第6章沥青与沥青混合料

19:5416.0学习目标6.1沥青材料6.2石油沥青的分类与与基本组成结构

6.3石油沥青的主要性质及其测试方法

6.4石油沥青的标准、选用与掺配

6.5石油沥青改性及改性材料6.6沥青混合料

本章导航19:542学习目标：

①掌握沥青材料的基本组成、工程性质及测定方法；了解沥青的改性和掺配，了解主要沥青制品及其用途。

②掌握沥青混合料配合比，包括矿质材料的配合比的设计和配制；了解其于工程中的使用要点。

重点：沥青材料的基本组成、工程性质及测定方法；沥青混合料配合比设计。19:543

沥青有机胶凝材料，是高分子碳氢化合物和非金属衍生物的混合物。特点：热塑性材料，加热软化；憎水性材料，耐水、不溶于水；良好的粘结性和粘弹性；较强的耐腐蚀性。地沥青：天然沥青，石油沥青焦油沥青：煤沥青，页岩沥青按产源分为19:544

彼奇湖是世界上最为著名的天然沥青之一，它位于南美洲加勒比海岛国特立尼达和多巴哥境内。面积44万平方米，深约82米，湖中沥青储量达1200万吨，是世界上最大的天然沥青产地。19:545石油沥青是石油原油经蒸馏等提炼各种轻油(如汽油、柴油等)及润滑油后的残留物，或经过加工而得的产品。是一种有机胶凝材料。

常温下有固体、半固体或粘性液体三种形态。种类：建筑石油沥青道路石油沥青普通石油沥青淡黄色至红褐色的油状液体，分子量为100-500，密度为0.7~1.0g/cm3，分子量和密度最小。在170oC较长时间加热可挥发，能溶于苯、丙酮、三氯甲烷等有机溶剂，不溶于酒精。油分赋予沥青以流动性。19:546化学组成：83%碳；10%氢；7%氧、氮和硫；微量的钒、镍、铝和硅。组分:油分树脂地沥青质又称沥青脂胶，黄色至黑褐色粘稠状物质(半固体)，分子量600~1000，密度1.0~1.1g/cm3。密度大于油分，大部分属于中性树脂，能溶于苯、汽油等有机溶剂，酒精与丙酮中难溶。赋予沥青以良好的粘结性、塑性。又称沥青质，深褐色至黑色固态无定性物质，分子量1000以上，密度大于1g/cm3。不溶于酒精，溶于三氯甲烷。决定沥青的温度敏感性和粘性。19:547石油沥青中还含2~3%的沥青碳和似碳物，是石油沥青中分子量最大的。它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)。所以蜡是石油沥青的有害成分。石蜡基沥青蜡含量一般大于5%；环烷基沥青蜡含量少(一般低于3%)，沥青黏性好，优质的道路石油沥青大多是环烷基沥青；中间基沥青其蜡的含量约为3%-5%。19:548石油沥青组分的相溶特性

