土木工程材料沥青及木材

第7章沥青及沥青混合料沥青在建筑、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。第7章沥青及沥青混合料§

7.1沥青材料7.1.1石油沥青

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。第7章沥青及沥青混合料1.石油沥青的组成与结构（1）石油沥青的组分

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。第7章沥青及沥青混合料

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，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)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，树脂的含量为15％一30％，它使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。第7章沥青及沥青混合料3)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)。

第7章沥青及沥青混合料（2）石油沥青的胶体结构

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。第7章沥青及沥青混合料2.石油沥青的技术性质

（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。第7章沥青及沥青混合料（2）粘滞性（粘性、稠度）

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，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。第7章沥青及沥青混合料

针入度反映了石油沥青抵抗剪切变形的能力。针入度值越小，表明粘度越大。粘稠石油沥青的针入度是在规定温度(25℃)条件下，以规定重量(100g)的标准针，在规定时间(5s)内贯入试样中的深度表示，单位以1/10mm计。标准粘度是将一定量的液体沥青，在某温度下经一定直径的小孔流出50cm3所需的时间，以秒表示。常用符号“

”表示粘滞度，其中d为小孔直径(mm)，t为试样温度，T为流出50cm3沥青的时间。d有10、5、3(mm)三种，t通常为20、25、30或60℃。第7章沥青及沥青混合料（3）塑性

