土木工程材料-沥青及木材幻灯片.ppt

第7章沥青及沥青混合料,沥青在建筑、公路、桥梁等工程中有着广泛的应用，主要用于生产防水材料和铺筑沥青路面、机场道面。,7.1沥青材料7.1.1石油沥青石油沥青是石油原油经蒸馏等提炼出各种轻质油及润滑油以后的残留物，或再经加工而得的产品。它是一种有机胶凝材料，在常温下呈固体、半固体或粘性液体，颜色为褐色或黑褐色。采用不同产地的原油及不同的提炼加工方式，可以得到组成、性质各异的多种石油沥青品种。按用途不同将石油沥青分为道路石油沥青、建筑石油沥青、防水、防潮石油沥青和普通石油沥青。,1.石油沥青的组成与结构（1）石油沥青的组分石油沥青是由多种高分子碳氢化合物及其非金属(主要为氧、硫、氮等)衍生物组成的复杂混合物。因为沥青的化学组成复杂，对组成进行分析很困难，且其化学组成也不能反映出沥青性质的差异，所以一般不作沥青的化学分析。通常从使用角度出发，将沥青中按化学成分和物理力学性质相近的成分划分为若干个组，这些组就称为“组丛”或“组分”。在沥青中各组丛含量的多寡与沥青的技术性质有着直接的关系。,1)油分：油分为淡黄色至红褐色的油状液体，是沥青中分子量最小和密度最小的组分，在石油沥青中，油分的含量为40一60。油分赋予沥青以流动性。2)树脂：树脂又称脂胶，为黄色至黑褐色半固体粘稠物质，分子量比油分大，沥青脂胶中绝大部分属于中性树脂。中性树脂含量增加，石油沥青的延度和粘结力等性能愈好。另外，树脂中还含有少量酸性树脂。它改善了石油沥青对矿物材料的浸润性。在石油沥青中，树脂的含量为15一30，它使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。,3)地沥青质地沥青质为深褐色至黑色固态无定形的超细颗粒固体粉末，分子量比树脂更大。地沥青质是决定石油沥青温度敏感性和粘性的重要组分。沥青中地沥青质含量在10一30。其含量愈多，则软化点愈高，粘性愈大，也愈硬脆。此外，石油沥青中还含2一3的沥青碳和似碳物，为无定形的黑色固体粉末，是石油沥青中分子量最大者。它会降低石油沥青的粘结力。石油沥青中还含有蜡，它会降低石油沥青的粘结性和塑性。同时对温度特别敏感(即温度稳定性差)。,（2）石油沥青的胶体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。在这个分散体系中，分散相为吸附部分树脂的地沥青质，分散介质为溶有树脂的油分。在胶体结构中，从地沥青质到油分是均匀地逐步递变的，并无明显界面。,2.石油沥青的技术性质（1）防水性石油沥青是憎水性材料，几乎完全不溶于水，而且本身构造致密，并与矿物材料表面有很好的粘结力，能紧密粘附于矿物材料表面，同时，它还具有一定的塑性，能适应材料或构件的变形，所以石油沥青具有良好的防水性，故广泛用作土木工程的防潮、防水材料。,（2）粘滞性（粘性、稠度）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，是沥青材料软硬、稀稠程度的反映。粘滞性的大小与其组分及温度有关。当地沥青质含量较高，同时又有适量树脂，而油分含量较少时，则粘滞性较大；在一定温度范围内，当温度升高时，则粘滞性随之降低，反之则增大。粘滞性应以绝对粘度表示，但因其测定方法较复杂，故工程中常用相对粘度(条件粘度)来表示粘滞性，对于粘稠(半固体或固体)的石油沥青用针入度表示，对液体石油沥青则用标准粘度表示。,针入度反映了石油沥青抵抗剪切变形的能力。针入度值越小，表明粘度越大。粘稠石油沥青的针入度是在规定温度(25)条件下，以规定重量(100g)的标准针，在规定时间(5s)内贯入试样中的深度表示，单位以1/10mm计。