土木工程材料课件第11-12章沥青与沥青混合料

1、1第11-12章 沥青与沥青混合料 沥青的概述沥青的主要特性沥青的分类及土木工程中常用的沥青211.1石油沥青(1)石油沥青的组分(按分子量分组)1)油分2)树脂(沥青脂胶)3)地沥青质沥青中的蜡含量3(2)石油沥青的结构（1）溶胶结构。沥青质含量较少，胶团间完全没有引力或引力很小，在外力作用下随时间发展的变形特性与粘性液体一样。（2）凝胶结构。沥青质含量很多，胶团间由吸引力而形成立体网状，在外力作用下弹性效应明显。（3）溶一凝胶结构。介于溶胶与凝胶之间，并有较多的树脂，胶团间有一定吸引力，在常温下受力变形的最初阶段呈现出明显的弹性效应，当变形增加到一定数值后，则变为有阻尼的粘性流动。 大部分

2、优质道路沥青均配成溶-凝胶型结构，具有粘弹性和触变性，故亦称弹性溶胶。4 (3) 石油沥青的技术性质（重点）1)粘性粘性大小的指标：针入度、标准粘度粘性大小的测定 针入度(粘稠石油沥青) 标准粘度(液体石油沥青)52)塑性 技术指标：延度3)温度敏感性 技术指标：软化点64)大气稳定性表示方法5)其它性质溶解度闪点燃点7 (4)石油沥青的技术标准及选用1)石油沥青的技术标准石油沥青的牌号P246 表11-382)石油沥青的选用3)石油沥青的掺配与稀释911.2煤沥青与石油沥青相比，煤沥青的性能特点如下：温度敏感性较大大气稳定性较差塑性较差10因为含表面活性物质较多，所以与矿料表面粘附力较强。防

3、腐性好。11 煤沥青与石油沥青简易鉴别方法 表 沥青与石油沥青简易鉴别方法1211.3 改性石油沥青 矿物填料改性沥青掺入矿物填料的前提条件： 沥青能润湿矿物填料； 沥青与矿物填料之间具有较强的吸附力，并不为水所剥离。13橡胶改性沥青氯丁橡胶改性沥青丁基橡胶改性沥青再生橡胶改性沥青14树脂改性沥青 聚乙烯改性沥青聚乙烯改性沥青 聚氯乙烯改性沥青聚氯乙烯改性沥青 聚丙烯改性沥青聚丙烯改性沥青 无规聚丙烯改性沥青无规聚丙烯改性沥青 苯乙烯苯乙烯丁二烯嵌段共聚物改性沥青丁二烯嵌段共聚物改性沥青 1511.4 沥青及改性沥青基防水材料防水材料的分类防水材料的分类按形状和用途分为按形状和用途分为 防水涂

4、料 防水卷材、片材 密封材料防水材料的发展趋势 向橡胶基和树脂基防水材料或高聚物改性沥青系列发展；油毡的胎体由纸胎向玻纤或化纤方面方向发展；密封材料和防水材料由低塑性产品向高弹性、高耐外性产品的方向发展；防水层的构造由多层向单层发展；施工方法由热熔法向冷贴法发展16 按基本成分分为 沥青基防水材料 改性沥青基防水材料 高聚物基防水材料1711.4.1 防水涂料 施工方法：热施工、冷施工（常温）一、沥青基防水涂料1)冷底子油、乳化沥青2)沥青胶（玛蹄脂）18二、改性沥青防水涂料再生橡胶改性沥青防水涂料氯丁橡胶改性沥青防水涂料SBS改性沥青防水涂料聚氨酯防水涂料硅橡胶防水涂料丙烯酸酯防水涂料19防

5、水涂料的基本性能要求(1)固体含量(2)耐热度(3)柔性(4)不透水性(5)延伸性2011.4.2 沥青及改性沥青防水卷材按胎体分类： 有胎原纸、无纺布、玻璃丝布 无胎 沥青防水卷材是用纤维织物、纤维毡等胎体浸涂沥青，表面撒布粉状、粒状或片状材料制成的可卷曲的片状防水材料。21高聚物改性沥青防水卷材定义：以合成高分子聚合物改性沥青为涂盖层，纤维织物或纤维毡为胎体，粉状、粒状、片状或薄膜材料为覆面材料制得的可卷曲片状防水材料。（1）SBS改性沥青防水卷材（2）APP改性沥青防水卷材（ 3）其他品种高聚物改性沥青防水卷材22 常见高聚物改性沥青防水卷材的特点和适用范围 卷材名称 特 点 适用范围施

