11chapter7沥青及沥青混合料

第七章沥青及沥青混合料沥青有机胶凝材料。能溶于汽油、二硫化碳等有机溶剂，但几乎不溶于水，属憎水材料。与矿物材料有较强的粘结力，具有良好的防水、抗渗、耐化学侵蚀性。沥青分类地沥青天然沥青：石油浸入岩石或流出地表后，经地球物理因素的长期作用，轻质组分挥发和缩聚而成的沥青类物质。石油沥青：用石油炼制其它油品后的残渣加工而得到的产品。焦油沥青：将各种有机物（煤、泥炭、木材等）干馏加工得到的焦油，经再加工而得到的产品。煤沥青页岩沥青木沥青第一节沥青材料一、石油沥青石油经蒸馏等提炼出各种轻质油（如汽油、煤油、柴油等）及润滑油以后的残留物，或再经加工而得的产品。一)石油沥青的组成与结构由多种碳氢化合物及其非金属衍生物组成的混合物，它是石油中分子量最大、组成和结构最为复杂的部分。JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》：三组分、四组分分析法。三组分组分名称颜色状态密度g/cm3分子量含量（%）特点作用油分淡黄至红褐色透明液体0.7～1.0300～50045～60溶于苯、丙酮等有机溶剂,不溶于酒精赋予沥青以流动性,降低粘稠度和软化点,增大延度,但含量多时,沥青的温度稳定性差树脂黄色至黑褐色粘性半固体1.0～1.1600～100015～30溶于汽油、苯等有机溶剂,难溶于酒精和丙酮赋予沥青以黏结性、塑性和可流动性。中性树脂：提高延度和粘结力；酸性树脂：提高对碳酸盐岩石的粘附力。沥青质深褐色至黑色脆性固体微粒1.1～1.51000～60005～30溶于三氯甲烷,二硫化碳,不溶于酒精赋予沥青温度稳定性和粘性，沥青质含量高，软化点高，温度稳定性好，但其塑性降低，沥青的硬脆性增加。沥青碳、似碳物：无定形的黑色固体粉末，是石油沥青中分子量最大的成分，会降低粘结力。蜡：降低粘结性和低温塑性，增大温度敏感性。四组分饱和分、芳香分、胶质和沥青质。饱和分：使稠度降低。胶质：使延性增加，黏度提高。沥青质：使黏度提高，降低温度敏感性。分为可溶质（油分和树脂）和沥青质。沥青质为分散相，可溶质为分散体系。以沥青质为胶核，周围吸附的树脂和油分一起构成胶团。胶团内组分按分子量自大至小逐渐向外扩散分布。石油沥青的胶体结构1)溶胶型结构（液体沥青）沥青质组分很少，且分子量与树脂接近。沥青质表面吸附较厚的树脂外膜，只能构成较少量的胶团，胶团间距离大，相互吸引力很小。具有较好的流动性、塑性以及较强的裂缝自愈能力，但温度稳定性差。2)凝胶型结构（氧化沥青）沥青质组分多，沥青质吸附的树脂外膜较薄，胶团数量多，胶团之间的距离小。胶团间吸引力增大，聚集成空间网络。弹性大，流动性和塑性低，温度敏感性低，温度稳定性高。3)溶—凝胶型结构（优质道路沥青）介于溶胶型和凝胶型之间。常温变形时，初期为弹性变形，后表现为黏性液体。二）石油沥青的技术性质1)黏滞性（黏稠性）黏滞性是沥青材料抵抗外力作用下发生粘性变形的能力。常用针入度和标准粘度来评定。2)耐热性耐热性是指粘稠沥青在高温下不软化、不流淌的性能。用软化点（t软）表示（无熔点）。软化点是沥青达到某特定黏性流动状态（沥青针入度约为800）时的温度。在软化点以下，沥青材料不会流淌，软化点越高，耐热性越好。3)温度稳定性温度稳定性是指沥青的粘度受温度变化影响的程度。脆化点（t脆）：沥青由高弹态向玻璃态转化的温度（沥青针入度约为1.2）。粘弹性温度区域△T=t软-t脆常用粘弹性温度区域△T、软化点和针入度指数P·I来评定。4)塑性塑性是指沥青材料在外力作用下，产生变形而不破坏，除去外力后，仍能保持变形后形状的性质。可用延伸度（简称延度）表示。受组分、胶体结构类型、温度、拉伸速度影响。塑性越好，自愈能力越好，柔性越好，承受冲击振动荷载能力越好，减小摩擦噪音。5)耐久性沥青材料在施工过程中的长时间高温加热和在使用条件下受到空气、阳光、气温和风雨冰冻等气候因素的综合作用，以及与矿料相互作用等的影响下，内部产生复杂的物理化学变化，导致塑性降低、脆性增加，性能不断恶化，逐步丧失使用功能的过程称为沥青的老化。