土木工程材料-沥青及木材

1、沥青在建筑、公路、桥梁等工程中有着广泛的应用，主要用于生产防水材料和铺筑沥青路面、机场道面。石油沥青是石油原油经蒸馏等提炼出各种轻质油及润滑油以后的残留物，或再经加工而得的产品。它是一种有机胶凝材料，在常温下呈固体、半固体或粘性液体，颜色为褐色或黑褐色。采用不同产地的原油及不同的提炼加工方式，可以得到组成、性质各异的多种石油沥青品种。按用途不同将石油沥青分为道路石油沥青、建筑石油沥青、防水、防潮石油沥青和普通石油沥青。石油沥青是由多种高分子碳氢化合物及其非金属(主要为氧、硫、氮等)衍生物组成的复杂混合物。因为沥青的化学组成复杂，对组成进行分析很困难，且其化学组成也不能反映出沥青性质的差异，所以

2、一般不作沥青的化学分析。通常从使用角度出发，将沥青中按化学成分和物理力学性质相近的成分划分为若干个组，这些组就称为“组丛”或“组分”。在沥青中各组丛含量的多寡与沥青的技术性质有着直接的关系。 1) 1) 油分：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，在石油沥青中，油分的含量为40一60。油分赋予沥青以流动性。 2) 2) 树脂：树脂：树脂又称脂胶，为黄色至黑褐色半固体粘稠物质，分子量比油分大，沥青脂胶中绝大部分属于中性树脂。中性树脂含量增加，石油沥青的延度和粘结力等性能愈好。另外，树脂中还含有少量酸性树脂。它改善了石油沥青对矿物材料的浸润性。在石油沥青中，树脂

3、的含量为15一30，它使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。 3) 3) 地沥青质地沥青质 地沥青质为深褐色至黑色固态无定形的超细颗粒固体粉末，分子量比树脂更大。地沥青质是决定石油沥青温度敏感性和粘性的重要组分。沥青中地沥青质含量在10一30。其含量愈多，则软化点愈高，粘性愈大，也愈硬脆。 此外，石油沥青中还含2一3的沥青碳和似碳物，为无定形的黑色固体粉末，是石油沥青中分子量最大者。它会降低石油沥青的粘结力。石油沥青中还含有蜡，它会降低石油沥青的粘结性和塑性。同时对温度特别敏感(即温度稳定性差)。 石油沥青的结构是以地沥青质为核心，周围吸附部分树脂和油分，构成胶团，无数胶团分散在油分中而形成胶体结

4、构。在这个分散体系中，分散相为吸附部分树脂的地沥青质，分散介质为溶有树脂的油分。在胶体结构中，从地沥青质到油分是均匀地逐步递变的，并无明显界面。（1）防水性 石油沥青是憎水性材料，几乎完全不溶于水，而且本身构造致密，并与矿物材料表面有很好的粘结力，能紧密粘附于矿物材料表面，同时，它还具有一定的塑性，能适应材料或构件的变形，所以石油沥青具有良好的防水性，故广泛用作土木工程的防潮、防水材料。石油沥青的粘滞性是反映沥青材料内部阻碍其相对流动的一种特性，是沥青材料软硬、稀稠程度的反映。粘滞性的大小与其组分及温度有关。当地沥青质含量较高，同时又有适量树脂，而油分含量较少时，则粘滞性较大；在一定温度范围内

5、，当温度升高时，则粘滞性随之降低，反之则增大。 粘滞性应以绝对粘度表示，但因其测定方法较复杂，故工程中常用相对粘度(条件粘度)来表示粘滞性，对于粘稠(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标准粘度表示。TCdt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。石油沥青的塑性与其组丛、温度及沥青膜层有关，当其中树脂含量较多，且其它组丛含量又适当时，则塑性较好；温度升高，则塑性增大；当膜层增厚，塑性也增大。在常温下，塑性较好的沥青在产生裂缝时，也可能由于特有的粘塑性而自行愈合，故塑性也反映了沥青开裂后的自愈能力。沥青的塑性对冲击振动荷载有定吸收能

6、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5cmmin的速度拉伸，用拉断时的伸长度来表示，单位用cm计。延度也是石油沥青的重要技术指标之一。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。由于沥青是一种高分子非晶态热塑性物质，故没有一定的熔点。当温度升高时，沥青由固态或半固态逐渐软化，产生粘性流动，称为粘流态。与此相反，随温度降低又逐渐由粘流态凝固为固态，甚至变硬变脆，成为玻璃态。建筑工程要求沥青随温度变化时，其粘滞性及塑性变化幅度应较小，即宜选用温度稳定性