油分与树脂相溶；树脂能浸润地沥青质，在其颗粒表面形成树脂薄膜；地沥青质对油分有憎液性。石油沥青的胶体结构

以地沥青质为核心构成胶核；胶核周围形成树脂薄膜，薄膜外吸附一层油分构成胶团；无数胶团分散在油分中而形成胶体结构。19:549溶胶结构凝胶结构溶-凝胶结构油分较多，胶团较少，胶团相对运动自由。特点：温度稳定性差，温度过高会流淌；流动性和塑性较好，开裂后自愈合能力较强。油分与树脂较少，地沥青质较多，胶团相互连接成不规则空间网状的凝胶结构。特点：温度稳定性好，开裂后自愈合能力较差；弹性和粘性较高，流动性和塑性较低。地沥青质含量少于凝胶结构，胶团间靠的较近，相互间有一定的吸引力，介于溶胶和凝胶结构之间。19:5410粘性(粘滞性)塑性(延性)温度敏感性大气稳定性防水性其它性能19:5411粘性：反映石油沥青抵抗外力或自重作用下变形的能力。评价指标：相对粘度和针入度。相对粘度越大或针入度越小，粘性越大。测定方法：标准粘度计和针入度仪法。影响因素：组成：地沥青质含量较高，油分含量较小，但有适量树脂，则粘性大；温度：在一定温度范围内，粘性随温度升高而降低，反之则随之增大。19:541219:5413塑性指石油沥青在外力作用时产生变形而不破坏，除去外力后，则仍保持变形后的形状的性质。评价指标：延度(伸长度)，延度越大，塑性越好。测定方法：延度试验影响因素：组成：树脂含量较多，其他组分含量适当时，则塑性较大；沥青膜层厚度越厚，则塑性愈大；温度：温度升高，塑性增大。19:541419:5415温度敏感性是指石油沥青的粘性和塑性随温度升降而改变的程度。评价指标：软化点，它是沥青材料由固态转变为粘流态时的温度。测定方法：环球法影响因素：地沥青质含量高，软化点高，温度敏感性减小；沥青中蜡含量高，增大其温度敏感性；加入矿物粉末填料(滑石粉、石灰石粉等)可减小其温度敏感性。19:541619:5417大气稳定性指石油沥青在热、光、氧和潮湿等因素长期作用下，抵抗老化使性能稳定的程度。评价指标：蒸发后的质量损失或蒸发后的针入度比，蒸发损失愈小或蒸发后针入度比愈大，大气稳定性愈好，老化愈慢。测定方法：沥青在160C下蒸发5小时后，待冷却后测量其重量和针入度。可得蒸发损失与蒸发后针入度比。影响因素：石油沥青中油分含量高，则大气稳定性差。19:5418防水性憎水性材料，几乎不溶于水；

本身构造致密，与矿物材料表面粘结性好；具有一定的塑性，能适应材料的变形。19:5419溶解度

石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或笨中溶解的百分率，以表示沥青中有效物质含量，即纯净程度。不溶解的物质会降低沥青的性能，应加以限制。闪点：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，初次有蓝色闪光时的沥青温度。燃点(着火点)：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5秒以上时，沥青的的温度。针入度较小(粘度较大)，软化点较高(耐热性较好)，但延伸度较小(塑性较小)。主要用于制造油纸、油毡、防水涂料和沥青嵌缝膏。19:5420石油沥青的技术标准建筑石油lq道路石油lq普通石油lq按道路的交通量，分为①重交通石油沥青和②中、轻交通道路石油沥青。①主要用于高速公路、一级公路路面、机场道面及重要的城市主干道等工程；②用于一般的道路路面、车间地面等工程。由于含蜡较多，温度敏感性大，粘性较小，塑性较差，一般不宜直接使用。19:5421标准与选用SH0522-2000：道路石油沥青GB/T494-1998：建筑石油沥青SY1665-77：普通石油沥青牌号划分三种石油沥青以针入度指标划分牌号。还应保证相应的延度和软化点，以及溶解度、蒸发损失、蒸发后针入度、闪点等。19:5422常用牌号道路石油沥青分七个牌号，A-200、A-180、A-140、A-100甲、A-100乙、A-60甲、A-60乙建筑石油沥青分为三牌号，40、30、10普通石油沥青分为三个牌号，75、65、55牌号高针入度高延度高软化点低粘聚力低塑性好温度敏感性大19:5423石油沥青的选用原则：在满足适用条件的前提下，应选用牌号较大的石油沥青，以保证使用寿命。道路沥青:拌制沥青混凝土、沥青拌和料或沥青砂浆；密封材料、粘结剂以及沥青涂料。建筑石油沥青：制造油纸，油毡、防水涂料和沥青胶，绝大部分用于屋面、地下防水、沟槽防水防腐蚀及管道防腐。普通石油沥青：在建筑上不宜直接使用，可以采用吹气氧化法改善其性能。19:5424土木工程中使用的沥青要求：在低温下应有弹性和塑性；在高温下要有足够的强度和稳定性；在加工和使用中具有抗老化能力；与矿物和结构表面有较强的粘附力；以及对构件变形的适应性和耐疲劳性。沥青材料本身难以满足这些性能要求，需用其它材料改性。19:5425沥青的掺配为了不破坏沥青胶体结构，应选表面张力和化学性质相似的沥青进行掺配。实验证明同产源的沥青掺配后可得均匀的沥青。式中：P1为较软，P2为较硬沥青的用量(%)；