沥青材料的耐久性常称为抗老化性，或大气稳定性、耐候性。常以蒸发损失和蒸发后针入度比来评定。6)其他技术指标脆点：温度下降过程中，沥青由粘塑性状态转变为弹脆性状态的温度。是沥青发生脆性破坏的温度界限。溶解度：可溶于苯、四氯化碳、三氯甲烷等有机溶剂的能力。闪点：临近沥青表面的混合气体遇火后发生闪火时的温度。燃点：沥青遇火燃烧不小于5S的温度。三)石油沥青的技术标准石油沥青产品有：道路沥青类、建筑沥青类、普通沥青及专用沥青（特殊工业如油漆沥青、电缆沥青等）。1)道路石油沥青道路石油沥青有七个牌号，按针入度划分。牌号越高，则粘性越小(即针入度越大)，塑性越好(即延度越大)，温度敏感性越大(即软化点越低)。主要用于道路路面或车间地面等工程。2)建筑石油沥青建筑石油沥青按针入度划分，有三个牌号。牌号越高，则粘性越小(即针入度越大)，塑性越好(即延度越大)，温度敏感性越大(即软化点越低)。与道路石油沥青相比，针入度较小(粘性较大)，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油膏等。3)普通石油沥青普通石油沥青中含蜡较多(有害成分)，一般含量大于5%，有的高达20%以上，故又称多蜡石油沥青。黏性较小，塑性较差，温度敏感性大。二、煤沥青煤沥青又称焦油沥青，在烟煤炼焦或制煤气时，从干馏所挥发的物质中冷凝出煤焦油，再将煤焦油继续蒸馏得轻油、中油、重油和蒽油所剩的残渣即为煤沥青。根据煤焦油蒸馏深度的不同，又分为软煤沥青和硬煤沥青两类。一)煤沥青的组成煤沥青的化学组成主要是芳香族碳氢化合物及其与氧、硫、氮的衍生物的混合物。按化学性质相似且与技术性质有关划分，其主要组分是：油分、树脂和游离碳。油分：由较低分子量的液态芳香族碳氢化合物组成，赋予流动性，降低黏性。树脂：软树脂：赤褐色粘塑性物质，稳定性低，赋予塑性。硬树脂：固态结晶物质，提高黏稠性。游离碳：有机化合物的固体碳粒。有利于提高黏性和温度稳定性。二)煤沥青的性质特点煤沥青与石油沥青相比，性质上表现出以下特点：1)温度稳定性较差。2)塑性较差。3)大气稳定性差。4)防腐性较好。5)粘结性较好。三)煤沥青的应用由于煤沥青具有很好的防腐能力、良好的粘结能力。可用于配制防腐涂料、胶粘剂、防水涂料、油膏以及制作油毡等。将煤沥青和石油沥青按适当比例混合可形成一种稳定胶体，称为混合沥青。混合沥青综合了两种沥青的优点，使得粘性、温度稳定性、塑性均有显著改善。三、改性沥青(改性石油沥青)一)沥青材料掺配某一牌号的石油沥青往往不能满足工程技术要求，需用不同牌号沥青进行掺配。两种沥青掺配时掺配量与软化点之间呈比例关系，通常按直线规律进行两种沥青掺配计算。二)石油沥青与煤沥青的掺配(混合沥青)选择化学性质及密度均相近的石油沥青和煤沥青，按适当的比例掺合，可能得到稳定的混合沥青，石油沥青的掺量一般应小于20%或大于70%。三)液体沥青和乳化沥青液体沥青和乳化沥青在常温下便具有流动性，不需加热即可施工。1)液体沥青—冷底子油液体沥青是将沥青溶解于有机溶剂，也称为稀释沥青。冷底子油是将汽油、煤油、柴油、工业苯、煤焦油(回配煤沥青)等有机溶剂与沥青溶合制得的一种液体沥青。作为防水工程的基层处理剂，防止基层水分蒸发而出现“起鼓”现象；有利于黏结其它防水材料。2)乳化沥青乳化沥青是将热熔沥青，经强力机械作用分散成为沥青微滴(1μm～6μm)，分散在含有表面活性物质(乳化剂、稳定剂)的水溶液中，所构成的稳定的乳状。四)其它改性沥青1)矿物填充料改性沥青提高沥青的黏性和温度稳定性。矿物填充料常用的有以下几种：滑石粉、石灰石粉、云母粉、石棉粉2)橡胶沥青使沥青具有橡胶的很多优点，高温变形性小、低温柔性好。①氯丁橡胶沥青。②丁基橡胶沥青。③再生橡胶沥青。3)合成树脂类改性材料改善沥青的防水性、粘结性、耐热性、温度稳定性。