第九章沥青与沥青混合料

第九章沥青材料本章内容石油沥青煤沥青沥青的调配与改性沥青防水材料沥青混合料1.概述定义沥青是一种有机胶凝材料，它是由复杂的高分子碳氢化合物及非金属（氧、硫、氮等）衍生物所组成的混合物。在常温下呈固体、半固体或液体状态。特点沥青结构致密，塑性及粘结力良好，并具有不导电、不吸水、不透水、耐酸碱腐蚀等性能。沥青不溶于水，但能溶于多种有机溶液中。应用主要用于屋面、地下及水下的防水工程，防腐蚀工程，铺筑道路路面及飞机场跑道等。1.概述分类2.石油沥青（PetroleumAsphalt）（1）石油沥青的组分和结构1）石油沥青的组分组分性质、状态与含量作用油分浅色透明液体；可溶于大部分溶剂；占40～60%赋予沥青流动性。树脂深色粘稠半固体；占15～30%赋予沥青良好的粘性、塑性。地沥青质深色固体微粒；加热不熔，不溶于溶剂；占10～30%决定沥青的粘性、温度稳定性性。——是石油原油经蒸馏提炼出轻质油（汽油、煤油、柴油）及润滑油后的残留物，或再经加工而得的产品。2）石油沥青的结构石油沥青是一种胶体结构。分散相(胶体颗粒)：吸附部分树脂的地沥青质；分散介质：溶有树脂的油分。根据沥青中各组分的化学组成和相对含量不同，可分为：溶胶型结构、凝胶结构、溶—凝胶结构。溶胶型结构凝胶型结构溶－凝胶型结构粘度小，流动性和塑性较好，开裂后自行愈合能力较强；而对温度的敏感性较强弹性好、粘性较高，流动性和塑性较低，开裂后自行愈合能力较差，高温稳定性较好，但低温变形能力较差在高温时具有较低的温度敏感性；低温时又具有较好的变形能力（2）石油沥青的技术性质1）粘滞性定义：外力作用下沥青粒子产生相对位移时抵抗变形的能力影响因素：组分、温度评价指标：针入度（用于粘稠沥青）；——25℃时，100克标准针5S沉入深度，1/10mm为1度。标准粘度（用于液体沥青）；——标准试验温度下，从一定直径d的流孔流出50ml沥青所用的时间（2）石油沥青的技术性质2）变形性能塑性：外力作用下产生变形而不破坏，外力撤除后仍保持变形后的形状的性质。影响因素：组分，温度，沥青膜层的厚度。评价指标：延度——在规定温度的水槽中(一般为25℃),以5cm/min速率拉伸沥青试样，当拉断时所延伸的长度(单位cm)。沥青的低温抗裂性与塑性密切相关，延度一定程度反映沥青开裂后自愈合能力。沥青的塑性对冲击振动荷载有一定的吸收能力，并能减少摩擦时的噪音。温度降低时沥青的塑性明显下降，甚至表现为脆性，低温脆性反映沥青的抗低温能力，沥青中石蜡含量高时抗低温能力差。2）变形性能3）温度稳定性（温度敏感性）定义：沥青的粘滞性和塑性受温度变化而影响的程度。影响因素：组分评价指标：软化点3）温度稳定性（温度敏感性）软化点是指沥青由固态转变为具有一定流动性膏体的温度，软化点越高，沥青耐热性越好，温度稳定性越好。软化点太低，则夏季融化发软流淌；太高则不易施工，冬季易脆裂。软化点与地沥青质含量和蜡含量密切相关。地沥青质增多，温度敏感性降低；含蜡量多，温度敏感性大。4）大气稳定性定义：指石油沥青在热、光、氧气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗老化的性能。老化：在大气因素综合作用下，沥青中轻组分会向重组分转化，而树脂向地沥青质转化的速度比油分向树脂转化速度快得多，石油沥青会随时间进展而变硬变脆，这种现象称老化。评价指标：以“蒸发损失百分率”和“蒸发后针入度比”来评定（160℃加热5h）。蒸发损失百分率愈小，蒸发后针入度比愈大，沥青大气稳定性愈好，老化愈慢。5）施工安全性粘稠沥青在加热使其软化时，从中挥发出的可燃气体与空气混合，当达到一定浓度后，遇火易发生闪火甚至燃烧、爆炸等安全事故。为此，必须测定沥青加热闪火和燃烧的温度，即所谓的闪点和燃点。沥青的闪点：指加热沥青试样至挥发出的可燃气体与空气混合，在规定的条件下与火焰接触，当试验液面最初出现一瞬即灭的蓝色火焰时的温度(以℃表示)。沥青的燃点：是加热沥青试样至挥发出的可燃气体与空气混合，在规定的条件下与火焰接触能持续燃烧不少于５s时的试样温度(以℃表示)。（3）石油沥青的技术标准与选用1）石油沥青的技术标准公路沥青路面施工技术规范（JTGF40-2004）建筑石油沥青（GB494—1998）防水防潮石油沥青(SH/T0002-1990)普通石油沥青（SY1665—77）石油沥青是按针入度指标来划分标号的，同时每一标号的沥青还必须满足相应的延度和软化点等指标的要求。沥青标号愈高针入度愈大

