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文档简介

1、沥青和沥青混合料特点及应用(一)沥青 沥青是一种有机胶凝材料,常温下呈黑色或黑褐色的固体、半固体或粘稠性液体,能溶于汽油、二硫化碳等有机溶剂,但几乎不溶于水,属憎水材料。 概 述(二)沥青的特点与用途 与矿物材料有较强的粘结力,具有良好的防水、抗渗、耐化学侵蚀性。 在交通、建筑、水利等工程中,广泛用作路面、防水、防潮和防护材料。(三)沥青的种类沥青石油沥青地沥青(按产源)天然沥青焦油沥青煤沥青木沥青页岩沥青 工程上使用的沥青材料主要为石油沥青和煤沥青,石油沥青的技术性质优于煤沥青,故应用最广。 石油沥青 用石油炼制其它油品后的残渣 加工而得到的产品。 煤沥青(俗称柏油) 由煤干馏所得的煤焦 油

2、,经再加工后得到的沥青。7.1 沥青材料7.1.1 石油沥青1、定义 石油沥青是石油(原油)经蒸馏等方法提炼出各种轻质油(如汽油、煤油、柴油等)及润滑油以后的残留物,或经再加工而得的产品。2、石油沥青的生产过程及特点(1)将石油沥青经常压蒸馏和减压蒸馏后,在蒸馏塔底所剩的黑色粘稠物称为渣油,当渣油技术性质能达到某标号沥青的要求,即得到直馏沥青;(2)渣油经过再减压蒸馏工艺,进一步提出各种重质油品,可得到不同稠度的直馏沥青;(3)渣油经过不同深度的氧化后,可以得到不同稠度的氧化沥青或半氧化沥青;(4)将渣油用溶剂法处理,使蜡质溶解,沥青脱出,称为溶剂沥青。(一)石油沥青的组成与结构1. 石油沥青

3、的组成 组成及组成元素 由多种碳(8087%) 氢(1015%)化合物, 及少量非金属衍生物(氧、硫、 氮元素等 3%)组成的混合物。(2) 主要组分 将沥青分离为物理化学性质相近,而且与沥青性质又有一定联系的几个组,这些组称为组分。 沥青中主要组分:油分、树脂(沥青脂胶)、沥青质(地沥青质)。(3) .石油沥青的组分特性(表71) (a) 油分:赋予沥青以流动性,降低沥青粘度与软化点,含量 适当还能增大沥青粘度。含量过大时温度稳定性差。 (b) 树脂(沥青脂胶):赋予沥青具有良好的塑性和粘结性。 (c) 沥青质(地沥青质):赋予沥青温度稳定性和粘性的重要组 成。其含量愈高,则软化点愈高,粘性

4、愈大,愈硬脆。2. 石油沥青的胶体结构1-沥青质; 2-胶质; 3-油分(二) 石油沥青的技术性质粘滞性耐热性塑性温度稳定性耐久性其它技术指标1. 粘滞性l粘滞性是指沥青在外力作用下抵抗变形的能力, 反映了沥青的软硬程度和胶结能力. l 沥青质含量越多, 沥青的粘滞性越高, 其粘结性越好. l在施工拌和中, 粘滞性高, 不易拌和均匀. 因此, 施工时常用加热或掺入溶剂的方法降低沥青的粘滞性。针入度及其测定l 针入度是粘稠石油沥青的粘度指标,表示沥青材料抵抗剪切变形的能力。l 在一定温度条件下,在规定时间内,标准针垂直贯入沥青试件的深度(以ll0mm计)称为针入度。 针人度值表示沥青材料抵抗剪切

5、变形的能力。针人度 值越大,沥青的粘度越小。针入度值P(25, 100g, 5s) 越小, 表示沥青的粘滞性越大。l 石油沥青的牌号就是按针入度值的大小来划分的。针入度测定 针人度试验通常规定:试验温度为25 oC,标准针质量为l00g,贯人时间为5s,表示为P (25 oC,l00g,5s)。标准粘度及其测定l 标准粘度是表示液体沥青粘度的指标。用流出型粘度计测定。l 一定温度(20、25、30、50或60 oC)的沥青试样,通过一定孔径(3、5或10mm)的孔口流出50mL所经历的时间(s),即为其标准粘度。l 标准粘度表示为C td T,上标d代表流孔的直径,下标t代试验温度,T代表流出

