教学课件第五章 沥青材料.ppt

道路建筑材料道路建筑材料第五章第五章 沥青材料沥青材料【学习目标学习目标】 掌握石油沥青的技术性质、技术标准、评价方掌握石油沥青的技术性质、技术标准、评价方法和评价指标；法和评价指标； 了解聚合物改性沥青、乳化沥青的技术性质和了解聚合物改性沥青、乳化沥青的技术性质和技术要求。技术要求。 沥青是由沥青是由高分子碳氢化合物及其非金属衍生高分子碳氢化合物及其非金属衍生物物组成的极其复杂的混合物，是一种有机胶凝材组成的极其复杂的混合物，是一种有机胶凝材料，具备良好的粘性、塑性等。料，具备良好的粘性、塑性等。 常温下，沥青是黑色或黑褐色的固体、半固常温下，沥青是黑色或黑褐色的固体、半固体或液体状态。体或液体状态。 应用应用：（：（1）道路路面；）道路路面； （2）做防潮、防水卷材、防腐蚀材料，）做防潮、防水卷材、防腐蚀材料， 用于屋面、地下防水等。用于屋面、地下防水等。沥青按其在自然界中获取方式分类：沥青按其在自然界中获取方式分类：沥青沥青天然沥青天然沥青石油沥青石油沥青煤沥青（柏油）煤沥青（柏油）木沥青木沥青页岩沥青页岩沥青 其中：石油沥青较多地在道路工程中被采用，主要用其中：石油沥青较多地在道路工程中被采用，主要用于铺筑于铺筑沥青混凝土路面沥青混凝土路面，煤沥青也较少量使用。，煤沥青也较少量使用。地沥青地沥青焦油沥青焦油沥青5.1 石油沥青 一、石油沥青的生产和分类一、石油沥青的生产和分类 石油沥青石油沥青地壳中的原油，开采后经地壳中的原油，开采后经常压蒸馏常压蒸馏分分出汽油、煤油、柴油等轻质馏分，再经出汽油、煤油、柴油等轻质馏分，再经减压蒸馏减压蒸馏，余，余下残渣生产出的暗褐色或黑色的半固体或固体物质，下残渣生产出的暗褐色或黑色的半固体或固体物质，主要有烃类及其衍生物所组成。主要有烃类及其衍生物所组成。 二、石油沥青的组成和结构二、石油沥青的组成和结构 1、石油沥青的元素组成、石油沥青的元素组成 分子表达式：分子表达式：2nn abcdC HO S N其中：其中：C占占8387%左右，左右，H占占10%左右。左右。 2、石油沥青的化学组分、石油沥青的化学组分 我国现行我国现行公路工程沥青及沥青混合料试验公路工程沥青及沥青混合料试验规程规程中规定有中规定有三组分三组分和和四组分四组分两种分析方法。两种分析方法。 三组分法：三组分法： （1）油分）油分 沥青中最轻的部分，呈淡黄色至红褐色稠状沥青中最轻的部分，呈淡黄色至红褐色稠状液体，含量：液体，含量：40%60%。 油分赋予沥青流动性，含量多少直接影响沥青油分赋予沥青流动性，含量多少直接影响沥青的柔软性、抗裂性及施工难度。的柔软性、抗裂性及施工难度。 （2）树脂）树脂 红褐色或黑褐色粘稠状固体物质，含量红褐色或黑褐色粘稠状固体物质，含量约为约为15%30%。 赋予沥青良好的塑性和粘性。赋予沥青良好的塑性和粘性。 （3）沥青质）沥青质 深褐色至黑褐色的固体物质，含量约为深褐色至黑褐色的固体物质，含量约为10%30%，含量越多，沥青越硬。，含量越多，沥青越硬。 决定沥青的粘性、温度稳定性（冷脆性、决定沥青的粘性、温度稳定性（冷脆性、耐热性）。耐热性）。