沥青材料-课件

本章教学目标本章教学目标主要掌握：石油沥青的基本组成和结构特点、工程性质和测定方法。了解：沥青及沥青混合料的应用。1本章教学目标主要掌握：石油沥青的基本组成和了解：沥青及沥青混第二节第二节 沥青混合料沥青混合料第一节第一节 沥青材料沥青材料 2第二节 沥青混合料第一节 沥青材料 2第一节第一节 沥沥 青青1.1.概述概述2.2.沥青的主要技术性质沥青的主要技术性质3.3.工程实例分析工程实例分析3第一节 沥 青1.概述2.沥青的主要技术性质3.工概概 述述定义定义分类分类应用应用4概 述定义分类应用4 沥沥青青是是由由一一些些极极其其复复杂杂的的高高分分子子的的碳碳氢氢化化合合物物和和这这些些碳碳氢氢化化合合物物的的非非金金属属（氧、硫、氮）衍生物所组成的混合物。（氧、硫、氮）衍生物所组成的混合物。定义定义5 沥青是由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢沥青沥青地沥青地沥青 焦油沥青焦油沥青天然沥青：石油在自然条件下，长时天然沥青：石油在自然条件下，长时间经受地球物理因素作用形成的产物间经受地球物理因素作用形成的产物 石油沥青石油沥青：石油经各种炼制工艺加工而：石油经各种炼制工艺加工而得的沥青产品得的沥青产品 煤沥青：煤经干馏所得的煤焦油，经煤沥青：煤经干馏所得的煤焦油，经再加工后得到煤沥青再加工后得到煤沥青 页岩沥青：页岩炼油工业的副产品页岩沥青：页岩炼油工业的副产品 分类分类柏油柏油6沥青地沥青 焦油沥青天然沥青：石油在自然条件下，长时间经受地 广广泛泛用用于于建建筑筑、公公路路、桥桥梁梁等等工工程程中中，主主要要用用于于生生产防水材料和铺筑沥青路面、机场道面等。产防水材料和铺筑沥青路面、机场道面等。土木工程建筑土木工程建筑主要应用石油沥青主要应用石油沥青。应用应用7 广泛用于建筑、公路、桥梁等工程中，主要用于生产防状态状态颜色颜色褐色或黑褐色褐色或黑褐色常温下呈固态、半固态或粘性液态常温下呈固态、半固态或粘性液态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成分成分组分组分石油沥青的主要技术性质石油沥青的主要技术性质基本性质基本性质8状态颜色褐色或黑褐色常温下呈固态、半固态或粘性液态由许多高分 化学组分分析方法化学组分分析方法 将将沥沥青青分分离离为为化化学学性性质质相相近近，而而且且与与其其工工程程性质有一定联系的几个组，这些组就称为组分。性质有一定联系的几个组，这些组就称为组分。我我国国现现行行公公路路工工程程沥沥青青及及沥沥青青混混合合料料试试验验规规程程 （JTJ052-2000)规规定定有有三三组组分分和和四四组组分分两种分析方法。两种分析方法。9 化学组分分析方法9组分组分 油分（芳香油和饱和油）油分（芳香油和饱和油）油状液体，密度最小，加热可以挥发，能溶于有机溶剂，它们赋予沥青以流动性流动性。分子量为100 500。树脂（沥青脂胶）树脂（沥青脂胶）粘稠状液体（半固体），密度大于油分，属于中性树脂，能溶于有机溶剂（苯、汽油）。它们赋予沥青以良好的粘结性、塑性和可流粘结性、塑性和可流动性动性，分子量为5001000。地沥青质（沥青质）地沥青质（沥青质）固态无定性物质，密度大于1，决定沥青的温度敏感性和粘滞性温度敏感性和粘滞性，其含量越高，沥青软化点越高，粘性越大，越硬脆。分子量大于10006000。10组分 10沥青中的蜡 蜡会降低石油沥青的粘结性和塑性，对温度特别敏感。易出现的问题：易出现的问题：高温发软，会导致沥青路面高温稳定性下降，出现车辙；低温变得脆硬，低温抗裂性降低，出现裂缝；沥青与石料的粘附性降低，在有水的条件下，使路面石子产生剥落现象，造成路面破坏；路面的抗滑性降低，影响路面的行车安全。