T1、T2分别为两种沥青的软化点。

P2=100－P1

19:5426软化点分别是49℃沥青掺量为：30×36.7％＝11.0t软化点分别是98℃沥青掺量为：30-11=19t某防水工程需石油沥青30t，要求软化点不低于80℃，现有60号和10号石油沥青，测得他们的软化点分别是49℃和98℃，问这两种牌号的石油沥青如何掺配？19:5427脂肪胺：改善沥青的湿润性，增加在湿基面上的粘结力。烃类：有机溶剂，改变沥青的粘度。弹性体：再生橡胶粉、SBS树脂、SBR橡胶乳液、天然橡胶乳液塑性体：乙烯醋酸乙烯脂(EVA)、苯乙烯脂矿粉：滑石粉、石灰石粉、膨润土、水泥等。沥青改性剂可提高气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐气候性等性能。可用于路面的稀浆封层、制作密封材料和涂料。可提高耐分解性、低温抗裂性能和耐热性能，多用于道路路面工程、制作密封材料和涂料。19:5428橡胶改性沥青氯丁橡胶改性沥青丁基橡胶改性沥青热塑弹性体改性LQ再生橡胶改性沥青

SBS兼有橡胶和树脂的特性，常温下具有橡胶的弹性，高温下又能像树脂熔融流动，成为可塑性材料。SBS改性沥青具有良好的耐高温性、优异的低温柔性和耐疲劳性。主要用于制作防水卷材和铺筑高等级公路路面。具有一定弹性、塑性和粘结力良好。掺量一般为3%~15%。可制作卷材、片材、密封材料、胶黏剂和涂料。将沥青加热熔化脱水，在150~160oC时加入古马隆树脂，并不断搅拌，再升温至185~190oC，保持一定时间，使之充分混合。树脂掺量约为40%。19:5429树脂改性沥青古马隆树脂改性聚乙烯树脂改性乙烯-乙酸乙烯共聚物无规聚丙烯(APP)在沥青中掺入5%~10%的低密度聚乙烯，采用胶体磨法或高速剪切法即可制得聚乙烯树脂改性沥青。可显著提高沥青的耐高温性和耐疲劳性，低温柔性也有所改善。主要成分是含水硅酸镁，亲油性好，易被沥青润湿，可直接混入沥青中。提高沥青的机械强度和抗老化性能，用于有耐酸、耐碱、耐热和绝缘性要求的沥青制品中。19:5430矿物填充料改性沥青滑石粉石灰石粉硅藻土石棉绒、石棉粉亲水性石材，但与沥青有较强的物理吸附力和化学吸附力，形成稳定的混合物。软质多孔的轻材料，耐酸性强，用于制作轻质、绝热、吸音的沥青制品的主要填料。主要组分为钠、钙、镁、铁的硅酸盐，呈纤维状，富有弹性，具有耐酸、耐碱和耐热性能，是热和电的不良导体，内部微孔多，吸油量大，可提高沥青的抗拉强度和热稳定性。19:5431乳化沥青：是石油沥青在乳化剂、稳定剂的作用下经乳化加工制得的均匀的沥青产品。根据所用乳化剂不同有：阴离子型、阳离子型、胶体乳液。制作方法：加热后直接乳化；用溶剂溶解后乳化用途：

可涂刷或喷涂在表面上作为防潮或防水层；用于拌制冷用沥青砂浆或混凝土。19:5432煤沥青是将煤焦油进行蒸馏，蒸去水分和所有的轻油及部分中油、重油后所得残渣。化学成分：未饱和芳香烃及非金属衍生物的复杂混合物。与石油沥青相比，有如下特点：

温度敏感性大，夏天易流淌，冬天易硬脆；可挥发分较多，大气稳定性较差；含较多游离碳，塑性较差，容易因变形而开裂；防腐能力较好，可用作木材防腐处理；含表面活性物质较多，与矿物表面粘附性较好。19:5433煤沥青与石油沥青的鉴别方法方法煤沥青石油沥青密度＞1.1~1.0锤击音清脆，韧性差音哑，弹韧性好燃烧烟呈黄色，有刺激味烟无色，无刺激味溶解后溶液颜色汽油或煤油溶解后，溶液滴于滤纸上呈内黑外棕或黄色斑点完全均匀散开，呈棕色注：煤沥青用于制造涂料、电极、沥青焦、油毛毡等,亦可作燃料及沥青炭黑的原料。