四组分法：四组分法： （1）沥青质）沥青质 （2）胶质）胶质 粘附性好粘附性好 （3）芳香族）芳香族 分子量最低，是胶溶沥青质的分散介质分子量最低，是胶溶沥青质的分散介质的主要组分的主要组分 （4）饱和分）饱和分 稠状油类，使胶质、沥青质软化，使沥稠状油类，使胶质、沥青质软化，使沥青胶体保持稳定青胶体保持稳定石油沥青中的有害成分：石油沥青中的有害成分：石蜡石蜡高温时，石蜡会融化，降低沥青粘度，沥青高温时，石蜡会融化，降低沥青粘度，沥青温度敏感性增大；温度敏感性增大；低温时，石蜡易结晶析出，减少沥青之间的低温时，石蜡易结晶析出，减少沥青之间的联系，降低沥青的低温延展能力。联系，降低沥青的低温延展能力。 石蜡会降低沥青的粘性、塑性、温度稳定石蜡会降低沥青的粘性、塑性、温度稳定性、耐热性。性、耐热性。 3、石油沥青的结构、石油沥青的结构 以沥青质为核心，周围吸附部分树脂和油以沥青质为核心，周围吸附部分树脂和油分，构成胶团，无数胶团分布在油分中形成胶分，构成胶团，无数胶团分布在油分中形成胶体结构。体结构。 根据各组分的相对含量不同，沥青胶体结根据各组分的相对含量不同，沥青胶体结构可分为：构可分为：溶胶型结构溶胶型结构沥青质含量少（稀）沥青质含量少（稀）溶溶凝胶型结构凝胶型结构沥青质含量适当沥青质含量适当凝胶型结构凝胶型结构沥青质含量较多（稠）沥青质含量较多（稠）参考图参考图 5-2 溶胶型结构特点：温度敏感性高，高温时粘溶胶型结构特点：温度敏感性高，高温时粘度很小，低温时粘度增大而使流动性变差，度很小，低温时粘度增大而使流动性变差，冷却时又变为脆性固体。冷却时又变为脆性固体。 溶溶-凝胶型结构凝胶型结构特点：高温时，温度敏感性低，特点：高温时，温度敏感性低，低温时，又具有较好的形变能力，低温时，又具有较好的形变能力，较多采用较多采用。 凝胶型结构特点：弹性和粘性较高，温度敏凝胶型结构特点：弹性和粘性较高，温度敏感性小，但流动性、塑性较低。感性小，但流动性、塑性较低。三、石油沥青的技术性质三、石油沥青的技术性质 1、粘滞性（粘性）粘滞性（粘性） 指沥青材料在外力作用下，抵抗变形的能力。指沥青材料在外力作用下，抵抗变形的能力。 反映沥青软硬、稀稠程度，是划分沥青等级的主要反映沥青软硬、稀稠程度，是划分沥青等级的主要指标指标。 沥青粘度的测定方法：沥青粘度的测定方法：液体沥青液体沥青：用：用“粘度粘度”来表示粘性大小，用标准来表示粘性大小，用标准粘度计测定液体沥青粘度；粘度计测定液体沥青粘度；半固体半固体/固体沥青固体沥青：用：用“针入度针入度”表示，表示，针入度针入度越小，表示沥青越稠，流动性越小，但粘性越越小，表示沥青越稠，流动性越小，但粘性越好。好。 2、塑性（延性塑性（延性/延展性）延展性） 指石油沥青受到外力的拉伸作用时，能指石油沥青受到外力的拉伸作用时，能承受的塑性变形的总能力。承受的塑性变形的总能力。 反映沥青开裂后的自愈能力和变形后不反映沥青开裂后的自愈能力和变形后不破坏的能力。破坏的能力。 用用“延度延度”来表征塑性大小。来表征塑性大小。延度越大，延度越大，石油沥青的塑性越好。石油沥青的塑性越好。 3、温度稳定性（温度敏感性温度稳定性（温度敏感性/感温性）感温性） 指石油沥青的粘性和塑性随温度升降而变化的性能。指石油沥青的粘性和塑性随温度升降而变化的性能。 （1）高温敏感性）高温敏感性 用用“软化点软化点” （ ）表示。