土木工程材料之沥青和沥青混合料

第七章

沥青和沥青混合料§7.1沥青沥青分为地沥青和焦油沥青，其中地沥青分为天然沥青和石油沥青，焦油沥青分为煤沥青和页岩沥青。§7.1.1石油沥青一、来源：石油原油经蒸馏提炼出各种轻质油（如汽油、煤油、柴油等）及润滑油以后的残留物，或再经加工而得的产品。根据石油沥青的生产加工工艺不同，可分别制得蒸馏沥青、氧化沥青、溶剂沥青等。1二、石油沥青的组成石油沥青划分为油分、树脂和地沥青质三个主要组分。不同组分对石油沥青性能的影响不同。油分赋予沥青流动性；树脂使沥青具有良好的塑性和粘结性；地沥青质则决定沥青的稳定性（包括耐热性、粘性和脆性），其含量愈多，软化点愈高，粘性愈大，愈硬脆。2三、石油沥青的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。当地沥青质含量相对较少时，油分和树脂含量相对较高，胶团外膜较厚，胶团之间相对运动较自由。这时沥青形成的胶体结构叫溶胶结构。具有溶胶结构的石油沥青粘性小，流动性大，温度稳定性较差3当地沥青质含量较多而油分和树脂较少时，胶团外膜较薄，胶团靠近聚集，移动比较困难，这时沥青形成的胶体结构叫凝胶结构。具有凝胶结构的石油沥青弹性和粘结性较高，温度稳定性较好，但塑性较差。当地沥青质含量适当，并有较多的树脂作为保护膜层时，胶团之间保持一定的吸引力，这时沥青形成的胶体结构叫溶胶－凝胶结构。溶胶－凝胶型石油沥青的性质介于溶胶型和凝胶型两者之间。4§7.1.2石油沥青的技术性质一、粘滞性1.定义：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。它反映了沥青软硬、稀稠的程度。是划分沥青牌号的主要技术指标。2.表示液体石油沥青的粘滞性用标准粘度指标表示，它表征液体沥青在流动时的内部阻力；半固体或固体的石油沥青则用针入度指标表示，它反映石油沥青抵抗剪切变形的能力。5二、塑性1.定义：塑性是指石油沥青在外力作用时产生变形而不破坏，除去外力后仍保持变形后的形状不变的性质。2.表示石油沥青的塑性用延度表示。延度值越大，表示沥青塑性越好。沥青中油分和地沥青质含量适当，树脂含量越多，延度越大，塑性越好。温度升高，沥青的塑性随之增大。6三、温度敏感性1.定义：温度敏感性（温度稳定性）是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能。2.指标：软化点：沥青材料从固态转变至粘流态有一定的间隔，因此，规定其中某一状态作为从固态转到粘流态（或某一规定状态）的起点，相应的温度称为沥青软化点。针入度指数：7四、大气稳定性1.定义：大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗老化的性能。2.原因：在大气因素（热、阳光、氧气和水分）的综合作用下，沥青中的低分子量组分会向高分子量组分逐步转化，发生递变，即油分→树脂→地沥青质。由于树脂向地沥青质转化的速度远比油分变为树脂的速度快得多，因此，石油沥青会随着使用时间的延长，树脂显著减少，地沥青质显著增加，沥青的塑性降低，脆性增加，亦即“老化”8五、溶解度、闪点和燃点1.定义：溶解度是指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳和苯中溶解的百分率。用以限制有害的不溶物（如沥青碳或似碳物）含量。不溶物会降低沥青的粘结性。闪点也称闪火点，是指加热沥青产生的气体和空气的混合物，在规定的条件下与火焰接触，初次产生蓝色闪光时的沥青温度。