6、工工艺SBS改性沥青卷材耐高、低温性有明显提高，卷材的弹性和耐、疲劳性明显改善单层铺设的屋面防水复合使用，适用于寒冷地区和结构变形频繁的建筑冷施工或热熔铺贴APP改性沥青防水卷材具有良好的强度、延伸性、耐热性、耐 紫外线照射及耐老化性能单层铺设，适合于紫外线辐射强烈及炎热地区屋面热熔或冷贴法铺设PVC改性焦油防水卷材有良好的耐热及耐低温性能，最低开卷温度为-18有利于在冬季负温下施工热、冷施工均可再生胶改性水卷材有一定的延伸性，且低温柔性较好，有一定的防腐能力，价格低廉变形较大，档次较低的防水工程热沥青粘贴废橡塑改性沥青聚乙烯防水卷材综合性能优异：较高的弹性、延伸性、强度、热可塑性、防水性、耐

7、久性；对基层伸缩和局部变形的适应能力强屋面、地下室、立交桥、水库、游泳池等及各类储库的防水、防潮、防渗热、冷施工均可铝箔橡塑改性沥青防水着卷材综合性能好，铝箔水 密性、气密性、耐候性和阳光反射性的很好的保护层作用，低温柔性较好工业与民用建筑屋面的单层外露防水层热、冷施工均可23防水卷材的基本性能要求1）不透水性2）温度稳定性3）强度、抗断裂性及延伸性4）低温柔韧性5）大气稳定性2411.4.3密封材料定义：在土木工程中，常出现大量的建筑结构缝和施工缝，为保证建筑物的水密性和气密性，需对这些缝隙填充有一定弹性、粘结性及密封性的材料。25密封材料的基本性能要求（1）挤出性：用挤注枪施工时，应挤出流

8、畅，以保证施工省力、省时，充满接缝。（2）抗下垂性：在填充垂直缝和顶板缝时，要求密封膏不流淌、不坍落、不下坠。（3）自流平性：在填注水平接缝时，密封膏应有流平及充满缝隙的性能。26常用密封材料（1）聚氨酯密封膏（2）聚硫橡胶密封膏（3）丙烯酸类密封膏（4）有机硅橡胶（硅酮）密封膏（5）聚氯乙烯胶泥（PVC胶泥）2711.4 沥青混合料一、分类1)按胶结材料种类分石油沥青混合料(A)煤沥青混合料(T)28 2)按施工温度分热拌热铺混合料，即沥青与矿质骨料(简称矿料)在热态下拌和，热态下铺筑。常温沥青混合料，即采用乳化沥青或稀释沥青与矿料在常温下拌和、铺筑。29 3)按骨料级配类型分连续级配沥青混

9、合料，即混合料中的矿质骨料是按级配原则，从大到小各级粒径按比例搭配组成的。间断级配沥青混合料，即骨料级配组成中缺少一个或若干个粒径档次。30 4)按混合料密实度分 密级配沥青混合料，压实后剩余空隙率小于10。C型为3% 6% F型为4% 10%。 开级配沥青混合料，指级配主要由粗骨料组成，细骨料较少，骨料相互拨开，压实后剩余空隙率大于18的开式混合料。 半开级配沥青混合料，填料较少或不加填料，压实后剩余空隙率在612的半开式沥青混合料，也称为沥青碎石混合料。31 5)按骨料最大粒径分粗粒式沥青混合料，指骨料最大粒径为26.5mm或31.5mm的混合料。中粒式沥青混合料，指骨料最大粒径为16mm

10、或19mm的混合料。细粒式沥青混合料，指骨料最大粒径为9.5mm或13.2mm的混合料。砂粒式沥青混合料，指骨料最大粒径等于或小于4.75mm的混合料。32二、沥青混合料组成材料沥青 主要是道路石油沥青。 沥青的选用应根据气候条件、交通性质、混合料类型和施工条件来确定。例如：较冷地区交通繁重情况下应选用标号较高的沥青，低温时有较好的变形能力，但夏季高温稳定性不足。33 粗骨料碎石、破碎砾石和钢渣、矿渣等。石料应洁净、干燥、表面粗糙、无风化、耐磨、与沥青间粘附性好。 应采用碱性或中性石料。石料的酸碱性与矿物成分有关(SiO2)。提高沥青与石料间粘附力(抗剥落性）应采取下列措施：a.采用干燥的磨细

