沥青和沥青混合料

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,*,*,*,第九章 沥青、防水材料和沥青混合料,沥青的定义：,一系列分子量不等的高分子 聚合物组成的有机混合物质。,沥青的分类：,石油沥青、焦油沥青,沥青特点：,粘性、塑性、憎水性、不透水性,不导电性、耐蚀性,沥青的应用：,道路工程、防水工程、防腐工程,（一）、石油沥青的生产、组丛和结构,生产,:,石油,渣油,沥青,再加工,轻质油,润滑油,提炼,9-1 石油沥青,分类：,按原油基属：石蜡基、环烷基、中间基,按加工方式：直馏、蒸馏、氧化、裂化、酸洗等,按状态：粘稠沥青、液体沥青,按用途：,道路石油沥青,建筑石油沥青,普通石油沥青,组分,：沥青中物理力学性质相近的成分,三组分分析法（溶解-稀释法）,油分：黄色液体，赋予沥青流动性。,树脂：褐色粘稠体，赋予沥青塑性和粘结性,地沥青质：黑色固体，赋予沥青温度稳定性,石蜡：有害组丛,四组分分析法,饱和分：无色液体,芳香分：黄色或红色液体,胶质：棕色粘稠体,沥青质：深棕色或黑色固体,结构：,结构形式:胶体结构,胶体结构类型:,溶胶型结构 - 油分树脂多,地沥青质少,凝胶型结构 - 油分树脂少,地沥青质多,溶凝胶型结构 - 三者适中,土木工程常用沥青结构,胶体结构划分依据:,针入度指数,(二)、沥青技术性能,1、粘性（粘滞性）,定义：,在外力作用下抵抗变形的能力,影响因素：,地沥青质，油份粘滞性,温度粘滞性,指标：,粘稠沥青：,针入度（0.1,mm）,P（25，100g，5s）,液体沥青：粘度（,s），,C,d,T,针入度、粘度粘性大,2、塑性（延展性）,定义：,在外力作用下产生变形而不破坏的能力,影响因素：,树脂含量塑性,温度塑性,指标：延度（,mm）,延度大 塑性好,3、温度稳定性（温度敏感性）,定义：,粘性和塑性随温度升降而变化的性能,T,g,T,m,脆化点,软化点,T,温度,玻璃态,高弹态,粘流态,改善：,增塑剂、橡胶、树脂、填料,指标：软化点,T,m,、,脆化点,T,g,影响因素：,地沥青质,、,油份树脂,T,g,、,T,m,实际要求：软化点高，脆化点低。,针入度指数,评价原理：针入度（,P）,随温度变化（,T）,而变化,lgP,=AT+K,A,针入度-温度敏感系数,A,值的计算原理：已知直线上两点，即可求得斜率值。,缺陷：,A,值为小数，应用不方便。,针入度指数（,PI）,概念的建立,原理：以针入度指数,PI,表示沥青的温度敏感性，假设20为最佳值，-10为最差值。则：,（20-,PI）,/,（PI+10）,可评价温度敏感性,针入度指数的计算：,PI=30,/,（1+50A）-10,针入度指数与沥青胶体结构类型：,PI2，,凝胶结构,PI-2，,溶胶结构,-2,PI 2，,溶凝胶结构,土木工程用沥青针入度指数的选择,：,道路沥青：,通常：,-2,PI,路面：,-1,PI 1， 0.5 PI 1,灌浆材料： -3,PI 1,胶结剂： -2,PI 5,PI,越大，高温稳定性越好。低温性能需做改性处理,4、粘附性,定义：,石油沥青与其他材料界面粘结性能或抗剥落的能力。,影响因素：,沥青的组丛、被粘结材料的表面物理、化学性质,评价方法：, 13.2,mm,骨料，水煮法,13.2,mm,骨料，水浸法,5、大气稳定性,定义：,沥青在光、热、水、气等环境因素作用下抵抗老化的性质。