高温指使用工程中受）表示。高温指使用工程中受到交通荷载作用，容易产生车辙、推移、拥包等永久变到交通荷载作用，容易产生车辙、推移、拥包等永久变形的温度范围。形的温度范围。 软化点高，表明沥青耐热性越好，即温度稳定性越软化点高，表明沥青耐热性越好，即温度稳定性越好，高温敏感性越低好，高温敏感性越低，但软化点过高，沥青品质太硬，但软化点过高，沥青品质太硬，不易施工，易发生脆裂现象。不易施工，易发生脆裂现象。 软化点过低，说明沥青过于敏感，夏季易融化而发软化点过低，说明沥青过于敏感，夏季易融化而发软，如软，如“泛油泛油”。高温敏感性主要与下面两个方面因素有关：高温敏感性主要与下面两个方面因素有关： 沥青质越多沥青质越多 石蜡含量越少石蜡含量越少温度敏感性越小，软化点温度敏感性越小，软化点越高，不易软化。越高，不易软化。（2）低温抗裂性）低温抗裂性 用用“脆点脆点”表示，用脆点仪测定沥青在规定条件表示，用脆点仪测定沥青在规定条件下产生断裂时的温度即为沥青的脆点。下产生断裂时的温度即为沥青的脆点。 脆点越低，说明沥青在低温时越不容易引起脆性脆点越低，说明沥青在低温时越不容易引起脆性破坏。破坏。 4、沥青的粘附性沥青的粘附性 指沥青与其他物质粘附的能力。指沥青与其他物质粘附的能力。 沥青混合料中，沥青与集料的粘附性直接影响沥青沥青混合料中，沥青与集料的粘附性直接影响沥青路面的使用质量和耐久性。沥青路面早期路面的使用质量和耐久性。沥青路面早期水损害水损害就与沥就与沥青的粘附性密切相关，如：网裂、坑洞、唧浆等现象。青的粘附性密切相关，如：网裂、坑洞、唧浆等现象。 粘附性测定可采用：粘附性测定可采用：水煮法（沥青混合料的最大粒径水煮法（沥青混合料的最大粒径13.2mm）水浸法（沥青混合料的最大粒径水浸法（沥青混合料的最大粒径 13.2mm）观察沥青膜剥落的情况来评价沥青与集料的粘附性。观察沥青膜剥落的情况来评价沥青与集料的粘附性。沥青路面网裂沥青路面网裂沥青路面坑洞沥青路面坑洞 5、沥青的耐久性（抗老化性）沥青的耐久性（抗老化性） 指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素长期综合作用下因素长期综合作用下抵抗老化的性能抵抗老化的性能。 老化老化：在大气因素的综合作用下，沥青：在大气因素的综合作用下，沥青中的低分子量组分向高分子量组分转化，中的低分子量组分向高分子量组分转化，即即油分油分树脂树脂沥青质沥青质。 因此，石油沥青会随时间进展而变硬变因此，石油沥青会随时间进展而变硬变脆，且不可逆转。脆，且不可逆转。 沥青的耐久性采用沥青的耐久性采用“薄膜烘箱加热试验薄膜烘箱加热试验”测定沥青测定沥青的蒸发质量损失率和蒸发前后针入度比值来反映：的蒸发质量损失率和蒸发前后针入度比值来反映：-=100%蒸发前质量 蒸发后质量蒸发质量损失百分率蒸发前质量=100%蒸发后针入度蒸发前后针入度比蒸发前针入度 蒸发质量损失率越小，蒸发前后针入度比越大（越蒸发质量损失率越小，蒸发前后针入度比越大（越接近于接近于1），则沥青耐久性越好，），则沥青耐久性越好，“老化老化”越慢。越慢。 四、石油沥青的技术标准四、石油沥青的技术标准 主要技术指标（主要技术指标（三大指标三大指标） 针入度、软化点、延度针入度、软化点、延度。 