沥青和沥青混合料课件

1、沥青和沥青混合料沥青和沥青混合料沥青的定义：沥青的定义：一系列分子量不等的高分子一系列分子量不等的高分子 聚合聚合物组成的有机混合物质。物组成的有机混合物质。沥青的分类：沥青的分类：地沥青、焦油沥青地沥青、焦油沥青沥青特点：沥青特点： 粘结性、塑性、憎水性、不透水性粘结性、塑性、憎水性、不透水性 不导电性、耐蚀性不导电性、耐蚀性沥青的应用：沥青的应用：道路工程、防水工程、防腐工程道路工程、防水工程、防腐工程沥青和沥青混合料 生产生产: : 石油石油渣油渣油沥青沥青再加工再加工轻质油轻质油润滑油润滑油提炼提炼沥青和沥青混合料分类：分类： 按原油基属：按原油基属：石蜡基石蜡基、环烷基、中间基、环烷

2、基、中间基 按加工方式：直馏、蒸馏、氧化、裂化、酸洗等按加工方式：直馏、蒸馏、氧化、裂化、酸洗等 按状态：粘稠沥青、液体沥青按状态：粘稠沥青、液体沥青 按用途：按用途： 道路石油沥青道路石油沥青 建筑石油沥青建筑石油沥青 普通石油沥青普通石油沥青沥青和沥青混合料 三组分分析法（溶解三组分分析法（溶解- -稀释法）稀释法） 油分：黄色液体，赋予沥青流动性。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地沥青质：黑色固体，赋予沥青温度稳定性 石蜡：有害组丛石蜡：有害组丛 四组分分析法四组分分析法

3、 饱和分、芳香分、胶质、沥青质饱和分、芳香分、胶质、沥青质组丛组丛： 沥青中物理力学性质相近的成分沥青中物理力学性质相近的成分沥青和沥青混合料结构：结构： 结构形式结构形式: :胶体结构胶体结构 胶体结构类型胶体结构类型: : 溶胶型结构溶胶型结构 - - 油分树脂多油分树脂多, ,地沥青质少地沥青质少 凝胶型结构凝胶型结构 - - 油分树脂少油分树脂少, ,地沥青质多地沥青质多 溶凝胶型结构溶凝胶型结构 - - 三者适中三者适中 土木工程常用沥青结构土木工程常用沥青结构 胶体结构划分依据胶体结构划分依据: :针入度指数针入度指数沥青和沥青混合料 指标：指标： 粘稠沥青：粘稠沥青：针入度（针入

4、度（0.1mm0.1mm）,P,P（2525，100g100g，5s5s） 液体沥青：粘度（液体沥青：粘度（s s），），C Cd dT T 针入度针入度、粘度、粘度粘性小粘性小1 1、粘性（粘滞性）、粘性（粘滞性）定义：定义：沥青内部阻碍其发生相对流动的性质沥青内部阻碍其发生相对流动的性质影响因素：影响因素：地沥青质地沥青质，油份，油份粘滞性粘滞性 温度温度粘滞性粘滞性 沥青和沥青混合料沥青和沥青混合料定义：定义：在外力作用下产生变形而不破坏的能力在外力作用下产生变形而不破坏的能力影响因素：影响因素： 油分、树脂含量油分、树脂含量塑性塑性 温度温度塑性塑性指标：延度（指标：延度（mmmm）

5、延度大延度大 塑性好塑性好沥青和沥青混合料定义：定义：粘性和塑性随温度升降而变化的性能粘性和塑性随温度升降而变化的性能 T Tg g T Tm m 脆化点脆化点 软化点软化点T T 温度温度 玻璃态玻璃态 高弹态高弹态 粘流态粘流态改善：改善：增塑剂、橡胶、树脂、填料增塑剂、橡胶、树脂、填料指标：指标：软化点软化点T Tm m 、脆化点脆化点T Tg g影响因素：影响因素：地沥青质地沥青质、油份树脂、油份树脂 T Tg g 、T Tm m实际要求：软化点高，脆化点低。实际要求：软化点高，脆化点低。沥青和沥青混合料沥青和沥青混合料针入度指数针入度指数 评价原理：针入度（评价原理：针入度（P）随温

6、度变化（）随温度变化（T）而变化）而变化 lgP=AT+K A针入度针入度-温度敏感系数温度敏感系数 A值的计算原理：已知直线上两点，即可求得值的计算原理：已知直线上两点，即可求得斜率值。斜率值。 缺陷：缺陷：A值为小数，应用不方便。值为小数，应用不方便。沥青和沥青混合料针入度指数（针入度指数（PI）概念的建立）概念的建立 原理：以针入度指数原理：以针入度指数PI表示沥青的温度敏感表示沥青的温度敏感性，假设性，假设20为最佳值，为最佳值，-10为最差值。则：为最差值。则： （20-PI）/ /（PI+10）可评价温度敏感性）可评价温度敏感性针入度指数的计算：针入度指数的计算： PI=30/ /