,老化原因：,油分 树脂地沥青质,老化结果：,变硬、变脆、易开裂,评价方法：,蒸发质量损失率、加热前后针入度比、加热前后延度变化,6、施工安全性,定义：,石油沥青在加热使用时，不易发生闪火或燃火的性质,。,评价指标：,闪点：,燃点：,石油沥青组分、结构与性能之间的关系,溶胶型结构,粘性,软化点,延度,针入度,塑性,耐热性,油分,树脂,地沥青质,三、石油沥青分类、标准与选用,1、分类,道路、建筑、普通石油沥青,2、标号, 按,针入度,划分，并保证其他性能,标号,粘性,软化点,延度,针入度,塑性,耐热性,3、选用依据,：,工程性质、施工方法、环境温度,4、应用：,道路石油沥青 拌制混凝土、用于路面,和地坪，或防水防潮工程,建筑石油沥青 建筑防水、防腐,普通石油沥青 性能较差，少用,1、改性的目的,改善性能，延长使用寿命,屋面防水,：高温不流淌，抗老化，抗低温脆断。,路面工程,：高温抗剪强度高、不拥包、推移、抗车辙等永久变形；抗低温开裂；抗老化；较强的粘附性、抗疲劳应力、抗滑等。,四、沥青的改性及应用,2、,常用的改性剂,高聚物,如树脂类、橡胶类和树脂橡胶合金共聚物。,微填料,炭黑、高钙粉煤灰、或火山灰、页岩粉等，采用的微填料应经活化、芳化等预处理，否则反而会劣化沥青性能。,纤维类,聚乙烯纤维、聚酯纤维等人工合成纤维和矿质石棉纤维等。,硫磷,改性剂硫在沥青中能提高沥青的高温抗变形能力，具有所谓“硫桥”作用，掺加低剂量（0.51.0%）即有明显效果。,树脂,耐寒性、耐热性、粘性,沥青,橡胶,高温变形性,低温柔顺性,填料,粘性、耐热性、温度稳定性,3、改性沥青的效果,我国房屋建筑防水现状,防水措施,卷材,涂料,应用率,%,60,10,项目,工程部位,防水措施,屋,面,浴,厕,卷,材,涂,料,刚性,屋面,渗漏率,%,35,39,31,44,39,9-2 防水材料,屋面防水等级,等级,建筑种类,防水年限,特殊重要民用建筑,特殊防水工业建筑,25,重要工民建,高层建筑,15,一般工业与民用建筑,10,非永久性建筑,5,1999年全国销售量,沥青,防水卷材： 万平方米,改性沥青,防水卷材：5600万平方米,高分子,防水卷材：3100万平方米,应用一 防水卷材,一、沥青 防水卷材,油毡：,防水 高软化点沥青，,胎体 油纸、玻璃纤维布，,防粘隔离 滑石粉、云母片。,优点：,防水性能较好、资源丰富、价格低廉。,缺点：,低温脆裂、高温流淌，,抗拉强度低，延伸率小，,热施工毒气大，耐久性差。,二、改性沥青防水卷材,主要品种 国内销售量比例,SBS,改性沥青防水卷材 8,APP,改性沥青防水卷材 2,1、,SBS,改性沥青防水卷材,防水, 苯乙烯丁二烯嵌段共聚物(,SBS),橡胶改性石油沥青,胎体, 沥青浸渍聚脂纤维无纺布，,防粘隔离, 细沙、矿物粒片、聚乙烯膜,优点：,90高温不流淌、-20低温不脆裂、,抗拉强度高(600,N) 、,延伸率大(30%) 、,优异的弹性、常温施工。,2、,APP,改性沥青防水卷材,防水, 无规聚丙烯(,APP),改性石油沥青,胎体, 沥青浸渍的聚脂纤维无纺布，,防粘隔离, 细沙、矿物粒片、聚乙烯膜,优点：,-10低温不脆裂、120高温不流淌 抗拉强度高(600,N)、,延伸率大(30%)、,优良的耐老化性、常温施工。