沥青和沥青混合料

第七章沥青和沥青混合料7.1沥青1沥青的定义：沥青作为一种憎水性的有机胶凝材料，是由多种有机化合物构成的复杂混合物。2沥青的物理性质：形状：在常温下是粘稠状的液体、半固体或固体；颜色：呈辉亮褐色以至黑色；具有良好的不透水性、粘结性、塑性和抗冲击性、耐化学腐蚀性，电绝缘体；能溶解于二硫化碳、苯等有机溶液。3沥青按产源分类工业的副产品页岩沥青：油页岩炼油煤气的副产品煤沥青：是炼焦炭或制焦油沥青的残留物石油沥青：石油加工后存在于自然界中的沥青天然沥青地沥青沥青:***在建筑工程中，石油沥青和煤沥青应用较广泛.7.1.1石油沥青1定义：石油沥青是石油经蒸馏等工序提炼出各种石油产品（如汽油、煤油、柴油和润滑油等）后的残留物，再经过加工而得到的物质。2石油的组分：石油沥青是由多种高分子的碳氢化合物及其衍生物组成的复杂混合物。从化学上分析，沥青的主要成分是碳和氢；从使用的角度出发，沥青的组分主要有油分、树脂和地沥青质。3油分、树脂和地沥青质的作用油分：是淡黄色至红褐色的粘性液体。它是决定沥青流动性的组分；树脂：为黄色至黑褐色的沾稠状半固体，它是决定沥青塑性和粘结性的组分；地沥青质：是深褐色至黑褐色无定形固体粉末，它是决定沥青粘性和温度稳定性的组分。思考：石油沥青的三大组分及其特性。石油沥青的组分与其性质有何关系？（1）油分。油分为淡黄色至红褐色的油状液体，是沥青中分子量最小和密度最小的组分，密度介于0.7～1.0ｇ／cm3之间。在170°Ｃ较长时间加热，油分可以挥发。油分能溶于石油醚、二硫化碳、三氯甲烷、苯、四氧化碳和丙酮等有机溶剂中，但不溶于酒精。油分的多少决定了沥青的流动性。(２)树脂（沥青脂胶）。沥青脂胶为黄色至黑褐色粘稠状物质（半固体）;分子量比油分大（600～1000），密度为1.0～1.1g／cm3。沥青中树脂含量增加，石油沥青的延度和粘结力等品质愈好。（３）地沥青质（沥青质）。地沥青质为深褐色至黑色固态无定形物质（固体粉末）;分子量比树脂更大（1000以上），密度大于1g／cm3，不溶于酒精、正戊烷，但溶于三氯甲烷和二硫化碳，染色力强，对光的敏感性强，感光后就不能溶解。地沥青质是决定石油沥青温度敏感性、粘性的重要组成部分。石油沥青的组分与其性质的关系:油分赋予沥青以流动性。沥青树脂使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。地沥青质含量愈多，则软化点愈高，粘性愈大，即愈硬脆。4石油沥青的胶体结构油分、树脂和地沥青质是石油沥青的三大组分;其中油分和树脂可以互相溶解，树脂能浸润地沥青质，并在地沥青质的超细颗粒表面形成树脂薄膜。石油沥青的结构:以地沥青质为核心，周围吸附部分树脂和油分的互溶物而构成胶团，无数胶团分散在油分中而形成胶体结构。根据沥青中各组分的相对比例不同，胶体结构可分为:溶胶型、凝胶型和溶凝胶型三种类型。（1）溶胶结构。地沥青质含量较少，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。直馏沥青的结构多为溶胶结构。（2）凝胶结构。凝胶结构地沥青质含量很多，胶团间有引力形成立体网状，地沥青质分散在网格之间，在外力作用下弹性效应明显。氧化沥青多属于凝胶结构。（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。5石油沥青的技术性质（1）防水性：石油沥青是憎水性的胶凝材料，本身结构致密，不溶于水；（2）粘性：粘性是指沥青在外力作用下，抵抗变形的能力。同时粘性也是沥青软硬、稀稠程度的反映；石油中地沥青质含量较多时，粘性较大；温度下降时，粘性较大。粘滞性对使用粘稠（半固体或固体）的石油沥青用针入度表示，对液体石油沥青则用粘滞度表示。粘稠石油沥青的针入度:是在规定温度（25℃）条件下，以规定质量（100ｇ）的标准针，在规定时间（５s）内贯入试样中的深度来表示，单位以1/10mm计。