7、较高的沥青。石油沥青中地沥青质含量较多时，其温度敏感性较小。在工程使用时往往加入滑石粉、石灰石粉等矿物填料，以减小其温度敏感性。沥青中含蜡量较多时，则会产生温度不太高(60左右)时就发生流淌，在温度较低时又易变硬开裂。 温度敏感性以软化点指标表示。软化点是人为规定的沥青从固态转变到粘流态时的温度。沥青软化点一般采用环球法测定。它是把沥青试样装入规定尺寸的铜环内，试样上放置一标准钢球，浸入水或甘油中，以规定的速度升温(5min)，当沥青软化下垂至规定距离(254mm)时的温度即为其软化点，以()计。 大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气因素的长期综合作用下抵抗老化的性能，也是沥青材

8、料的耐久性。在大气因素的综合作用下，沥青中各组丛会发生不断递变，低分子化合物将逐步转变成高分子物质，即油分和树脂逐渐减少，而地沥青质逐渐增多。因此，石油沥青随着时间的进展，流动性和塑性将逐渐减小，硬脆性逐渐增大，直至脆裂。这个过程称为石油沥青的“老化”。所以大气稳定性即为沥青抵抗老化的性能。 石油沥青的大气稳定性常以蒸发损失率和蒸发后针入度比来评定。根据我国现行石油沥青标准，在工程建设中常用的石油沥青分道路石油沥青，建筑石油沥青，防水防潮石油沥青和普通石油沥青等四种，各品种按技术性质划分牌号。 道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青都是按针入度指标来划分牌号的。在同一品种石油沥青材料中，牌号

9、愈小，沥青愈硬；牌号愈大，沥青愈软。同时随着牌号增加，沥青的粘性减小(针入度增加)，塑性增加(延度增大)，而温度敏感性增大(软化点降低)。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、沥青混合料或沥青砂浆等使用。还可作密封材料、粘拌制成沥青混凝土、沥青混合料或沥青砂浆等使用。还可作密封材料、粘结剂及沥青涂料等。结剂及沥青涂料等。v 建筑石油沥青粘性较大，耐热性较好，但塑性较小，主要用作制造防建筑石油沥青粘性较大，耐热性较好，但塑性较小，主要用作制造防水卷材、防水涂料和沥青胶。它们绝大部分用于防水及防腐工

10、程。对于屋水卷材、防水涂料和沥青胶。它们绝大部分用于防水及防腐工程。对于屋面防水工程，应注意防止过分软化。面防水工程，应注意防止过分软化。v普通石油沥青含蜡较多，其一般含量大于普通石油沥青含蜡较多，其一般含量大于5，有的达，有的达20以上，因而以上，因而温度敏感性大，故在工程中不宜单独使用，只能与其它种类石油沥青掺温度敏感性大，故在工程中不宜单独使用，只能与其它种类石油沥青掺配使用。配使用。沥青混合料是一种粘弹塑性材料，具有良好的力学性沥青混合料是一种粘弹塑性材料，具有良好的力学性能，一定的高温稳定性和低温柔性，修筑路面不需设置接能，一定的高温稳定性和低温柔性，修筑路面不需设置接缝，行车较舒适

11、。而且，施工方便、速度快，能及时开放缝，行车较舒适。而且，施工方便、速度快，能及时开放交通，并可再生利用。因此，是高等级道路修筑中的一种交通，并可再生利用。因此，是高等级道路修筑中的一种主要路面材料主要路面材料 细骨料细骨料：可采用天然砂、人工砂及石屑。细骨料应该洁：可采用天然砂、人工砂及石屑。细骨料应该洁净、干燥、无风化、无杂质，有适当的颗粒组成，其质量应符净、干燥、无风化、无杂质，有适当的颗粒组成，其质量应符合规范要求，并与沥青有良好的粘结能力。天然砂及花岗石等合规范要求，并与沥青有良好的粘结能力。天然砂及花岗石等酸性石料破碎的人工砂或石屑，不宜用于高速公路、一级公路、酸性石料破碎的人工砂

12、或石屑，不宜用于高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青面层。必须使用时，应采用抗剥离措城市快速路、主干路沥青面层。必须使用时，应采用抗剥离措施。施。 填料填料：在沥青混合料中起填充作用的粒径小于：在沥青混合料中起填充作用的粒径小于0.075mm的矿质粉末称为填料。填料宜采用某些石料经磨细得到的矿粉，的矿质粉末称为填料。填料宜采用某些石料经磨细得到的矿粉，泥土杂质应除去。矿粉要求干燥、洁净，其质量符合规范要求。泥土杂质应除去。矿粉要求干燥、洁净，其质量符合规范要求。当采用水泥、石灰、粉煤灰作填料时，其用量不宜超过矿料总当采用水泥、石灰、粉煤灰作填料时，其用量不宜超过矿料总量的量的2。 （1）