,三、合成高分子 防水卷材,1999年全国销售量,三元乙丙橡胶,防水卷材：400万平方米,氯化聚乙烯,防水卷材：800万平方米,聚乙烯丙纶复合,防水卷材：750万平方米,聚氯乙烯,防水卷材：300万平方米,橡塑共混,防水卷材：400万平方米,1、聚氯乙烯(,PVC),防水卷材,产品：,以增塑聚氯乙烯为基料的塑性卷材,特性：,强度高(10,MPa,),延伸率大(200%),耐低温(-20)、耐老化。,2、三元乙丙橡胶防水卷材,产品：,以三元乙丙橡胶为主的防水片材,特性：,耐老化、高温、耐低温(-30)，,抗拉强度较高(2.2,MPa,)、,延伸率大(200%)。,应用,：耐日光、耐腐蚀的屋面或地下工程,3、氯化聚乙烯橡胶共混防水卷材,产品：,以氯化聚乙烯橡胶共混、,无织物增强的硫化型防水卷材,特性：,较高的强度(6-7,MPa,)、,耐老化，,高延伸率(250-400%)、高弹性、,低温柔顺性。,应用二 防水涂料,应用：,复杂表面,缺点：,膜层厚度难保持均匀一致,一、沥青基防水涂料,冷底子油： 沥青+汽油,乳化沥青,： 水+乳化剂+沥青,应用： 沥青类防水施工打底,使亲水基层具有憎水表面，利于亲水材料与憎水材料结合。,乳化沥青,将粘稠沥青加热至流动态，高速搅拌，形成微滴，分散在有,乳化剂+稳定剂,的水中，形成均匀稳定的乳状液。,应用,建筑屋面、混凝土地下室和卫生间防水。道路工程中，用于修筑路面，拌制沥青混凝土或沥青碎石，拌制加固土。,二、聚合物改性沥青防水涂料,特性,：柔韧性、抗裂性、拉伸强度、,耐高低温性能、使用寿命好,产品,：再生橡胶改性、,SBS,橡胶改性、,水乳型氯丁橡胶沥青防水涂料,三、合成高分子防水涂料,成膜物质,：合成橡胶、合成树脂,特性,：高弹性、高耐久、耐高低温,产品,：聚氨脂防水涂料,有机硅防水涂料,应用三,建筑密封材料,一、性能要求,水密性、粘结性、弹塑性,耐高低温性、耐老化性,二、分类,按形态,不定型的密封膏,定型的密封条,按性能,弹性、非弹性,三、密封膏,1、沥青嵌缝油膏,配制：沥青+改性材料+稀释剂+填充料,应用：填缝、粘结油毡,2、有机硅橡胶密封膏（硅酮密封膏）,特性：耐热、耐寒、耐候、,广谱粘结性、耐拉压疲劳好,3、丙烯酸脂密封膏,粘结性好、耐老化、耐腐蚀；,弹性、延性较小。,四、密封条,由塑料、橡胶经挤出成型而得,定义,矿物集料与沥青拌合而成的混合料的总称。包括沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料。,沥青混凝土混合料,AC,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合,压实后空隙率10%,的沥青混合料。,沥青碎石混合料,AM,适当比例的粗骨料、细骨料及少量填料或不掺填料拌合,压实后空隙率10%,的沥青混合料,9-3 路面用沥青混合料,沥青混合料的技术特点,物理力学性能,较高的抵抗荷载的能力、高温稳定性、低温柔韧性、水稳定性,施工和易性,平整无接缝、减震吸声、行车舒适,交通安全,具一定粗糙度、无强烈反光,耐久性,在环境光、热、水、气等因素作用下保持性能,沥青混合料的分类,按最大粒径分类,（1）,粗粒式,沥青混合料（,D,m,为26.6,mm,或31,.5,mm）,（2）,中粒式,（,D,m,为16,mm,或19,mm）,（3）,细粒式,