《建筑材料》沥青及沥青混合料

第七章沥青及沥青混合料沥青桥面摊铺沥青沥青防水卷材防水卷材施工§1石油沥青1概述2组分3胶体结构4技术性质5标准及选用Back•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加工而得的产品。•建筑上主要使用石油沥青制成各种防水材料或铺路材料。石油沥青Back石油沥青是由许多高分子碳氢化合物及其非金属衍生物组成的复杂混合物，其化学成分非常复杂，因此在进行分析时，将沥青中化学成分和性质极为相近，并且与物理力学性质有一定关系的成分，划分为若干个组，称为组分。表1石油沥青的组分与性能关系组成名称物理性质对主要技术性质的影响颜色状态密度（g/m³）分子量油分淡黄液体0.7～1300～500红褐赋予沥青流动性树脂（沥青脂胶）黄色半固体1.0～1.1600～1000黑褐色（粘稠状）赋予沥青良好的粘结性、塑性和可流动性地沥青质深褐固体大于11000以上黑色粉末决定温度敏感性和粘性石油沥青的组分石油沥青的组成与性能关系如表1所示2～3%的沥青碳和似碳物，是在高温裂化等过程中生成的，是石油沥青中分子量最大的，它能降低石油沥青的粘结力。石蜡：它会降低石油沥青的粘结性、塑性和温度稳定性。所以石蜡是石油沥青的有害成分。多腊石油沥青的品质低，需进行脱蜡处理，使之达到使用要求。其它组分Back•在石油沥青中，油分、树脂、地沥青质是石油沥青的三大主要组分。•油分和树脂可以相互溶解，树脂能浸润地沥青质，而在地沥青质的超细颗粒表面形成树脂薄膜。•所以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。沥青的胶体结构图1胶体结构示意图溶胶型溶凝胶型凝胶型胶体结构示意图如图1所示,胶体结构的类型和性质如表2所示。结构类型组成及结构特点特性溶胶型油分和树脂较多，胶团外膜较厚，胶团之间运动较自由流动性和塑性较好，温度敏感性强溶凝胶型地沥青质不如凝胶型多，胶团靠的较近，相互之间有一定吸引力介于溶胶型和凝胶型之间凝胶型油分和树脂含量较少，胶团外膜胶薄，胶团间移动较困难弹性和粘性较高，温度敏感性较小，流动性和塑性较低表2沥青胶体结构类型及特点Back防水性粘性塑性温度敏感性大气稳定性（耐久性）技术性质Back防水性石油沥青有以下性质：憎水性，构造致密，附着力强和好的塑性，所以它有很好的防潮和防水性能。Back石油沥青性质憎水性构造致密附着力强好的塑性好的防潮和防水材料粘性反映沥青材料内部阻碍其相对流动的一种性质，指沥青在外力作用下抵抗变形的能力。是石油沥青性质的重要指标之一。绝对粘度粘性用绝对粘度来表示，但其测试方法较复杂，故工程上常用相对粘度来表示。相对粘度针入度：粘稠沥青，即固体或半固体沥青标准粘度：液体或较稀的石油沥青指标及测试方法定义针入度表示粘稠石油沥青的相对粘度定义试验仪器图2针入度仪试验条件及方法如图3所示25℃，重量为100g标准针，5s深入试样中的深度，单位为1/10mm。读出针入度值图3针入度试验示意图指标与性质间的关系越硬针入度越小粘度越大针入度与粘度之间的关系是：针入度越小,粘度越大,石油沥青越硬。表示液体石油沥青的相对粘度。标准粘度标准粘度计试验条件及方法：50cm³的沥青在规定温度（20、25、30、60℃）流过规定直径（3、5、10mm）的所需时间（s）定义试验图4标准粘度计Back塑性指标概念石油沥青在外力作用下产生变形，除去外力后，仍保持变形后的形状的性质。延度试验•在25℃，把沥青试样制成∞字型标准试模（中间最小截面积为1cm²）•以5cm/min的速度，进行拉伸试验，•拉断时的长度即为延度，单位为cm延度大塑性好石油沥青的粘性和塑性随温度升降而变化的性能。用软化点表示沥青温度敏感性定义指标温度敏感性试验仪器设备环球法软化点仪图5环球法软化点仪软化点温度敏感性关系试验条件和方法图6软化点试验示意图将沥青试样装入规定尺寸(D=16mm,h=6mm)的铜环内，试样上放置一标准钢球(5mm,W=3.5g)，浸入水或甘油中，以规定的速度（5℃/min）加热，使沥青下垂，当下垂到规定距离时的温度（℃）即为软化点。温度敏感性Back石油沥青长期在热、阳光、氧气和潮湿等综合因素的作用下抵抗老化的性能。指标大气稳定性定义用蒸发损失和蒸发后的针入度比来评定。试验:沥青试样，先测重量和针入度，于160℃烘箱中蒸发5h，冷却后再测重量和针入度。原重失重蒸发损失蒸发损失越低，稳定性越好。