土木工程材料课件第11-12章沥青与沥青混合料

1、1 第11-12章 沥青与沥青混合料 沥青的概述 沥青的主要特性 沥青的分类及土木工程中常用的 沥青 2 11.1石油沥青 (1)石油沥青的组分(按分子量分组) 1)油分 2)树脂(沥青脂胶) 3)地沥青质 沥青中的蜡含量 3 (2)石油沥青的结构 （1）溶胶结构。沥青质含量较少，胶团间完全没 有引力或引力很小，在外力作用下随时间发展的 变形特性与粘性液体一样。 （2）凝胶结构。沥青质含量很多，胶团间由吸引 力而形成立体网状，在外力作用下弹性效应明显。 （3）溶一凝胶结构。介于溶胶与凝胶之间，并有 较多的树脂，胶团间有一定吸引力，在常温下受 力变形的最初阶段呈现出明显的弹性效应，当变 形增加到

2、一定数值后，则变为有阻尼的粘性流动。 大部分优质道路沥青均配成溶-凝胶型结构，具 有粘弹性和触变性，故亦称弹性溶胶。 4 (3) 石油沥青的技术性质（重点） 1)粘性 粘性大小的指标：针入度、标准粘度 粘性大小的测定 针入度(粘稠石油沥青) 标准粘度(液体石油沥青) 5 2)塑性 技术指标：延度 3)温度敏感性 技术指标：软化点 6 4)大气稳定性 表示方法 5)其它性质 溶解度 闪点 燃点 7 (4)石油沥青的技术标准及选用 1)石油沥青的技术标准 石油沥青的牌号 P246 表11-3 8 2)石油沥青的选用 3)石油沥青的掺配与稀释 9 11.2煤沥青 与石油沥青相比，煤沥 青的性能特点如

3、下： 温度敏感性较大 大气稳定性较差 塑性较差 10 因为含表面活性物质 较多，所以与矿料表面 粘附力较强。 防腐性好。 11 煤沥青与石油沥青简易鉴别方法 表 沥青与石油沥青简易鉴别方法 12 11.3 改性石油沥青 矿物填料改性沥青 掺入矿物填料的前提条件： 沥青能润湿矿物填料； 沥青与矿物填料之间具有较 强的吸附力，并不为水所剥离。 13 橡胶改性沥青 氯丁橡胶改性沥青 丁基橡胶改性沥青 再生橡胶改性沥青 14 树脂改性沥青 聚乙烯改性沥青聚乙烯改性沥青 聚氯乙烯改性沥青聚氯乙烯改性沥青 聚丙烯改性沥青聚丙烯改性沥青 无规聚丙烯改性沥青无规聚丙烯改性沥青 苯乙烯苯乙烯丁二烯嵌段共聚物改性

4、沥青丁二烯嵌段共聚物改性沥青 15 11.4 沥青及改性沥青基防水材料 防水材料的分类防水材料的分类 按形状和用途分为按形状和用途分为 防水涂料 防水卷材、片材 密封材料 防水材料的发展趋势 向橡胶基和树脂基防水材料或高聚物改性沥青系列发展； 油毡的胎体由纸胎向玻纤或化纤方面方向发展； 密封材料和防水材料由低塑性产品向高弹性、高耐外性产 品的方向发展； 防水层的构造由多层向单层发展； 施工方法由热熔法向冷贴法发展 16 按基本成分分为 沥青基防水材料 改性沥青基防水材料 高聚物基防水材料 17 11.4.1 防水涂料 施工方法：热施工、冷施工（常温） 一、沥青基防水涂料 1)冷底子油、乳化沥青

5、 2)沥青胶（玛蹄脂） 18 二、改性沥青防水涂料 再生橡胶改性沥青防水涂料 氯丁橡胶改性沥青防水涂料 SBS改性沥青防水涂料 聚氨酯防水涂料 硅橡胶防水涂料 丙烯酸酯防水涂料 19 防水涂料的基本性能要求 (1)固体含量 (2)耐热度 (3)柔性 (4)不透水性 (5)延伸性 20 11.4.2 沥青及改性沥青防水卷材 按胎体分类： 有胎原纸、无纺布、玻璃丝布 无胎 沥青防水卷材是用纤维织物、纤维毡等 胎体浸涂沥青，表面撒布粉状、粒状或 片状材料制成的可卷曲的片状防水材料。 21 高聚物改性沥青防水卷材 定义：以合成高分子聚合物改性沥青为涂 盖层，纤维织物或纤维毡为胎体，粉状、 粒状、片状或