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。第7章沥青及沥青混合料石油沥青青的塑性性用延度表示。延延度愈大大，塑性性愈好。。延度测测定是把把沥青制制成“8”字形标准准试件，，置于延延度仪内内25℃水中，以以5cm／min的速度拉拉伸，用用拉断时时的伸长长度来表表示，单单位用cm计。延度度也是石石油沥青青的重要要技术指指标之一一。第7章沥青及沥青混合料（4）温温度敏感感性温度敏感感性是指指石油沥沥青的粘粘滞性和和塑性随随温度升升降而变变化的性性能。由由于沥青青是一种种高分子子非晶态态热塑性性物质，，故没有有一定的的熔点。。当温度度升高时时，沥青青由固态态或半固固态逐渐渐软化，，产生粘粘性流动动，称为为粘流态态。与此此相反，，随温度度降低又又逐渐由由粘流态态凝固为为固态，，甚至变变硬变脆脆，成为为玻璃态态。建筑筑工程要要求沥青青随温度度变化时时，其粘粘滞性及及塑性变变化幅度度应较小小，即宜选用温温度稳定定性较高高的沥青青。第7章沥青及沥青混合料石油沥青青中地沥沥青质含含量较多多时，其其温度敏敏感性较较小。在在工程使使用时往往往加入入滑石粉粉、石灰灰石粉等等矿物填填料，以以减小其其温度敏敏感性。。沥青中中含蜡量量较多时时，则会会产生温温度不太太高(60℃左右)时时就发生生流淌，，在温度度较低时时又易变变硬开裂裂。温度敏感感性以软软化点指指标表示示。软化点点是人为为规定的的沥青从从固态转转变到粘粘流态时时的温度度。沥青青软化点点一般采采用环球球法测定定。它是是把沥青青试样装装入规定定尺寸的的铜环内内，试样样上放置置一标准准钢球，浸入水或或甘油中中，以规规定的速速度升温温(5℃／／min)，当沥青软软化下垂垂至规定定距离(25．4mm)时的温度度即为其其软化点点，以(℃)计。第7章沥青及沥青混合料（5）大大气稳定定性大气稳定定性是指指石油沥沥青在热热、阳光光、氧气气和潮湿湿等大气气因素的的长期综综合作用用下抵抗抗老化的的性能，，也是沥沥青材料料的耐久久性。在在大气因因素的综综合作用用下，沥沥青中各各组丛会会发生不不断递变变，低分分子化合合物将逐逐步转变变成高分分子物质质，即油油分和树树脂逐渐渐减少，，而地沥沥青质逐逐渐增多多。因此此，石油油沥青随随着时间间的进展展，流动动性和塑塑性将逐逐渐减小小，硬脆脆性逐渐渐增大，，直至脆脆裂。这这个过程程称为石石油沥青青的“老化”。所以大大气稳定定性即为为沥青抵抵抗老化化的性能能。石油沥青青的大气气稳定性性常以蒸蒸发损失失率和蒸蒸发后针针入度比比来评定定。第7章沥青及沥青混合料3.石油油沥青的的技术标标准及选选用根据我国国现行石石油沥青青标准，，在工程程建设中中常用的的石油沥沥青分道道路石油油沥青，，建筑石石油沥青青，防水水防潮石石油沥青青和普通通石油沥沥青等四四种，各各品种按按技术性性质划分分牌号。。道路石油油沥青、、建筑石石油沥青青和普通通石油沥沥青都是是按针入入度指标标来划分分牌号的的。在同同一品种种石油沥沥青材料料中，牌牌号愈小小，沥青青愈硬；；牌号愈愈大，沥沥青愈软软。同时时随着牌牌号增加加，沥青青的粘性性减小(针入度度增加)，塑性性增加(延度增增大)，，而温度度敏感性性增大(软化点点降低)。第7章沥青及沥青混合料在选用沥沥青材料料时，应应根据工工程性质质(房屋屋、道路路、防腐腐)及当当地气候候条件、、所处工工程部位位(屋面面、地下下)来选选用不同同品种和和牌号的的沥青。。道路石油油沥青牌牌号较多多，主要要用于道道路路面面或车间间地面等等工程，，一般拌拌制成沥沥青混凝凝土、沥沥青混合合料或沥沥青砂浆浆等使用用。还可可作密封封材料、、粘结剂剂及沥青青涂料等等。建筑石油油沥青粘粘性较大大，耐热热性较好好，但塑塑性较小小，主要要用作制制造防水水卷材、、防水涂涂料和沥沥青胶。。它们绝绝大部分分用于防防水及防防腐工程程。对于于屋面防防水工程程，应注注意防止止过分软软化。普通石油油沥青含含蜡较多多，其一一般含量量大于5％，有有的达20％以以上，因因而温度度敏感性性大，故故在工程程中不宜宜单独使使用，只只能与其其它种类类石油沥沥青掺配配使用。。第7章沥青及沥青混合料§7.2沥青混合合料的组组成与性性质沥青混合合料是一一种粘弹弹塑性材材料，具具有良好好的力学学性能，，一定的的高温稳稳定性和和低温柔柔性，修修筑路面面不需设设置接缝缝，行车车较舒适适。