6、时间。l 试验温度越高,流孔直径越大,流出时间越长,则表示沥青的粘度越大。2. 耐热性l 耐热性是指粘稠沥青在高温下不软化、不流淌的性能. 可用软化点(t软)表示。 l 软化点是沥青达到特定粘性流动状态时的温度,试验证明沥青在软化点温度下的针入度值约为800。 l 软化点越高, 沥青的耐热性越好。l 沥青材料的软化点应与环境温度相适应, 不能太低, 也不能太高.软化点的测定测定方法:环球法3.5g 钢球, 50C/min 加热,下垂。 加热速度过快,测定值偏高。3. 塑性l 塑性是 指沥青材料在外力作用下,产生变形而不破坏,除去外力后,仍能保持变形后形状的性质。l 沥青材料采用延伸度(简称延度

7、)表示塑性。l延度越大,表示沥青的塑性越好。塑性好的沥青材料能随着构件的变形而变形,不致产生裂缝,这对水工建筑物的防水作用有着重要意义. 延度的测定将一定温度(25、15或0)的沥青标准试件, 以一定的拉伸速度(50或100 mm/min)延伸, 试件拉断时延伸的长度即为延伸度, 单位以cm计。通常采用的试验条件为温度25, 拉伸速度50mm/min. 试验时拉伸速度快,沥青延度偏小。 其它技术指标l 温度稳定性l 耐久性l 脆点l 溶解度l 闪点和燃点(三) 石油沥青的技术标准 我国石油沥青产品主要分为:(三类)l道路石油沥青l建筑石油沥青l普通石油沥青 是土建及水利工程中应用的主要沥青产品

8、。 三类石油沥青都是按针人度指标来划分牌号的,每个牌号还应保证相应的延度和软化点。 针入度、软化点和延伸度三个指标是确定试验沥青牌号的主要依据, 常被称为沥青的三大技术指标. 见表72技术标准 1道路石油沥青 道路石油沥青有七个牌号,牌号越高,粘性越小(即针人度越大)、塑性越好(即延度越大)、温度敏感性越大(即软化点越低)。l主要用于道路路面或车间地面等工程,一般拌 制成沥青混凝土或沥青砂浆等拌和料使用。l 还可作密封材料和粘结剂以及沥青涂料等。此 时一般选用粘性较大和软化点较高的沥青,如 A一60甲。 l 采用重交通量道路石油沥青的技术标准,表73。有五个牌号,对针人度、软化点、延度等要求更

9、高,并提出了其它指标(蜡含量、密度等)要求。l 较重要水利工程宜采用 AH一70、AH一90号。 2建筑石油沥青l 建筑石油沥青针人度较小(粘性较大),软化点较高(耐热性较好),但延伸度较小(塑性较小)。l主要用于制造油纸、油毡、防水涂料和沥青嵌缝油膏等。它们绝大部分用于屋面及地下防水、沟槽防水及管道防腐蚀等工程。 3普通石油沥青 l 普通石油沥青含有害成分的蜡较多,一般含量大于5,有的高达20以上,故又称多蜡石油沥青。l由于含有较多的蜡,针人度较大(即粘性较小),塑性较差。故在建筑工程上不宜直接使用。7.1.2 煤沥青1. 定义 煤沥青又称焦油沥青。在烟煤炼焦或制煤气时,从所挥发的物质中冷凝

