第七章 沥青和沥青混合料

1 第七章沥青和沥青混合料 7 1沥青沥青分为地沥青和焦油沥青 其中地沥青分为天然沥青和石油沥青 焦油沥青分为煤沥青和页岩沥青 P156 7 1 1石油沥青一 来源 石油原油经蒸馏提炼出各种轻质油 如汽油 煤油 柴油等 后的残留物 或再经加工而得的产品 根据石油沥青的生产加工工艺不同 可分别制得蒸馏沥青 氧化沥青 溶剂沥青等 2 二 石油沥青的组成石油沥青划分为油分 树脂和地沥青质三个主要组分 不同组分对石油沥青性能的影响不同 油分赋予沥青流动性 树脂使沥青具有良好的塑性和粘结性 地沥青质则决定沥青的稳定性 包括耐热性 粘性和脆性 其含量愈多 软化点愈高 粘性愈大 愈硬脆 3 三 石油沥青的结构石油沥青的结构是以地沥青质为核心 周围吸附部分树脂和油分 构成胶团 无数胶团分散在油分中而形成胶体结构 当地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 这时沥青形成的胶体结构叫溶胶结构 具有溶胶结构的石油沥青粘性小 流动性大 温度稳定性较差 4 当地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 这时沥青形成的胶体结构叫凝胶结构 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 当地沥青质含量适当 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 这时沥青形成的胶体结构叫溶胶 凝胶结构 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 5 7 1 2石油沥青的技术性质一 粘滞性1 定义 石油沥青的粘滞性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 是划分沥青牌号的主要技术指标 2 表示液体石油沥青的粘滞性用标准粘度指标表示 它表征液体沥青在流动时的内部阻力 P158图7 2半固体或固体的石油沥青则用针入度指标表示 它反映石油沥青抵抗剪切变形的能力 P158图7 3 6 二 塑性1 定义 石油沥青的塑性是指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的形状不变的性质 2 表示石油沥青的塑性用延度表示 延度值越大 表示沥青塑性越好 P158图7 4沥青中油分和地沥青质含量适当 树脂含量越多 延度越大 塑性越好 温度升高 沥青的塑性随之增大 7 三 温度敏感性1 定义 温度敏感性 温度稳定性 是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能 2 指标 软化点 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 或某一规定状态 的起点 相应的温度称为沥青软化点 P159图7 5针入度指数 P159公式7 1 2 3 8 四 大气稳定性1 定义 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 2 原因 在大气因素 热 阳光 氧气和水分 的综合作用下 沥青中的低分子量组分会向高分子量组分逐步转化 发生递变 即油分 树脂 地沥青质 由于树脂向地沥青质转化的速度远比油分变为树脂的速度快得多 因此 石油沥青会随着使用时间的延长 树脂显著减少 地沥青质显著增加 沥青的塑性降低 脆性增加 亦即 老化 9 五 溶解度 闪点和燃点1 定义 溶解度是指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 如沥青碳或似碳物 含量 不溶物会降低沥青的粘结性 闪点也称闪火点 是指加热沥青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的沥青温度 若按规定继续加热至沥青试样表面发生燃烧火焰 并持续5s以上 此时的温度即为燃烧点 即燃点 10 7 1 3石油沥青的技术标准与选用一 建筑石油沥青的标准与选用1 建筑石油沥青 划分 按沥青针入度值划分为40号 30号和10号三个标号特点 建筑石油沥青针入度较小 软化点较高 但延度较小 用途 它们主要用于屋面及地下防水 沟槽防水与防腐 管道防腐蚀等工程 还可用于制作油毡 油纸 防水涂料和沥青玛蹄脂等建筑材料 11 二 道路石油沥青三种道路沥青的标号P161 7 1 4沥青的掺配及改性一 沥青的掺配定义 施工中 若采用一种沥青不能满足配制沥青所要求的软化点时 可用两种或三种沥青进行掺配 掺配要注意遵循同源原则 即同属石油沥青或同属煤沥青 或煤焦油 的才可掺配 12 二 氧化改性氧化也称吹制 是在250 300 高温下向残留沥青或渣油中吹入空气 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 从而改善沥青的性能 工程使用的道路石油沥青 建筑石油沥青均为氧化沥青 13 三 