13、悬浮密实结构）悬浮密实结构 （2）骨架空隙）骨架空隙结构结构 （3）骨架密实结构）骨架密实结构 （1 1）高温稳定性）高温稳定性沥青混合料高温稳定性，是指在沥青混合料高温稳定性，是指在高温（通常为高温（通常为6060）条件下，沥青混合料承受多次重复荷）条件下，沥青混合料承受多次重复荷载作用而不发生过大的累积塑性变形的能力。即经车辆荷载作用而不发生过大的累积塑性变形的能力。即经车辆荷载长期重复作用后，不产生车辙和波浪等破坏现象。载长期重复作用后，不产生车辙和波浪等破坏现象。我国现行国标（我国现行国标（GB 50092GB 500929696）规定，采用马歇尔稳规定，采用马歇尔稳定度试验（包括稳定

14、度、流值、马歇尔模数）来评价沥青定度试验（包括稳定度、流值、马歇尔模数）来评价沥青混合料高温稳定性；对高速公路、一级公路、城市快速路、混合料高温稳定性；对高速公路、一级公路、城市快速路、主干路用沥青混合料，还应通过车辙试验检验其抗车辙能主干路用沥青混合料，还应通过车辙试验检验其抗车辙能力。力。沥青混合料不仅应具备高温的稳定性，同时还要具有低沥青混合料不仅应具备高温的稳定性，同时还要具有低温的抗裂性，以保证路面在冬季低温时不产生裂缝。温的抗裂性，以保证路面在冬季低温时不产生裂缝。 沥青混合料是粘沥青混合料是粘- -弹弹- -塑性材料，在低温下表现为弹性。塑性材料，在低温下表现为弹性。沥青混合料的

15、低温开裂是由混合料的低温脆化、低温收缩和沥青混合料的低温开裂是由混合料的低温脆化、低温收缩和温度疲劳引起的。混合料的低温脆化一般用不同温度下的弯温度疲劳引起的。混合料的低温脆化一般用不同温度下的弯拉破坏试验来评定；低温收缩可采用低温收缩试验评定；温拉破坏试验来评定；低温收缩可采用低温收缩试验评定；温度疲劳可以用低频疲劳试验来评定。度疲劳可以用低频疲劳试验来评定。沥青混合料的耐久性是指其抵抗长时间自然因素（风、日沥青混合料的耐久性是指其抵抗长时间自然因素（风、日光、温度、水分等）和行车荷载反复作用的能力。目前评价沥光、温度、水分等）和行车荷载反复作用的能力。目前评价沥青混合料耐久性的方法有浸水马

16、歇尔试验或真空饱水马歇尔试青混合料耐久性的方法有浸水马歇尔试验或真空饱水马歇尔试验。验。沥青路面沥青路面的抗滑性能与集料的表面结构（粗糙度）、级配的抗滑性能与集料的表面结构（粗糙度）、级配组成、沥青用量等因素有关。为保证抗滑性能，面层集料应选组成、沥青用量等因素有关。为保证抗滑性能，面层集料应选用质地坚硬具有棱角的碎石，通常采用玄武岩。采取适当增大用质地坚硬具有棱角的碎石，通常采用玄武岩。采取适当增大集料粒径、减少沥青用量及控制沥青的含蜡量等措施，均可提集料粒径、减少沥青用量及控制沥青的含蜡量等措施，均可提高路面的抗滑性。我国现行标准对抗滑层集料提出了磨光值、高路面的抗滑性。我国现行标准对抗滑

17、层集料提出了磨光值、道瑞磨耗值和冲击值等三项指标。道瑞磨耗值和冲击值等三项指标。从混合料的材料性质看，影响施工和易性的是矿料级配和从混合料的材料性质看，影响施工和易性的是矿料级配和沥青用量。粗细集料的颗粒大小相距过大，缺乏中间粒径，混沥青用量。粗细集料的颗粒大小相距过大，缺乏中间粒径，混合料容易离析；细集料太少，沥青层不易均匀地分布在粗颗粒合料容易离析；细集料太少，沥青层不易均匀地分布在粗颗粒表面；细集料过多，则拌和困难。沥青过少或矿粉过多，则混表面；细集料过多，则拌和困难。沥青过少或矿粉过多，则混合料不易压实；沥青过多或矿粉质量不好，则混合料容易粘结合料不易压实；沥青过多或矿粉质量不好，则混