若按规定继续加热至沥青试样表面发生燃烧火焰，并持续5s以上，此时的温度即为燃烧点（即燃点）。9§7.1.3石油沥青的技术标准与选用一、建筑石油沥青的标准与选用1.建筑石油沥青：划分：按沥青针入度值划分为40号、30号和10号三个标号特点：建筑石油沥青针入度较小、软化点较高，但延度较小。用途：它们主要用于屋面及地下防水、沟槽防水与防腐、管道防腐蚀等工程，还可用于制作油毡、油纸、防水涂料和沥青玛蹄脂等建筑材料。10二、道路石油沥青§7.1.4沥青的掺配及改性一、沥青的掺配定义：施工中，若采用一种沥青不能满足配制沥青所要求的软化点时，可用两种或三种沥青进行掺配。掺配要注意遵循同源原则，即同属石油沥青或同属煤沥青（或煤焦油）的才可掺配。11二、氧化改性氧化也称吹制，是在250～300℃高温下向残留沥青或渣油中吹入空气，通过氧化作用和聚合作用，使沥青分子变大，提高沥青的粘度和软化点，从而改善沥青的性能。工程使用的道路石油沥青、建筑石油沥青均为氧化沥青。12三、矿物填充料改性为提高沥青的粘结能力和耐热性，降低沥青的温度敏感性，经常在石油沥青中加入一定数量的矿物填充料进行改性。常用的改性矿物填充料大多是粉状和纤维状的，主要有滑石粉、石灰石粉和石棉等。13四、聚合物改性（一）SBS改性沥青SBS是丁苯橡胶的一种。丁苯橡胶由丁二烯和苯乙烯共聚制成，品种很多。如果将丁二烯与苯乙烯嵌段共聚，形成具有苯乙烯（S）－丁二烯（B）－苯乙烯（S）的结构，则得到一种热塑性的弹性体（简称SBS）。SBS具有橡胶和塑料的优点，常温下具有橡胶的弹性，高温下又能像塑料那样熔融流动，成为可塑性材料。14SBS对沥青的改性十分明显，它在沥青内部形成一个高分子量的凝胶网络，大大提高了沥青的性能。与沥青相比，SBS改性沥青具有弹性好、延伸率大，延度可达2000％；低温柔性大大改善，冷脆点降至-40℃；热稳定性高，耐热度可达90～100℃；耐候性好等优点。

SBS改性沥青是目前最成功和用量最大的一种改性沥青，在国内外己得到普遍使用。15（二）APP改性沥青APP改性石油沥青与石油沥青相比，其软化点高，延度大，冷脆点降低，粘度增大，具有优异的耐热性和抗老化性，尤其适用于气温较高的地区，主要用于制造防水卷材。16§7.2沥青混合料定义：沥青混合料是指矿物集料与沥青拌合而成的混合料的总称，包括沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料。沥青混合料作为路面材料具有良好的力学性质，有一定的高温稳定性和低温柔韧性，铺筑的路面平整元接缝，减振吸声，行车舒适；且具有一定的粗糙度，无强烈反光，利于行车安全。沥青路面的施工方便，不需养护，能及时开放交通；便于分期修建和再生利用。17§7.2.1沥青混合料的分类按矿料级配类型沥青混合料分为连续级配沥青混合料和间断级配沥青混合料。按矿料粒径沥青混合料分为砂粒式沥青混合料（最大粒径（4.75mm）、细粒式沥青混合料（最大粒径为9.5或13.2mm）、中粒式沥青混合料（最大粒径为16mm或19mm）、粗粒式沥青混合料（最大粒径为26.5mm或31.5.mm）和特粗式沥青碎石混合料（最大粒径）37.5mm）。按密实程度沥青混合料分为密实式（空隙率<5％）、半密实式（空隙率为5％～10％）和半开式（空隙率>10％）。按结合料温度沥青混合料分为热拌热铺沥青混合料和常温沥青混合料。18§7.2.2沥青混合料的组成结构定义：沥青混合料一般指热拌沥青混合料，是经人工组配的矿质混合料与粘稠沥青在专门设备中加热拌合而成，用保温运输工具运送至施工现场，并在热态下进行摊铺和压实的混合料，通称“热拌热铺沥青混合料”，简称“热拌沥青混合料”。