而且且，施工工方便、、速度快快，能及及时开放放交通，，并可再再生利用用。因此此，是高高等级道道路修筑筑中的一一种主要要路面材材料。第7章沥青及沥青混合料1.沥青青混合料料的组成成材料沥青混合合料的组组成材料料有沥青、粗骨料、细骨料和填料。①沥青：应根据据当地气气候条件件、施工工季节气气温、路路面类型型、施工工方法等等具体情情况选用用沥青标标号。煤煤沥青不不宜用于于热拌沥沥青混合合料路面面的表面面层。②粗骨料：所用粗粗骨料包包括碎石石、破碎碎砾石和和矿渣等等。粗骨骨料应该该洁净、、干燥、、无风化化、无杂杂质。压压碎值等等力学性性能指标标应满足足规范要要求。第7章沥青及沥青混合料③细骨料：可采用用天然砂砂、人工工砂及石石屑。细细骨料应应该洁净净、干燥燥、无风风化、无无杂质，，有适当当的颗粒粒组成，，其质量量应符合合规范要要求，并并与沥青青有良好好的粘结结能力。。天然砂砂及花岗岗石等酸酸性石料料破碎的的人工砂砂或石屑屑，不宜宜用于高高速公路路、一级级公路、、城市快快速路、、主干路路沥青面面层。必必须使用用时，应应采用抗抗剥离措措施。④填料：在沥青混混合料中起起填充作用用的粒径小小于0.075mm的矿质粉末末称为填料料。填料宜宜采用某些些石料经磨磨细得到的的矿粉，泥泥土杂质应应除去。矿矿粉要求干干燥、洁净净，其质量量符合规范范要求。当当采用水泥泥、石灰、、粉煤灰作作填料时，，其用量不不宜超过矿矿料总量的的2％。第7章沥青及沥青混合料2.沥青混混合料的结结构（1）悬浮浮密实结构构（2）骨架架空隙结构构（3）骨架架密实结构构第7章沥青及沥青混合料3.沥青混混合料的技技术性质（1）高温温稳定性沥青混合料料高温稳定定性，是指指在高温（（通常为60℃）条条件下，沥沥青混合料料承受多次次重复荷载载作用而不不发生过大大的累积塑塑性变形的的能力。即即经车辆荷荷载长期重重复作用后后，不产生生车辙和波波浪等破坏坏现象。我我国国现行国标标（GB50092－－96）规定，采用用马歇尔稳稳定度试验验（包括稳稳定度、流流值、马歇歇尔模数））来评价沥沥青混合料料高温稳定定性；对高高速公路、、一级公路路、城市快快速路、主主干路用沥沥青混合料料，还应通通过车辙试试验检验其其抗车辙能能力。第7章沥青及沥青混合料（2）低温温抗裂性沥青混合料料不仅应具具备高温的的稳定性，，同时还要要具有低温温的抗裂性性，以保证证路面在冬冬季低温时时不产生裂裂缝。沥青混合料料是粘-弹弹-塑性材材料，在低低温下表现现为弹性。。沥青混合合料的低温温开裂是由由混合料的的低温脆化化、低温收收缩和温度度疲劳引起起的。混合合料的低温温脆化一般般用不同温温度下的弯弯拉破坏试试验来评定定；低温收收缩可采用用低温收缩缩试验评定定；温度疲疲劳可以用用低频疲劳劳试验来评评定。第7章沥青及沥青混合料（3）耐久久性沥青混合料料的耐久性性是指其抵抵抗长时间间自然因素素（风、日日光、温度度、水分等等）和行车车荷载反复复作用的能能力。目前前评价沥青青混合料耐耐久性的方方法有浸水水马歇尔试试验或真空空饱水马歇歇尔试验。。（3）抗滑性沥青路面的的抗滑性能能与集料的的表面结构构（粗糙度度）、级配配组成、沥沥青用量等等因素有关关。为保证证抗滑性能能，面层集集料应选用用质地坚硬硬具有棱角角的碎石，，通常采用用玄武岩。。采取适当当增大集料料粒径、减减少沥青用用量及控制制沥青的含含蜡量等措措施，均可可提高路面面的抗滑性性。我国现现行标准对对抗滑层集集料提出了了磨光值、、道瑞磨耗耗值和冲击击值等三项项指标。第7章沥青及沥青混合料（5）施工工和易性从混合料的的材料性质质看，影响响施工和易易性的是矿矿料级配和和沥青用量量。粗细集集料的颗粒粒大小相距距过大，缺缺乏中间粒粒径，混合合料容易离离析；细集集料太少，，沥青层不不易均匀地地分布在粗粗颗粒表面面；细集料料过多，则则拌和困难难。沥青过过少或矿粉粉过多，则则混合料不不易压实；；沥青过多多或矿粉质质量不好，，则混合料料容易粘结结成块，不不易摊铺。。第7章沥青及沥青混合料沥青防水卷卷材沥青防水卷卷材属于传传统的防水水卷材，是是采用原纸纸、纤维织织物、纤维维毡等胎体体浸涂沥青青，表面撒撒布粉状、、粒状或片片状材料制制成可卷曲曲的片状防防水材料，，是我国目目前产量最最大的防水水材料，成成本较低，，属较低档档的防水卷卷材，但因因存在污染染环境和容容易起鼓、、老化和渗渗漏等工程程质量问题题，最终将将被其他高高性能的防防水材料所所取代。