标准粘度是将一定量的液体沥青，在某温度下经一定直径的小孔流出50cm3所需的时间，以秒表示。常用符号“”表示粘滞度，其中d为小孔直径(mm)，t为试样温度，T为流出50cm3沥青的时间。d有10、5、3(mm)三种，t通常为20、25、30或60。,（3）塑性塑性指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏，除去外力后，仍能保持变形后的形状的性质。石油沥青的塑性与其组丛、温度及沥青膜层有关，当其中树脂含量较多，且其它组丛含量又适当时，则塑性较好；温度升高，则塑性增大；当膜层增厚，塑性也增大。在常温下，塑性较好的沥青在产生裂缝时，也可能由于特有的粘塑性而自行愈合，故塑性也反映了沥青开裂后的自愈能力。沥青的塑性对冲击振动荷载有定吸收能力，并能减少摩擦时的噪声，故沥青是一种优良的道路路面材料。,石油沥青的塑性用延度表示。延度愈大，塑性愈好。延度测定是把沥青制成“8”字形标准试件，置于延度仪内25水中，以5cmmin的速度拉伸，用拉断时的伸长度来表示，单位用cm计。延度也是石油沥青的重要技术指标之一。,（4）温度敏感性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。由于沥青是一种高分子非晶态热塑性物质，故没有一定的熔点。当温度升高时，沥青由固态或半固态逐渐软化，产生粘性流动，称为粘流态。与此相反，随温度降低又逐渐由粘流态凝固为固态，甚至变硬变脆，成为玻璃态。建筑工程要求沥青随温度变化时，其粘滞性及塑性变化幅度应较小，即宜选用温度稳定性较高的沥青。,石油沥青中地沥青质含量较多时，其温度敏感性较小。在工程使用时往往加入滑石粉、石灰石粉等矿物填料，以减小其温度敏感性。沥青中含蜡量较多时，则会产生温度不太高(60左右)时就发生流淌，在温度较低时又易变硬开裂。温度敏感性以软化点指标表示。软化点是人为规定的沥青从固态转变到粘流态时的温度。沥青软化点一般采用环球法测定。它是把沥青试样装入规定尺寸的铜环内，试样上放置一标准钢球，浸入水或甘油中，以规定的速度升温(5min)，当沥青软化下垂至规定距离(254mm)时的温度即为其软化点，以()计。,（5）大气稳定性大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气因素的长期综合作用下抵抗老化的性能，也是沥青材料的耐久性。在大气因素的综合作用下，沥青中各组丛会发生不断递变，低分子化合物将逐步转变成高分子物质，即油分和树脂逐渐减少，而地沥青质逐渐增多。因此，石油沥青随着时间的进展，流动性和塑性将逐渐减小，硬脆性逐渐增大，直至脆裂。这个过程称为石油沥青的“老化”。所以大气稳定性即为沥青抵抗老化的性能。,石油沥青的大气稳定性常以蒸发损失率和蒸发后针入度比来评定。,3.石油沥青的技术标准及选用根据我国现行石油沥青标准，在工程建设中常用的石油沥青分道路石油沥青，建筑石油沥青，防水防潮石油沥青和普通石油沥青等四种，各品种按技术性质划分牌号。道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青都是按针入度指标来划分牌号的。在同一品种石油沥青材料中，牌号愈小，沥青愈硬；牌号愈大，沥青愈软。同时随着牌号增加，沥青的粘性减小(针入度增加)，塑性增加(延度增大)，而温度敏感性增大(软化点降低)。,在选用沥青材料时，应根据工程性质(房屋、道路、防腐)及当地气候条件、所处工程部位(屋面、地下)来选用不同品种和牌号的沥青。道路石油沥青牌号较多，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、沥青混合料或沥青砂浆等使用。还可作密封材料、粘结剂及沥青涂料等。