沥青混合料的组成与性质课件

第六章沥青及沥青混合料主要内容：

1、沥青材料；

2、沥青混合料的组成与性质；

3、沥青混合料的配合比设计。

煤沥青石油沥青高温沥青沥青铺摊沥青正在施工的高速公路沥青铺筑的路面生态高速公路

1、沥青及其应用沥青是一种褐色或黑褐色的有机胶凝材料，是土木工程建设中不可缺少的材料。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、机场跑道等。2、沥青的分类沥青按产源可分为地沥青和焦油沥青。常用的主要是石油沥青，另外还使用少数的煤沥青。

一、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。

第一节沥青材料

㈠石油沥青的组成与结构

1、石油沥青的组分石油沥青是由许多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。通常将石油中化学成分及性质极为接近，并且与物理力学性质有一定关系的成分，划分为若干个组，这些组即称为组分。

⑴油分油分为淡黄色至红褐色的油状液体，是沥青中分子最小和密度最小的组分，密度介于0.7～1g/cm3之间。油分可以溶于大部分的有机溶剂中，但不溶于酒精。油分赋予沥青以流动性。

⑵树脂（沥青脂胶）沥青脂胶为黄色至黑褐色粘稠状物质，密度为1.0～1.1g/cm3。沥青脂胶中绝大部分属于中性树脂。中性树脂能溶于三氯甲烷、汽油和苯等有机溶剂，但在酒精和丙酮中难溶解或溶解度很低，它赋予沥青以良好的粘结性、塑性和可流动性。中性树脂含量增加，石油沥青的延度和粘结力等品质愈好。沥青树脂中还含有少量的酸性树脂，是油分氧化后的产物，具有酸性。它易溶于酒精、氯仿而难溶于石油醚和苯，能为碱皂化，是沥青中的表面活性物质。它改善了石油沥青对矿物材料的浸润性，特别是提高了对碳酸盐类岩石的粘附性，并有利于石油沥青的可乳化性。沥青脂胶使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。

⑶地沥青质（沥青质）地沥青质为深褐色至黑色固态无定型物质，密度大于1g/cm3，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，其含量愈多，则软化点愈高，粘性愈大，即愈硬脆。

⑷其他成分石油沥青中还含有2%～3%的沥青碳和似碳物，同时还含有一定的蜡。蜡会降低石油沥青的粘结性和塑性，同时对温度特别敏感，所以蜡是石油沥青中的有害成分。

2、石油沥青的胶体结构在石油沥青中，油分、树脂和地沥青质是石油沥青中的三大主要组分。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的逐步递变的，并无明显界面。

图6-1石油沥青胶体结构的类型示意

(a)溶胶型;(b)溶凝胶型;(c)凝胶型

1-溶胶中的胶粒;2-质点颗粒;3-分散介质油分;4-吸附层;5-地沥青质;6-凝胶颗粒;7-结合的分散介质油分

㈡石油沥青的技术性质

1、防水性石油沥青是憎水性材料，构造致密，粘结力强，塑性强，广泛用作土木工程防潮、防水材料。

2、粘滞性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，以绝对粘度表示，是沥青性质的重要指标之一。粘稠石油沥青的相对粘度是用针入度仪测定的针入度来表示。较稀的石油沥青的相对粘度用标准粘度表示。

3、塑性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，则仍保持变形后形状的性质。它是沥青的重要指标之一。石油沥青的塑性粘度用延度（伸长度）表示，延度愈大，塑性愈好。

4、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。沥青的温度敏感性用沥青软化点表示。

5、大气稳定性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。石油沥青的大气稳定性以蒸发损失和蒸发后针入度比来评定。

㈢石油沥青的技术标准及选用石油沥青按用途分为建筑石油沥青、道路石油沥青和普通石油沥青三种。1、建筑石油沥青建筑石油沥青按针入度指标划分牌号，每一牌号的沥青还应保证相应的延度、软化点、溶解度、蒸发损失、蒸发后针入度比、闪点等。

1、建筑石油沥青建筑石油沥青按针入度指标划分牌号，每一牌号的沥青还应保证相应的延度、软化点、溶解度、蒸发损失、蒸发后针入度比、闪点等。

2、道路石油沥青道路石油沥青分为重交通道路石油沥青和中、轻交通道路石油沥青。重交通道路石油沥青主要用于高速公路、一级公路路面、机场道面及重要的城市道路路面等工程。中、轻交通道路石油沥青主要用于一般的道路路面、车间地面等工程。

3、沥青的掺配

两种沥青掺配的比例可用下式估算：式中Q1---较软沥青用量，%；

Q2---较硬沥青用量，%；

T---掺配后沥青软化点，℃；

T1---较软沥青软化点，℃；

T2---较硬沥青软化点，℃。二、煤焦油简介

1、煤焦油是生产焦碳和煤气的副产物，它大部分用于化工，而小部分用于制作建筑防水材料和铺筑道路路面。

2、分类及特征分为高温煤焦油和低温煤焦油。高温煤焦油含碳多，密度较大，含有多量的芳香族碳氢化合物，工程性质较好。低温煤焦油含碳少，密度小，含芳香族碳氢化合物少，工程性质较差。