（,D,m,为9.5,mm,或13.2,mm）,（4）,砂粒式,沥青混合料（,D,m,4.75mm）,也称沥青石屑或沥青砂,按路面压实度分类,密实式,沥青混合料剩余空隙率5%；,半密实式,空隙率为5%10%；,半开式,剩余空隙率10%；（沥青碎石,),开级配,剩余空隙率15%；（开式）,间断级配,按施工温度分类,热拌热铺沥青混合料,（热态拌合、热态铺筑）；,常温沥青混合料乳化沥青、稀释沥青，,（,常温下操作，冷施工）,一、沥青混合料的强度理论和组成结构,1、沥青混合料强度理论,沥青路面破坏形式,高温时塑性变形过剩抗剪强度不足,低温脆裂抗拉强度不足，变形能力差,因此研究沥青混合料的,抗剪强度和抗变形能力,。,摩尔-库伦包络线,应力圆的公切线,即为抗剪强度曲线,圆柱形试件,三轴剪切试验得到,决定沥青混合料,C,与,值的摩尔圆包络线,沥青混合料的,抗剪强度(,),公式,正应力（,Mpa,）；,C,沥青混合料的粘力（,Mpa,）；,沥青混合料的内摩擦角。,粘聚力,C，,内摩擦角, ,抗剪强度,2影响沥青混合料强度与稳定性的因素,内 因, 沥青粘度, 沥青与矿物的化学性质, 矿粉比表面（细度）, 沥青用量, 集料的级配类型、粒径、颗粒状态, 沥青粘度,沥青是胶结材料，其粘度大，对集料约束使其嵌锁结构稳定，粘滞阻力大，抗变形能力强。因此,粘聚力,C，,内摩擦角, ,抗剪强度, 沥青与矿物的化学性质,沥青与矿物表面形成一层厚度,0,的“结构沥青”，该沥青化学组分重新排列，粘度,，粘聚力,，,0,以外的沥青称“自由沥青”。,自由沥青,结构沥青,讨 论：,以,“结构沥青,”接触的两颗粒，,粘聚力,C,以“,自由沥青,”接触的两颗粒，沥青混合料,粘聚力,C,较小,“结构沥青”,0,的厚度与矿粉的,化学性质,有关：,沥青石灰石粉（碱性集料）界面的,0,厚度大，矿粉之间更有可能通过结构沥青联结。,沥青石英粉（酸性集料）界面的,0,厚度小。, 矿粉比表面（细度）,沥青用量一定，矿粉比表面积大，形成的“结构沥青”数量,，,沥青混合料的粘聚力,C,。,矿粉的性质和用量对沥青混合料的,抗剪强度,影响很大,。掺矿粉的重要性,结论：,配制沥青混凝土时，必须掺适量矿粉,产生“结构沥青”混合料粘结力,C,抗剪强度,高温抗变形能力,提高温度稳定性, 沥青用量,沥青用量适当，可形成足够数量的“结构沥青”，使得粘聚力,，且矿料之间以“结构沥青”连接，此时，沥青胶浆有最优的粘聚力。,所以在沥青混合料配合比设计时，要考虑最佳沥青用量。, 集料的级配类型、粒径和颗粒状态,合理级配,颗粒间成嵌锁结构，摩擦阻力,，,近似,正方体,，表面,粗糙,的颗粒内摩擦角,较强的力学稳定性沥青混合料抗剪力,外 因, 温度沥青属热塑性材料,温度,，粘聚力,C,抗剪强度,。,形变速率,C，,抗剪强度,3.沥青混合料的组成结构和性能,密实-悬浮结构 骨架-空隙结构 骨架-密实结构,三种沥青混合料的结构常数不同，稳定性有差异。,1、悬浮密实结构,连续型密级配集料密实度高，但各级集料均为次级集料所隔开，,粗集料,不能互相靠拢形成骨架，,悬浮,于次级集料及沥青胶浆之间。,特点,：结构沥青多，粘聚力,C,大，内摩阻角,较,小，高温稳定性较差,2、骨架空隙结构,集料组成为连续型开级配。粒径递减系数大，粗集料多，细集料少，甚至没有。粗集料形成骨架后，细集料不能填满其空隙。