其他类型的沥青混合料必须冠以说明，如：常温沥青混合料等。19一、昌沥青湖混合唤料的抓结构（一做）悬仔浮密絮实结著构矿质掠材料注由大舅到小更形成唐连续第型密尼实混醒合料谢，因街较大惊颗粒芒都被档小一固档颗叫粒挤委开，系因此狭，大摘颗粒茄以悬屋浮状牺态处言于较苹小颗悲粒之乎中。此种拔结构破虽然为密实淹度大叮，但腹各级泳集料欺均为变次级质集料落所隔终开，觉不能殊直接港接触累形成恰骨架锋，而复悬浮介于次刻级集挽料和蹦沥青袖胶浆欺之间由，粘聚股力较糊高，籍但是劳内摩筑擦角免较低温，因寨此，脚其高溪温稳公定性旬差。20（二待）骨勿架空金隙结鹊构当采暖用连内续型选开级羊配矿炊质混姿合料锹（如璃图7荷－7b）时，恋较大蓄粒径伯集料刑彼此傲紧密壤相接他，而熟较小责粒径填集料市的数炼量较标少，播不足迹以充净分填芽充空跃隙，呼而形丝式成骨馒架空容隙结岂构，复沥青暴碎石趟混合侦料多缩慧属这越一类践型，言其组乞成结姻构如挥图7状－8b，这种乐结构平的沥洽青混塑合料具有较采高的拾内摩性擦角裤，但爱是粘租聚力绒较低。21（三岗）骨拼架密弊实结丧构当采碰用间罩断型势密级团配矿章质混低合料御（如振图7逼－7c）时，畏矿质扶混合察料既支有一是定量织的粗刘集料舞形成讽骨架及，又饼根据汗粗集市料空堤隙的悔数量张加入绿适量记细集恢料，晌使之援填满扭骨架荒空隙稳，形春成较炊高密唉实度有的结睬构，雁间断大级配缓即按垃此原亮理构用成，耻其组吹成的喷结构神如图吼7－浙8c。这种弄结构界的沥承青混峰合料痒不仅救具有较高秃的粘定聚力翼，而筹且具斧有较见高的仰内摩睬擦角。22二、乳沥青闯混合关料的油强度掉理论强度版决定仰于两洽个参停数：免粘结件力C和内决摩擦丝式角φ三、疫影响码沥青纷混合腾料抗虑剪强滨度的再因素(一匀)沥算青粘醉度的侨影响粘度贱越大并，抗脚剪强庄度越世高。(二旅)骨炼料的阴粒径劈燕、颗痰粒形悔状和搬表面旬特性技的影焦响集料哄颗粒众的粒锻径越糠大，汽沥青琴混合洒料的沟内摩找擦角焰越大度，粗找粒式铅沥青篇混凝积土的炎内摩兽擦角战比细痒粒式进和砂食粒式佳沥青功混凝葵土大库得多焦。棱角撕尖锐长的颗炉粒组勤成的功混合谋料，睛由于劫颗粒箭问相惕互嵌条紧，糟要比雁浑圆栗颗粒拒的内浴摩擦浓角大训得多胞。23(三构)矿已粉的枪比表仪面积怎和沥巧青用翅量的怪影响(四宵)矿们料表宇面的避性质是的影娃响(五控)影绪响沥它青混票合料恒抗剪崖强度捞的外闹因1.激温度2.史变形汪速率膏的影窜响§7.2杀.3怒沥青清混合眉料的撞技术雷性质一、显高温近稳定岛性二、务低温啄抗裂愧性三、缺耐久躁性四、盼抗滑衰性五、翼施工帮和易怜性24§7.2验.4陡沥青仇混合贩料组耽成材尾料的日技术渔要求一、扮对沥军青的杏要求炎热致的气喝候区攻、繁始重的月交通译及细旱粒式菠或砂雅粒式抵的混产合料淹，应记采用达稠度俱较高矩的沥瞎青；艇反之招，则岩采用永稠度喝较低邻的沥蜜青。旋在条犁件相潜同的孕情况录下，族较粘芬稠的捧沥青婚配制校的混最合料渴具有醒较高全的力危学强粗度和篮稳定贷度较政低的伟沥青沫。在漏条件仅相同够的情蝇况下孙，较第粘稠泰的沥跑青配咳制的绣混合掌料具洗有较删高的基力学茅强度其和稳芒定性条，但为如稠乐度过俘高，戴则沥阁青混卧合料椒的低亮温变雁形能递力较桃差，肤沥青积路面岸容易召产生恰裂缝喊。反屑之，坚采用讲稠度劫较低开的沥宾青，置虽然亩配制障的混士合料忌在低盛温时虹具有慌较好性的变编形能把力，股但在允夏季誉高温影时，疫往往昏稳定此性不继足，箩使路摔面产攻生推冬挤现巧象。25二、绩对粗唇集料津的要约求三、捏对细对集料叶的要治求用于春拌制昆沥青稳混合衰