19:5434气候分区沥青种类沥青路面类型沥青表面处治沥青贯入式沥青碎石沥青混凝土寒区石油沥青A-140,A-180,A-200A-140,A-180,A-200AH-90,AH-110,AH-130,A-100,A-140AH-90,AH-110,AH-130,A-100,A-140煤沥青T-5

T-6T-6

T-7T-6

T-7T-7

T-8温区石油沥青A-100,A-140,A-180A-100,A-140,A-180AH-90,AH-110,A-100,A-140AH-70,AH-90,A-60,A-100煤沥青T-6

T-7T-6

T-7T-7

T-8T-7

T-8热区石油沥青A-60,A-100,A-140A-60,A-100,A-140AH-50,AH-70,AH-90,A-100,A-60AH-50,AH-70,A-60,A-100煤沥青T-6

T-7T-7T-7

T-8T-7,T-8,T-9沥青的选用19:54356.6沥青混合料6.6.1

沥青混合料的组成结构及其对性能的影响

6.6.2沥青混合料的技术性质

6.6.3沥青混合料组成材料的技术要求

6.6.4沥青混合料的配合比设计

19:54366.6.1

沥青混合料的组成结构及其对性能的影响

(1)沥青混合料的定义与分类①沥青混凝土混合料;②沥青碎石混合料(2)沥青混合料的组成结构①悬浮密实结构;②骨架空隙结构;③骨架密实结构(3)沥青混合料强度的影响因素①内摩擦角;②粘聚力19:5437(1)沥青混合料的定义与分类沥青混合料是由矿料与沥青拌和而成的混合料的总称。沥青混凝土沥青碎石由适当比例的粗集料、细集料及填料组成的符合规定级配的矿料，与沥青拌和而制成的符合技术标准的沥青混合料(以AC表示，空隙率≤10%)。由适当比例的粗集料、细集料及填料(或不加填料)与沥青拌和的沥青混合料(以AM表示，空隙率>10%)。19:5438悬浮密实结构骨架空隙结构骨架密实结构连续密级配的沥青混合料，由于细集料的数量较多，粗集料被细集料挤开，因此，粗集料以悬浮状态位于细集料之间。特点：密实度较高，但稳定性较差。可用于干燥地区的高等级公路表层。连续升级配的沥青混合料，由于细集料的数量较少，粗集料彼此紧密相接，但有较多的空隙。这种结构的沥青混合料的骨料之间的嵌挤力和内摩阻力起重要作用，因此，沥青混合料受沥青材料的变化影响较小，稳定性较好。但沥青与矿料的粘结力较小，空隙率大，耐久性差。沥青碎石多属于这种类型。。间断密级配的沥青混合料，是上面两种结构形式的有机组合。它既有一定数量的粗集料形成骨架结构，又有足够的细集料填充粗集料之间的空隙，因此，这种结构的沥青混合料的密实度、强度和稳定性都比较好。是一种理想的结构类型。19:5439

A.矿质骨料对内摩擦角的影响

矿质骨料的尺寸大，形状近似正方体，有一定的棱角，表面粗糙则内摩擦角较大。连续型开级配的矿质混合料，粗集料的数量比较多，形成一定的骨架结构，内摩擦角也就大。①内摩擦角的的影响

B.沥青含量对内摩擦角的影响

沥青含量越少，矿料表面形成的沥青膜越薄，此时内摩擦角越大。19:5440

A.沥青材料的粘结性对粘聚力的影响沥青的粘度越大，混合料的粘滞阻力也越大，抵抗剪切变形的能力越强，则混合料的粘聚力就越大。

②粘聚力的影响因素

B.矿料颗粒间的联结形式对粘聚力的影响沥青用量过少，沥青不足以包裹矿粉表面，沥青混合料的粘聚力就差。沥青用量过多，自由沥青过多，混合料的粘聚力开始逐渐降低。19:54416.6.2沥青混合料的技术性质