3、煤沥青特点

⑴固态或粘稠态转变为粘流态的温度间隔较小；

⑵故大气稳定性较差；

⑶塑性较差，容易因变形而开裂；

⑷有毒性和臭味，防腐能力较好，适用于木材的防腐处理。

⑸与矿料表面的粘附能力较好。三、改性石油沥青

㈠橡胶改性沥青㈡树脂改性沥青㈢橡胶和树脂改性沥青㈣矿物填充料改性沥青

1、沥青混合料的定义：

沥青混合料是由沥青、粗细集料和矿粉按一定比例拌和而成的一种复合材料。

2、沥青混合料的特点：

沥青混合料是一种粘弹性材料，具有良好的力学性能，一定的高温稳定性和低温柔性，修筑路面不需设置接缝，行车较舒适，施工方便、速度快，能及时开放交通，并可再生利用，是高等级道路修筑中的一种主要的路面材料。

第二节沥青混合料的组成与性质

3、沥青混合料的分类沥青混合料包括沥青混凝土混合料和沥青碎（砾）石混合料两类。沥青混合料按集料的最大粒径，分为特粗式、粗粒式、中粒式、细粒式和砂粒式沥青混合料；按矿料级配，分为密级配沥青混凝土混合料、半开级配沥青混合料、开级配沥青混合料和间断级配沥青混合料；按施工条件，分为热拌热铺沥青混合料、热拌冷铺沥青混合料和冷拌冷铺沥青混合料。一、沥青混合料的组成结构

沥青混合料按矿质骨料的结构状况分为三种类型：1、悬浮密实结构；2、骨架空隙结构；3、骨架密实结构。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）骨架密实结构二、沥青混合料的技术性质

1、高温稳定性沥青混合料的高温稳定性是指在高温条件下，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。沥青混合料的高温稳定性，通常采用高温强度与稳定性作为主要技术指标。常用的测试评定方法有：马歇尔试验法、无侧限抗压强度试验法、史密斯三轴试验法等。

马歇尔试验通常测定的是马歇尔稳定度和流值。流值是达到最大破坏荷重时试件的垂直变形（0.1mm）。车辙试验测定的是动稳定度。沥青混合料的动稳定度是指标准试件在规定温度下、一定荷载的试验车轮在同一轨迹上，在一定时间内反复行走产生1mm变形所需的行走次数（次/mm）。

2、低温抗裂性沥青混合料是粘-弹-塑性材料，其物理性质随温度变化会有很大变化。这些变化包括低温裂缝、低温脆化和温度疲劳。混合料的低温脆化常用不同温度下的弯拉破坏试验来评定；低温收缩可采用低温收缩试验评定；温度疲劳则可以用低频疲劳试验来评定。

3、耐久性为保证沥青混合料的耐久性，在我国的有关规定中，对空隙率和饱和度提出了要求。4、抗滑性采用适当增大集料粒径、减少沥青用量及控制沥青的含蜡量等措施，均可提高路面的抗滑性。

5、施工和易性沥青混合料应具备良好的施工和易性，使混合料易于拌和、摊铺和碾压施工。影响施工和易性的因素很多，如气温、施工机械条件及混合料性质等。

沥青混合料配合比设计的主要任务是根据沥青混合料的技术要求，选择粗集料、细集料、矿粉和沥青材料，并确定各组成材料相互配合的最佳组成比例，使沥青混合料既满足技术要求，又符合经济原则。

第三节沥青混合料的配合比设计一、沥青混合料组成材料的技术要求

1、沥青材料不同型号的沥青材料，具有不同的技术指标，适用于不同等级、不同类型的路面，在选择沥青材料的时候，要考虑到气候条件、交通量、施工方法等情况。一般路面的上层宜用较稠的沥青，下层和联结层宜用较稀的沥青。

2、粗集料沥青混合料的粗集料要求洁净、干燥、无风化、无杂质，并且具有足够的强度和耐磨性。一般选用高强、碱性的岩石轧制成接近于立方体、表面粗糙、具有棱角的颗粒。沥青混合料对粗集料的级配不单独提出要求，按表6-3选用。每种混合料按空隙率分为Ⅰ型（空隙率为3%～6%）和Ⅱ型（空隙率为6%～10%）两种。一种粗集料不能满足要求时，可用两种以上不同级配的粗集料掺合使用。

3、细集料沥青混合料的细集料可根据当地条件及混合料级配要求选用天然砂或人工砂。在缺少砂的地区，也可用石屑代替。细集料同样应洁净、粘土含量不大于3%。

4、矿粉矿粉是由石灰岩或岩浆岩中的碱性岩石磨制而成的，也可以利用工业粉末、废料、粉煤灰等代替，但用量不宜超过矿料总量的2%。矿粉表观密度应不小于2.50g/cm3，通过0.075mm的筛孔的应大于75%，亲水系数应小于1，矿粉应干燥、不含泥土杂质和团块，含水量应不大于1%。

二、沥青混合料配比设计

1、选择矿质混合料配合比例根据所使用的公路等级、路面类型、结构层次