工学土木工程材料6章沥青与沥青混合料课件

1、土木工程材料第六章沥青及沥青混合料土木工程材料第六章沥青及沥青混合料第1页，共46页。石油渣油沥青再加工轻质油润滑油提炼组分形态赋予沥青油分黄色粘性液体流动性树脂褐色粘稠体塑性、粘结性地沥青质黑色粉末粘性、温度稳定性6-1 沥青材料6.1.1石油沥青生产:组分：第2页，共46页。胶体结构： 类型： 示意图 各类型胶体结构的性能特点溶胶型、凝胶型和溶凝胶型类型组分含量性能特点溶胶型油分、树脂多地沥青质少流动性、塑性较好；温度敏感性强。凝胶型地沥青质多油分、树脂少温度敏感性小、粘性较高；流动性、塑性较差。溶凝胶型介于二者之间介于二者之间。组分形态赋予沥青油分黄色粘性液体流动性树脂褐色粘稠体塑性、粘

2、结性地沥青质黑色粉末粘性、温度稳定性第3页，共46页。2. 石油沥青的技术性质（1）防水性（2）粘滞性(粘性) 测定方法：（3）塑性测定方法：半固体或固体针入度液体石油沥青标准粘度延度第4页，共46页。（4）温度敏感性表示方法： 1）软化点 2）脆点 Tg Tm 脆化点 软化点T 温度 玻璃态 高弹态 粘流态Tg、Tm温度敏感性第5页，共46页。（5）大气稳定性老化过程：衡量指标：低分子量物质 高分子量物质光、氧、热、水等作用 蒸发后质量损失_小 _大大气稳定性_好蒸发后针入度蒸发前针入度老化慢第6页，共46页。（3） 石油沥青的掺配两种石油沥青的掺配：式中1较软沥青用量（）（牌号大，软化点低

3、）； 2较硬沥青用量（）（牌号小，软化点高）； 掺配后的沥青软化点（）； 1较软沥青软化点（）； 2较硬沥青软化点（）。3. 石油沥青的技术标准及应用第7页，共46页。煤沥青与石油沥青的鉴别方法6.1.2煤焦油简介第8页，共46页。 树脂 耐寒性、耐热性、粘性 橡胶 高温变形性 低温柔顺性 填料 粘性、耐热性、温度稳定性6.1.3. 改性石油沥青沥青沥青混合料例题 习题第9页，共46页。6.2 沥青混合料的组成与性质 刚性路面:水泥混凝土路面（水泥混凝土） 道路路面 柔性路面:沥青路面（沥青混合料)第10页，共46页。沥青混合料定义:类型矿质混合料 + 粘结材料 沥青混合料(粗集料+细集料+填

4、料）（沥青） （适当比例拌和）沥青混凝土混合料（Asphalt concrete mixture) : 沥青碎石混合料（Asphalt macadan mixture）：第11页，共46页。ACAM碾压后空隙率不大于10%碾压后空隙率大于10%第12页，共46页。 图6-3 沥青混合料组成结构示意图 （a）悬浮密实结构（b）骨架空隙结构 （c）骨架密实结构6.2.1沥青混合料的组成结构第13页，共46页。6.2.2 沥青混合料的技术性质（1）高温稳定性技术指标：测定方法：马歇尔试验法动画演示 车辙试验动画演示 继续高温强度、稳定性马歇尔试验法：稳定度、流值车辙试验：动稳定度第14页，共46页。

5、6.3沥青混合料配合比设计6.3.1 沥青混合料组成材料的技术要求2.粗集料 级配不单独提出要求 （P198表6-3） 每种混合料按空隙率分为两种类型： 型 (空隙率为 ) 型（空隙率为610）第15页，共46页。3表6-3第16页，共46页。6.3.2 沥青混合料配合比设计1.矿质混合料的组成设计2.沥青最佳用量的确定第17页，共46页。沥青混合料配合比设计例题某路线修筑沥青混凝土高速公路路面层，试计算矿质混合料的组成，用马歇尔试验法确定最佳沥青用量。 设计原始资料 (1)路面结构；高速公路沥青混凝土面层。 (2)气候条件：属于温和地区。 (3)路面型式：三层式沥青混凝土路面上面层。 (4)