7、（1+50A）-10 针入度指数与沥青胶体结构类型：针入度指数与沥青胶体结构类型： PI2，凝胶结构，凝胶结构 PI-2，溶胶结构，溶胶结构 -2 PI 2，溶凝胶结构，溶凝胶结构沥青和沥青混合料土木工程用沥青针入度指数的选择土木工程用沥青针入度指数的选择： 道路沥青：道路沥青： 通常：通常： -2 PI 路面：路面：-1 PI 1， 0.5 PI 1 灌浆材料：灌浆材料： -3 PI 1 胶结剂：胶结剂： -2 PI 5PI越大，高温稳定性越好。低温性能需做改越大，高温稳定性越好。低温性能需做改性处理性处理沥青和沥青混合料定义：定义： 石油沥青与其他材料界面粘结性能或抗剥石油沥青与其他材料界

8、面粘结性能或抗剥落的能力。落的能力。影响因素：影响因素： 沥青的组丛、被粘结材料的表面物理、化沥青的组丛、被粘结材料的表面物理、化学性质学性质评价方法：评价方法： 13.2mm骨料，水煮法骨料，水煮法 13.2mm骨料，水浸法骨料，水浸法沥青和沥青混合料定义：定义： 沥青在光、热、水、气等环境因素作用下抵沥青在光、热、水、气等环境因素作用下抵抗老化的性质。抗老化的性质。老化原因：老化原因： 油分油分 树脂树脂地沥青质地沥青质老化结果：老化结果： 变硬、变脆、易开裂变硬、变脆、易开裂评价方法：评价方法： 蒸发质量损失率、加热前后针入度比、加蒸发质量损失率、加热前后针入度比、加热前后延度变化热前后

9、延度变化沥青和沥青混合料定义：定义：石油沥青在加热使用时，不易发生闪火或石油沥青在加热使用时，不易发生闪火或燃火的性质燃火的性质。评价指标：评价指标： 闪点：闪点： 燃点：燃点：沥青和沥青混合料溶胶型结构溶胶型结构粘性粘性软化点软化点延度延度针入度针入度塑性塑性耐热性耐热性油分油分树脂树脂地沥青质地沥青质沥青和沥青混合料1 1、分类、分类道路、建筑、普通石油沥青道路、建筑、普通石油沥青2 2、标号、标号 按按针入度针入度划分，并保证其他性能划分，并保证其他性能标号标号粘性粘性软化点软化点延度延度针入度针入度塑性塑性耐热性耐热性沥青和沥青混合料3 3、选用依据、选用依据： 工程性质、施工方法、环

10、境温度工程性质、施工方法、环境温度4 4、应用：、应用：道路石油沥青道路石油沥青 拌制混凝土、用于路面拌制混凝土、用于路面 和地坪，或防水防潮工程和地坪，或防水防潮工程建筑石油沥青建筑石油沥青 建筑防水、防腐建筑防水、防腐普通石油沥青普通石油沥青 性能较差，少用性能较差，少用沥青和沥青混合料1 1、改性的目的、改性的目的改善性能，延长使用寿命改善性能，延长使用寿命u屋面防水屋面防水：高温不流淌，抗老化，抗低温脆断。：高温不流淌，抗老化，抗低温脆断。u路面工程路面工程：高温抗剪强度高、不拥包、推移、抗：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；较强的车辙等永久变形；抗低

11、温开裂；抗老化；较强的粘附性、抗疲劳应力、抗滑等。粘附性、抗疲劳应力、抗滑等。 四、沥青的改性及应用四、沥青的改性及应用沥青和沥青混合料 树脂树脂 耐寒性、耐热性、粘性耐寒性、耐热性、粘性 沥青沥青橡胶橡胶 高温变形性高温变形性 低温柔顺性低温柔顺性 填料填料 粘性、耐热性、温度稳定性粘性、耐热性、温度稳定性 2 2、改性剂和效果、改性剂和效果沥青和沥青混合料u定义定义 矿物集料与沥青拌合而成的混合料的总称。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。包括沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料。u 沥青混凝土混合料沥青混凝土混合料ACAC适当比例的粗集料、细适当比例的