蒸发前的针入度蒸发后的针入度蒸发后的针入度比蒸发后的针入度比越大，稳定性越好Back大气稳定性标准与选用关于石油沥青的标准：•JTGF40-2004道路石油沥青《公路沥青路面施工技术规范》•GB/T494-1998《建筑石油沥青》牌号划分方法石油沥青都是按针入度指标来划分牌号。每个牌号还应保证相应的延度和软化点，以及溶解度、蒸发损失、蒸发后针入度比、闪点等。建筑石油沥青分为40号、30号和10号三个牌号道路石油沥青分七个牌号(160号、130号、110号、90号、70号、50号、30号等)，并根据沥青的性能指标，再将其分为A、B、C三个等级。常用牌号牌号与性能的关系牌号高针入度高延度大软化点低粘聚力低塑性好温度敏感性大1概述2沥青混合料的组成结构及强度理论3沥青混合料的技术性质4沥青混合料的组成材料5沥青混合料的技术标准6沥青混合料的配合比设计§2沥青混合料1概述沥青混合料定义沥青混合料的分类沥青混合料的特点BackBack沥青混凝土填料矿质集料沥青混合料压实摊铺沥青混合料是由矿质混合料和沥青结合料组成的混合体系。矿料(即矿质混合料)+沥青→沥青混合料→摊铺，压实→沥青混凝土或沥青碎石1）按沥青种类分为：石油沥青混合料和煤沥青混合料。沥青混合料的分类2）按施工温度分为：热拌热铺、热拌冷铺和冷拌冷铺沥青混合料。3）按集料最大粒径分为：特粗式沥青碎石混合料（≥31.5mm）及粗粒式(26.5mm)、中粒式(19或16mm)、细粒式（13.2或9.5mm)和砂粒式(≤4.75mm)沥青混合料。4）按矿料级配分为:密级配(孔隙率Ｐ＜10%）、半开级配(Ｐ＞10%）、开级配(Ｐ＞15%）、间断级配沥青混合料等。沥青混合料的特点粘-弹-塑性好，力学性质优良，有高温稳定性和低温柔性。安全性好施工方便经济耐久可再生利用热拌热铺沥青混合料•它是沥青混合料中使用最广泛、最典型的材料•工程应用广泛Back组成结构强度理论Back2沥青混合料的组成结构及强度理论沥青混合料的组成结构图1沥青混合料的组成结构a-悬浮密实结构b-骨架空隙结构c-骨架密实结构组成结构类型如下图1所示。沥青混合料在路面结构中有二种破坏形式：1.库仑理论：在常温或较高温度下，粘结力不足引起变形，抗剪强度不足引起的破坏。2.在低温下，抗拉强度不足导致破坏。强度理论方法:三轴剪切试验tgCτ—抗剪强度C—粘聚力σ—剪切法向压应力φ—内摩擦角结论：沥青混合料抗剪强度τ取决于粘聚力C和内摩擦阻角φ强度理论Back高温稳定性低温抗裂性耐久性抗滑性施工和易性Back3沥青混合料的技术性质定义：沥青混合料在高温条件下，承受多次重复荷载不产生过大的累积塑性变形的性质。经长期荷载作用不产生车辙、波浪等现象的性质。影响因素：沥青粘度、沥青与石料相互作用特征、矿料性质。高温稳定性试验方法车辙试验马歇尔试验马歇尔试验仪马歇尔稳定度试验设备：马歇尔试验机方法：称取一定的矿料和沥青，按规定条件加热拌合，夯实成型，制成D=101.6mm，h=63.5mm的圆柱体，在马歇尔试验机上进行测试稳定度及流值。稳定度：评价高温稳定性的指标。定义：60℃保温30min以上，以50±5mm/min的速度加荷，试件破坏时的最大荷载（N）即为稳定度。流值：表示抵抗塑性变形的能力。测试Sm的同时测定试件流动变形，达到最大荷载瞬间的压缩变形值（0.1ｍｍ）。技术指标低温抗裂性定义：温度较低时沥青混合料抵抗收缩变形，不产生开裂的性质。沥青路面裂纹原因：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影响因素：沥青质量及用量，矿料级配等试验：纯拉试验:测圆柱形试件的应力、应变、抗拉强度和极限变形→求出劲度模量及温度收缩系数→估计沥青混合料的断裂温度低温抗裂性Back耐久性定义:沥青混合料抵抗长时间的大气因素的反复作用和行车荷载作用的能力。影响因素:沥青的化学性质矿料成分沥青混合料的组成结构沥青用量耐久性改善耐久性的措施:采用坚固矿料提高混合料的密实度选用细粒密级配沥青混合料增加沥青用量等试验：加速老化试验、马歇尔试验指标：耐久性可由下列指标来评价：孔隙率饱和度（沥青填隙率）残留稳定度抗滑性影响因素：矿料表面结构、级配、混合料组成及沥青用量。改善措施：①选用耐磨石料，对磨耗率及冲击值有一定要求。②控制沥青用量：沥青用量↑→表面平滑↑→抗滑性↓Back施工和易性沥青混合料的施工和易性取决于:矿料级配：适当级配不易产生离析现象沥青粘度及用量气温及施工条件Back道路石油沥青矿质材料！此部分见教材或资料Back4沥青混合料的组成材料Chapter9