 不易开裂 且具有自愈性 防水性也好用延度表示 字形标准试件 中间最小截面面积为1cm2 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 试验温度有0 15 25 拉伸速度有10mm min 50mm min 4 塑性 延性 20 54 5 耐久性 l沥青的耐久性称为抗老化性 或大气稳定性 耐候性l老化 沥青在施工过程高温加热和使用过程中空气 阳光 气温和风雨冰冻作用 内部发生物理化学作用 导致塑性降低 脆性增加 性能不断恶化 逐步失去使用功能的过程l石油沥青的抗老化性以163 1 加热5h后的蒸发损失和蒸发后针入度比来评定 21 54 蒸发损失 蒸发损失重量占原重量的百分数l蒸发后针入度比 蒸发后针入度占原针入度的百分比l蒸发损失愈小和蒸发后针入度比愈大 则表示大气稳定性愈高 老化愈慢 22 54 6 其它技术指标 l脆点 温度下降过程中 沥青材料由粘塑性状态转变为弹脆性状态的温度l溶解度 沥青可溶于苯 四氯化碳 三氯甲烷等有机溶剂 若过热 局部过分氧化 可能生成不溶于上述溶剂的碳氢质和油焦质l闪点和燃点 闪点一般在240 330 燃点比闪点高3 6 23 54 三 石油沥青的技术标准 我国石油沥青产品主要分为 三类 l道路沥青类l建筑沥青类l普通沥青是土建及水利工程中应用的主要沥青产品三类石油沥青都是按针入度指标来划分标号的 每个标号还应保证相应的延度和软化点针入度 软化点和延伸度三个指标是确定试验沥青牌号的主要依据 常被称为沥青的三大技术指标 24 54 1 道路石油沥青 道路石油沥青有七个标号 标号越高 黏性越小 即针入度越大 塑性越好 即延度越大 温度敏感性越大 即软化点越低 l主要用于道路路面或车间地面等工程 一般拌制成沥青混凝土或沥青砂浆等拌和料使用l还可作密封材料和黏结剂以及沥青涂料等 此时一般选用黏性较大和软化点较高的沥青 如A一60甲 25 54 2 建筑石油沥青 l建筑石油沥青针入度较小 黏性较大 软化点较高 耐热性较好 但延伸度较小 塑性较小 l主要用于制造油纸 油毡 防水涂料和沥青嵌缝油膏等 它们绝大部分用于屋面及地下防水 沟槽防水及管道防腐蚀等工程 26 54 3 普通石油沥青 l普通石油沥青含有害成分的蜡较多 一般含量大于5 有的高达20 以上 故又称多蜡石油沥青l由于含有较多的蜡 针入度较大 即黏性较小 塑性较差 故在建筑工程上不宜直接使用 27 54 四 沥青材料的掺配 T2 T T1 0Q100 当石油沥青的针入度或软化点不能满足工程要求时 可用不同标号沥青进行掺配进行掺配时 应选用表面张力相近和化学性质相似的沥青 同产源的沥青 28 54 五 沥青材料使用的注意事项 l沥青在贮运中 应分别堆放 避开热源 防止砂 土等杂质和水分混入l沥青材料加热温度不能过高 加热时间不能过长 避免反复加热l沥青材料是易燃物质 高温操作施工应注意安全防火及火灾事故发生l煤沥青略具毒性 施工中应遵守劳动保护规程 防止中毒事故 29 54 第二节沥青混合料 30 54 1 定义 以沥青为胶凝材料 并与级配合适的矿物质材料拌和配制成沥青混合料 经铺筑 成型后则成为沥青混凝土矿物质材料又称为矿料 包括 l粗集料 粒径大于2 5mm的矿料l细集料 粒径2 5 0 075mm的矿料l填料 粒径小于0 075mm 或0 08mm 的矿料 31 54 2 分类 1 按所用矿料的最大粒径分l粗粒式 矿料最大料径为35mm或30mml中粒式 矿料最大料径为25mm或20mml细粒式 矿料最大料径为15mm或10mml砂粒式 矿料最大料径为5mm水工沥青混凝土矿料多选择Dmax 15 25mm 即细粒式和中粒式 32 54 2 按密实程度分 l密级配 沥青混凝土的孔隙率小于5 主要用作防渗层材料l开级配 沥青混凝土的孔隙率大于5 主要用作整平胶结层材料l沥青碎石 沥青碎石的孔隙率大于15 渗透性强 主要用作排水层材料 33 54 3 按施工方法分 l碾压式 沥青混凝土须用碾压机械压实l浇筑式 沥青混凝土具有大的流动性 混合料在自重作用下可自行密实碾压式和浇筑式沥青混凝土在防渗墙工程中均被采用 34 54 4 按施工温度分 l热铺沥青混凝土 将材料加热后 在高温下进行拌和 摊铺和压实l冷铺沥青混凝土 采用稀释沥青或乳化沥青配制 可在常温下施工 