12、粗集料、细集料及填料与沥青在严格控制条件下拌合集料及填料与沥青在严格控制条件下拌合压实后空压实后空隙率隙率10%10%的沥青混合料。的沥青混合料。 沥青碎石混合料沥青碎石混合料AMAM适当比例的粗骨料、细骨适当比例的粗骨料、细骨料及少量填料或不掺填料拌合料及少量填料或不掺填料拌合压实后空隙率压实后空隙率10%10%的沥青混合料的沥青混合料沥青和沥青混合料沥青混合料的技术特点沥青混合料的技术特点u物理力学性能物理力学性能较高的抵抗荷载的能力、高温稳定较高的抵抗荷载的能力、高温稳定性、低温柔韧性、水稳定性性、低温柔韧性、水稳定性u施工和易性施工和易性平整无接缝、减震吸声、行车舒适平整无接缝、减震吸

13、声、行车舒适u交通安全交通安全具一定粗糙度、无强烈反光具一定粗糙度、无强烈反光u耐久性耐久性在环境光、热、水、气等因素作用下保持在环境光、热、水、气等因素作用下保持性能性能沥青和沥青混合料沥青混合料的分类沥青混合料的分类 按最大公称粒径分类按最大公称粒径分类（1 1）粗粒式粗粒式沥青混合料（沥青混合料（D Dm为为26.5mm或或31.5mm）（2 2）中粒式中粒式 （D Dm为为16 mm 或或19 mm）（3 3）细粒式细粒式 （D Dm为为9.5mm或或13.2mm）（4 4）砂粒式砂粒式沥青混合料沥青混合料（D Dm4.75mm） 也称沥青石屑或沥青砂也称沥青石屑或沥青砂沥青和沥青混合

14、料 按矿料级配和路面压实度分类按矿料级配和路面压实度分类u连续密级配连续密级配沥青混合料沥青混合料空隙率小于空隙率小于10%10%；u连续半开级配连续半开级配空隙率大于空隙率大于10%10%；（沥青碎石；（沥青碎石) )u开级配开级配空隙率空隙率15%15%；（开式）；（开式）u间断级配间断级配 沥青和沥青混合料 按施工温度分类按施工温度分类u热拌热铺沥青混合料热拌热铺沥青混合料（热态拌合、热态铺筑）；（热态拌合、热态铺筑）；u常温沥青混合料常温沥青混合料乳化沥青、稀释沥青，乳化沥青、稀释沥青， （常温下操作，冷施工）常温下操作，冷施工）沥青和沥青混合料1 1、沥青混合料强度理论、沥青混合料强

15、度理论 沥青路面破坏形式沥青路面破坏形式u高温时塑性变形过剩高温时塑性变形过剩抗剪强度不足抗剪强度不足u低温脆裂低温脆裂抗拉强度不足，变形能力差抗拉强度不足，变形能力差因此研究沥青混合料的因此研究沥青混合料的抗剪强度和抗变形能力抗剪强度和抗变形能力。沥青和沥青混合料u摩尔摩尔-库伦包络线库伦包络线应力圆的公切线应力圆的公切线 即为抗剪强度曲线即为抗剪强度曲线 圆柱形试件圆柱形试件三轴剪切试验得到三轴剪切试验得到决定沥青混合料决定沥青混合料C与与值的摩尔圆包络线值的摩尔圆包络线沥青和沥青混合料u沥青混合料的沥青混合料的抗剪强度抗剪强度()公式公式tgC 正应力（正应力（MpaMpa）；）； CC

16、沥青混合料的粘力（沥青混合料的粘力（MpaMpa）；）；沥青混合料的内摩擦角。沥青混合料的内摩擦角。粘聚力粘聚力C，内摩擦角，内摩擦角 抗剪强度抗剪强度沥青和沥青混合料 内内 因因u 沥青粘度沥青粘度u 沥青与矿物的化学性质沥青与矿物的化学性质u 矿粉比表面（细度）矿粉比表面（细度）u 沥青用量沥青用量u 集料的级配类型、粒径、颗粒状态集料的级配类型、粒径、颗粒状态沥青和沥青混合料u 沥青是胶结材料，其粘度大，对集料约束沥青是胶结材料，其粘度大，对集料约束使其嵌锁结构稳定，粘滞阻力大，抗变形能力使其嵌锁结构稳定，粘滞阻力大，抗变形能力强。因此强。因此 粘聚力粘聚力C 内摩擦角内摩擦角、抗剪强度