6、薄膜材料为覆面材料制得的 可卷曲片状防水材料。 （1）SBS改性沥青防水卷材 （2）APP改性沥青防水卷材 （ 3）其他品种高聚物改性沥青防水卷材 22 常见高聚物改性沥青防水卷材的特点和适用范围 卷材名称 特 点 适用范围施工工艺 SBS改性沥 青卷材 耐高、低温性有明显提高，卷材的弹 性和耐、疲劳性明显改善 单层铺设的屋面防水复合 使用，适用于寒冷地区和 结构变形频繁的建筑 冷施工或 热熔铺贴 APP改性沥 青防水卷材 具有良好的强度、延伸性、耐热性、 耐 紫外线照射及耐老化性能 单层铺设，适合于紫外线 辐射强烈及炎热地区屋面 热熔或冷 贴法铺设 PVC改性焦 油防水卷材 有良好的耐热及耐

7、低温性能，最低开 卷温度为-18 有利于在冬季负温下施工热、冷施 工均可 再生胶改性 水卷材 有一定的延伸性，且低温柔性较好， 有一定的防腐能力，价格低廉 变形较大，档次较低的防 水工程 热沥青粘 贴 废橡塑改性 沥青聚乙烯 防水卷材 综合性能优异：较高的弹性、延伸性、 强度、热可塑性、防水性、耐久性； 对基层伸缩和局部变形的适应能力强 屋面、地下室、立交桥、 水库、游泳池等及各类储 库的防水、防潮、防渗 热、冷施 工均可 铝箔橡塑改 性沥青防水 着卷材 综合性能好，铝箔水 密性、气密性、 耐候性和阳光反射性的很好的保护层 作用，低温柔性较好 工业与民用建筑屋面的单 层外露防水层 热、冷施 工

8、均可 23 防水卷材的基本性能要求 1）不透水性 2）温度稳定性 3）强度、抗断裂性及延伸性 4）低温柔韧性 5）大气稳定性 24 11.4.3密封材料 定义：在土木工程中，常出现大量的建筑结 构缝和施工缝，为保证建筑物的水密性和 气密性，需对这些缝隙填充有一定弹性、 粘结性及密封性的材料。 25 密封材料的基本性能要求 （1）挤出性：用挤注枪施工时，应挤出流 畅，以保证施工省力、省时，充满接缝。 （2）抗下垂性：在填充垂直缝和顶板缝时， 要求密封膏不流淌、不坍落、不下坠。 （3）自流平性：在填注水平接缝时，密封 膏应有流平及充满缝隙的性能。 26 常用密封材料 （1）聚氨酯密封膏 （2）聚硫

9、橡胶密封膏 （3）丙烯酸类密封膏 （4）有机硅橡胶（硅酮）密封膏 （5）聚氯乙烯胶泥（PVC胶泥） 27 11.4 沥青混合料 一、分类 1)按胶结材料种类分 石油沥青混合料(A) 煤沥青混合料(T) 28 2)按施工温度分 热拌热铺混合料，即沥青与矿 质骨料(简称矿料)在热态下拌和， 热态下铺筑。 常温沥青混合料，即采用乳化 沥青或稀释沥青与矿料在常温下 拌和、铺筑。 29 3)按骨料级配类型分 连续级配沥青混合料，即混合 料中的矿质骨料是按级配原则， 从大到小各级粒径按比例搭配组 成的。 间断级配沥青混合料，即骨料 级配组成中缺少一个或若干个粒 径档次。 30 4)按混合料密实度分 密级配

10、沥青混合料，压实后剩余空隙率 小于10。C型为3% 6% F型为4% 10%。 开级配沥青混合料，指级配主要由粗骨 料组成，细骨料较少，骨料相互拨开，压 实后剩余空隙率大于18的开式混合料。 半开级配沥青混合料，填料较少或不加 填料，压实后剩余空隙率在612的半 开式沥青混合料，也称为沥青碎石混合料。 31 5)按骨料最大粒径分 粗粒式沥青混合料，指骨料最大 粒径为26.5mm或31.5mm的混合料。 中粒式沥青混合料，指骨料最大 粒径为16mm或19mm的混合料。 细粒式沥青混合料，指骨料最大 粒径为9.5mm或13.2mm的混合料。 砂粒式沥青混合料，指骨料最大 粒径等于或小于4.75mm

11、的混合料。 32 二、沥青混合料组成材料 沥青 主要是道路石油沥青。 沥青的选用应根据气候条件、交通性 质、混合料类型和施工条件来确定。 例如：较冷地区交通繁重情况下应选 用标号较高的沥青，低温时有较好的 变形能力，但夏季高温稳定性不足。 33 粗骨料 碎石、破碎砾石和钢渣、矿渣等。石料应洁净、 干燥、表面粗糙、无风化、耐磨、与沥青间粘附 性好。 应采用碱性或中性石料。石料的酸碱性与矿物成 分有关(SiO2)。 提高沥青与石料间粘附力(抗剥落性）应采取下列 措施： a.采用干燥的磨细消石灰或生石灰粉、水泥作为 填料的一部分，其用量为矿料总量的12。 b.在沥青中掺加抗剥离剂。 c.将粗骨料用石

