道路建筑材料第四章.ppt

1、第一节 石油沥青 第二节 煤沥青 第三节 乳化沥青 第四节 改性沥青,第四章 沥青材料,定义：复杂的C、H化合物，及其非金属（O、S、N）衍生物所组成的混合物。 (2)石油形成的条件： 要有良好的保存条件不致腐化 要有一定的温度（50度左右）热催化作用 要有相当长的时间1000万年以上。 (3)特性：粘结性好、塑性好、不透水性好、防腐性,概述：,(4)沥青材料分类： 按产源及生产工艺分： 地沥青 天然地沥青 石油沥青（蒸馏） 木沥青 焦油沥青 煤沥青 （干馏） 页岩沥青,第一节 石油沥青,1、定义：原油提取汽油、煤油、柴油及各级润滑油后的残渣深加工而得到。 2、生产工艺 常减压蒸馏工艺、氧化工

2、艺、溶剂脱沥青工艺、调和工艺 3、石油沥青的分类 （1）按加工方法分类：蒸馏沥青、氧化沥青、溶剂沥青、调和沥青,一、概述,（2）按照形态分类：粘稠沥青、液体沥青 （3）按用途分类：道路沥青、建筑沥青、水工沥青、防腐沥青 4、路用石油沥青：粘稠石油沥青 （包括：快凝、调合、乳化、混合） 5、沥青稀释的方法：加热、加稀释剂、乳化。 （流动性）,（一）原素组成：C、H化合物和O、S、N衍生物组成的混合物，此外，还含有微量元素。（不能反映其性质） （二）化学组分：*采用溶解吸附的方法，分离为化学性质相近和路用性质有一定联系的几个组，称之为组分。（马尔库松）硅胶、相似相溶（无极性）、有极性（不相溶）的方

3、法分离。,二、石油沥青的组成和结构,1、三组分分析法： 油分、树脂、沥青质 蜡 油分：淡黄透明的液体流动性 树脂：红褐色粘稠半固体塑性、粘结性 沥青质：深褐色固体粉末状微粒 温度稳定性 沥青质含量越高越好？,2、四组分分析法 沥青质、胶质、芳香族、饱和分 沥青质：黑色或棕色固体感温性 胶 质：深棕色固体或半固体粘附性 芳香族：深棕色粘稠液体溶解能力（流动性） 饱和分：稻草色或白色液体稠度,（三）胶体结构： 1、胶体理论认为：沥青是复杂的胶体结构 分散相沥青质 分散介质油分 (饱和分、芳香分) 胶质裹覆沥青质表面（胶团）,沥青质,油分,2、分类 （1）溶胶型结构： 沥青质量少，胶团距离远，自由移

4、动。（液） 此类沥青的特点：对其施加荷载时几乎没有弹性效应，呈牛顿流型流动，所以也称牛顿流沥青。这类沥青在路用性能上有较好的自愈性和低温变形能力，但温度感应性差，高温时粘度很小，冷却时变为脆性固体。,（2）溶凝胶型结构： 沥青质含量适当，胶团数量增多，之间有吸引力。属于粘弹性体（为塑性体）路用性能好。 此类沥青的特点：变形时，最初阶段表现出一定程度的弹性效应，但变形增加至一定数值后，则又表现出一定程度的粘性流动，是一种具有粘-弹特性的伪塑性体。现代高等级沥青路面用的沥青都是属于这类胶体结构的沥青，这类沥青的路用性能好，在高温时具有较低的感温性，低温时又具有较好的形变能力。,（3）凝胶型结构：

5、沥青质含量很高，胶团形成空间网络，吸引力大，先弹性变形，再粘弹性体，特点感温性好，低温变形差。 此类沥青的特点:当施加荷载很小时或荷载时间很短时，具有明显的弹性变形，当应力超过屈服值之后，表现为粘-弹性变形。这类沥青为弹性沥青，在路用性能上具有较好的温度感应性，但低温变形能力较差。,3、胶体结构类型判定针入度指数（计算比较） 4、沥青的老化及组分的转化 “老化”：沥青在大气的作用下，由于阳光、空气，使之化学分子产生氧化、缩合，组分和结构的转化称为老化。 沥青组分的转化： 组分从油分树脂沥青质； 胶体结构从溶胶型溶凝胶型凝胶型这个转化过程。 沥青组分的转化（老化）是必然的，故使用寿命比水泥砼路面