11沥青中的蜡 蜡会降低石油沥青的粘结性和塑性，对温组分的相溶特性组分的相溶特性 油分与树脂相溶；树脂能浸润地沥青质；地沥青质对油分有憎液性。胶体结构胶体结构 以地沥青质为核心构成胶核以地沥青质为核心构成胶核；胶核周围形成树脂树脂薄膜，薄膜外吸附一层油分油分构成胶团；无数胶团分散在油分中而形成胶体结构胶体结构。分散体结构分散体结构 分散相是吸附部分树脂的地沥青质；分散介质是溶有部分树脂的油分。石油沥青的胶体结构石油沥青的胶体结构 石油沥青不仅取决于它的化学组分化学组分及其化学结构，还取决于它的胶体结构。胶体结构。12组分的相溶特性 石油沥青的胶体结构 石油沥青溶胶结构溶胶结构油分较多，胶团较少，温度稳定性差；胶团相对运动自由，流动性和塑性较好。凝胶结构凝胶结构油分与树脂较少，地沥青质较多，温度稳定性好；胶团相互连接成不规则空间网状的凝胶结构，弹性和粘性较高，流动性和塑性较低。溶凝胶结构溶凝胶结构介于溶胶结构与凝胶结构之间。沥青的胶体结构沥青的胶体结构13溶胶结构沥青的胶体结构13溶胶结构凝胶结构沥青的胶体结构14溶胶结构凝胶结构沥青的胶体结构14石油沥青石油沥青技术性质技术性质粘滞性塑性温度敏感性大气稳定性15石油沥青粘滞性塑性温度敏感性大气稳定性15衡量指标衡量指标定义定义影响因素影响因素粘滞性粘滞性16衡量指标定义影响因素粘滞性16定义定义 粘滞性粘滞性又称粘性，反映石油沥青在外力又称粘性，反映石油沥青在外力作用下，作用下，抵抗变形的能力。抵抗变形的能力。17定义 粘滞性又称粘性，反映石油沥青在外力作用下，抵抗衡量指标衡量指标 液态沥青：用粘滞度表示，指液态沥青在一定温度下，经规定液态沥青：用粘滞度表示，指液态沥青在一定温度下，经规定直径的孔洞漏下直径的孔洞漏下50mL所需要的时间，用符号所需要的时间，用符号Ctd表示。表示。请观看粘滞度试验请观看粘滞度试验固态或半固态沥青：用针入度表示，指在温度为固态或半固态沥青：用针入度表示，指在温度为25的条的条件下，以质量件下，以质量100g的标准针，经的标准针，经5s沉入沥青中的深度（每深沉入沥青中的深度（每深入入0.1mm为为1）。）。粘滞度粘滞度Ctd，粘滞性，粘滞性请观看针入度试验请观看针入度试验针入度针入度 ，粘滞性，粘滞性 18衡量指标 液态沥青：用粘滞度表示，指液态沥青在一定温度下，191920202121影响因素影响因素u组分：地沥青质含量组分：地沥青质含量，粘滞性，粘滞性 u温度：温度温度：温度，粘滞性，粘滞性22影响因素组分：地沥青质含量，粘滞性温度：温度，粘滞针入度等级针入度等级道路石油沥青道路石油沥青200300150200110150801005080建筑石油沥青建筑石油沥青25401025建筑石油沥青主要用于屋面及地建筑石油沥青主要用于屋面及地下防水、沟槽防水及防腐。下防水、沟槽防水及防腐。管道防腐蚀工程，也可制造管道防腐蚀工程，也可制造油毡、油纸、防水涂料等建油毡、油纸、防水涂料等建筑材料。（粘度较大）筑材料。（粘度较大）23针入度等级道路石油沥青建筑石油沥青23衡量指标衡量指标定义定义影响因素影响因素塑性塑性24衡量指标定义影响因素塑性24定义定义 塑性塑性指石油沥青在外力作用下产生变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而不破坏，除去外力后，仍能保持变形后的形状的性质。形状的性质。25定义 塑性指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏衡量指标衡量指标用延伸度表示，简称为延度。延伸度是将石油沥青标准用延伸度表示，简称为延度。