土质与公路建筑材料沥青材料

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,目录,土质与公路,主讲教师：,建筑材料,2012,年2月,四川省交通运输职业学校,单元六 沥青材料,石油沥青,一,乳化沥青,二,改性沥青,三,其他沥青,四,五,目 录,本章教学目的,掌握石油、乳化、改性、煤沥青及再生沥青的概念；,掌握石油沥青的主要技术性质与技术指标；,掌握乳化沥青、改性沥青的分类；,掌握乳化沥、改性沥青青的主要技术性质和技术指标。,操作检测沥青密度与相对密度；道路石油沥青三大指标检测；乳化沥青稳定性检测。,各试验结果的计算与分析。,培养实际动手能力。,前 言,一、沥青的概念,沥青是一种有机胶凝材料，是由高分子碳氧化合物及其非金属（氧、氮、硫）的衍生物组成的混合物。,在常温下，沥青呈褐色或黑褐色的固体、半固体或液体状态，能溶于二硫化碳、氯仿、苯等有机溶剂。,二、沥青分类,按照来源的不同，沥青可分为,地沥青,和,焦油沥青,两大类,。,前 言,沥 青,焦油沥青,地沥青,石油沥青,天然沥青,煤沥青,粘稠石油沥青,液体石油沥青,1、地沥青,：,是指地下原油演变或加工而得到的沥青，又可分为天然沥青和石油沥青。,2、焦油沥青,：,是干馏有机燃料所收集的焦油再经加工而得到的一种沥青材料。按干馏原料的不同，焦油沥青可分为煤沥青、页岩沥青、木沥青和泥碳沥青。工程上常用的焦油沥青为煤沥青。,沥青施工照片,课题一 石油沥青,一、石油沥青的概述,（一）定义：,从油井采出来的,石油,，又称,原油,。炼油厂将原油分馏而提取汽油、煤油、柴油和润滑油等石油产品后所剩残渣，在进行加工可制得各种,石油沥青,。,（二）,石油沥青根据常温下的稠度不同分,：,1、,黏稠石油沥青。,通常又称道路石油沥青，在常温下呈固体或半固体状态。,2、,液体石油沥青。,在常温下呈液体状态。,课题一 石油沥青,一、石油沥青的组成,1、石油沥青是由多种碳氢化合物及其非金属（氧、硫、氮）的衍生物组成的,混合物,，石油中相对分子量最大、组成及结构最为复杂的部分,化为“组”，称这一组为“沥青化学组成”，简称“组分”。,2、将沥青分为不同的化学分析方法称为组分分析法，石油沥青的三组分分析法是将石油沥青分离为油分、树脂、沥青质三个组分。这种分析法称为溶解一吸附法，按三组分分析法所得各组分的性状列见P201页,表,6-1。,课题一 石油沥青,石油沥青三组分分析法的各组成分的特性 表6-1,性状,组分,外观特征,平均,分子量,碳氢比,C/H,物化特征,油分,淡黄透明液体,200,700,0.5,0.7,几乎可溶于大部分有机溶剂，具有光学活性，常发现有荧光，相对密度约0.9100.925,。使沥青具有流动性。,树脂,红褐色粘稠半固体,800,3000,0.7,0.8,温度敏感性高，溶点低于100，相对密度大于,100%，给予沥青以塑性。,沥青质,深褐色固体末状微粒,1000,5000,0.8,1.0,加热不熔化，分解为硬焦碳，使沥青呈黑色,，给予沥青以黏结性和高温稳定性。,课题一 石油沥青,3、目前现有行业标准规定，含蜡量（蒸馏法）A级沥青不大于2.2%，B级沥青不大于3.0%，C级沥青不大于4.5%。,三、石油沥青的技术性质,（一）黏滞性（黏性）：,指沥青在外力作用下胶团之间产生相互位移时抵抗变形的能力。,沥青黏度的检测方法可以分两类，一类是“,绝对黏度法,”，如用毛细管黏度计等；另一类为“,相对黏度,”或条件黏度法，采用针入度法，道路标准黏度计法、赛氏黏度计法和恩氏黏度计法等方法试验检测。,黏度石油沥青的黏滞性测定方法指标：,针入度,、,黏度,。,课题一 石油沥青,（1）针入度,针入度是测定道路石油沥青粘滞性的常用技术指标，采用针入度仪测定。针入度值越小，表示粘度越大。,我国现行试验方法公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 0522000）规定：标准针和针连杆组合件总质量为50g 0.05g，另加50g0.05g砝码一只，试验时总质量为100g0.05g，试验温度为25,o,C，标准针贯入时间为5s。