11、消石灰或生石灰粉、水泥作为填料的一部分，其用量为矿料总量的12。b.在沥青中掺加抗剥离剂。c.将粗骨料用石灰浆处理后使用。34 细骨料天然砂（河沙、海砂）、机制砂、石屑。干燥、洁净、无风化、富有棱角、具有一定级配。用于抗滑表层时，沥青混合料中石屑用量不超过砂用量。35 填料粒径小于0.075mm的矿质粉末称为填料。干燥、洁净、泥土少。岩石粉、水泥、石灰、粉煤灰。用量不宜超过矿料总量的2%。矿粉过细，施工和易性差。36 三、沥青混合料组成结构悬浮一密实结构骨架一空隙结构密实一骨架结构37四、沥青混合料的性能1)高温稳定性马歇尔稳定度试验车辙试验2)低温抗裂性383)耐久性4)抗滑性5)施工和易性

12、39五、沥青混合料的技术指标五、沥青混合料的技术指标1）稳定度与残留稳定度 马歇尔稳定度（MS)：圆柱型试件在60水中3040min，以50mm/min速度加荷，破坏时最大的荷载(KN）。 残留稳定度（MSo):浸水48h后稳定度与标准稳定度的百分比。402）流值：马歇尔实验中达到最大破坏荷载时试件的垂直变形(以0.1mm计)。 评价沥青混合料抗塑性变形能力的指标。413）空隙率（VV）% 评价沥青混合料密实程度的指标。指压实沥青混合料中空隙体积占沥青混合料总体积的百分率。 空隙率大，抗滑性和高温稳定性好，但强度低、抗渗性低、耐久性低。424）饱和度（VFA）% 也称沥青填隙率，是沥青体积占矿

13、料间隙体积的百分率。 饱和度小，沥青不能充分裹覆矿料，影响沥青混合料的粘聚性。饱和度过大，沥青混合料的空隙率小，夏季沥青体积膨胀，引起泛油，降低沥青混合料的高温稳定性。43课程结束44沥青的主要特性 沥青是一种有机混合物； 沥青属憎水性，具有良好的不透水性； 具有较强的抗化学腐蚀性和电绝缘性； 具有很好的粘结性和抗冲击性； 具有很好的塑性，能适应基材的变形。45沥青的分类 土木工程中常用的主要是石油沥青和少量煤沥青。页岩沥青煤沥青焦油沥青石油沥青天然沥青地沥青沥青46石油沥青 石油沥青是石油原油经蒸馏提炼出各种轻质油及润滑油后的残留物加工后得到； 分为：道路石油沥青、建筑石油沥青、防水、防潮石

14、油沥青和普通石油沥青。47石油沥青的油分 淡黄色或红褐色的油状液体。 分子量最小、密度最小的组分。 含量为45%60。 油分赋予沥青以流动性。48石油沥青的树脂(沥青脂胶) 红褐至黑褐色粘稠状物质（半固体）。 分子量比油分大。 含量为15%30。 使沥青具有良好的塑性和粘结性。49沥青质（地沥青质） 深褐色至黑色固态颗粒物质。 分子量最大。 含量在5%30。 降低石油沥青的温度敏感性和塑性，增加粘性和硬脆性。50石油沥青的粘滞性 粘滞性又称粘性或稠度，反映沥青材料内部阻碍其相对流动和抵抗剪切变形的能力。 组分对粘性的影响：油分多，粘性小。 温度对粘性的影响：一定温度范围内，温度升高，粘性降低。

15、51针入度 用于固态或半固态石油沥青。 用针入度仪测定。 针入度是在250.1条件下，以规定质量的标准针，在5s内贯入试样中的深度，以0.1mm为单位表示。52标准粘度 用于液体石油沥青。 用标准粘度计测定。 标准粘度是在20、25、30或60、3mm、5mm或10mm的孔口流出50cm3沥青所需的时间秒数，用符号“ ”表示，d为流孔直径，t为试样温度，T为流出50cm3沥青所需的时间。TCdt53石油沥青的塑性 用延度来表示。 延度测定：把沥青制成“”形标准试件，置于延度仪内(250.5)水中，以(50.25)cmmin的速度拉伸，用拉断时的伸长度(cm)表示。 延度越大，塑性越好。 防止开