6、混合料制备条件及施工设备：工厂拌和摊铺机铺筑、压路机碾压。 (5)材料的技术性能。 1）沥青材料：沥青采用进口优质沥青，符合AH-70指标，其技术指标如表6-4。第18页，共46页。2)矿质材料粗集料：采用玄武岩，1号料(19.0-13.2mm)密度2.918g/cm3 ，2号料(132-4.75mm)，密度2.864 g/cm3，与沥青的粘附情况评定为5级。其他各项技术指标见表6-5。细集料：石屑采用玄武岩，其密度为2.81 g/cm3 ，砂子视密度为2.638 g/cm3矿粉：视密度为2.67 g/cm3 ，含水量为0.8。矿质集料的级配情况见表6-6。第19页，共46页。设计要求(1)确

7、定各种矿质集料的用量比例。(2)用马歇尔试验确定最佳沥青用量 解1矿质混合料级配组成的确定 (1)确定沥青混合料类型 由原始资料可知，沥青混合料用于高速公路三层式沥青混凝土上面层，依据有关标准，沥青混合料类型可选用AC-16。参照表6-3的要求，中粒式AC-16型沥青混凝土的矿质混合料级配范围见表6-7。级配类型通过下列筛孔的质量(%)AC-1619.016.01329.54.752.361.180.60.30.150.07510095-10075-9058-7842-6332-5022-3716-2811-217-154-8表6-7 矿质混合料要求级配范围第20页，共46页。 (2)求出矿质

8、集料的比例关系 根据矿质集料的筛分结果及沥青路面施工及验收规范(GB 50092-96)的有关规定，采用图解法或试算(电算)法求出矿质集料的比例关系，并进行调整，使合成级配尽量接近要求级配范围中值。经调整后的矿料合成级配计算列于表6-8。由此可得出矿质混合料的组成为： 1号碎石30% ；2号碎石25% ；石屑22% ； 砂17%； 矿粉6 继续第21页，共46页。第22页，共46页。 2沥青最佳用量的确定 绘制沥青用量与物理-力学指标关系图 根据试验曲线，确定沥青混合料的最佳沥青用量OACl 确定沥青混合料的最佳沥青用量OAC2 确定最佳沥青用量OAC通常情况下取OACl及OAC2的中值作为计

9、算的最佳沥青用量OAC。 第23页，共46页。返回返回下一步第24页，共46页。例6-1 某建筑工程屋面防水，需用软化点为75的石油沥青，但 工地仅有软化点为95和25的两种石油沥青，问应如何掺配？解掺配时较软石油沥青（软化点为25）用量为：较硬石油沥青（软化点为95）用量为： Q2=100%-Q1=71.4%以估算的掺配比例和其邻近的比例（%10%）进行试配（混合熬制均匀），测定掺配后沥青的软化点，然后绘制“掺配比一软化点”关系曲线，即可从曲线上确定出所要求的掺配比例。第25页，共46页。例6-2 某工地需要使用软化点为 85的石油沥青5 ，现有10号石油沥青3.5，30号石油沥青1 和60

10、乙石油沥青 。试通过计算确定出三种牌号沥青各需用多少吨？解：查表得10号石油沥青的软化点为 9530号石油沥青的软化点为 7060乙石油沥青的软化点为 45第26页，共46页。（1） 10号石油沥青和30号石油沥青掺配：30号石油沥青掺量为：10号石油沥青掺量为Q2=100%-Q1=100%40%=60%设掺配 1 30号石油沥青，需x1 t 10号石油沥青，1 = 1 60%40%1.5 t则用30号石油沥青1和10号石油沥青1.5，可配制2.5软化点为 85的石油沥青。尚需要用10号石油沥青和60号乙石油沥青配制 5-2.5=2.5t软化点为 85的石油沥青.第27页，共46页。（2） 1

11、0号石油沥青和60号乙石油沥青掺配60号乙石油沥青掺量为10号石油沥青掺量为Q2=100%-Q1=100%20%=80%则配制2.5t软化点为 85的石油沥青, 60乙石油沥青需要量为：2.5t20% =0.5t10号石油沥青需要量为: 2.5t80% =2t10号石油沥青合计需要量为：1.5 + 2= 3.5t故配制5t软化点为 85的石油沥青，需10号石油沥青3.5 t, 30号石油沥青1t, 60乙石油沥青0.5t。第28页，共46页。由于10号石油沥青的软化点为 95，30号石油沥青的软化点为 70，60乙石油沥青的软化点为 45，故配制软化点为 85的石油沥青，只能采取10号石油沥青