矿物填充料改性为提高沥青的粘结能力和耐热性 降低沥青的温度敏感性 经常在石油沥青中加入一定数量的矿物填充料进行改性 常用的改性矿物填充料大多是粉状和纤维状的 主要有滑石粉 石灰石粉和石棉等 14 四 聚合物改性 一 SBS改性沥青SBS是丁苯橡胶的一种 丁苯橡胶由丁二烯和苯乙烯共聚制成 品种很多 如果将丁二烯与苯乙烯嵌段共聚 形成具有苯乙烯 S 丁二烯 B 苯乙烯 S 的结构 则得到一种热塑性的弹性体 简称SBS SBS具有橡胶和塑料的优点 常温下具有橡胶的弹性 高温下又能像塑料那样熔融流动 成为可塑性材料 15 SBS对沥青的改性十分明显 它在沥青内部形成一个高分子量的凝胶网络 大大提高了沥青的性能 与沥青相比 SBS改性沥青具有弹性好 延伸率大 延度可达2000 低温柔性大大改善 冷脆点降至 40 热稳定性高 耐热度可达90 100 耐候性好等优点 SBS改性沥青是目前最成功和用量最大的一种改性沥青 在国内外己得到普遍使用 16 二 APP改性沥青APP改性石油沥青与石油沥青相比 其软化点高 延度大 冷脆点降低 粘度增大 具有优异的耐热性和抗老化性 尤其适用于气温较高的地区 主要用于制造防水卷材 17 7 2沥青混合料定义 沥青混合料是指矿物集料与沥青拌合而成的混合料的总称 包括沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料 沥青混合料作为路面材料具有良好的力学性质 有一定的高温稳定性和低温柔韧性 铺筑的路面平整无接缝 减振吸声 行车舒适 且具有一定的粗糙度 无强烈反光 利于行车安全 沥青路面的施工方便 不需养护 能及时开放交通 便于分期修建和再生利用 18 7 2 1沥青混合料的分类按矿料级配类型沥青混合料分为连续级配沥青混合料和间断级配沥青混合料 按矿料粒径沥青混合料分为砂粒式沥青混合料 最大粒径 4 75mm 细粒式沥青混合料 最大粒径为9 5或13 2mm 中粒式沥青混合料 最大粒径为16mm或19mm 粗粒式沥青混合料 最大粒径为26 5mm或31 5 mm 和特粗式沥青碎石混合料 最大粒径 37 5mm 按密实程度沥青混合料分为密实式 空隙率10 按结合料温度沥青混合料分为热拌热铺沥青混合料和常温沥青混合料 19 7 2 2沥青混合料的组成结构定义 沥青混合料一般指热拌沥青混合料 是经人工组配的矿质混合料与粘稠沥青在专门设备中加热拌合而成 用保温运输工具运送至施工现场 并在热态下进行摊铺和压实的混合料 通称 热拌热铺沥青混合料 简称 热拌沥青混合料 其他类型的沥青混合料必须冠以说明 如 常温沥青混合料等 20 一 沥青混合料的结构 一 悬浮密实结构矿质材料由大到小形成连续型密实混合料 因较大颗粒都被小一档颗粒挤开 因此 大颗粒以悬浮状态处于较小颗粒之中 此种结构虽然密实度大 但各级集料均被次级集料所隔开 不能直接接触形成骨架 而悬浮于次级集料和沥青胶浆之间 粘聚力较高 但是内摩擦角较低 因此 其高温稳定性差 图7 8a 21 二 骨架空隙结构当采用连续型开级配矿质混合料时 较大粒径集料彼此紧密相接 而较小粒径集料的数量较少 不足以充分填充空隙 而形成骨架空隙结构 沥青碎石混合料多属这一类型 其组成结构如图7 8b 这种结构的沥青混合料具有较高的内摩擦角 但是粘聚力较低 22 三 骨架密实结构当采用间断型密级配矿质混合料时 矿质混合料既有一定量的粗集料形成骨架 又根据粗集料空隙的数量加入适量细集料 使之填满骨架空隙 形成较高密实度的结构 间断级配即按此原理构成 其组成的结构如图7 8c 这种结构的沥青混合料不仅具有较高的粘聚力 而且具有较高的内摩擦角 23 二 沥青混合料的强度理论P168强度决定于两个参数 粘结力C和内摩擦角 三 影响沥青混合料抗剪强度的因素 一 沥青粘度的影响粘度越大 抗剪强度越高 二 骨料的粒径 颗粒形状和表面特性的影响集料颗粒的粒径越大 沥青混合料的内摩擦角越大 粗粒式沥青混凝土的内摩擦角比细粒式和砂粒式沥青混凝土大得多 棱角尖锐的颗粒组成的混合料 由于颗粒间相互嵌紧 要比浑圆颗粒的内摩擦角大得多 24 三 矿粉的比表面积和沥青用量的影响沥青混合材料中的矿粉不仅能填充空隙 提高密实度 而且 在很大重读上影响混合料的粘结力 四 矿料表面的性质的影响沥青与矿料表面的相互作用对沥青混合料的粘结力和内摩擦角有重要的影响 碱性石料有较好的粘附性 而酸性石料则粘附性较差 五 影响沥青混合料抗剪强度的外因1 温度沥青是一种热塑性材料 它的抗剪强度随着温度的升高而降低 25 2 变形速率的影响变形速率越高 沥青混合材料的抗剪强度越高 7 2 3沥青混合料的技术性质一 高温稳定性二 低温抗裂性三 耐久性四 抗滑性五 施工和易性 26 7 2 4沥青混合料组成材料的技术要求一 对沥青的要求炎热的气候区 繁重的交通及细粒式或砂粒式的混合料 应采用稠度较高的沥青 反之 则采用稠度较低的沥青 在条件相同的情况下 较粘稠的沥青配制的混合料具有较高的力学强度和稳定性 但如稠度过高 则沥青混合料的低温变形能力较差 沥青路面容易产生裂缝 反之 采用稠度较低的沥青 虽然配制的混合料在低温时具有较好的变形能力 但在夏季高温时