针入度反映了石油沥青抵抗剪切变形的能力。针入度值越小，表明粘度越大。粘滞度:是将一定量的液体沥青，在某温度下经一定直径的小孔流出50cm3所需的时间，以秒表示。常用符号“CdtT”表示粘滞度，其中ｄ为小孔直径（mm），ｔ为试样温度，Ｔ为流出50cm3沥青的时间。ｄ有10、５、３mm三种，ｔ通常为25℃或60℃。（3）塑性塑性指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏，除去外力后，仍能保持变形后的形状的性质。沥青的塑性对冲击振动荷载有一定吸收能力，并能减少摩擦时的噪声，故沥青是一种优良的道路路面材料。石油沥青的塑性用延度表示。延度愈大，塑性愈好。延度测定是把沥青制成“８”字形标准试件，置于延度仪内25℃水中，以5cm／min的速度拉伸，用拉断时的伸长度来表示，单位用cm计。（4）温度敏感性：沥青的粘性和塑性的大小都与温度高低有很大关系，随着温度的升高，粘性降低，塑性增加。因此，我们把沥青的粘性和塑性随温度的变化而变化的性能称为温度敏感性。石油沥青中地沥青质含量较多时，其温度敏感性较小。沥青中含蜡量较多时，则会产生温度较高（60℃左右）时就发生流淌，在温度较低时又易变硬开裂。在工程中使用时往往加入石灰石粉等矿物填料，以减小其温度敏感性。（5）大气稳定性（亦称抗老化性）：大气稳定性是指沥青长期在阳光、空气、温度等综合作用下，性能稳定的程度。沥青的老化：是指沥青在阳光、空气和温度的长期综合作用下，渐渐失去粘性、塑性，而变硬变脆的现象。大气稳定性的好坏，反映了沥青使用寿命的长短和耐久性的好坏。防止办法：1）增加石油中地沥青质的含量；2）降低沥青中石蜡杂质的含量；3）设计中尽量选择小牌号的沥青；4）加入石灰石粉等矿物填料进行改性处理。4石油沥青的分类及其应用：（1）石油沥青分三种：建筑沥青，道路沥青以及普通石油沥青。建筑石油沥青：建筑石油沥青粘性较大，耐热性较好，但塑性较小，主要用作制造油毡、油纸、防水涂料和沥青胶。它们绝大部分用于屋面及地下防水沟槽防水、防腐蚀及管道防腐等工程。对于屋面防水工程，应注意防止过分软化；道路石油沥青：道路石油沥青牌号较多，主要用于道路路面或车间地面等工程，一般拌制成沥青混凝土、沥青拌合料或沥青砂浆等使用；普通石油沥青：含石蜡量比较高，性能较差，在建筑工程中一般不单独使用，可与其他沥青掺和使用思考：怎样划分石油沥青的牌号？牌号大小与沥青主要技术性质之间的关系怎样？？解:石油沥青按针入度指标来划分牌号，牌号数字约为针入度的平均值。常用的建筑石油沥青和道路石油沥青的牌号与主要性质之间的关系是：牌号愈高，其粘性愈小（针入度越大），塑性愈大（即延度越大），温度稳定性愈低（即软化点愈低）。[评注]严格地讲，石油沥青的牌号是按沥青的针入度、延度和软化点指标来划分的。一般来说，牌号越大，针入度和延性越大，而软化点降低，因此，牌号高的沥青易软化，即温度敏感性大，但塑性良好，质地柔软；低牌号的沥青，其性能相反；牌号小的沥青一般用于温热或受热部位；牌号中等的沥青，使用于寒冷或受晒、冬冻、地下防潮的部位；高牌号的沥青应用于一些不易受温度影响的部位。思考：土木工程中选用石油沥青牌号的原则是什么？在地下防潮工程中，如何选择石油沥青的牌号？5，石油沥青的掺配与稀释当不能获得合适牌号的沥青时，可采用两种牌号的石油沥青掺配使用，但不能与煤沥青相掺。两种石油沥青的掺配比例可用下式估算：式中Ｑ1——较软石油沥青用量（％）；Ｑ2——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（℃）。121221100%100QQTTTTQ【例】某建筑工程屋面防水，需用软化点为75℃的石油沥青，但工地仅有软化点为95℃和25℃的两种石油沥青，问应如何掺配？解：掺配时较软石油沥青（软化点为25℃）用量为：较硬石油沥青（软化点为95℃）用量为：Q2=100%-Q1=71.4%%6.28%10025957595%1001221TTTTQ补充内容：煤沥青煤沥青是炼焦厂或煤气厂的副产品。