17、、抗剪强度沥青和沥青混合料沥青和沥青混合料u 沥青与矿物表面形成一层厚度沥青与矿物表面形成一层厚度0 0的的“结构沥青结构沥青”，该沥青化学组分重新排列，粘度，该沥青化学组分重新排列，粘度，粘聚力，粘聚力，0 0以外的沥青称以外的沥青称“自由沥青自由沥青”。自由沥青自由沥青结构沥青结构沥青沥青和沥青混合料讨讨 论：论：u 以以“结构沥青结构沥青”接触的两颗粒，接触的两颗粒，粘聚力粘聚力CCu 以以“自由沥青自由沥青”接触的两颗粒，沥青混合料接触的两颗粒，沥青混合料粘聚力粘聚力C C较小较小 沥青和沥青混合料“结构沥青结构沥青” ” 0 0的厚度与矿料的的厚度与矿料的化学性质化学性质有关：有关：

18、 u 沥青沥青石灰石（碱性集料）界面的石灰石（碱性集料）界面的0 0 厚度大，厚度大，矿料之间更有可能通过结构沥青联结。矿料之间更有可能通过结构沥青联结。u 沥青沥青石英石（酸性集料）界面的石英石（酸性集料）界面的0 0 厚度小。厚度小。沥青和沥青混合料u沥青用量一定，矿粉比表面积大，形成的沥青用量一定，矿粉比表面积大，形成的“结构结构沥青沥青”数量数量，沥青混合料的粘聚力沥青混合料的粘聚力C C。 矿粉的性质和用量对沥青混合料的矿粉的性质和用量对沥青混合料的抗剪强度抗剪强度影响影响很大很大。掺矿粉的重要性掺矿粉的重要性沥青和沥青混合料结论：结论：u 配制沥青混凝土时，必须掺适量矿粉配制沥青混

19、凝土时，必须掺适量矿粉产生产生“结构沥青结构沥青”混合料粘结力混合料粘结力C C抗剪抗剪强度强度高温抗变形能力高温抗变形能力 提高温度稳定性提高温度稳定性沥青和沥青混合料沥青和沥青混合料u 沥青用量适当，可形成足够数量的沥青用量适当，可形成足够数量的“结构结构沥青沥青”，使得粘聚力，使得粘聚力，且矿料之间以，且矿料之间以“结构结构沥青沥青”连接，此时，沥青胶浆有最优的粘聚力连接，此时，沥青胶浆有最优的粘聚力。u 所以在沥青混合料配合比设计时，要考虑所以在沥青混合料配合比设计时，要考虑最佳沥青用量。最佳沥青用量。沥青和沥青混合料u合理级配合理级配颗粒间成嵌锁结构，摩擦阻力颗粒间成嵌锁结构，摩擦阻

20、力，近似近似正方体正方体，表面，表面粗糙粗糙的颗粒的颗粒内摩擦角内摩擦角较强的力学稳定性较强的力学稳定性沥青混合料抗剪力沥青混合料抗剪力 沥青和沥青混合料沥青和沥青混合料 外外 因因 温度温度沥青属热塑性材料沥青属热塑性材料 温度温度，粘聚力，粘聚力CC抗剪强度抗剪强度。 形变速率形变速率CC，抗剪强度，抗剪强度沥青和沥青混合料3.3.沥青混合料的组成结构和性能沥青混合料的组成结构和性能沥青混合料组成结构的胶浆理论沥青混合料组成结构的胶浆理论沥青和沥青混合料u三种沥青混合料的结构常数不同，稳定性有差异。三种沥青混合料的结构常数不同，稳定性有差异。 沥青和沥青混合料1 1、悬浮、悬浮密实结构密实

21、结构 连续型密级配集料连续型密级配集料密实度高，但各级集密实度高，但各级集料均为次级集料所隔开，有大量的细颗粒，但料均为次级集料所隔开，有大量的细颗粒，但粗集料粗集料不能互相靠拢形成骨架，不能互相靠拢形成骨架，悬浮悬浮于次级集于次级集料及沥青胶浆之间。料及沥青胶浆之间。 特点特点：结构沥青多，粘聚力：结构沥青多，粘聚力C C大，内摩阻角大，内摩阻角较较小，高温稳定性较差小，高温稳定性较差沥青和沥青混合料2 2、骨架、骨架空隙结构空隙结构 集料组成为连续型开级配。粒径递减系数大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，粗集料多，细集料少，甚至没有。粗集料形成

22、骨架后，细集料不能填满其空隙。成骨架后，细集料不能填满其空隙。 特点：特点：结构沥青少，粘聚力结构沥青少，粘聚力C C小小，内磨阻角内磨阻角高，难以摊铺压实成平整路面。高，难以摊铺压实成平整路面。沥青和沥青混合料3 3、密实、密实骨架结构骨架结构 集料组成采用间断级配。粗集料形成骨架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。后，相当数量的细集料填满其空间。 特点特点：结构沥青多，粘聚力：结构沥青多，粘聚力C C较高，内磨较高，内磨阻角阻角较高，可摊铺成结构密实、表面平整、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。物理力学性能比较稳定的路面。沥青和沥