延伸度是将石油沥青标准试件在规定温度（试件在规定温度（25）和规定速度（）和规定速度（5cm/s）的条件下）的条件下在延度仪上进行拉伸，以试件拉断时的伸长值（在延度仪上进行拉伸，以试件拉断时的伸长值（cm）表示。）表示。请观看延伸度试验请观看延伸度试验延伸度延伸度，塑性，塑性26衡量指标用延伸度表示，简称为延度。延伸度是将石油沥青标准请观2727影响因素影响因素组分：树脂含量组分：树脂含量，塑性，塑性温度：温度温度：温度，塑性，塑性拉伸速度：拉伸速度拉伸速度：拉伸速度，塑性，塑性28影响因素组分：树脂含量，塑性温度：温度，塑性拉伸衡量指标衡量指标定义定义影响因素影响因素工程实际工程实际温度敏感性温度敏感性29衡量指标定义影响因素工程实际温度敏感性29定义定义温度敏感性温度敏感性指石油沥青的指石油沥青的粘滞性和塑性粘滞性和塑性随随 温度升降而变化的性能。温度升降而变化的性能。温度敏感性小：温度敏感性小：粘滞性和塑性随温度的变化大粘滞性和塑性随温度的变化大粘滞性和塑性随温度的变化小粘滞性和塑性随温度的变化小温度敏感性大：温度敏感性大：30定义温度敏感性指石油沥青的粘滞性和塑性随温度敏感性小：粘衡量指标衡量指标用软化点表示，指沥青受热由固态转变为具有一定流动性用软化点表示，指沥青受热由固态转变为具有一定流动性膏体时的温度（膏体时的温度（）。）。请观看软化点试验请观看软化点试验软化点软化点，温度敏感性，温度敏感性31衡量指标用软化点表示，指沥青受热由固态转变为具有一定流动性请3232影响因素影响因素组分：地沥青质含量组分：地沥青质含量，温度敏感性，温度敏感性石蜡含量：石蜡含量石蜡含量：石蜡含量，温度敏感性，温度敏感性33影响因素组分：地沥青质含量，温度敏感性石蜡含量：石蜡含工程实际工程实际 工程中应用的沥青软化点不能太低，否则夏季易产生变工程中应用的沥青软化点不能太低，否则夏季易产生变形，甚至流淌；但也不能太高，否则太硬，不易施工，冬季形，甚至流淌；但也不能太高，否则太硬，不易施工，冬季易发生脆裂现象。易发生脆裂现象。34工程实际 工程中应用的沥青软化点不能太低，定义定义大气稳定性指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气大气稳定性指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气因素长期综合作用下，抵抗老化的性能。因素长期综合作用下，抵抗老化的性能。测定方法测定方法沥青的大气稳定性通过测定加热损失、加热前后针入度、软沥青的大气稳定性通过测定加热损失、加热前后针入度、软化点等性质的改变值来表示。化点等性质的改变值来表示。沥青的老化指沥青的老化指 沥青在大气因素的长期综合作用下，逐渐沥青在大气因素的长期综合作用下，逐渐失去粘滞性、塑性而变硬变脆的现象。失去粘滞性、塑性而变硬变脆的现象。大气稳定性大气稳定性35定义大气稳定性指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气测定 初步判断是因初步判断是因沥青材料老化及低温所致：沥青材料老化及低温所致：从裂缝的形状来看，沥青老化、低温引起的裂缝大多为横向，从裂缝的形状来看，沥青老化、低温引起的裂缝大多为横向，且裂缝几乎为等距离间距。这与该图展示的路面破损情况吻合。且裂缝几乎为等距离间距。这与该图展示的路面破损情况吻合。该路已修筑多年，沥青老化后变硬、变脆，延伸性下降，低温稳该路已修筑多年，沥青老化后变硬、变脆，延伸性下降，低温稳定性变差，容易产生裂缝、松散。在冬天，气温下降，沥青混合定性变差，容易产生裂缝、松散。在冬天，气温下降，沥青混合料受基层的约束而不能收缩，产生了应力，应力超过沥青混合料料受基层的约束而不能收缩，产生了应力，应力超过沥青混合料的极限抗拉强度，路面便产生开裂。