16、裂；减小噪声。54石油沥青的温度敏感性 指石油沥青的粘性和塑性随温度的变化而变化的程度。55石油沥青的软化点 液化点与固化点之间温度间隔的87.21%为软化点。 沥青软化点一般采用环球法测定。把沥青试样装入规定尺寸的铜环内，上置一直径为9.5mm、质量为(3.500.05)g的标准钢球，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(25.0mm)时的温度即为软化点，以计。56石油沥青的大气稳定性 大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素的长期综合作用下抵抗老化的性能，即沥青材料的耐久性。 老化：塑性降低、粘性增强、硬脆开裂原因： 轻质油分挥发。 低分子化合物

17、转变为高分子物质， 即油分和树脂逐渐减少，地沥青质逐渐增多。57大气稳定性的表示方法 以加热蒸发损失百分率和加热前后针入度比来评定。 其测定方法是：先测沥青试样的质量及其针入度，然后将试样置于烘箱中，在160下加热蒸发5h，待冷却后再测定其质量及针入度。 计算出蒸发损失质量占原质量的百分数，称为蒸发损失百分率； 标出蒸发后针入度占原针入度的百分数，称为蒸发后针入度比。58石油沥青的溶解度 指石油沥青在有机溶剂(如三氯乙烯、四氯化碳等)中溶解的百分率，表示石油沥青中有效物质的含量，即纯净程度。59石油沥青的闪点 也称闪火点，指加热沥青至挥发出的可燃气体与空气的混合物在规定条件下与火焰接触，初次闪

18、火(有蓝色闪光)时的沥青温度()。60石油沥青的燃点 也称着火点，指加热沥青产生的气体与空气的混合物，与火焰接触能持续燃烧5s以上，此时沥青的温度即为燃点(t)。 燃点温度比闪点温度高约10。61石油沥青的牌号 道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青按针入度指标划分牌号。例如针入度指标为2540的建筑石油沥青，其牌号为30（即30号沥青）。 防水、防潮石油沥青按针入度指数划分牌号，还增加了保证低温变形性能的脆点指标。62石油沥青的选用 根据工程性质(道路、房屋、防腐等)及当地气候条件，所处工程部位(屋面或地下等)来选用不同品种和牌号的沥青。 道路石油沥青用于道路工程。 建筑石油用于建筑防水和

19、防腐工程。 防水、防潮石油沥青用于防水工程。63石油沥青的掺配 P1较软石油沥青用量，； P2较硬石油沥青用量，； T掺配后的石油沥青软化点，； T1较软石油沥青软化点，； T2较硬石油沥青软化点，。212121p100%p100pTTTT64石油沥青的稀释 石油沥青采用汽油、煤油、柴油等石油产品系列的轻质油料作稀释剂。 煤沥青采用煤焦油、重油、蒽油等煤产品系列的油料作稀释剂。65煤沥青 煤沥青是生产焦炭和煤气的副产物。烟煤在干馏过程中的挥发物质，经冷凝而成黑色粘生液体称为煤焦油，再经分馏加工提取轻油、中油、重油及蒽油之后所得残渣即为煤沥青。66煤沥青与石油沥青的鉴别鉴别方法 石油沥青 煤沥青

20、 密度法 近似于 1.0gcm3 大于 1.10gcm3 锤击法 声哑，有弹性、韧性感 声脆，韧性差 燃烧法 烟无色，基本无刺激性臭味 烟呈黄色，有刺激性臭味 溶液比色法 用 3050 倍汽油或煤油溶解后，将溶液滴于滤纸上，斑点呈棕色 溶解方法同左。斑点有两圈，内黑外棕 67矿物填料改性沥青 矿物填料有粉状和纤维状两种，常用的填料有滑石粉、石灰石粉、硅藻土、石棉绒、云母粉、磨细砂、粉煤灰、水泥、高岭土、白垩粉等。 提高沥青的粘性和耐热性，减小沥青的温度敏感性。68沥青混合料 沥青混合料是沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料的总称。 由适当比例的粗骨料、细骨料及填料与沥青拌和、压实，剩余空隙率小于10的混合料，简称沥青混凝土(AC)；剩余空隙率在10以上的混合料，简称沥青碎石(AM)。69悬浮一密实结构 连续型密级配骨料 各级骨料悬浮于次级骨料及沥青胶浆之间 密实度与强度较高，温度敏感性强，高温稳定性差70骨架一空隙结构 连续型开级配骨料。 较粗骨料紧密相接，形成骨架；细骨料很少，甚至没有；较粗骨料紧密相接，形成骨架。 粘结力较弱，受沥青影响小，温度稳定性好。71骨架一密实结构 粗骨料间断级配形成空间骨架，又有相当数量的细骨料填充骨架空隙