建筑石油沥青粘性较大，耐热性较好，但塑性较小，主要用作制造防水卷材、防水涂料和沥青胶。它们绝大部分用于防水及防腐工程。对于屋面防水工程，应注意防止过分软化。,普通石油沥青含蜡较多，其一般含量大于5，有的达20以上，因而温度敏感性大，故在工程中不宜单独使用，只能与其它种类石油沥青掺配使用。,7.2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。而且，施工方便、速度快，能及时开放交通，并可再生利用。因此，是高等级道路修筑中的一种主要路面材料。,1.沥青混合料的组成材料沥青混合料的组成材料有沥青、粗骨料、细骨料和填料。沥青：应根据当地气候条件、施工季节气温、路面类型、施工方法等具体情况选用沥青标号。煤沥青不宜用于热拌沥青混合料路面的表面层。粗骨料：所用粗骨料包括碎石、破碎砾石和矿渣等。粗骨料应该洁净、干燥、无风化、无杂质。压碎值等力学性能指标应满足规范要求。,细骨料：可采用天然砂、人工砂及石屑。细骨料应该洁净、干燥、无风化、无杂质，有适当的颗粒组成，其质量应符合规范要求，并与沥青有良好的粘结能力。天然砂及花岗石等酸性石料破碎的人工砂或石屑，不宜用于高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青面层。必须使用时，应采用抗剥离措施。填料：在沥青混合料中起填充作用的粒径小于0.075mm的矿质粉末称为填料。填料宜采用某些石料经磨细得到的矿粉，泥土杂质应除去。矿粉要求干燥、洁净，其质量符合规范要求。当采用水泥、石灰、粉煤灰作填料时，其用量不宜超过矿料总量的2。,2.沥青混合料的结构（1）悬浮密实结构（2）骨架空隙结构（3）骨架密实结构,3.沥青混合料的技术性质（1）高温稳定性沥青混合料高温稳定性，是指在高温（通常为60）条件下，沥青混合料承受多次重复荷载作用而不发生过大的累积塑性变形的能力。即经车辆荷载长期重复作用后，不产生车辙和波浪等破坏现象。我国现行国标（GB5009296）规定，采用马歇尔稳定度试验（包括稳定度、流值、马歇尔模数）来评价沥青混合料高温稳定性；对高速公路、一级公路、城市快速路、主干路用沥青混合料，还应通过车辙试验检验其抗车辙能力。,（2）低温抗裂性沥青混合料不仅应具备高温的稳定性，同时还要具有低温的抗裂性，以保证路面在冬季低温时不产生裂缝。沥青混合料是粘-弹-塑性材料，在低温下表现为弹性。沥青混合料的低温开裂是由混合料的低温脆化、低温收缩和温度疲劳引起的。混合料的低温脆化一般用不同温度下的弯拉破坏试验来评定；低温收缩可采用低温收缩试验评定；温度疲劳可以用低频疲劳试验来评定。,（3）耐久性沥青混合料的耐久性是指其抵抗长时间自然因素（风、日光、温度、水分等）和行车荷载反复作用的能力。目前评价沥青混合料耐久性的方法有浸水马歇尔试验或真空饱水马歇尔试验。（3）抗滑性沥青路面的抗滑性能与集料的表面结构（粗糙度）、级配组成、沥青用量等因素有关。为保证抗滑性能，面层集料应选用质地坚硬具有棱角的碎石，通常采用玄武岩。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。我国现行标准对抗滑层集料提出了磨光值、道瑞磨耗值和冲击值等三项指标。,（5）施工和易性从混合料的材料性质看，影响施工和易性的是矿料级配和沥青用量。粗细集料的颗粒大小相距过大，缺乏中间粒径，混合料容易离析；细集料太少，沥青层不易均匀地分布在粗颗粒表面；细集料过多，则拌和困难。沥青过少或矿粉过多，则混合料不易压实；沥青过多或矿粉质量不好，则混合料容易粘结成块，不易摊铺。