12、与30号石油沥青掺配和10号石油沥青与60乙石油沥青掺配两种方式。第29页，共46页。例6-3试述石油沥青的三大组分及其特性。石油沥青的组分与其性质有何关系？解：石油沥青的三大组分及其特性如下：（1）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，密度介于0.71.0cm3之间。在170较长时间加热，油分可以挥发。油分能溶于石油醚、二硫化碳、三氯甲烷、苯、四氧化碳和丙酮等有机溶剂中，但不溶于酒精。油分的多少决定了沥青的流动性。 ()树脂（沥青脂胶）。沥青脂胶为黄色至黑褐色粘稠状物质（半固体），分子量比油分大（6001000），密度为1.01.1gcm3。沥青脂胶中绝大

13、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品质愈好。第30页，共46页。（）地沥青质（沥青质）。地沥青质为深褐色至黑色固态无定形物质（固体粉末），分子量比树脂更大（1000以上），密度大于1 gcm3，不溶于酒精、正戊烷，但溶于三氯甲烷和二硫化碳，染色力强，对光的敏感性强，感光后就不能溶解。地沥青质是决定石油沥青温度敏感性、粘性的重要组成部分。石油沥青的组分与其性质的关系为：油分赋予沥青以流动性。沥青脂胶使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。地沥青质含量愈多，则温度敏感性越小，粘性愈大，愈硬脆。 评注石油沥青的组成元素主要是碳（8288%）、氢（811%），其次是硫（6%）、氧（

14、1.5%）、氮（）等和微量的金属元素。但沥青的化学成分极为复杂，将其分离为纯粹的化合物单体，目前还有一定困难，而且沥青的元素组成与其物理性质的关系不甚密切，因此通常采用组分分离法将沥青分离为化学性质相近而且与技术性质有一定联系的几个组，即沥青的化学组分。第31页，共46页。例6-4 石油沥青的主要技术性质是什么？各用什么指标表示？解石油沥青的主要技术性质有：（1）粘滞性石油沥青的粘滞性又称粘性。 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，对使用粘稠（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粘滞度表示。 （）塑性塑性指石油沥青在外

15、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。石油沥青的塑性用延度表示。延度愈大，塑性愈好。第32页，共46页。（）温度敏感性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。温度敏感性以软化点指标表示。由于沥青材料从固态至液态有一定的变态间隔，故规定以其中某一状态作为从固态转变到粘流态的起点，相应的温度则称为沥青的软化点。（）大气稳定性石油沥青在热、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，称为大气稳定性，也是沥青材料的耐久性。石油沥青的大气稳定性以加热蒸发损失百分率和加热前后针入度比来评定

16、。第33页，共46页。评注 粘稠石油沥青的针入度是在规定温度（25）条件下，以规定质量（100）的标准针，在规定时间（s）内贯入试样中的深度来表示，单位以1/10mm计。 延度测定是把沥青制成“”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。 沥青软化点一般采用环与球法测定。它是把沥青试样装入规定尺寸（直径15.88mm，高mm）的铜环内，试样上放置一标准钢球（直径9.53mm，质量3.5），浸入水或甘油中，以规定的速度升温（min，当沥青软化下垂至规定距离（25.4mm）时的温度即为其软化点，以摄氏度（）计。第34页，共46页。例6-5

17、 怎样划分石油沥青的牌号？牌号大小与沥青主要技术性质之间的关系怎样？ 解石油沥青按针入度指标来划分牌号，牌号数字约为针入度的平均值。常用的建筑石油沥青和道路石油沥青的牌号与主要性质之间的关系是：牌号愈高，其粘性愈小（针入度越大），塑性愈大（即延度越大），温度稳定性愈低（即软化点愈低）。 评注严格地讲，石油沥青的牌号是按沥青的针入度、延度和软化点指标来划分的。第35页，共46页。 例6-6 石油沥青的老化与组分有何关系？沥青老化过程中性质发生哪些变化？沥青老化对工程有何影响？ 解在石油沥青的老化过程中，在温度、空气、阳光和水的综合作用下，沥青中各组分会发生不断递变，低分子化合物将逐步转变成高分子

18、物质，即油分和树脂逐渐减少，而沥青质逐渐增多。在石油沥青的老化过程中，随着时间的进展，由于树脂向地沥青质转变的速度更快，使低分子量组成减少，地沥青质微粒表面膜层减薄，沥青的流动性和塑性将逐渐减小，硬脆性逐渐增大，直至脆裂，致使沥青防水层开裂破坏，或造成路面使用品质下降，产生龟裂破坏，对工程产生不良影响。评注 沥青经若干年后，性质变得脆硬、易于开裂的现象称为“老化”。沥青抗老化能力称为大气稳定性。第36页，共46页。 例6-7 某工地运来两种外观相似的沥青，已知其中有一种是煤沥青，为了不造成错用，请用两种以上方法进行鉴别？ 解 煤沥青与石油沥青可用以下方法进行鉴别： （）测定密度。大于1.1者为