18、合料容易粘结成块，不易摊铺。成块，不易摊铺。27288.1 木材的分类与构造木材的分类与构造8.2 木材的性能及应用木材的性能及应用 8.3 木材的防护与防火木材的防护与防火298.1 8.1 木材的分类与构造木材的分类与构造 8.1.1 8.1.1 树木的分类树木的分类树木树木针叶树针叶树阔叶树阔叶树30特点特点：树叶细长树叶细长，树干通直高大树干通直高大，易得大材易得大材， 纹理顺直纹理顺直，材质均匀材质均匀，木质较软木质较软，易于易于 加工加工，故又称故又称软木材软木材。 针叶树针叶树应用应用：强度较高强度较高，表观密度和胀缩变形较小表观密度和胀缩变形较小， 耐腐性较强耐腐性较强，是建筑

19、工程中的主要用是建筑工程中的主要用 材材，广泛用作承重构件、制作模板、广泛用作承重构件、制作模板、 门窗等。常用树种有松、杉、门窗等。常用树种有松、杉、柏等。柏等。 31特点特点：树叶宽大树叶宽大，多数树种的树干通直部分多数树种的树干通直部分 较短较短，材质坚硬材质坚硬，较难加工较难加工，故又故又称称 硬木材硬木材 。 阔叶树阔叶树应用应用：表观密度较大表观密度较大，胀缩和翘曲变形大胀缩和翘曲变形大， 易开裂易开裂，在建筑中常用作尺寸较小在建筑中常用作尺寸较小的的 装修和装饰装修和装饰 。 种类种类(1)(1)材质较硬材质较硬，纹理清晰美观纹理清晰美观（樟（樟木、木、 水曲柳、桐木、水曲柳、桐

20、木、柞柞木、榆木木、榆木等）等）(2)(2)材质不很坚硬材质不很坚硬，纹理也不很清晰纹理也不很清晰， 但质地较针叶木要更为细腻但质地较针叶木要更为细腻 （桦木、桦木、椴椴木、山杨、青杨等木、山杨、青杨等） 32阔叶黄檀阔叶黄檀松木松木33橡木橡木黄花梨黄花梨348.1.2 8.1.2 木材的构造木材的构造 木材的构造决定其性质木材的构造决定其性质，针叶树针叶树和阔叶树的构造略有不同和阔叶树的构造略有不同，其性质其性质也也有差异。有差异。图图8.1 木材宏观结构木材宏观结构1.1.木材的宏观构造木材的宏观构造 如图如图8.18.1，树树木木是由树皮、木质是由树皮、木质部和髓心三部分组成部和髓心三

21、部分组成。 通常从树干的三个切面进行剖析通常从树干的三个切面进行剖析，即横切面即横切面 ( (垂直于树轴垂直于树轴) )、径切面径切面( (通过树轴通过树轴) )和弦切面和弦切面( (平行于树轴平行于树轴) )。35 2. 2.木材的微观结构木材的微观结构 木材是由无数木材是由无数管状细胞管状细胞紧密结合而成紧密结合而成，它们绝大部分它们绝大部分为纵向排列为纵向排列，少数横向排列少数横向排列( (如木射线如木射线) )。 每个细胞又由每个细胞又由细胞壁细胞壁和和细胞腔细胞腔两部分组成两部分组成，细胞壁是细胞壁是由细纤维组成由细纤维组成，细纤维之间可以吸附和渗透水分细纤维之间可以吸附和渗透水分，

22、细胞腔细胞腔是由细胞壁包裹而成的空腔是由细胞壁包裹而成的空腔。 36松木显微构造立体图松木显微构造立体图1管胞；管胞；2木射线；木射线；3树脂道树脂道枫香显微构造立体图枫香显微构造立体图1导管；导管；2木射线；木射线；3木纤维木纤维37木材的管胞和木纤维木材的管胞和木纤维 38木材木射线木材木射线39l木材中的水分木材中的水分40纤维饱和点纤维饱和点是木材仅细胞壁中的吸附水达饱和，而细胞腔和细胞间隙中无自由水存在是木材仅细胞壁中的吸附水达饱和，而细胞腔和细胞间隙中无自由水存在时的含水率。其值随树种而异。时的含水率。其值随树种而异。它是木材物理力学性质是否随含水率而发生变化的它是木材物理力学性质