,沥青防水卷材沥青防水卷材属于传统的防水卷材，是采用原纸、纤维织物、纤维毡等胎体浸涂沥青，表面撒布粉状、粒状或片状材料制成可卷曲的片状防水材料，是我国目前产量最大的防水材料，成本较低，属较低档的防水卷材，但因存在污染环境和容易起鼓、老化和渗漏等工程质量问题，最终将被其他高性能的防水材料所取代。,石油沥青纸胎油毡,27,木材,第8章,28,8.1木材的分类与构造8.2木材的性能及应用8.3木材的防护与防火,29,8.1木材的分类与构造,8.1.1树木的分类,树木,针叶树,阔叶树,30,特点：树叶细长，树干通直高大，易得大材，纹理顺直，材质均匀，木质较软，易于加工，故又称软木材。,针叶树,应用：强度较高，表观密度和胀缩变形较小，耐腐性较强，是建筑工程中的主要用材，广泛用作承重构件、制作模板、门窗等。常用树种有松、杉、柏等。,31,特点：树叶宽大，多数树种的树干通直部分较短，材质坚硬，较难加工，故又称硬木材。,阔叶树,应用：表观密度较大，胀缩和翘曲变形大，易开裂，在建筑中常用作尺寸较小的装修和装饰。,种类,(1)材质较硬，纹理清晰美观（樟木、水曲柳、桐木、柞木、榆木等）(2)材质不很坚硬，纹理也不很清晰，但质地较针叶木要更为细腻（桦木、椴木、山杨、青杨等）,32,阔叶黄檀,松木,33,橡木,黄花梨,34,8.1.2木材的构造,木材的构造决定其性质，针叶树和阔叶树的构造略有不同，其性质也有差异。,图8.1木材宏观结构,1.木材的宏观构造如图8.1，树木是由树皮、木质部和髓心三部分组成。,通常从树干的三个切面进行剖析，即横切面(垂直于树轴)、径切面(通过树轴)和弦切面(平行于树轴)。,35,2.木材的微观结构木材是由无数管状细胞紧密结合而成，它们绝大部分为纵向排列，少数横向排列(如木射线)。每个细胞又由细胞壁和细胞腔两部分组成，细胞壁是由细纤维组成，细纤维之间可以吸附和渗透水分，细胞腔是由细胞壁包裹而成的空腔。,36,松木显微构造立体图1管胞；2木射线；3树脂道,枫香显微构造立体图1导管；2木射线；3木纤维,37,木材的管胞和木纤维,38,木材木射线,39,木材的含水率,木材中的水分,40,纤维饱和点是木材仅细胞壁中的吸附水达饱和，而细胞腔和细胞间隙中无自由水存在时的含水率。其值随树种而异。它是木材物理力学性质是否随含水率而发生变化的转折点。木材含水量大于纤维饱和点时，表示木材的含水率除吸附水达到饱和外，还有一定数量的自由水。此时，木材如受到干燥或受潮，只是自由水改变，故不会引起湿胀干缩。当含水率小于纤维饱和点时，能引起木材的湿胀干缩。当木材的含水率在纤维饱和点以下时，随着含水率的增大，木材体积产生膨胀，随着含水率的减小，木材体积收缩。,平衡含水率潮湿的木材能在干燥的空气中失去水分；干燥的木材也能从周围的空气中吸取水分，如果木材长时间处于一定温度和湿度的空气中，便达到某一相对稳定的含水率，这时木材的含水率称为平衡含水率。,41,8.2木材的性能及应用,8.2.1木材的性能1.木材的含水率及吸湿性新伐木材的含水率常在35%以上；风干木材的含水率为15%25%；室内干燥木材的含水率为8%15%。,2.木材的湿胀干缩与变形木材的湿胀干缩具有一定规律：含水率小于纤维饱和点时，随着含水率的增加，木材体积产生膨胀，随着含水率减小，木材体积收缩；而含水率大于纤维饱和点时，只是自由水的增减，木材的体积不发生变化。,42,含水率对木材胀缩的影响,截面不同位置木材干燥引起的不同变化,43,3.木材的强度木材的强度主要是指其抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度。由于木材的构造各向不同，致使各方向强度有很大差异，因此，木材的强度有顺纹强度和横纹强度之分。当设顺纹抗压强度为100时，木材无缺陷时各强度大小的关系见表8.1。,表8.1木材无缺陷时各强度大小关系,44,木材各项强度值的比较(以顺纹抗压强度为