烟煤在干馏过程中的挥发物质，经冷凝而成黑色粘性液体称为煤焦油，煤焦油经分馏加工提取轻油、中油、重油以后，所得残渣即为煤沥青。煤沥青的特性：主要表现在温度敏感性大，大气稳定性较差，塑性较差。煤沥青中的酸、碱物质都是表面活性物质，由于含表面活性物质较多，故与矿料表面的粘附力较好；防腐性好。因含酚等有毒物质，防腐蚀能力较强，故适用于木材的防腐处理。煤沥青与石油沥青的鉴别方法煤沥青的应用煤沥青具有很好的防腐能力、良好的粘结能力。因此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。表煤沥青与石油沥青简易鉴别方法鉴别方法石油沥青煤沥青密度法密度近似于1.0g／cm3大于1.10g／cm3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30~50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7.1.2改性沥青土木工程中应用的沥青有下述要求：高温下具有足够的强度；低温下具有良好的柔韧性；良好的抗老化性能；与各种矿物材料具有良好的粘结性。沥青改性的目的：使沥青具有良好的综合性能，满足工程使用的需要沥青改性的方法：（1）矿物填充料改性：在沥青中加入一定数量的矿物填充料，相应提高沥青的粘性和耐热性，并增强沥青抗老化性能；（2）聚合物改性：在沥青中加入聚合物，提高沥青的强度、塑性、抗老化性能等；（3）其他改性：1）再生橡胶改性沥青；2）橡胶和树脂共混改性沥青等。7.3沥青混合料（一）定义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。（1）沥青混凝土混合料（简称AC）——由适当比例的粗集料、细集料及填料与沥青在严格控制条件下拌和的沥青混合料。（2）沥青碎石混合料（简称AM）——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。（二）沥青混合料的分类1．按结合料分类（1）石油沥青混合料（2）煤沥青混合料——以煤沥青为结合料的沥青混合料。2．按施工温度分类（沥青混合料拌制和摊铺温度）（1）热拌热铺沥青混合料（2）常温沥青混合料3．按矿质混合料级配类型分类（1）连续级配沥青混合料（2）间断级配沥青混合料4．按混合料密实度分类（1）密级配沥青混凝土混合料①Ⅰ型沥青混凝土混合料：剩余空隙率3％～6％；②Ⅱ型沥青混凝土混合料：剩余空隙率4％～10％。（2）开级配沥青混凝土混合料剩余空隙率大于15％。（3）亦有将剩余空隙率介于密级配和开级配之间的（即剩余空隙率10％～15％）混合料称为半开级配沥青混合料。5．按最大粒径分类沥青混凝土混合料的集料最大粒径可分为下列4类：（1）粗粒式沥青混合料（2）中粒式沥青混合料（3）细粒式沥青混合料（4）砂粒式沥青混合料7.3.1热拌沥青混合料一、沥青混合料的组成结构和强度理论二、沥青混合料的技术性质三、沥青混合料的技术标准四、沥青混合料组成材料五、沥青混合料配合比设计定义：热拌沥青混合料——人工组配的矿质混合料与粘稠沥青在专门设备中加热拌和而成，用保温运输工具运送至施工现场，并在热态下进行摊铺和压实的混合料。一、沥青混合料的组成结构和强度理论（一）沥青混合科的组成结构（二）沥青混合料的强度理论（一）沥青混合科的组成结构1.悬浮密实结构连续密级配的沥青混合料力学特点粗集料少，不能形成骨架粘聚力C大，内摩擦角φ小；2.骨架空隙结构连续开级配的沥青混合料细集料少，不能填充集料间空隙C小，φ大3.骨架密实结构间断密级配的沥青混合料，中间集料少，既有足够的粗集料形成骨架，又有细集料填充其间的空隙C大，φ大（二）沥青混合料的强度理论用沥青混合料铺筑的路面产生破坏的主要原因夏季高温时的抗剪强度不足和塑性变形过剩冬季低温时的抗拉强度不