土木工程材料 建筑材料第十五讲

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、把沥青挪混合镇料的桌结构（一种）悬樱浮密零实结桨构矿质秤材料慌由大叨到小踪蝶形成拥连续据型密机实混超合料括，因灶较大辜颗粒回都被刊小一愧档颗绝粒挤伯开，虾因此椒，大拆颗粒繁以悬厘浮状姑态处结于较恨小颗普粒之触中。此种街结构箭虽然谈密实叛度大捞，但嘱各级甚集料伟均为积次级振集料外所隔秩开，尺不能困直接柴接触右形成题骨架滤，而坝悬浮敢于次烈级集恒料和响沥青泄胶浆塌之间岂，粘聚近力较剥高，视但是商内摩智擦角涨较低谱，因孟此，裙其高输温稳施定性坡差。20（二鸽）骨某架空筒隙结昌构当采跌用连圾续型掘开级犹配矿颜质混点合料庆（如脊图7论－7b）时，掩较大择粒径闲集料债彼此泄紧密需相接倍，而罗较小晚粒径怜集料随的数凝量较疾少，做不足波以充蜻分填痒充空典隙，视而形德成骨笑架空页隙结篮构，牺沥青戚碎石时混合疫料多茂属这贵一类樱型，啊其组娘成结兆构如喊图7暴－8b，这种孙结构财的沥狂青混窑合料具有较肯高的储内摩训擦角巡寿，但很是粘狱聚力顷较低。21（三燥）骨梁架密婶实结油构当采渡用间港断型恒密级机配矿闹质混岁合料虹（如粥图7龟－7c）时，哥矿质文混合描料既寸有一干定量脆的粗但集料饿形成齿骨架神，又唇根据晒粗集间料空骄隙的幕数量缩慧加入昼适量何细集订料，置使之截填满游骨架中空隙罪，形游成较横高密娇实度华的结袖构，剩间断丘级配污即按忽此原屈理构作成，均其组衔成的工结构堵如图辟7－柏8c。这种滑结构脑的沥湖青混鸣合料殃不仅汗具有较高卡的粘掉聚力惕，而阀且具塞有较肉高的爬内摩梅擦角。22二、纯沥青罢混合慈料的恰强度丙理论强度帅决定满于两风个参贩数：疾粘结墨力C和内们摩擦裕角φ三、碰影响洽沥青熔混合恐料抗打剪强腿度的腿因素(一弦)沥巡寿青粘余度的仔影响粘度蝇越大碑，抗挂剪强社度越解高。(二践)骨喝料的芦粒径楚、颗份粒形备状和沙表面哨特性拿的影杆响集料肚颗粒价的粒宗径越拒大，无沥青初混合帜料的检内摩大擦角状越大滩，粗铁粒式鲜沥青骡混凝舒土的蝇内摩升擦角嚼比细移粒式格和砂形粒式棉沥青如混凝秋土大擦得多袭。棱角眠尖锐慢的颗划粒组皂成的奏混合课料，缝由于速颗粒寄问相石互嵌才紧，降要比刺浑圆犬颗粒稻的内宴摩擦墓角大养得多刊。23(三痕)矿李粉的卷比表负面积钩和沥低青用移量的瓶影响(四按)矿两料表丹面的小性质浊的影阅响(五朗)影屠响沥吃青混担合料注抗剪昌强度束的外病因1.爱温度2.粱变形掘速率扩的影忧响§7.2戒.3辜沥青环混合预料的鼠技术聋性质一、袭高温斤稳定担性二、镜低温器抗裂腊性三、稍耐久床性四、纽奉抗滑膨性五、眉施工肆和易女性24§7.2窃.4启沥青础混合域料组室成材忙料的光技术拳要求一、莫对沥使青的图要求炎热愤的气袜候区蜜、繁愁重的疫交通匠及细渗粒式滑或砂贸粒式会的混趁合料估，应垦采用知稠度贿较高闭的沥漫青；乌反之慌，则黎采用答稠度惹较低键的沥撑青。浆在条伏件相颈同的签情况遭下，余较粘支稠的竭沥青正配制芝的混牵合料教具有该较高临的力井学强略度和粪稳定洲度较摄低的毙沥青听。在魂条件暑相同澡的情曲况下园，较揭粘稠么的沥京青配是制的鸭混合予料具棋有较颤高的吼力学帖强度侧和稳禁定性蔑，但邮如稠尘度过道高，讽则沥居青混滔合料愿的低续温变尝形能巨力较协差，协沥青这路面蜘容易没产生票裂缝植。反帜之，葛采用粗稠度娱较低便的沥门青，突虽然轿配制前的混沫合料滚在低孟温时孝具有悔较好柜的变潜形能俱力，钱但在药夏季衬高温宽时，侧往往叮稳定报性不响足，尿使路激面产佛生推枣挤现拍象。25二、找对粗丙集料震的要价求三、破对细针集料扣的要网求用于观拌制晴沥青刷混合孙料