19、煤沥青； （）燃烧试验。烟气呈黄色，并有刺激性嗅味者为煤沥青； （）敲击块状沥青，呈脆性（韧性差）、音清脆者为煤沥青。有弹性、音哑者为石油沥青； （）用汽油或煤油溶解沥青，将溶液滴于滤纸上，呈内黑外棕色明显两圈斑点者为煤沥青，呈棕色均匀散开斑点者为石油沥青。评注与石油沥青比较，煤沥青的塑性差、温度敏感性大、大气稳定性差，但其粘性大，煤沥青有嗅味，挥发物有毒，施工时要注意。 第37页，共46页。 例6-8 简述沥青混凝土的技术性质。 解 沥青混凝土的技术性质主要有： （1）高温稳定性 沥青混合料的高温稳定性是指在夏季高温条件下，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。沥青

20、混合料路面在车轮作用下受到垂直力和水平力的综合作用，能抵抗高温而不产生车辙和波浪等破坏现象的为高温稳定性符合要求。 (2) 低温抗裂性 沥青混合料为弹性一粘性一塑性材料，其物理性质随温度而有很大变化。沥青混合料在低温下抵抗断裂破坏的能力，称为低温抗裂性能。（3）耐久性 沥青混合料的耐久性是指其在修筑成路面后，在车辆荷载和大气因素（如阳光、空气和雨水等）的长期作用下，仍能基本保持原有性能的能力。第38页，共46页。 （4）抗滑性沥青混凝土路面的抗滑能力与沥青混合料的粗糙度、级配组成、沥青用量和矿质集料的微表面性质等因素有关。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。采取适当增大集料粒

21、径，适当减少一些沥青用量及严格控制沥青的含蜡量等措施，均可提高路面的抗滑性。（5）施工和易性 影响沥青混合料施工和易性的因素很多，如当地气温、施工条件以及混合料性质等。单纯从混合料材料性质而言，影响施工难易性的因素有混合料的级配、沥青用量的多少，矿粉用量等。 评注 沥青混合料在路面中，承受汽车荷载的反复作用，同时还受到各种自然因素的影响，为保证安全、舒适、快速、耐久等要求，沥青混合料需满足一定的技术要求。第39页，共46页。一、名词解释沥青的老化、沥青的温度敏感性、大气稳定性二、选择1.对于炎热地区的屋面防水工程所使用的沥青宜选用（ ）。严寒地区不宜选用（ ）。10号石油沥青60号石油沥青10

22、0号石油沥青2.油分、树脂和地沥青质是石油沥青的三大组分，长期在大气条件下三个组分是( )。 a固定不变 b都在逐渐减少 c互相转化 d逐渐递变3建筑石油沥青的牌号愈高，则( )a粘性愈大 b塑性愈小 c耐久性愈差 d温度敏感性愈大aadd第40页，共46页。4我国南方地区屋面用沥青材料宜优选( )。a10号石油沥青 b30号石油沥青 c60号石油沥青5在软化点满足要求的前提下，所选用沥青的牌号（ ）。a应尽可能高 b应尽可能低 c应适中 d高低均合理6配制屋面用沥青防水材料，选用沥青的主要依据之一是( )。a环境最高气温+25 b沥青表面的最高温度+20c环境平均气温+25 d环境最低气温-

23、25 6. 沥青混合料的技术指标有（ ）。 a稳定度 b 流值 c 空隙率 d沥青混合料试件的饱和度 e 软化点aababcd第41页，共46页。三、填空1.石油沥青的性质随各组分的数量比例变化而变化，沥青胶体结构中，若地沥青质含量增高时，则表现出沥青的塑性（ ），粘性（ ），温度敏感性（ ），这种胶体结构的沥青称为（ ）结构。2.石油沥青的技术性质主要包括（ ）、（ ）、（ ）、（ ）以及（ ）、（ ）等。3.石油沥青的三大技术性能指标（ ）、（ ）、（ ）分别表示沥青（ ）、（ ）和（ ）等性质。当沥青温度提高时，（ ）性增大，（ ）性降低。小大小凝胶粘滞性塑性温度敏感性大气稳定性溶解度闪点针入度延度软化点粘滞性塑性温度敏感性塑粘滞第42页，共46页。 4.石油沥青的牌号主要根据（ ）指标划分的，每一牌号的沥青还应保证相应的（ ）、（ ）、（