延度愈大软化点愈低粘滞性愈小塑性愈好

温度敏感性愈大2）石油沥青的选用用于屋面防水层的沥青：要求具有较好的粘结性、温度敏感性和大气稳定性，因此，要求沥青的软化点应高于当地历年来达到的屋面最高气温20～25℃，即比当地最高气温高出50℃左右。对“温热地区、易受日晒或受热严重”的部位：为防止沥青受热过分软化，应选用“标号较小”的沥青。在“寒冷地区”、在“夏季受晒，冬季受冻”的部位：不仅要考虑受热软化、还要考虑低温脆裂，故适宜选用“中等标号”的沥青。用于地下防潮、防水工程的沥青：要求其粘性大，塑性和韧性好，对其软化点要求不高，可选用“标号较大”的沥青。当缺乏所需标号的沥青时，可采用不同标号的沥青相互掺配使用。煤沥青的主要技术性质多都不如石油沥青好，且有毒，易污染水质，因此，在水利工程中很少应用，主要用于防腐及路面工程。使用煤沥青时，应严格遵守国家规定的安全操作规程，防止中毒。煤沥青与石油沥青一般不宜混合使用。2.煤沥青（Coal-tarAsphalt）——是炼焦厂或煤气厂的副产品，为煤焦油分馏提取各种油分后所得残渣。3、沥青的调配与改性（1）调配——某一种牌号的沥青往往不能满足工程技术要求的某种技术指标，需要用不同牌号沥青进行掺配。可用两种或三种沥青进行掺配。调配同源原则：即同属石油沥青或同属煤沥青才可掺配。三种沥青掺配是两种掺配得到新指标后再与另外一种掺配。例：软化点调配比例公式Q1——较软沥青的用量，％；Q2——较硬沥青的用量，％；T——调配后的沥青软化点，℃；T1——较软沥青的软化点，℃；T2——较硬沥青的软化点，％；（2）沥青的改性①矿物填充料物改性由于沥青对矿物填充料的湿润和吸附作用，沥青可能成单分子状排列在矿物颗粒（或纤维）表面，形成结合力牢固的沥青薄膜，具有较高的黏性和耐热性等。因而提高沥青了的粘结能力、柔韧性和耐热性，减少了沥青的温度敏感性，并且可以节省沥青。矿物填充料大多是粉状和纤维状，加入填充料数量不宜小于15%。土木工程中使用的沥青要求：低温下应有弹性和塑性；高温下要有足够的强度和稳定性；加工和使用中具有抗老化能力；与矿物和结构表面有较强的粘附力；对构件变形的适应性和耐疲劳性。聚合物（橡胶和树脂）与石油沥青相溶可改善石油沥青的性能。聚合物掺量达一定的限度形成聚合物网络结构，将沥青胶团包裹。SBS改性沥青（丁苯橡胶的一种）热塑性弹性体，低温变形能力↑，韧性↑，高温粘度↑。主要用作改性沥青防水卷材。APP改性沥青（聚丙烯的一种）与石油沥青相比，软化点↑，延度↑，冷脆点↓，粘度↑，具有优异的耐热性和抗老化性。尤适用于气温较高的地区，主要用于制造防水卷材。②聚合物改性4、沥青基防水材料（1）沥青基防水卷材——用原纸、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可卷曲的片状防水材料，属低档防水材料。石油沥青纸胎油毡、油纸1）石油沥青油纸——低软化点石油沥青浸渍原纸制成的无涂盖层纸胎防水卷材。用于建筑防潮和包装，也可用于多层防水层的下层2）石油沥青纸胎油毡——低软化点石油沥青浸渍原纸、高软化点石油沥青涂盖油纸两面、涂或撒隔离材料制成。用于简易防水、临时建筑防水、建筑防潮和包装。特点：价格低廉，低温柔性差，胎体易腐烂，耐用年限短。石油沥青玻璃布油毡用玻璃纤维薄毡为胎基，浸涂石油沥青，表面涂撒或覆盖隔离材料制成。与玻璃布油毡特性、应用范围基本相同。石油沥青玻璃纤维胎油毡以玻璃纤维布为胎体，浸涂石油沥青并两面涂撒隔离材料制成。