的极限抗拉强度，路面便产生开裂。每到冬天，一些沥青路面总会每到冬天，一些沥青路面总会出现一些裂缝，裂缝大多是横出现一些裂缝，裂缝大多是横向的，且几乎为等距离间距的，向的，且几乎为等距离间距的，在冬天裂缝尤其明显。在冬天裂缝尤其明显。工程实例分析工程实例分析36 初步判断是因沥青材料老化及低温所致：从石油沥青的标准、选用与掺配石油沥青的标准、选用与掺配 1、石油沥青的技术标准、石油沥青的技术标准道路石油沥青（有七个牌号)牌号越大，粘性越小（针入度越大）；牌号越大，塑性越好（延度越大）；牌号越大，温度敏感性越大（软化点越低）。建筑石油沥青（有三个牌号）牌号越小，粘性越大（针入度越小）；牌号越大，塑性越差（延度越小）；牌号越大，温度敏感性越小（软化点越高）。37石油沥青的标准、选用与掺配 1、石油沥青的技术标准37 2、石油沥青的选用、石油沥青的选用 选用原则：根据工程性质与要求、适用部位、环境条件等因素选用，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等工程。38 2、石油沥青的选用38 3、沥青的掺配、沥青的掺配 如某一牌号的沥青不能满足工程技术的要求，可以用不同牌号的沥青掺配，实验证明同产源的沥青掺配后可得均匀的沥青，两种沥青得掺配比例可以按下式估算：式中：P1、P2分别为两种沥青的用量（）；T1、T2分别为两种沥青的软化点。100%39 3、沥青的掺配100%39沥青改性沥青改性土木工程中使用的沥青要求：在低温下应有弹性和塑性；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；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；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。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，需用其他材料改性。氧化改性、矿物填充料改性、聚合物改性氧化改性、矿物填充料改性、聚合物改性三种。40沥青改性土木工程中使用的沥青要求：40第二节第二节 沥青混合料沥青混合料11.1.基本概念基本概念2.2.沥青混合料的技术性质沥青混合料的技术性质41第二节 沥青混合料11.基本概念2.沥青混合料的技术性基本概念基本概念定义定义分类分类3应用应用42基本概念定义分类3应用42 定义定义:沥沥青青混混合合料料是是指指由由矿矿料料(粗粗集集料料、细细集集料料、矿矿粉粉）与与沥沥青青拌拌合合而而成成的的混混合合料料，是是高高等等公公路路最最主主要要的的路路面面材料。材料。43 定义:43沥青混合料的特点与种类 特点：特点：沥青混合料是一种弹塑粘性弹塑粘性材料，具有良好的力学性能和一定的高温稳定性能和低温抗裂性。它不需设置施工缝和伸缩缝。路面平整且有一定的粗糙度，即使雨天也有较好的抗滑性；黑色路面无强烈反光，行车比较安全；路面平整且有弹性，能减震降噪，行车较为舒适。施工方便快速，能及时开放交通。经济耐久，并可分期改造和再生利用。沥青混合料的特点与种类（1 1）按结合料分类：）按结合料分类：石油沥青混合料石油沥青混合料 煤沥青混合料煤沥青混合料（2 2）按沥青混合料施工的拌制和摊铺温度分类：）按沥青混合料施工的拌制和摊铺温度分类：热拌热铺沥青混合料热拌热铺沥青混合料 常温沥青混合料常温沥青混合料 （3 3）按矿质集料级配类型分类：）按矿质集料级配类型分类：连续级配沥青混合料连续级配沥青混合料 间断级配沥青混合料间断级配沥青混合料分类分类45分类45(4)按混合料密实度分类：按混合料密实度分类：开级配沥青混合料：开级配沥青混合料：连续型级配混合料，粒径递减系数较连续型级配混合料，粒径递减系数较 大，空隙率大于大，空隙率大于15%密级配沥青混合料：密级配沥青混合料：连续型密级配沥青混合料，粒径递减系连续型密级配沥青混合料，粒径递减系 数较小，空隙率小于数较小，空隙率小于10%半开级配沥青混合料：半开级配沥青混合料：空隙率介于密级配和开级配之间，为空隙率介于密级配和开级配之间，为 10%15%。