沥青及沥青混合料课件

1、第七章沥青及防水材料第1页，共71页。概 述第2页，共71页。一、沥青的定义 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，属憎水材料第3页，共71页。二、沥青的特点与用途特 点 与矿物材料有较强的粘结力具有良好的防水、抗渗、耐化学侵蚀性应 用在交通、建筑、水利等工程中，广泛用作路面、防水、防潮和防护材料。第4页，共71页。第5页，共71页。第6页，共71页。（三）沥青的种类沥青天然沥青地沥青石油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

2、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，经再加工后得到的沥青。第7页，共71页。三、学习要求 掌握石油沥青主要技术性质和使用 了解石油沥青的标号划分以及测定主要 技术性质的常用方法 了解水工沥青混凝土及配合比设计方法第8页，共71页。第一节 沥青材料第9页，共71页。一、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。第10页，共71页。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

3、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。第11页，共71页。(一)石油沥青的组成与结构1. 石油沥青的组成 组成元素 碳(8087%) 氢(1015%), 少量的氧、硫、 氮等元素(5%). (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）。第12页，共71页。(3)

4、.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）：树脂使石油沥青具有良好的塑性和 粘性。 (c) 沥青质（地沥青质）：是决定温度敏感性和粘性的重要组 成。其含量愈高，则软化点愈高，粘性愈大，愈硬脆。第13页，共71页。2. 石油沥青的胶体结构第14页，共71页。(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第15页，共71页。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,

5、 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。第16页，共71页。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。第17页，共71页。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l00

6、g，贯人时间为5s，表示为P (25 oC，l00g，5s)。第18页，共71页。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。第19页，共71页。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

7、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.第20页，共71页。软化点的测定测定方法：环球法3.5g 钢球， 50C/min 加热，下垂25.4mm。 加热速度过快，测定值偏高。第21页，共71页。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)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. 第2

8、2页，共71页。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。 第23页，共71页。4 温度稳定性 温度稳定性是指沥青的粘度受温度影响的程度。 温度稳定性差的沥青，对温度变化的反应敏感，较小的温度变化就可能使沥青粘度出现较大的变化。 沥青材料从固态转变为液态的温度间隔越大，沥青的温度稳定性越好。由于沥青材料的变态稳定间隔通常随软化点提高而增大， 温度稳定性也相应提高，所以软化点也是反映沥青材料

9、温度稳定性的一个指标。软化点越高，温度稳定性越好。第24页，共71页。针入度指数(PI) 沥青针入度的对数与温度呈直线关系，直线斜率表示沥青粘度对温度的变化率，斜率越大，温度稳定性越差。可用斜率作为沥青温度稳定性的评价指标，称为针入度温度感应系数(A):针入度指数： 第25页，共71页。5. 耐久性l 沥青的耐久性称为抗老化性，或大气稳定性，耐候性。l 老化：沥青在施工过程高温加热和使用过程中空气、阳光、和风雨冻害作用，内部发生物理化学作用，导致塑性降低、脆性增加、性能不断恶化，逐步失去使用功能的过程。l 石油沥青的抗老化性以163oC加热5h后的蒸发损失和蒸发后针入度比来评定。 第26页，共

10、71页。l 蒸发损失：蒸发损失重量占原重量的百分数。l蒸发后针入度比：蒸发后针入度占原针入度的百分比。l 蒸发损失愈小和蒸发后针入度比愈大，则表示大气稳定性愈高，老化愈慢。 第27页，共71页。6. 其它技术指标l 脆点l 溶解度l 闪点和燃点第28页，共71页。(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 道路沥青类；l 建筑沥青类；l 普通沥青。是土建及水利工程中应用的主要沥青产品。 三类石油沥青都是按针人度指标来划分标号的，每个标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. 第29页，共71页。

11、 1道路石油沥青 道路石油沥青有七个标号，标号越高，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。 第30页，共71页。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。 第31页，共71页。3普通石油沥青 l 普

12、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。第32页，共71页。二、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。 第33页，共71页。 (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

13、，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。第34页，共71页。(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。(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。第35页，共71页。(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

14、。(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。第36页，共71页。第二节 改性石油沥青第37页，共71页。一、 石油沥青改性的目的 建筑上使用的沥青必需具有一定的物理性质:l 在低温条件下应有弹性和塑性；l 在高温条件下要有足够的强度和稳定性；l 在加工和使用时具有抗“老化”能力；l 与各种矿料和结构表面有较强的粘附力；l 对构件变形的适应性和耐疲劳性。 通常，炼油厂生产的沥青不一定能全面满足这些要求， 为此，常用改性材料对沥青进行改性。第38页，共71页。二、 沥青材料的掺配T2TT1T

15、10 Q1 100 100 Q2 0 当石油沥青的针入度或软化点不能满足工程要求时，可用不同标号沥青进行掺配. 进行掺配时，应选用表面张力相近和化学性质相似的沥青，同产源的沥青。第39页，共71页。三、石油沥青与煤沥青的掺配(混合沥青) 选择化学性质及密度均相近的石油沥青和煤沥青，按适当的比例掺混，能得到稳定的混合沥青。石油沥青的掺量一般小于20或大于70。混合沥青综合了石油沥青和煤沥青的优点，使温度稳定性、延性和粘结性均得到改善。 第40页，共71页。四、 液态沥青和乳化沥青 液体沥青和乳化沥青在常温下具有流动性，不需加热即可使用。 (一） 液体沥青 冷底子油 用3050%的石油沥青加507