例：,P（25,o,C，100g，5s）= 65（0.1mm）,针入度值越大，表示沥青越软（稠度愈小）。,针入度,是在温度,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，以为,1,度表示。,针入度越大，表示沥青流动性大，粘滞性差。其数值范围在,5200,度之间。针入度测定示意图见图。,针入度为,1,度表示,12,针入度示意动画,13,课题一 石油沥青,（2）,黏度（粘度）,粘度是测定液体沥青粘结性的常用技术指标，采用标准粘度计测定。,我国现行试验方法公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 0522000）规定：液体状态的沥青材料，在标准粘度计中，于规定的条件下（20,o,C、25,o,C、30,o,C或60,o,C），通过规定的流孔直径（3mm、4mm、5mm及10mm），流出50ml体积所需的时间（s），以C,T，d,表示。例：,C,60，5,= 100s,在相同温度和相同流孔条件下，流出时间愈长，表示沥青粘度愈大。,粘滞度是液体沥青在一定温度,t,（,25,或,60,）、经规定直径,d,（,3mm,，,5mm,或,10mm,）的孔流出,50cm3,沥青所需的时间秒数,T,，常用符号,C,d,t,T,表示。,C,d,t,T,粘滞度值越大，表示沥青的稠度越大。粘滞度测定示意图见下图。,粘滞度测定示意图,C,d,t,T,t,温度,d,直径,T,时间秒数,15,标准粘度计测定液体沥青,1,沥青试样,2,活动球杆,3,流孔,4,水,16,粘滞度测定,动画,17,课题一 石油沥青,（,二） 塑性,塑性是指石油沥青在外力作用时发生变形而不破坏，除去外力后仍保持变形后的形状不变的性质。,塑性表示沥青开裂后自愈能力及受机械应力作用后变形而不破坏的能力，它是石油沥青的主要性能之一。,沥青的塑性用延度,（延伸度或延伸率）表示,。延度以cm为单位。,沥青的延度值愈大，表示沥青塑性愈好,。,课题一 石油沥青,我国现行试验方法公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 0522000）规定：沥青的塑性用延度表示，用延度仪测定。将沥青试样制成字形标准试模（中间最小截面积为1cm,2o,C（或10,o,C）下拉断时的长度，以厘米表示。,沥青的延度越大，塑性越好，柔性和抗断裂性越好。,我国液体沥青是采用黏度来划分技术等级的。,沥青延伸度的测测定,试件,20,课题一 石油沥青,（,三） 温度稳定性（感温性）,温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能，是,沥青一个很重要的性质,。,温度敏感性较小的石油沥青其粘滞性和塑性随温度变化较小,。,温度敏感性常用软化点来表示，软化点是指沥青材料由固态转变为具有一定流动性膏体的温度。,软化点可采用环球法测定,沥青软化点大致在25100之间。软化点越高，表明沥青的耐热性越好，即温度稳定性越好。,课题一 石油沥青,1、高温敏感性用软化点表示,软化点是沥青材料由固化点到滴落点的温度间隔的87.21% 。,我国现行试验方法公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 0522000）规定：沥青的软化点一般采用环球法软化点仪测定。将沥青试样装入规定尺寸内径18.9mm的铜环内，试样上放置质量为3.5kg的标准钢球浸入水或甘油中，以规定的升温速度5,o,C/min加热，使力求软化下垂至规定距离时的温度。,软化点愈高，表明沥青的耐热性愈好，即温度稳定性愈好。,课题一 石油沥青,2、低温抗裂性用脆点表示,脆点是指沥青材料由粘塑状态转变为固体状态达到条件脆裂时的温度。