23、是否随含水率而发生变化的转折点转折点。木材含水量大于纤维饱和点时，表示木材的含水率除吸附水达到饱和外，木材含水量大于纤维饱和点时，表示木材的含水率除吸附水达到饱和外，还有一定数量的自由水。此时，木材如受到干燥或受潮，只是自由水改变，还有一定数量的自由水。此时，木材如受到干燥或受潮，只是自由水改变，故不会引起湿胀干缩。当含水率小于纤维饱和点时，能引起木材的湿胀干故不会引起湿胀干缩。当含水率小于纤维饱和点时，能引起木材的湿胀干缩。缩。当木材的含水率在当木材的含水率在 纤维饱和点纤维饱和点 以下时，随着含水率的增大，木材体积产以下时，随着含水率的增大，木材体积产生膨胀，随着含水率的减小，木材体积收缩

24、。生膨胀，随着含水率的减小，木材体积收缩。平衡含水率平衡含水率潮湿的木材能在干燥的空气中失去水分；干燥的木材也能从周围的空气中潮湿的木材能在干燥的空气中失去水分；干燥的木材也能从周围的空气中吸取水分，如果木材长时间处于一定温度和湿度的空气中，便达到某一相吸取水分，如果木材长时间处于一定温度和湿度的空气中，便达到某一相对稳定的含水率，这时木材的含水率称为对稳定的含水率，这时木材的含水率称为平衡含水率平衡含水率。418.2 8.2 木材的木材的性能及应用性能及应用 8.2.1 8.2.1 木材的性能木材的性能 1.1.木材的含水率及木材的含水率及吸吸湿性湿性 新伐木材的含水率常在新伐木材的含水率常

25、在35%35%以上以上；风干木材的含水率为风干木材的含水率为15%15%25%25%；室内干燥木材的含水率为室内干燥木材的含水率为8%8%15% 15% 。 2.2.木材的湿胀干缩与变形木材的湿胀干缩与变形 木材的湿胀木材的湿胀干干缩具有一定规律缩具有一定规律：含水率含水率小于小于纤维饱和点纤维饱和点时时，随着含水率的增加随着含水率的增加，木材体积产生膨胀木材体积产生膨胀，随着含水率减随着含水率减小小，木材体积收缩木材体积收缩；而含水率而含水率大于大于纤维饱和点时纤维饱和点时，只是自由只是自由水的增减水的增减，木材的体积不发生变化。木材的体积不发生变化。 42含水率对木材胀缩的影响含水率对木材

26、胀缩的影响截面不同位置木材干燥引起的不同变化截面不同位置木材干燥引起的不同变化43 3. 3.木材的强度木材的强度 木材的强度主要是指其抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度。木材的强度主要是指其抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度。由于木材的构造各向不同由于木材的构造各向不同，致使各方向强度有很大差异致使各方向强度有很大差异，因此因此，木，木材的强度有顺纹强度和横纹强度之分。材的强度有顺纹强度和横纹强度之分。 当设顺纹抗压强度为当设顺纹抗压强度为100100时时，木材无缺陷时各强度大小木材无缺陷时各强度大小的关系见表的关系见表8.18.1。 抗压抗压抗拉抗拉抗弯抗弯抗剪抗剪顺纹顺纹横纹横纹顶纹顶纹横纹横纹顺纹顺纹

27、横纹切断横纹切断100100101030302002003003005 5303015015020020015153030505010010044顺纹抗压顺纹抗压横纹抗压横纹抗压顺纹抗拉顺纹抗拉横纹抗拉横纹抗拉抗弯抗弯顺纹抗剪顺纹抗剪横纹切断横纹切断11/101/3231/201/33/221/71/31/21木材各项强度值的比较木材各项强度值的比较(以顺纹抗压强度为以顺纹抗压强度为1)(a) 顺纹剪切顺纹剪切 (b) 横纹剪切横纹剪切 (c) 横纹切断横纹切断 木材的剪切木材的剪切451顺纹抗拉；顺纹抗拉；2抗弯；抗弯；3顺纹抗压；顺纹抗压；4顺纹抗剪顺纹抗剪含水率对木材强度的影响含水率对木材强度的影响468.2.2 8.2.2 木材木材及及其制品的应用其制品的应用 在建筑工程中直接使用木材常有原木、板材和在建筑工程中直接使用木材常有原木、板材和枋枋材三材三种形式。种形式。除除直接使用木材外直接使用木材外，还还可可制成各种人造板材制成各种人造板材。 各类人造板及其制品是室内装饰装修的最主要的材料之各类人造板及其制品是室内装饰装修的最主要的材料之一。室内装饰装修用人造板大多数存在游离甲一。室内装饰装修用人造板大多数存在游离甲醛醛释放问释放问题。游离甲题。游离甲醛醛是室内