低温柔度明显优于纸胎油毡，耐霉菌侵蚀，可用于长期受潮湿侵蚀的地下防水工程，适用于地下防水、防腐层以及屋面防水层及管道（热管道除外）的防腐保护层。其他石油沥青卷材（2）沥青防水涂料以沥青为基料配制而成的水乳型或溶剂型防水涂料。分溶剂型和水乳型。溶剂型防水涂料即冷底子油，一般不单独使用。水乳型防水涂料即水性沥青基防水涂料，是以乳化沥青为基料的防水涂料。根据涂料厚薄不同，沥青防水涂料防水层可采用一布二涂一砂、二布三~六涂一砂等结构。布——胎体增强材料，通常为无纺布；涂——防水涂料；砂——散细粒材料做保护层。5.沥青混合料定义：沥青混合料是将粗、细骨料和填料与适量沥青拌和而成的均匀的，具有粘-弹-塑性的混合材料。常用沥青混合料：沥青混凝土、沥青碎石特点：1）具有良好的力学性能和一定的高温稳定性和低温抗裂性；2）具有较好的抗滑性；减震、吸音、行车安全舒适；3）施工方便快速，不需设置施工缝和伸缩缝，不需养护；4）经济耐久，便于改造。沥青混合料高等级公路的断面构成沥青碎石混合料（沥青碎石）：剩余空隙率大于10%，适用于公路过渡层及整平层。沥青混凝土混合料（沥青混凝土）：剩余空隙率小于10%，适用于各种等级公路的沥青面层。分类：①按胶结材料：石油沥青、煤沥青混合料、乳化沥青混合料②按集料最大粒径：特粗式、粗粒式、中粒式、细粒式、砂粒式；③按摊铺压实后的密实程度分:：密实式（剩余空隙率<10%）、半开式（剩余空隙率10~15%）、开式（剩余空隙率大于15%）。④按施工温度分：热拌热铺、热拌冷铺、冷拌冷铺沥青混合料；⑤按集料级配类型分：连续级配、间断级配沥青混合料；⑥按用途分：公路用、机场道面、桥面铺装用沥青混合料；⑦按特性分：防滑式、排水性、高强、彩色沥青混合料；我国公路和城市道路目前大多采用连续级配密实式热拌热铺沥青混合料。3.沥青混合料3.沥青混合料（1）沥青混合料的组成材料及其技术要求1）沥青标号的选择应考虑所在地区的气候条件、交通量以及混合料的类型。参见表9-52）粗集料粒径大于2.36mm。应清洁、干燥、无风化，符合一定级配要求。应具有足够的力学性能，用压碎值、磨耗值和抗冲击值来衡量。应与沥青有较好的粘结性。粘结性与颗粒形状和表面构造及矿物成分有关。（1）沥青混合料的组成材料及其技术要求3）细集料粒径小于2.36mm。应清洁、干燥、无风化，符合一定级配要求，与沥青有较好的粘结性。要求富有棱角。为了保证沥青混合料的强度，应优先选用碱性集料。酸性集料用于高等级公路时，应采取抗剥离措施：①在沥青中掺抗剥离剂；②用石灰粉、水泥作为填料的一部分；③将粗集料用石灰浆处理后使用。4）矿粉粒径小于0.075mm，起填充作用，又称矿粉填料。应使用碱性石料，用消石灰粉或水泥代替更佳。与沥青形成胶浆，对混合料强度影响很大。（2）沥青混合料的结构根据粗集料的级配和粗、细集料比例不同分为三种：1）悬浮密实结构结构特征：由连续级配矿质料配制的密实沥青混合料，结构上，大颗粒骨料悬浮在小颗粒骨料之中。性能特点：密实度和强度较高，稳定性较差。2）骨架空隙结构

结构特征：较细骨料少，较粗骨料彼此相互接触连接。性能特点：稳定性较好，粘聚力较差。3）骨架密实结构

结构特征：粗骨料相互接触，其堆积空隙完全被较细颗粒填充密实。

性能特点：较高的粘聚力和稳定性，较高的内摩擦角（2）沥青混合料的结构（3）沥青混合料的技术性质1）强度工程应用要求：在高温时，沥青混合料必须具有一定的的抗剪强度与抵抗变形的能力。研究表明：抗剪强度主要取决于沥青与矿料的粘结力和矿料骨架作用的内摩阻角。①