35 54 沥青混凝土混合料 36 54 沥青碎石混合料 37 54 一 水工沥青混凝土组成材料 1 石油沥青应根据气候条件 建筑物工作条件 沥青混凝土种类和施工方法等来选择沥青材料 l气候炎热地区 受荷载较大的建筑物 细粒或砂粒混合料 应选用标号较低的沥青 反之选用标号较高的沥青l较重要的工程宜采用AH 70或AH 90重交通道路石油沥青l封闭层宜采用A 50沥青l浇筑式沥青混凝土工程 温和地区宜用A 60甲 寒冷地区宜用A 100甲 均需通过试验和技术经济论证 38 54 2 矿料 粗 细骨料 沥青混凝土矿料应质地坚硬 密实 清洁 不含过量的有害杂质 级配良好 与沥青材料有较好的黏结性 39 54 3 掺料 掺料是为了改善沥青混凝土的某些技术性质而掺入的材料l为了提高矿料与沥青的黏附性 增强抗剥离的能力 可掺入消石灰 水泥l为了提高沥青混凝土的耐热性和低温抗裂能力 可掺入橡胶或合成高分子材料l为了提高沥青混凝土的温度稳定性 可掺入石棉 40 54 二 水工沥青混凝土的技术性质 水工沥青混凝土的主要技术要求有抗渗性 稳定性 柔性 耐久性及施工和易性等1 抗掺性沥青混凝土抗渗性用渗透系数来评定防渗用密级配沥青混凝土的渗透系数一般为10 6 10 9mm s 排水层开级配沥青混凝土的渗透系数可达1 0 0 1mm s 41 54 沥青混凝土抗渗性可用沥青混凝土孔隙率来评定 当孔隙率小于4 时 渗透系数可小于10 6mm s沥青混凝土抗渗性还随所受压力的增加而增大 42 54 2 稳定性 l稳定性 指沥青混凝土在高温条件下及外荷长期作用下不发生严重变形或流淌的性质 又称为高温稳定性l沥青混凝土的稳定性可用高温抗压强度 热稳定性系数或斜坡流淌值及马歇尔试验来评定l常用马歇尔试验的稳定度和流值作为评定沥青混凝土稳定性指标 43 54 马歇尔试验 将 101 6mm 63 5mm的圆柱试件侧放在加荷压头内 使试件在试验机上以50 5mm min的变形速率加荷 试件破坏时达到的最大荷载即为稳定度 以N计 试件达到最大荷载时所发生的变形即为流值 以0 1mm计 44 54 l水工沥青混凝土用马歇尔试验对其配合比进行初步选择 并用马歇尔试验作为施工质量控制的主要方法l沥青混凝土的稳定性与原材料的性质及其配合比有关 为提高稳定性应选用软化点较高 温度稳定性较好的沥青 并选用级配良好的碱性岩石的碎石作骨料l温度升高时 沥青材料体积膨胀 膨胀的沥青会造成矿料颗粒间距增大 稳定性降低 当孔隙率大于2 时 可保证沥青混凝土具有较好的稳定性 45 54 3 柔性 柔性是指沥青混凝土 或砂浆 在自重或外力作用下 能适应变形而不产生裂缝的性能l柔性好的沥青混凝土 能适应变形而不易裂缝 即使产生裂缝 在高水头压力作用下裂缝也能自行封闭l沥青混凝土的柔性主要取决于沥青的性质和用量 矿质混合料的级配以及填充料与沥青用量的比值l为了提高沥青混合料的柔性 应选用针入度较大 低温延伸度较大的沥青 但沥青的软化点必须能保证耐热性的要求 46 54 4 耐久性 沥青混凝土耐久性指水饱和状态下沥青混凝土抗压强度 马歇尔稳定度不严重降低 用水稳定性系数和残留稳定度作为评定指标 水工沥青混凝土防渗层要求水稳定系数不小于0 85 耐久性合格的沥青混凝土 残留稳定度应不小于0 85 47 54 5 施工和易性 施工和易性指沥青混凝土在拌和 运输 摊铺及压实过程中具有与施工条件相适应 既保证质量又便于施工的性能 48 54 三 水工沥青混凝土配合比设计 设计任务 合理选材 初步选择配合比参数 通过试验 选出满足设计要求且经济合理的配合比两个参数 矿料级配和沥青用量 49 54 设计方法及基本步骤 1 矿料级配的确定 1 矿料设计级配的选定 2 矿料合成级配的确定用图解法 解析法 试算法等方法 确定各种矿料 粗 细骨料及矿物粉 的合成比例 使合成级配曲线与设计级配曲线尽量相近 50 54 2 配合比初选试验 1 沥青用量的初步选择沥青混凝土的配合比 通常以矿料总量为100 沥青用量按其占矿料总量的百分率计防渗层沥青混凝土中 沥青用量范围为7 5 9 0 现选择沥青用量为 7 5 8 0 8 5 9 0 51 54 2 马歇尔试验 将沥青用量为7 5 8 0 8 5 9 0 四种配合比的沥青混凝土进行马歇尔试验 并测定沥青混凝土的表观密度及孔隙率l设计要求的技术指标