46(4)按混合料密实度分类：开级配沥青混合料：连续型级配混合料（5）按最大粒径分类）按最大粒径分类 粗粒式沥青混合料：粗粒式沥青混合料：集料最大粒径等于或大于集料最大粒径等于或大于26.5mm 中粒式沥青混合料：中粒式沥青混合料：集料最大粒径为集料最大粒径为16mm或或19mm 细粒式沥青混合料：细粒式沥青混合料：集料最大粒径为集料最大粒径为9.5mm或或13.2mm 砂粒式沥青混合料（沥青石屑或沥青砂）：砂粒式沥青混合料（沥青石屑或沥青砂）：集料最大集料最大粒径等于或小于粒径等于或小于4.75mm 特粗式沥青碎石混合料：特粗式沥青碎石混合料：集料最大粒径集料最大粒径37.5mm以上。以上。47（5）按最大粒径分类47 广泛用于道路路面和车间地面。广泛用于道路路面和车间地面。如如乳乳化化沥沥青青碎碎石石混混合合料料适适用用于于一一般般道道路路的的沥沥青青路路面面面面层层、修补旧路坑槽以及作一般道路旧路改建的加铺层用。修补旧路坑槽以及作一般道路旧路改建的加铺层用。高高速速公公路路、一一级级公公路路、城城市市快快速速路路和和主主干干路路等等，常常温温沥沥青碎石混合料一般只适用于沥青路面的联结层或平整层。青碎石混合料一般只适用于沥青路面的联结层或平整层。应用应用48 广泛用于道路路面和车间地面。应用48沥青混合料的技术性质沥青混合料的技术性质（1 1）高温稳定性）高温稳定性 1 1）定义：）定义：是是指指沥沥青青混混合合料料在在夏夏季季高高温温（通通常常为为6060）条条件件下下，经经车车辆辆荷荷载载长长期期重重复复作作用用后后，不不产产生生车车辙和波浪等病害的性能。辙和波浪等病害的性能。2 2）评价方法）评价方法：马歇尔稳定度、动稳定度等马歇尔稳定度、动稳定度等（2 2）低温抗裂性）低温抗裂性 沥沥青青混混合合料料要要具具有有低低温温抗抗裂裂性性，以以保保证证路路面面在在冬季低温时不产生裂缝。冬季低温时不产生裂缝。（3 3）疲劳特性疲劳特性49沥青混合料的技术性质（1）高温稳定性49（4 4）耐久性）耐久性 1 1）影响沥青混合料耐久性的因素）影响沥青混合料耐久性的因素 材料的影响：沥青的化学性质、沥青用量、矿料材料的影响：沥青的化学性质、沥青用量、矿料 的矿物成分等。的矿物成分等。沥青混合料的组成结构：主要以其空隙率和饱和沥青混合料的组成结构：主要以其空隙率和饱和 度表征。沥青混合料水稳定性与空隙率有关。度表征。沥青混合料水稳定性与空隙率有关。2 2）耐久性评价指标：采用空隙率、矿料间隙率、饱和）耐久性评价指标：采用空隙率、矿料间隙率、饱和 度和残留稳定度等指标。度和残留稳定度等指标。（5 5）抗滑性）抗滑性（6 6）施工和易性）施工和易性沥青混合料的技术性质沥青混合料的技术性质50（4）耐久性沥青混合料的技术性质50沥青的应用沥青的应用 混凝土表面涂覆沥青防水材料混凝土表面涂覆沥青防水材料51沥青的应用 混凝土表面涂覆沥青防水材料51温馨的校园一角温馨的校园一角52温馨的校园一角52国产普通沥青瓦国产普通沥青瓦53国产普通沥青瓦53多彩沥青多彩沥青54多彩沥青54高架桥面铺设沥青高架桥面铺设沥青55高架桥面铺设沥青55沥青路面摊铺沥青路面摊铺56沥青路面摊铺56油毡油毡57油毡57SBS改性沥青防水卷材改性沥青防水卷材58SBS改性沥青防水卷材58防腐沥青漆防腐沥青漆59防腐沥青漆59