石油沥青纸胎油毡27木材第8章288.1木材的分类类与构造8.2木材的性能能及应用8.3木材的防护护与防火298.1木材的分类类与构造8.1.1树木的分类类树木针叶树阔叶树30特点：树叶细长，树干通直高高大，易得大材，纹理顺直，材质均匀，木质较软，易于加工，故又称软木材。针叶树应用：强度较高，表观密度和和胀缩变形形较小，耐腐性较强强，是建筑工程程中的主要要用材，广泛用作承承重构件、、制作模板板、门窗等。常常用树种有有松、杉、、柏等。31特点：树叶宽大，多数树种的的树干通直直部分较短，材质坚硬，较难加工，故又称硬木材。阔叶树应用：表观密度较较大，胀缩和翘曲曲变形大，易开裂，在建筑中常常用作尺寸寸较小的装修和装饰饰。种类(1)材质较硬，纹理清晰美美观（樟木、水曲柳、桐桐木、柞木、榆木等）(2)材质不很坚坚硬，纹理也不很很清晰，但质地较针针叶木要更更为细腻（桦木、椴木、山杨、、青杨等）32阔叶黄檀松木33橡木黄花梨348.1.2木材的构造造木材的构造造决定其性性质，针叶树和阔叶树的的构造略有有不同，其性质也有差异。图8.1木材宏观结结构1.木材的宏观观构造如图8.1，树木是由树皮、、木质部和髓心三三部分组成成。通常从树干干的三个切切面进行剖剖析，即横切面(垂直于树轴轴)、径切面(通过树轴)和弦切面(平行于树轴轴)。352.木材的微观观结构木材是由无无数管状细胞紧密结合而而成，它们绝大部部分为纵向排列列，少数横向排排列(如木射线)。每个细胞又又由细胞壁和细胞腔两部分组成成，细胞壁是由由细纤维组组成，细纤维之间间可以吸附附和渗透水水分，细胞腔是由由细胞壁包包裹而成的的空腔。36松木显微构构造立体图图1．管胞；2．木射线；；3．树脂道枫香显微构构造立体图图1．导管；2．木射线；；3．木纤维37木材的管胞胞和木纤维维38木材木射线线39木材的含水水率木材中的水水分木材中的水分存在部位蒸发顺序自由水存在于细胞腔和细胞间隙中首先蒸发吸附水存在于细胞壁中在自由水蒸发后，蒸发化合水以化学结合水的形式存在40纤维饱和点点是木材仅细细胞壁中的的吸附水达达饱和，而而细胞腔和和细胞间隙隙中无自由由水存在时时的含水率率。其值随随树种而异异。它是木材物物理力学性性质是否随随含水率而而发生变化化的转折点。木材含水量量大于纤维维饱和点时时，表示木木材的含水水率除吸附附水达到饱饱和外，还还有一定数数量的自由由水。此时时，木材如如受到干燥燥或受潮，，只是自由由水改变，，故不会引引起湿胀干干缩。当含含水率小于于纤维饱和和点时，能能引起木材材的湿胀干干缩。当木材的含水水率在纤维维饱和点以以下时，随着着含水率的增增大，木材体体积产生膨胀胀，随着含水水率的减小，，木材体积收收缩。平衡含水率潮湿的木材能能在干燥的空空气中失去水水分；干燥的的木材也能从从周围的空气气中吸取水分分，如果木材材长时间处于于一定温度和和湿度的空气气中，便达到到某一相对稳稳定的含水率率，这时木材材的含水率称称为平衡含水率。418.2木材的性能及应用8.2.1木材的性能1.木材的含水率率及吸湿性新伐木材的含含水率常在35%以上；风干木材的含含水率为15%～25%；室内干燥木材材的含水率为为8%～15%。2.木材的湿胀干干缩与变形木材的湿胀干缩具有一定规规律：含水率小于纤维饱和点时，随着含水率的的增加，木材体积产生生膨胀，随着含水率减减小，木材体积收缩缩；而含水率大于纤维饱和点时时，只是自由水的增减，木材的体积不不发生变化。。42含水率对木材材胀缩的影响响截面不同位置置木材干燥引引起的不同变变化433.木材的强度木材的强度主主要是指其抗抗拉、抗压、、抗弯和抗剪剪强度。由于木材的构构造各向不同同，致使各方向强强度有很大差差异，因此，木材的强度有顺顺纹强度和横横纹强度之分分。当设顺纹抗压压强度为100时，木材无缺陷时时各强度大小小的关系见表8.1。抗压抗拉抗弯抗剪顺纹横纹顶纹横纹顺纹横纹切断10010～30200～3005～30150～20015～3050～100表8.1木材无缺陷时时各强度大小小关系44顺纹抗压横纹抗压顺纹抗拉横纹抗拉抗弯顺纹抗剪横纹切断11/10～1/32～31/20～1/33/2～21/7～1/31/2～1木材各项强度度值的比较