(1)高温稳定性

(2)低温抗裂性

(3)耐久性

(4)抗滑性

(5)施工和易性19:5442高温稳定性：是指沥青混合料在高温(通常为60℃)条件下，承受多次重复荷载作用，不产生车辙和波浪等病害的性能。影响因素：沥青粘度、沥青与石料粘结性能、矿料性质。评价指标：高温强度和稳定性主要技术指标。测试方法：马歇尔试验(稳定度、流值)。稳定度值越大，稳定性越好。19:5443试件：101.6mm×63.5mm；处理：试件在60oC的水中浸泡30～40min；测试：侧立在压力试验机中受压；马歇尔稳定度：试件破坏的极限荷载(N)；流值：极限荷载与其对应的压缩变形值[(0.1mm]。测试过程19:544419:5445我国现行国标(GB50092-96)规定，采用马歇尔稳定度试验(包括稳定度、流值)来测定；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。19:5446低温抗裂性能是指温度较低时沥青混合料抵抗收缩变形，不产生开裂的性质。沥青路面开裂原因：①重复荷载→疲劳开裂②低温脆化→变形能力↓→开裂

③低温收缩④①+②影响因素：沥青品质及用量，矿料级配等。19:5447评价指标：低温脆化、低温收缩和温度疲劳。测试方法：不同温度下的弯拉破坏试验；低温收缩试验；低频疲劳试验。19:5448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。影响因素：空隙率耐水性沥青用量空隙率太大对力学性能和耐久性不利；空隙率过小对高温稳定性不利，4%最佳。沥青混合料饱水后，矿料与沥青粘结力降低、剥落，体积膨胀。耐水性差，耐久性也差。可用残留稳定度评价。沥青用量过少，塑性降低，空隙率增大，耐水性下降；沥青用量过多，降低高温稳定性和抗滑能力。评价方法：浸水马歇尔试验、真空饱水马歇尔试验。

19:5449(4)抗滑性是指车辆轮胎受到制动时沿道面表面滑移所产生的力。影响因素：沥青混合料的粗糙度、级配组成、沥青用量和矿质集料的微表面性质等因素有关。评价指标：磨光值、道瑞磨耗值和冲击值等三项指标。改善措施：面层集料应选用质地坚硬具有棱角的碎石，如玄武岩。适当增大集料粒径，适当减少沥青用量及严格控制沥青的含蜡量等。19:5450

(5)施工和易性就沥青混合料性质而言，影响沥青混合料施工和易性的主要因素是矿料级配与沥青用量。

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；细料太少，沥青层不易均匀地分布在粗颗粒表面；细料过多，则拌和困难。19:5451沥青材料粗集料细集料矿粉寒冷地区宜选用稠度较小，延度较大的沥青，以免冬季裂缝；较热地区选用稠度较大，软化点高的沥青，以免夏季泛油、发软。一般路面的上层宜用较稠的沥青，下层和联结层宜用较稀的沥青。

具有足够的强度和耐磨性。一般选用高强、碱性的岩石轧制成接近于立方体、表面粗糙、具有棱角的颗粒。可根据当地条件及混合料级配要求选用天然砂或人工砂，在缺少砂的地区，也可用石屑代替。细集料同样应洁净、粘土含量不大于３%。矿粉是由石灰岩或岩浆岩中的憎水性岩石磨制而成的。矿粉表观密度应不小于2.50g/cm3，粗度通过0.075mm筛孔的应大于75％，亲水系数应小于１，矿粉应干燥、不含泥土杂质和石块，含水量应不大于１%。19:5452

(1)矿质混合料的配合组成设计

①确定沥青混合料类型;②确定矿质集料料的级配范围;③矿质集料配合比计算

(2)确定沥青混合料的最佳沥青用量19:5453①确定沥青混合料类型

沥青混合料的类型，根据道路等级、路面类型、所处的结构层位，按附表选定。

②确定矿质集料的级配范围

根据已确定的沥青混合料类型，查阅规范推荐的沥青混合料级配及沥青用量范围表(表6-3，p198)即可确定所需的级配范围。19:54