,我国现行试验方法公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 052,2000）规定：沥青的脆点采用弗拉斯法测定。将沥青试样涂在金属片上，置于有冷却设备的脆点仪的曲柄，使涂有沥青的金属片产生弯曲，随制冷剂温度降低，沥青薄膜温度逐渐降低，当沥青薄膜在规定弯曲条件下，产生断裂时的温度。,软化点测定试验,24,软化点测定,环球法,25,课题一 石油沥青,（四）,密度,概念：沥青密度是在,规定温度,下单位体积所具有的质量，单为为t/m,3,或g/cm,3,，我国现行试验方法（JTJ 052,2000,）规定的温度条件为15。也可用相对密度表示，相对密度是指在规定温度,2,5,下，沥青质量与同体积的水质量之比值。,3,范围。,影响因素：,沥青的相对密度与沥青的化学组成有密切的关系，它取决于沥青各组分的比例及排列的紧密程度。沥青中含硫量大、芳香族含量高、沥青质含量高则相对密度较大；蜡分含量较多则相对密度较小。,课题一 石油沥青,（五）安全性,安全性测定是测定沥青的闪点和燃点指标。,闪点（闪火点）,是指加热沥青挥发出可燃气体与空气组成混合气在规定条件下与火接触，产生闪光时的沥青温度（,o,C）。,燃点（着火点）,是指沥青加热产生的混合气体与火接触能持续燃烧5s以上时的沥青温度（,o,C）。,公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 052,2000）常用克利夫兰开口杯式闪点仪测定。,课题一 石油沥青,（六）溶解度,指石油沥青在三氯乙烯中溶液的百分率。,（七）含水,率,沥青中含有水分，施工中挥发太慢，影响施工速度，所以要求沥青中含水量不宜过多。,（八）其它性能指标,1、劲度模量,劲度模量是表示沥青的粘性和弹性联合效应的指标。,2、粘附性,粘附性是路用沥青重要性能之一，其直接影响沥青路面的使用质量和耐久性。,3、老化,沥青在自然因素（热、氧化、光和水）的作用下，产生“不可逆”的化学变化，导致路用性能劣化，通常为“老化”。,课题一 石油沥青,四、石油沥青的技术标准,（1） 石油沥青的技术标准,1、,道路石油沥青分为A级、B级、C级三个等级，,各自的适用范围应符合,P204页表6-2的规定。,2、道路石油沥青标号,根据我国现行石油沥青标准，按用途分为道路石油沥青、建筑石油沥青、普通石油沥青等。,三种石油沥青都是按针入度或针入度指数指标来划分标号的，而每个标号还应保证相应的延度和软化点，以及溶解度、蒸发损失、蒸发针入度比、闪点等。,课题一 石油沥青,有些标号有甲乙之分，是由于它们针入度相同，而延度和软化点不同而加以区分的。道路石油沥青的技术标准见P205页表6-3.,（2）道路用液体沥青的技术标准,道路用液体沥青适用于透层、黏层及拌制冷拌沥青混合料。按其凝结速度而分为：快凝、中凝、慢凝三个等级，除黏度外，对蒸馏的蒸馏分及残疾留物性质，闪点和含水率等应提出相应的要求，技术标准见P207页表6-4.,课题一 石油沥青,道路石油沥青的适用范围,表,6,-2,沥青,等级,适用范围,A,级,沥青,各个等级的公路，适用于任何场合和层次,B,级,沥青,1,、高速公路、一级公路沥青下面层及以下的层次，二级及二级以下公路的各个层次；,2,、用做改性沥青、乳化沥青、改性乳化沥青、稀释沥青的基质沥青,C,级,沥青,三级及三级以下公路的各个层次,课题一 石油沥青,石油沥青牌号简易鉴别,标号,简易鉴别方法,140 100,质软,60,用铁锤敲，不碎，只变形,30,用铁锤敲，成为大的碎块,10,用铁锤敲，成为较小的碎块，表面黑色有光,沥青试验仪器图片,电脑针入度仪,针入度仪,沥青试验仪器图片,针入度仪,沥青试验仪器图片,标准粘度计,沥青试验仪器图片 延度试验,沥青试验仪器图片,环球法软化点仪,课题二 乳化沥青,一、乳化沥青概述,（一）定义,乳化沥青是指石油沥青与水在乳化剂、稳定剂等作用下经乳化加工制得的均匀沥青产品（或称沥青乳液）。