4)植物油类改性材料四、沥青材料使用的注意事项1)不同品种和牌号的沥青，应分别堆放，避免相互混杂。2)堆放应避开热源，勿使阳光直接照射，以免沥青软化流淌。3)防止砂、土等杂质和水分的混入。4)沥青材料加热温度应控制在软化点以上100℃左右。5)防烫伤及火灾事故发生。6)防止中毒事故。第二节沥青混合料沥青材料一般情况下很少单独使用，多数是与级配合适的矿物质材料拌合均匀，经铺筑、成型后制成沥青混凝土、沥青砂浆、沥青胶等，统称为沥青混合料。矿物质材料包括粗集料、细集料和填料，统称为矿料。粗集料系指粒径大于2.5mm的矿料；细集料系指粒径2.5mm～0.075mm(或0.08mm)的矿料；填料系指粒径小于0.075mm的矿料。沥青混凝土按所用矿料的最大粒径分为：粗粒式、中粒式、细粒式和砂粒式。粗粒式的矿料最大粒径为35mm或30mm；中粒式为25mm或20mm；细粒式为15mm或10mm；砂粒式为5mm。沥青混凝土按密实程度分为：密级配、开级配和沥青碎石。密级配沥青混凝土的孔隙率小于5%，主要用作防渗层材料；开级配沥青混凝土的孔隙率大于5%，主要用作整平胶结层材料；沥青碎石的孔隙率大于15%，渗透性强，主要用作排水层材料。沥青混凝土按施工铺筑方法分为：碾压式和浇注式。碾压式沥青混凝土须用碾压机械压实，浇注式沥青混凝土具有大的流动性，混合料在自重作用下可自行密实。沥青混凝土按施工温度不同可分为热铺和冷铺。热铺沥青混凝土是将材料加热后，在高温下进行拌和和铺筑。冷铺沥青混凝土采用稀释沥青或乳化沥青配制，可在常温下施工。一、沥青胶沥青胶也称沥青玛碲脂，是用沥青、粉状或纤维状填充料以及改性添加材料等配制而成。用作铺设防水卷材的黏结剂；嵌缝材料；防水涂层；沥青砂浆防水层的底层。一)沥青胶的技术性质沥青胶的技术性质有耐热性、柔韧性和粘结性等。根据国家标准GB50345－2004《屋面工程技术规范》将沥青胶按耐热度划分为不同标号。二)影响沥青胶性质的因素沥青胶性质取决于沥青、矿物填充料的性质及两者之配合比。1)沥青软化点高，沥青胶耐热性好。2)沥青延度大，沥青胶柔韧性好，不易开裂。3)掺入矿物填充料，可节约沥青，提高沥青的黏性和温度稳定性。4)掺入纤维状填料，可提高沥青胶的柔韧性。二、水工沥青混凝土（及沥青砂浆）一)组成材料1)石油沥青根据气候、荷载条件、混凝土或砂浆种类等选择。气候较热、荷载较大、细粒式或砂粒式的混合料，选用牌号低的沥青。2)矿料(粗、细集料)质地坚硬、密实、清洁、不含过量的有害杂质、级配良好、与沥青有较好的粘结性。①粗集料的粘附力②细集料的水稳定性等级③填料的亲水系数（憎水性强）3)掺料为改善沥青混合料的性质掺入的材料。如石灰、水泥、橡胶等。二)水工沥青混凝土的技术要求水工沥青混凝土主要用于防渗、防护材料，主要技术要求：和易性、抗渗性、稳定性、柔性及耐久性。1)抗掺性沥青混凝土抗渗性用渗透系数来评定。受矿料级配、沥青用量、压实程度及所受压力影响。2)稳定性沥青混凝土的稳定性包括结构稳定性、温度稳定性、水稳定性。高温稳定性：在高温条件下及外荷长期作用下不发生严重变形或流淌的性质。①沥青混凝土高温抗压强度及热稳定性系数热稳定性系数=f20/f50,值越小，稳定性越好。②斜坡流淌值③马歇尔试验（荷载）（稳定度、流值）影响沥青混凝土稳定性的因素（1）沥青性质：软化点高、温度稳定性好、适量（2）级配良好的碱性碎石（3）适量的填充料（4）一定孔隙率，以提供沥青材料遇热膨胀所需的空间。3)柔性柔性是指沥青混凝土（以及沥青砂浆）在自重或外力作用下，能适应变形而不产生裂缝的性能。选用针入度大、低温延伸度大、软化点适中的沥青；一般连续级配或颗粒细的矿料；填充料和沥青用量的比值较小。4)耐久性评定沥青混凝土耐久性的指标有：水稳定性系数和残留稳定度等。水稳定性系数=，水工沥青混凝土防渗层不小于0.85。残留稳定度=≥0.855)施工和易性沥青混合料的和易性是指它在拌和、运输、摊铺及压实过程中具有与施工条件相适应，既保证质量又