10、出煤焦油,再将煤焦油继续蒸馏出轻油、中油、重油和蒽油后所剩的残渣即为煤沥青。2. 应用 煤沥青具有很好的防腐能力、良好的粘结能力。用于配制防腐涂料、胶粘剂、防水涂料、油膏以及制作油毡等。 (一)煤沥青的组成煤沥青主要组分如下:1. 油分 油分主要由较低分子量的液态芳香族碳氢化合物所组成。它赋予煤沥青流动性,但降低粘性。2. 树脂 油可提高煤沥青的粘性;使煤沥青具有塑性。3. 游离碳 游离碳有利于提高煤沥青的粘性和温度稳定性。但超过一定限度,将使煤沥青变得硬脆。(二)煤沥青的性质特点 煤沥青与石油沥青相比,其性质具有以下特点:(1)温度稳定性较差:温度敏感性较大,夏天易软化流淌,冬 天易脆裂。(

11、2)塑性较差:煤沥青由于含有较多的游离碳,塑性降低,易 因变形而开裂。(3)大气稳定性差:在热、阳光、氧气等长期综合作用下,其 组分容易变化,故易老化而硬脆。(4) 防腐性较好: 煤沥青中含有蒽、酚等具有毒性和臭味的物质,故其防腐能力较好。适用于木材等材料的防腐处理。(5) 粘结性较好:煤沥青中含有较多的表面活性物质,与矿物材料表面有较强的粘结力。l 根据煤沥青和石油沥青的某些特征,可按表75所列方法识别两种沥青。7.2 沥青混合料 1定义 以沥青为胶凝材料,并与级配合适的矿物质材料(矿料)拌和均匀,经铺筑、成型后制成沥青混凝土、沥青砂浆、沥青胶等统称为沥青混合料。 矿物质材料又称为矿料,包括

12、: l粗骨料指粒径大于的矿料;l细骨料指粒径的矿料;l 填料指粒径小于0.075mm(或0.08mm)的矿料。 概 述 2分类(1)沥青混凝土按所用矿料的最大粒径分为:l 粗粒式矿料最大料径为35mm或30mm;l 中粒式矿料最大料径为25mm或20mm;l 细粒式矿料最大料径为15mm或10mm;l 砂粒式矿料最大料径为5mm。 水工沥青混凝土矿料多选择D max 1525mm,即细粒式和中粒式。(2) 沥青混凝土按密实程度分为:l密级配沥青混凝土的孔隙率小于5,主要用作防渗层材料;l开级配沥青混凝土的孔隙率大于5,主要用作整平胶结层材料;l 沥青碎石沥青碎石的孔隙率大于15,渗透性强,主要

13、用作排水层材料。 (3) 沥青混合料按施工方法分为:l 碾压式沥青混合料须用碾压机械压实;l 浇筑式沥青混合料具有大的流动性,混合料在自重作用下可自行密实。 碾压式和浇筑式沥青混合料在防渗墙工程中均被采用。(4)沥青混合料按施工温度分为:l 热铺沥青混合料-是将材料加热后,在高温下进行拌和、摊铺和压实。l 冷铺沥青混合料-采用稀释沥青或乳化沥青配制,可在常温下施工。3应用 主要用途:铺路、水工防渗、建筑防水。 水利工程中,沥青混合料主要用作防渗和防护材料,在堤坝、渠道、贮水池等工程中广泛应用。l 沥青混凝土面板 自下而上由排水层沥青混凝土(沥青碎石)、整平胶结层沥青混凝土(开级配)、防渗层沥青

14、混凝土(密级配)及封闭层沥青胶或沥青砂浆组成。l 沥青混凝土防渗墙 碾压式沥青混凝凝土和浇筑式沥青混凝土两种心墙。l 沥青胶:用于混凝土坝伸缩缝或沉陷缝。 7.2.1 沥青胶1、定义: 沥青胶是用沥青、粉状或纤维状填充料及改性添加材料配制而成。2、用途: 沥青防水卷材铺设防水层的粘结剂;嵌缝材料、防水涂层、沥青砂浆防水层的底层。7.2.2 水工沥青混凝土(沥青砂浆)(一) 组成材料1、石油沥青 应根据气候条件、建筑物工作条件、沥青混凝土种类和施工方法等来选择沥青材料。l气候炎热地区,受荷载较大的建筑物,细粒或砂粒混合料,应选用牌号较低的沥青;反之选用牌号较高的沥青。l 较重要的工程宜采用AH-