,特点：,结构沥青少，粘聚力,C,小,，,内磨阻角,高，难以摊铺压实成平整路面。,3、密实骨架结构,集料组成采用间断级配。粗集料形成骨架后，相当数量的细集料填满其空间。,特点,：结构沥青多，粘聚力,C,较高，内磨阻角,较高，可摊铺成结构密实、表面平整、物理力学性能比较稳定的路面。,二、沥青混合料的技术性质和标准,路面沥青混合料要求具备的技术性质, 力学强度,承受交通荷载，抗高温变形，低温脆裂,；, 耐久性,抵抗自然因素作用,；, 抗滑性,交通安全,；, 施工和易性,摊铺和压实,1、高温稳定性,定义：高温条件下承受重复荷载没有很大变形（60夏季温度不产生车辙、拥包和波浪）。,评价方法：,(1)马歇尔稳定度试验,(2)车辙试验,(1)马歇尔稳定度,三项指标,101.663.5,mm,圆柱体试件,稳定度（,MS）,规定温度和加荷速率时破坏荷载（,kN,）；,流值（,FL）,破坏时，试件的垂直变形（0.1,mm）；,马歇尔模数（,T,）,（,kN,/mm,）,（2）车辙试验,高速公路、一级公路、城市快速路、主干路要求此项试验。,试件,：,mm,温度,： 60,方法,：车轮反复行走。,指标：动稳定度（,DS）,试件变形1,mm,深时，车轮行走次数。,GBJ50092-96,规定,60时动稳定度,DS,800,次/,mm,高速公路，城市快速路,DS,600,次/,mm,一级公路、城市主干道,2、低温抗裂性,定义：,沥青混合料抵抗低温开裂的能力。,目前末列入技术指标，简单评估。,3、耐久性,定义：,抵抗自然因素和车载长期作用，保持原有性能的能力。,沥青老化、集料破坏、水导致沥青与集料粘附性降低而出现剥落,试验方法,：浸水马歇尔试验 浸水车辙试验,评价指标,：空隙率,VV 、,饱和度,VFA 、,残留稳定度,MS,0,（%）。,耐久性影响因素, 化学性质：沥青、集料的化学性质, 混合料的组成结构空隙率。,空隙率,，防阳光及渗水，一般空隙率保留36%；以备夏季沥青膨胀；,空隙率,，沥青-集料之间粘结力差，饱水后集料剥离，颗粒相互推移，体积膨胀，力学强度下降，路面破坏。,4、抗滑性,沥青路面抗滑性与下列因素有关：,集料表面特性,选择硬质有棱角；,混合料级配,合理,沥青用量及沥青含蜡量,最佳沥青用量，路面含蜡量3%,规范中对抗滑层集料有磨光值、道瑞磨耗值和冲击值的要求,5施工和易性,易于拌和、摊铺和碾压。,与气温、施工条件及混合料性质有关，骨料级配具有直接影响。,目前凭经验，无测定方法。,路面沥青混合料的技术标准,不同等级道路、不同类型混合料具有不同的指标要求。,主要指标,力学指标：击实次数、稳定度,DS、,流值,FL,耐久性指标：空隙率,VV、,沥青饱和度,VFA、,残留稳定度,MS,0,、,矿料间隙率,VMA,三、沥青混合料组成材料的技术要求,1、沥青,根据气候条件、施工季节、路面类型、施工方法和矿料类型选取,高稠度（标号小）沥青,热气候、重交通量、细粒式、砂粒式集料,沥青稠度大，混合料力学强度大，稳定性好。,2、粗集料,防滑表层,不宜用软质集料，应符合石料磨光值等指标。,酸性岩石,（花岗岩、石英岩）用作高等级公路时，应采用低标号沥青，并采取抗剥离措施。, 填料用石灰粉；, 酸性集料用石灰浆处理。,3、,细集料,天然砂、人工砂，应符合级配要求。,4、,填料,石灰粉或岩浆岩中强碱性（憎水性）岩石磨细的矿粉。,