12、灰浆处理后使用。 34 细骨料 天然砂（河沙、海砂）、机制砂、 石屑。 干燥、洁净、无风化、富有棱角、 具有一定级配。用于抗滑表层时， 沥青混合料中石屑用量不超过砂 用量。 35 填料 粒径小于0.075mm的矿质粉末称 为填料。干燥、洁净、泥土少。 岩石粉、水泥、石灰、粉煤灰。 用量不宜超过矿料总量的2%。矿 粉过细，施工和易性差。 36 三、沥青混合料组成结构 悬浮一密实结构 骨架一空隙结构 密实一骨架结构 37 四、沥青混合料的性能 1)高温稳定性 马歇尔稳定度试验 车辙试验 2)低温抗裂性 38 3)耐久性 4)抗滑性 5)施工和易性 39 五、沥青混合料的技术指标五、沥青混合料的技术

13、指标 1）稳定度与残留稳定度 马歇尔稳定度（MS)：圆柱型试件在60 水中3040min，以50mm/min速度加荷， 破坏时最大的荷载(KN）。 残留稳定度（MSo):浸水48h后稳定度与 标准稳定度的百分比。 40 2）流值：马歇尔实验中达到最大 破坏荷载时试件的垂直变形(以 0.1mm计)。 评价沥青混合料抗塑性变形能力的指 标。 41 3）空隙率（VV）% 评价沥青混合料密实程度的指标。指压 实沥青混合料中空隙体积占沥青混合料 总体积的百分率。 空隙率大，抗滑性和高温稳定性好，但 强度低、抗渗性低、耐久性低。 42 4）饱和度（VFA）% 也称沥青填隙率，是沥青体积占矿料间 隙体积的百

14、分率。 饱和度小，沥青不能充分裹覆矿料，影 响沥青混合料的粘聚性。饱和度过大， 沥青混合料的空隙率小，夏季沥青体积 膨胀，引起泛油，降低沥青混合料的高 温稳定性。 43 课程结束 44 沥青的主要特性 沥青是一种有机混合物； 沥青属憎水性，具有良好的不透水性； 具有较强的抗化学腐蚀性和电绝缘性； 具有很好的粘结性和抗冲击性； 具有很好的塑性，能适应基材的变形。 45 沥青的分类 土木工程中常用的主要是石油沥青和少 量煤沥青。 页岩沥青 煤沥青 焦油沥青 石油沥青 天然沥青 地沥青 沥青 46 石油沥青 石油沥青是石油原油经蒸馏提炼出各种轻 质油及润滑油后的残留物加工后得到； 分为：道路石油沥青

15、、建筑石油沥青、防 水、防潮石油沥青和普通石油沥青。 47 石油沥青的油分 淡黄色或红褐色的油状液体。 分子量最小、密度最小的组分。 含量为45%60。 油分赋予沥青以流动性。 48 石油沥青的树脂(沥青脂胶) 红褐至黑褐色粘稠状物质（半固体）。 分子量比油分大。 含量为15%30。 使沥青具有良好的塑性和粘结性。 49 沥青质（地沥青质） 深褐色至黑色固态颗粒物质。 分子量最大。 含量在5%30。 降低石油沥青的温度敏感性和塑 性，增加粘性和硬脆性。 50 石油沥青的粘滞性 粘滞性又称粘性或稠度，反映沥青材料 内部阻碍其相对流动和抵抗剪切变形的 能力。 组分对粘性的影响：油分多，粘性小。 温

16、度对粘性的影响：一定温度范围内， 温度升高，粘性降低。 51 针入度 用于固态或半固态石油沥青。 用针入度仪测定。 针入度是在250.1条件下，以规定质 量的标准针，在5s内贯入试样中的深度， 以0.1mm为单位表示。 52 标准粘度 用于液体石油沥青。 用标准粘度计测定。 标准粘度是在20、25、30或60、 3mm、5mm或10mm的孔口流出50cm3沥 青所需的时间秒数，用符号“ ”表 示，d为流孔直径，t为试样温度，T为流 出50cm3沥青所需的时间。 TC d t 53 石油沥青的塑性 用延度来表示。 延度测定：把沥青制成“”形标准试件， 置于延度仪内(250.5)水中，以 (50.