6、短。 沥青的主要缺点：易老化、温度稳定性差。,（一）物理特征常数 1、密度 0.971.04 2、热胀系数:沥青在温度上升1时的长度或体积变化，分别为线胀系数或体胀系数，统称热胀系数。 3、介电常数 沥青作为介质时平行板电容器的电容 真空作介质时相同平行板电容器的电容 耐久性、抗滑性能,三、石油沥青的技术性质,（二）粘滞性（粘性） 1、定义：粘滞性是指沥青在外力作用下抵抗变形的能力。粘滞性是划分沥青等级的主要技术指标。 车辙 等级划分的主要依据 2、粘度的表达方式： 1）牛顿流型沥青的粘度表达方式： 沥青在高温条件下，可视为牛顿液体。 认为剪应力与剪应变率的流变曲线是直线。 动力粘度（绝对粘度

7、）： 运动粘度：,F,dV,dy,牛顿液体受力示意图,粘滞系数（粘度）,u,2）非牛顿流型沥青的粘度表达方式： 剪应力与剪变率并非线性关系 表观粘度 c1，表示牛顿流型沥青； c1，表示非牛顿流型沥青；,c沥青的复合流动系数,3、沥青粘度的测定方法 *两类：绝对粘度：绝对单位粘度计 相对粘度：条件粘度经验方法 1）绝对粘度的测定方法（运动粘度） 毛细管粘度：（运动粘度）135 流经规定体积，所需时间（毛细管粘度仪）幻灯片 19 旋转粘度幻灯片 20 滑板粘度幻灯片21,在严格控制温度和真空度的条件下，测定一定体积沥青被吸过毛细管所需要的时间,毛细管粘度仪试验示意图,旋转粘度计：测定沥青施工温度

8、区的粘度,双筒旋转粘度计CCR,旋转粘度试验示意图,滑板粘度试验示意图,2）条件粘度测定 标准粘度计法（液态） 仪器：标准粘度计 试验条件：CT,d表示 （温度 流孔 50ML 时间） 例：C60,5=120S C25,5=15S （流出：50ml） 在规定温度条件下，通过规定的流孔直径，流出50ml体积，所需要的时间（S）。 总结：流出时间愈长，表示沥青粘度愈大。,针入度法（粘稠）常用条件： P25,100,5S=35（0.1mm） P46.1,50g,5s 单位：1=1/10 总结：粘稠沥青针入度值愈大，表示沥青愈软，粘结性差；标号高； 针入度值是沥青标号划分的主要依据，针入度大，标号大。

9、 在南方沥青针入度值宜选偏低标号，稳定性好。,针入度法测定粘稠沥青针入度示意图,在规定温度条件下，以规定质量的标准针经过规定时间贯入沥青试样的深度，以1/10mm为单位 如：P25,100,5=60 表示：试验温度25 荷载质量100g 历时5s 贯入沥青深度6mm,粘度变化,软化点：硬化点与滴落点之间温度间隔的87.21作为软化点。 沥青的三态：流动橡胶玻璃 软化点 脆点 试验：环与球法软化点 小结：软化点高，热稳性好； 沥青在软化点时的粘度相当于针入度值800（1/10），故计为软化点是人为的“等粘温度” 针入度是等温粘度 软化点是等粘温度,软化点测试示意图,固态 液态 硬化点 滴落点,T

10、 R抗老化 好 。 沥青标号是根据针入度 的平均值划分的； 是根据三大指标 确定的。,（四）感温性,感温性：沥青粘度随温度变化的感应性。 1、针入度指数（PI）:评价沥青感温性指标 基本思路：,logP=AT+K,A针入度温度感应性系数,（1）A值的确定方法,温度T,lgP,25,P25,TR&B,PR&B,6001000, 数组（Pi,Ti）进行回归,（2）针入度指数PI的确定,令：感温性最大A=，PI值为-10 感温性最小A=0，PI值为+20,PI与沥青感温性的关系, 已知条件：不同温度下的针入度（Pi、Ti）（2组以上） 或针入度与软化点 计算方法 计算A值PI 查图,（3）当量软化点