23、青混合料沥青和沥青混合料u 路面沥青混合料要求具备的技术性质路面沥青混合料要求具备的技术性质 力学强度力学强度承受交通荷载，抗高温变形，低承受交通荷载，抗高温变形，低温脆裂温脆裂； 耐久性耐久性抵抗自然因素作用抵抗自然因素作用； 抗滑性抗滑性交通安全交通安全； 施工和易性施工和易性摊铺和压实摊铺和压实沥青和沥青混合料1 1、高温稳定性、高温稳定性定义：高温条件下承受重复荷载没有很大变形（定义：高温条件下承受重复荷载没有很大变形（6060夏季温度不产生车辙、拥包和波浪）。夏季温度不产生车辙、拥包和波浪）。 评价方法：评价方法： (1)(1)马歇尔稳定度试验马歇尔稳定度试验 (2)(2)车辙试验车

24、辙试验沥青和沥青混合料101.6101.663.5mm63.5mm圆柱体试件圆柱体试件u稳定度（稳定度（MSMS）规定温度和加荷速率时破坏规定温度和加荷速率时破坏荷载（荷载（kNkN）；）；u流值（流值（FLFL）破坏时，试件的垂直变形（破坏时，试件的垂直变形（0.1mm0.1mm）；）；u马歇尔模数（马歇尔模数（T T）FLMST10（kN/mmkN/mm）沥青和沥青混合料高速公路、一级公路、城市快速路、主干路高速公路、一级公路、城市快速路、主干路要求此项试验。要求此项试验。u 试件试件： 30030030030050 mm50 mmu 温度温度： 6060u 方法方法：车轮反复行走。：车轮

25、反复行走。沥青和沥青混合料u指标：动稳定度（指标：动稳定度（DSDS） 试件变形试件变形1mm1mm深时，车轮行走次数。深时，车轮行走次数。GBJ50092-96GBJ50092-96规定规定u6060时动稳定度时动稳定度 高速公路，城市快速路高速公路，城市快速路 DSDS 800800次次/mm/mm 一级公路、城市主干道一级公路、城市主干道 DSDS 600600次次/mm/mm 新规定见表新规定见表3-183-1821121242)(CCddttDS沥青和沥青混合料u定义：定义：沥青混合料抵抗低温开裂的能力。沥青混合料抵抗低温开裂的能力。评价方法评价方法低温蠕变试验、低温蠕变试验、低温弯

26、曲试验低温弯曲试验 未列入规范未列入规范沥青和沥青混合料u定义：定义：抵抗自然因素和车载长期作用，保持原有性能抵抗自然因素和车载长期作用，保持原有性能的能力。的能力。 沥青老化、集料破坏、水导致沥青与集料粘附沥青老化、集料破坏、水导致沥青与集料粘附性降低而出现剥落性降低而出现剥落 u试验方法试验方法：浸水马歇尔试验浸水马歇尔试验 浸水车辙试验浸水车辙试验 冻融劈裂试验冻融劈裂试验 u评价指标评价指标：残留稳定度：残留稳定度MSMS0 0（% %）、空隙率）、空隙率VV VV 、饱、饱和度和度VFA VFA 、矿料间隙率、矿料间隙率VMAVMA沥青和沥青混合料 化学性质：沥青、集料的化学性质化学

27、性质：沥青、集料的化学性质 混合料的组成结构混合料的组成结构空隙率。空隙率。 空隙率空隙率，防阳光及渗水，防阳光及渗水， 空隙率空隙率，沥青，沥青- -集料之间粘结力差，饱水后集料之间粘结力差，饱水后集料剥离，颗粒相互推移，力学强度下降，路集料剥离，颗粒相互推移，力学强度下降，路面破坏。面破坏。一般空隙率保留一般空隙率保留3 36%6%；以备夏季沥青膨胀；以备夏季沥青膨胀 压实度压实度沥青和沥青混合料u沥青路面抗滑性与下列因素有关：沥青路面抗滑性与下列因素有关： 集料表面特性集料表面特性选择硬质有棱角；选择硬质有棱角； 混合料级配混合料级配合理合理 沥青用量及沥青含蜡量沥青用量及沥青含蜡量最佳沥青用量，路最佳沥青用量，路面含蜡量面含蜡量3%3% 规范中对抗滑层集料有磨光值、道瑞磨规