16、0%的轻柴油或煤油调配而成，为防水涂料，它粘度小，能渗透到混凝土或木材的孔隙中去，形成一层牢固的粘膜。 水利工程中常用它涂刷防水底层，提高底层与其他材料的粘结力。 第41页，共71页。（二） 乳化沥青1. 沥青或冷底子油用作防水材料的不足 需要加热熔化及大量的汽油、煤油或其他有机溶剂稀释，而这些有机溶剂是较为贵重的材料，在沥青溶液中只起稀释作用，使用后全部挥发掉，很不经济。第42页，共71页。2. 乳化沥青及其作用乳化沥青又称为沥青膏, 是以5060%的低软化点沥青为基本材料, 以4050%的水为稀释剂, 在乳化剂（掺量约为13）的作用下, 以强烈的机械搅拌将沥青以细颗粒状态均匀而稳定地分散在

17、水溶液中，形成乳胶型的稳定分散体系，即为乳化沥青。乳化沥青用于涂刷基层表面，等水分蒸发后，沥青颗粒即形成一层薄膜, 起到防水作用。第43页，共71页。乳化原理第44页，共71页。3. 乳化沥青特点 乳化沥青是一种棕黑色的水乳液，无毒、无嗅、不燃、干燥快、粘结力强等。4. 乳化沥青的用途l 在0以上任意温度下可流动，宜于涂刷和喷涂，在潮湿基层上使用，更为方便，加快了施工速度。l采用乳化沥青粘结防水卷材做防水层，造价低、用量省。l 水利工程及道路工程中，乳化沥青可以与湿骨料混合，用于铺筑坝面、渠道、路面等。第45页，共71页。四、沥青材料使用的注意事项l沥青在贮运中，应分别堆放，避开热源，防止砂、

18、土等杂质和水分混入；l沥青材料加热温度不能过高，加热时间不能过长，避免反复加热；l沥青材料是易燃物质，高温操作施工应注意安全防火及火灾事故发生；l煤沥青略具毒性，施工中应遵守劳动保护规程，防止中毒事故。 第46页，共71页。 第三节 水工沥青混凝土第47页，共71页。1定义 以沥青为胶凝材料，并与级配合适的矿物质材料拌和配制成沥青混合料，经铺筑、成型后则成为沥青混凝土。 矿物质材料又称为矿料，包括： l粗骨料指粒径大于2.5mm的矿料；l细骨料指粒径2.50.074mm的矿料；l 填料指粒径小于0.074mm(或0.08mm)的矿料。 第48页，共71页。2分类(1) 按所用矿料的最大粒径分l

19、 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 max1525mm，即细粒式和中粒式。 第49页，共71页。(2) 按密实程度分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，主要用作排水层材料。 第50页，共71页。 (3) 按施工方法分l 碾压式沥青混凝土须用碾压机械压实；l 浇筑式沥青混凝土具有大的流动性，混合料在 自重作用下可自行密实

20、。 碾压式和浇筑式沥青混凝土在防渗墙工程中均被采用。第51页，共71页。（4）按施工温度分l 热铺沥青混凝土是将材料加热后，在高温下进行拌和、摊铺和压实。l 冷铺沥青混凝土采用稀释沥青或乳化沥青配制，可在常温下施工。第52页，共71页。3应用 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。水工沥青防渗工程结构型式有(两类)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 沥青混凝土心墙碾压式沥青混凝凝土和浇筑式沥青混凝土两种心墙。第53页，共71页。(一)

21、水工沥青混凝土组成材料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，应选用标号较低的沥青；反之选用标号较高的沥青。l 较重要的工程宜采用AH-70或AH-90重交通道路石油沥青；l 封闭层宜采用A-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，均需通过试验和技术经济论证。 第54页，共71页。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。第55页，共71页。3. 掺料 掺料是为了改善沥青混

22、凝土的某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。第56页，共71页。 (二) 水工沥青混凝土的技术性质 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抗掺性 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1.00.1mms。 第57页，共71页。 沥青混凝土抗渗性可用沥青混凝土孔隙率来评定。当

23、孔隙率小于4时，渗透系数可小于10-6 mms。 沥青混凝土抗渗性还随所受压力的增加而增大。第58页，共71页。2稳定性l 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。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。 l 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。 第59页，共71页。马歇尔试验将101.6mm 63.5mm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1/10

24、mm计)。第60页，共71页。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，并用马歇尔试验作为施工质量控制的主要方法。l 沥青混凝土的稳定性与原材料的性质及其配合比有关。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。第61页，共71页。3柔性 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。l 沥青混凝土的柔性主要取决于沥青的性质和用量青、矿质混合料的级配以及填充料与沥青用量的比值。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。第62页，共71页。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0.85.。耐久性合格的沥青混凝土，残留稳定度应不小于0.85。第63页，共71页。 5施工和易性施工和易性指沥青混凝土在拌和、运输，摊铺及压实过程中具有与施工条件