,乳化沥青的应用：,乳化沥青适用于沥青表面处治路面、沥青贯入式路面、冷拌沥青混合料路面，修补裂缝，喷洒透层、粘层与封层等。,（二）乳化沥青特点,可冷态施工，节约能源。,课题二 乳化沥青,施工便利，节约沥青。乳化沥青不仅与集料有良好的粘附性，而且可与湿集料粘附。由于乳化沥青粘度低，混合料中含有水分，施工和易性好，易于拌和，节约劳力。此外，乳化沥青混合料中沥青膜薄，不仅提高沥青的粘结力，而且可节约沥青用量约,10,%。,保护环境，减少污染，施工安全。,乳化沥青铺筑的路面成型期较长,乳化沥青储存时间不能太长，易破乳。,二、乳化沥青的组成配比,乳化沥青主要由,沥青、乳化剂、稳定剂、和水,等组分组成，有时提高乳化沥青的性能还加入聚合物改性剂。,课题二 乳化沥青,1沥青,沥青是乳化沥青组成的主要材料，占其总质量的30%70%。选择沥青时，首先要考虑它的易乳化性。通常认为沥青酸含量大于1%的沥青，采用通用乳化剂和一般工艺易乳化。一般来说，相同油源和工艺的沥青，针入度较大者易于形成乳液。但是针入度的选择应根据乳化沥青在路面工程中的用途而定。高速公路和一级公路宜选用石油沥青A、B级沥青，其它公路可采用C级沥青。,2乳化剂,乳化剂是乳化沥青形成的关键材料。乳化剂的乳化量依乳化剂品种和沥青质量而定，一般为沥青质量的0.3%5%。,课题二 乳化沥青,沥青乳化剂是表面活性剂的一种类型，按其亲水基在水中是否电离分为离子型和非离子型两大。目前，我国常用的乳化剂类型及乳化剂的名称如表。,常用的乳化剂类型,乳化剂类型,乳化剂名称,阴离子型,十二烷基磺酸鈉,阳离子型,十八烷基三甲基氯化铵,十六烷基三甲基溴化铵,十八叔胺二甲基硝酸季胺盐,十七烷基二甲基苄基氯化铵,两性离子型,氨基酸型两性乳化剂,非离子型,辛基酚聚氧乙烯醚,课题二 乳化沥青,为使乳液具有良好的储存稳定性，以及在施工中喷洒或拌和机械作用下的稳定性，必要时加入适量的稳定剂。稳定剂分两类：,.有机稳定剂。,常用的有聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠、糊精、MF废液等。,.无极稳定剂。,常用的有氯化钙、氯化镁、氯化铵和氯化铬等。,水师乳化沥青的主要组成部分。水在乳化沥青中起着润湿、溶解及化学反应作用。所以水要求纯净，不含其它杂质。水在乳化沥青中的用量为总质量的30%70%。,课题二 乳化沥青,对沥青道路路面要求质量越高，就必须使用聚合物改性沥青，可以提高沥青的黏结力、弹韧性、耐候性、抗老化等公路性能。在选择聚合物改性剂时，要考虑乳化效果、经济效益综合比较后选择。,三、乳化沥青的性质与技术要求,乳化沥青在使用中，与砂石集料拌和成型后，在空气中逐渐脱水，水膜变薄，使沥青微粒靠拢，将乳化剂薄膜挤裂而凝成连续的沥青黏结膜层。成膜后的乳化沥青具有一定的耐热性、粘结性、抗裂性、韧性及防水性。,课题二 乳化沥青,.乳化沥青的主要技术性质指标试验目的见P226页表6-17.,.乳化沥青、改性乳化沥青技术标准应符合P226页表6-18、表6-19的规定。在高温条件下宜采用黏度较大的乳化沥青，寒冷条件下宜使用黏度较小的乳化沥青。,四、乳化沥青的应用,乳化沥青适用于沥青表面处治路面、沥青灌入式路面、冷拌沥青混合料路面，修补裂缝，喷洒透层、黏层与封层等。乳化沥青的品种和使用范围应符合P228页表6-20、表6-21的规定。,课题二 乳化沥青,分类,品种代号,适用范围,阳离子乳化沥青,PC 1,表处、贯入式路面及下封层用,PC 2,透层油及基层养生用,PC 3,粘层油用,BC 1,稀浆封层或冷拌沥青混合料用,阴离子乳化沥青,PA 1,表处、贯入式路面及下封层用,PA 2,透层油及基层养生用,PA 3,粘层油用,BA 1,稀浆封层或冷拌沥青混合料用,非离子乳化沥青,PN 2,透层油用,BN 1,与水泥稳定集料同时使用,(,基层路拌或再生,),乳化沥青的品种和适用范围,表,6-20,课题二 乳化沥青,改性,乳化沥青的品种和适用范围,表,6-21,品种,代号,适用范围,改性乳化沥青,喷洒型改性乳化沥青,PCR,黏层、封层、桥面防水粘结层,拌和用改性沥青,BCR,改性稀浆封层和微表处理,课题三 改性沥青,一、概述,通常的沥青不一定能全面满足工程各方面的要求，因此常需对沥青进行改性处理。