11、（T800）和当量脆点值（T1.2）,由logP=AT+K： P800 P1.2,PI+2 凝胶型沥青 PI=-2+2 溶凝胶型沥青 2、针入度-温度数PTI PTI越小，感温性越小、 3、针入度-粘度指数PVN PVN越大，感温性越好,（4）针入度指数与胶体结构的关系,（五）沥青的粘附性反映沥青与集料的粘结能力,1、粘附机理 沥青水石料三相体系 2、影响因素： 集料的性质： SiO2 : 0% 52% 65% 碱性集料 中性集料 酸性集料 沥青的粘度与极性 沥青混合料的空隙率 3、评价方法 水煮法：最大粒径13.2mm 水浸法：最大粒径13.2mm,沥青路面坑洞,沥青路面坑洞,沥青路面坑洞,

12、损坏机理分析环境与路面因素,动水压力导致雨水进入路面，并积聚于层底； 重复荷载导致沥青-集料剥离,水煮法试样,水煮法试样,水浸法试样,（六）沥青的耐久性,1、现象：沥青性质随着时间推移而发生变化 变脆变硬老化 2、影响因素 1）温度（热） 2）大气（氧） 3）日照（光） 4）雨雪（水） 5）环境（氧化剂） 6）交通（应力） 3、评价方法 1）薄膜烘箱加热试验（沥青薄膜加热试验） 2）旋转薄膜加热试验 3）压力老化试验,老化前,老化后,饱和分S,芳香分A,胶质S,沥青质At,（七）沥青粘弹性劲度模量,劲度模量表征沥青弹粘性联合效应指标 概述：模量=应力/应变 （弹性模量、抗压模量、抗拉模量） 1

13、）沥青的粘性行为 （一种沥青在不同温度下表现不同模量强度） 低温区弹性模量（瞬时弹性） 常温粘弹性区劲度模量 高温区粘性区（流动）粘度,沥青材料的粘弹性现象,蠕变与应力松弛现象,蠕变在应力保持不变的情况下，应变随时间增加而增加的现象,应力松弛在保持应变不变的情况下，应力随时间的增加而逐渐减弱（衰减）的现象,2）沥青的劲度模量（弹粘区）,劲度模量：在一定的荷载时间（t）和温度（T）条件下，应力与总应变之比。是表示沥青粘性与弹性联合相应的指标。,3）劲度模量诺模图的应用 主要取决于三个因素： 沥青特性软化点（TR&B）， 针入度指数（PI） 荷载作用时间秒（S） 路面工作温度温度差修正值（Tdif

14、=T800TP）,例题：现有A-60沥青，软化点T800=64，修正针入度指数PI=0。拟将该沥青应用于沥青路面，已知路面工作温度为11，荷载作用时间为0.02s，求Sb。 解：已知：t=0.02s，TD=64-11=53，PI=0 1、在荷载作用时间的标尺上取t=0.02s之点a 2、在温差的标尺上，在低于软化点一侧取53之b 3、在针入度指数PI的标尺上自PI=0作一水平cd 4、ab与cd相交，通过交点查Sb=2*108N/m2,四、石油沥青技术标准,（一）粘稠石油沥青的技术标准 1、重交通道路石油沥青（AH） AH-130、 AH-110、 AH-90、 AH-70 、AH-50 2、

15、中、轻交通道路石油沥青（A） A-200、A-180、A-140、 A-100、 A-60 （二）液体石油沥青的技术标准 快凝AL(R)、中凝AL(M) 、慢凝AL(S) 透层、粘层、拌制冷拌沥青混合料,1、煤沥青 制备煤汽的副产品。 2、生产工艺： 气体煤冷凝80冷凝30煤汽 高温煤焦油 低温煤焦油（不饱和分子少） 轻 中 重油 煤焦油蒸馏蒸馏（酚、萘、蒽油）,软（道路）,硬（电器）,第二节 煤沥青,3、组分：油分、树脂、游离碳 4、结构：复杂的胶体结构 5、技术要求：粘度划分（9个等级） 6、比较石油沥青和煤沥青的差异： 温度稳定性低、气候稳定性差、粘附性好、对人体有害,第三节 改性沥青,一、概述：轴载变重，车速提高， 渠化交通车辙、低温裂缝。 改性沥青是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物，磨细的橡胶粉或其它填料等外掺剂（改性剂），或采取对沥青轻度氧化加工等措施，改善沥青性能而制成的混合物。,二、改性沥青的分类及特性 常用几类： 1 热塑性橡胶改性沥青（SBS） 2 橡胶类改性沥青（SBR） 3 热塑性树脂改性沥青（EVA）