17、25)cmmin的速度拉伸，用拉断时 的伸长度(cm)表示。 延度越大，塑性越好。 防止开裂；减小噪声。 54 石油沥青的温度敏感性 指石油沥青的粘性和塑性随温度的变化 而变化的程度。 55 石油沥青的软化点 液化点与固化点之间温度间隔的87.21%为软化 点。 沥青软化点一般采用环球法测定。把沥青试样 装入规定尺寸的铜环内，上置一直径为9.5mm、 质量为(3.500.05)g的标准钢球，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(25.0mm)时的温度即为软 化点，以计。 56 石油沥青的大气稳定性 大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、 氧气和潮湿等因素的长期

18、综合作用下抵 抗老化的性能，即沥青材料的耐久性。 老化：塑性降低、粘性增强、硬脆开裂 原因： 轻质油分挥发。 低分子化合物转变为高分子物质， 即油 分和树脂逐渐减少，地沥青质逐渐增多。 57 大气稳定性的表示方法 以加热蒸发损失百分率和加热前后针入度比来 评定。 其测定方法是：先测沥青试样的质量及其针入 度，然后将试样置于烘箱中，在160下加热 蒸发5h，待冷却后再测定其质量及针入度。 计算出蒸发损失质量占原质量的百分数，称为 蒸发损失百分率； 标出蒸发后针入度占原针入度的百分数，称为 蒸发后针入度比。 58 石油沥青的溶解度 指石油沥青在有机溶剂(如三氯乙烯、四 氯化碳等)中溶解的百分率，表

19、示石油沥 青中有效物质的含量，即纯净程度。 59 石油沥青的闪点 也称闪火点，指加热沥青至挥发出的可 燃气体与空气的混合物在规定条件下与 火焰接触，初次闪火(有蓝色闪光)时的沥 青温度()。 60 石油沥青的燃点 也称着火点，指加热沥青产生的气体与 空气的混合物，与火焰接触能持续燃烧 5s以上，此时沥青的温度即为燃点(t)。 燃点温度比闪点温度高约10。 61 石油沥青的牌号 道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石 油沥青按针入度指标划分牌号。例如针 入度指标为2540的建筑石油沥青，其 牌号为30（即30号沥青）。 防水、防潮石油沥青按针入度指数划分 牌号，还增加了保证低温变形性能的脆 点指标。

20、 62 石油沥青的选用 根据工程性质(道路、房屋、防腐等)及当 地气候条件，所处工程部位(屋面或地下 等)来选用不同品种和牌号的沥青。 道路石油沥青用于道路工程。 建筑石油用于建筑防水和防腐工程。 防水、防潮石油沥青用于防水工程。 63 石油沥青的掺配 P1较软石油沥青用量，； P2较硬石油沥青用量，； T掺配后的石油沥青软化点，； T1较软石油沥青软化点，； T2较硬石油沥青软化点，。 2 1 21 21 p100% p100p TT TT 64 石油沥青的稀释 石油沥青采用汽油、煤油、柴油等石油 产品系列的轻质油料作稀释剂。 煤沥青采用煤焦油、重油、蒽油等煤产 品系列的油料作稀释剂。 65

21、 煤沥青 煤沥青是生产焦炭和煤气的副产 物。烟煤在干馏过程中的挥发物 质，经冷凝而成黑色粘生液体称 为煤焦油，再经分馏加工提取轻 油、中油、重油及蒽油之后所得 残渣即为煤沥青。 66 煤沥青与石油沥青的鉴别 鉴别方 法 石油沥青 煤沥青 密度法 近似于 1.0gcm 3 大于 1.10gcm 3 锤击法 声哑，有弹性、韧性感 声脆，韧性差 燃烧法 烟无色，基本无刺激性臭味 烟呈黄色，有刺激性臭 味 溶液比 色法 用 3050 倍汽油或煤油溶解后，将溶液滴 于滤纸上，斑点呈棕色 溶解方法同左。斑点有 两圈，内黑外棕 67 矿物填料改性沥青 矿物填料有粉状和纤维状两种，常用的 填料有滑石粉、石灰石

22、粉、硅藻土、石 棉绒、云母粉、磨细砂、粉煤灰、水泥、 高岭土、白垩粉等。 提高沥青的粘性和耐热性，减小沥青的 温度敏感性。 68 沥青混合料 沥青混合料是沥青混凝土混合料和沥青 碎石混合料的总称。 由适当比例的粗骨料、细骨料及填料与 沥青拌和、压实，剩余空隙率小于10 的混合料，简称沥青混凝土(AC)；剩余 空隙率在10以上的混合料，简称沥青 碎石(AM)。 69 悬浮一密实结构 连续型密级配骨料 各级骨料悬浮于次 级骨料及沥青胶浆 之间 密实度与强度较高， 温度敏感性强，高 温稳定性差 70 骨架一空隙结构 连续型开级配骨料。 较粗骨料紧密相接， 形成骨架；细骨料很 少，甚至没有；较粗 骨料紧密相接，形成 骨架。 粘结力较弱，受沥青 影响小，温度稳定性 好。 71 骨架一密实结构 粗骨料间断级配形成 空间骨架，又有相当 数量的细骨料填充骨