常用,改善沥青的流变性能，改变沥青与集料的黏结性，改善沥青的耐久性。,二、,改性沥青,的分类及特性,（1）,聚合物改性沥青的分类,1、橡胶类。,如天然橡胶（NR)、丁苯橡胶（SBR)、氯丁橡胶（CR)、丁二稀橡胶(BR)、乙丙橡胶(EPDM)等。,2、热塑性橡胶类。,即热塑性弹体，如苯乙烯丁二烯嵌段共聚物（SBS），苯乙烯异戊二烯嵌段共聚物（SIS）等。,3、树脂类,。热塑性树脂，如聚乙烯（PE)、乙烯醋酸乙烯共聚物（EVN)、无规聚丙烯（APP)、聚氯乙烯（PVC）、聚酰胺等；热固性树脂，如环氧树脂（EP）等。,（二）几种常用改性沥青的特征,1、橡胶类改性沥青。,通常称橡胶沥青，其中使用最多的是丁苯橡胶（SBR）和氯丁橡胶（CR）.,课题三 改性沥青,2、热塑性橡胶类改性沥青。,此类沥青主要是苯乙烯类嵌段共聚物，如苯乙烯丁二烯嵌段共聚物（SBS），目前世界各国用于道路改性沥青使用最多的就是SBS改性沥青。,3、热塑性树脂类,改性沥青。,如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和,乙烯乙酸乙烯共聚物（EVN)等在道路沥青改性中被使用，这一类热塑性树脂的共同特点是加热后软化，冷却时硬化变硬。,4、掺加天然沥青的改性沥青。,在沥青中通常可以掺加天然沥青进行改性，如湖沥青（特立尼达湖沥青TLA)、岩石沥青(美国的和海底沥青（BMA)等。,课题三 改性沥青,5、其它改性沥青。,.掺多金属皂化物改性沥青。,.掺灰黑的改性沥青。,.加玻纤格栅的改性沥青。,三、改性沥青的应用,改性沥青可用于做排水或吸音磨耗层及其下面的防水层；在老路面上做应力吸收膜中间层，以减少反射裂缝，在重载交通道路的老路面上加铺薄和超薄沥青面层，以提高耐久性；在老路面上或新建一般公路上做表面处治，以恢复路面使用性能或减少养护工作量等。,课题三 改性沥青,课题四 其他沥青,一、煤沥青概念,煤沥青,（俗称柏油）是用干馏炼焦和制煤气的副产品煤焦油炼制而成。根据煤干馏的温度不同，分为高温煤焦油（700,o,C以上）和低温煤焦油（450700,o,C）两类。路用煤沥青主要是由炼焦或制造煤气得到的高温煤焦油加工而得。,（一）煤沥青的,结构特点和,化学组成,1、结构特点：煤沥青和石油沥青相似，也是复杂的胶体分散系。,2、煤沥青的化学组成,煤沥青的组成主要是芳香族碳氢化合物及其氧、硫和氮的衍生物的混合物。其组分有：,课题四 其他沥青,（1）游离碳,是高分子的有机化合物的固态碳质微粒，不溶于任何有机溶剂。游离碳能增加沥青的粘度和提高其热稳定性；游离碳含量增加，低温脆性也随之增加。,（2）树脂,硬树脂在沥青中能增加其粘滞性；,软树脂溶于氯仿能使煤沥青具有塑性。,（3）油分,主要由液体未饱和的芳香族碳氢化合物所组成，使煤沥青具有流动性。,课题四 其他沥青,（二）煤沥青技术性质与标准,1、煤沥青的技术性质,（1）温度稳定性差；,（2）气候稳定性差；,（3）塑性较差；,（4）煤沥青与矿质材料表面粘附性能好；,（5）防腐性能好。,（三）道路用煤沥青的使用,道路用煤沥青适用于透层油，也可用于三级路及三级以下的公路铺筑表面处治或灌入式沥青路面，,但不能用于热拌热铺沥青混合料。,煤沥青的缺点多，,因此在工程中使用越来越少。,课题四 其他沥青,二、再生沥青,再生沥青是已经老化的沥青，经掺加再生剂后使其恢复原来（甚至超过原来）性能的一种沥青。,1、沥青材料的老化,沥青材料的老化是指沥青材料在路面中受到自然因素（氧、光、热和水等）的作用，随时间而产生“不可逆”的化学组成结构和物理力学性能变化的过程。,2、沥青的再生,沥青再生的机理，目前有两种理论，即,“相容性理论”,和,“组分调节理论”。,