15、70或AH-90重交通量道路石油沥青;l 沥青混凝土面板封闭层宜采用AH-50沥青;l浇筑式沥青混凝土工程,温和地区宜用A60甲,寒冷地区宜用A-100甲乙,均需通过试验和技术经济论证。 2. 矿料 (粗、细骨料) 沥青混凝土矿料应质地坚硬、密实、清洁、不含过量的有害杂质,级配良好,与沥青材料有较好的粘结性。 矿料与沥青材料粘结能力的评定方法:粗骨料的粘附力-根据沥青膜剥离现象,将骨料粘结力分为5个等级(表7-8)。水工要求不低于4级细骨料水稳定等级-根据沥青膜被剥落,所对应的碳酸钠溶液浓度,为细骨料水稳定等级,分为10级(表7-9)。水工要求不低于4级3. 掺料 掺料是为了改善沥青混凝土的某

16、些技术性质而掺人的材料。l 为了提高矿料与沥青的粘附性,增强抗剥离的 能力,可掺入消石灰,水泥;l 为了提高沥青混凝土的耐热性和低温抗裂能力, 可掺入橡胶或合成高分子材料;l 为了提高沥青混凝土的温度稳定性,可掺入石 棉。(二) 水工沥青混凝土的技术要求 水工沥青混凝土的主要技术要求有抗渗性、稳定性、柔性、耐久性及施工和易性等。 1抗渗性 沥青混凝土抗渗性用渗透系数来评定。 防渗用密级配沥青混凝土的渗透系数一般为10-6 10-9 mms, 排水层开级配沥青混凝土的渗透系数可达s。 沥青混凝土抗渗性可用沥青混凝土孔隙率来评定。当孔隙率小于4时,渗透系数可小于10-6 mms。 沥青混凝土抗渗性

17、还随所受压力的增加而增大。2稳定性稳定性指沥青混凝土在高温条件下及外荷长期作用下不发生严重变形或流淌的性质,又称为高温稳定性。 稳定性包括l 沥青混凝土的稳定性可用高温抗压强度、热稳定性系数或斜坡流淌值及马歇尔试验来评定。 常用马歇尔试验的稳定度和流值作为评定沥青混凝土稳定性指标。结构稳定性温度稳定性(高温不流淌、低温不开裂)水稳定性马歇尔试验将的圆柱试件侧放在加荷压头内,使试件在试验机上以505mmmin的变形速率加荷,试件破坏时达到的最大荷载即为稳定度(以N计),试件达到最大荷载时所发生的变形即为流值(以1/10mm计)。l 水工沥青混凝土用马歇尔试验对其配合比进行初步选择,并用马歇尔试验

18、作为施工质量控制的主要方法。l 为提高稳定性,应选用软化点较高、温度稳定性较好的沥青,并选用级配良好的碱性岩石碎石作骨料。l 温度升高时,沥青材料体积膨胀,膨胀的沥青会造成矿料颗粒间距增大,稳定性降低。当孔隙率大于2时,可保证沥青混凝土具有较好的稳定性。 初步设计标准孔隙率 24 稳定度 大于4kN流值 40 60 (0.1mm)3柔性l 柔性是指沥青混凝土(或砂浆)在自重或外力作用下,能适应变形而不产生裂缝的性能。l 柔性好的沥青混凝土,能适应变形而不易裂缝,即使产生裂缝,在高水头压力作用下裂缝也能自行封闭(自愈)。l 为了提高沥青混合料的柔性,应选用针人度较大、低温延伸度较大的沥青,但沥青的软化点必须能保证耐热性的要求。4耐久性 沥青混凝土耐久性指水饱和状态下沥青混凝土抗压强度、马歇尔稳定度不严重降低,用水稳定性系数和残留稳定度作为评定指标。水工沥青混凝土防渗层要求水稳定系数不小于.。耐久性合格的沥青混凝土,残留稳定度应不小于。 5施工和易性施工

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