根据根据针入度针入度将沥青划分为不同的等级（牌号）。将沥青划分为不同的等级（牌号）。 我过现行规范根据沥青质量要求分成两个系列：我过现行规范根据沥青质量要求分成两个系列：重交通道路石油沥青（代号重交通道路石油沥青（代号AH，如：，如： AH -130）中、轻交通道路石油沥青（代号中、轻交通道路石油沥青（代号A，如：，如：A-70）5.2 其他品种沥青一、煤沥青（柏油）一、煤沥青（柏油） 1、化学组成和结构特点、化学组成和结构特点 煤沥青，是用煤在隔绝空气的条件下干馏，煤沥青，是用煤在隔绝空气的条件下干馏，制取焦炭和煤气的副产品煤焦油炼制而成的。制取焦炭和煤气的副产品煤焦油炼制而成的。 煤沥青主要化学元素有：煤沥青主要化学元素有：C、H、O、S、N。煤沥青由三部分组成（同石油沥青相似）：煤沥青由三部分组成（同石油沥青相似）：游离碳游离碳树脂（硬树脂和软树脂）树脂（硬树脂和软树脂）油分油分 游离碳游离碳和和硬树脂硬树脂组成胶体微粒为分散相，组成胶体微粒为分散相，油分油分为分散介质为分散介质，而，而软树脂软树脂吸附于固态分散胶粒周吸附于固态分散胶粒周围，逐渐向外扩散，并溶解于油分中，使分散围，逐渐向外扩散，并溶解于油分中，使分散体系形成稳定的胶体结构。体系形成稳定的胶体结构。2、技术性质、技术性质 和石油沥青相比：和石油沥青相比： （1）煤沥青温度稳定性较低，受热易软化；）煤沥青温度稳定性较低，受热易软化； （2）煤沥青大气稳定性差；）煤沥青大气稳定性差； （3）煤沥青与矿质集料的粘附性好煤沥青与矿质集料的粘附性好； （4）煤沥青塑性较差，使用时易开裂；）煤沥青塑性较差，使用时易开裂； （5）煤沥青含有较多人体有害成分，不宜用）煤沥青含有较多人体有害成分，不宜用于城市道路和路面面层。于城市道路和路面面层。 二、乳化沥青二、乳化沥青 指粘稠沥青经热融和机械作用以微滴状指粘稠沥青经热融和机械作用以微滴状态分散于含有乳化剂、稳定剂的水中，形态分散于含有乳化剂、稳定剂的水中，形成成水包油型的乳化沥青水包油型的乳化沥青。 乳化沥青的组成：乳化沥青的组成： （1）沥青）沥青 采用针入度大于采用针入度大于100的沥青。的沥青。 （2）水）水 沥青分散介质。沥青分散介质。 （3）乳化剂）乳化剂 表面活性剂，使互不相溶的沥青和水结合在一表面活性剂，使互不相溶的沥青和水结合在一起，形成均匀稳定的分散系。起，形成均匀稳定的分散系。 （4）稳定剂）稳定剂 改善沥青乳液的均匀性，减缓颗粒之间的凝聚改善沥青乳液的均匀性，减缓颗粒之间的凝聚速度，提高乳液的稳定性，增强与石料的粘附能力。速度，提高乳液的稳定性，增强与石料的粘附能力。优点优点： （1）可冷态施工，节约能源，减少环境污染；）可冷态施工，节约能源，减少环境污染； （2）常温下具有较好的流动性，提高路面修筑质量；）常温下具有较好的流动性，提高路面修筑质量； （3）扩展了沥青路面的类型，如）扩展了沥青路面的类型，如乳化沥青稀浆封层乳化沥青稀浆封层等；等； （4）与矿料表面具有良好的工作性和粘附性，可节约沥青）与矿料表面具有良好的工作性和粘附性，可节约沥青并保证施工质量；并保证施工质量； （5）可延长施工季节，施工受低温、多雨季节影响较少。）可延长施工季节，施工受低温、多雨季节影响较少。补充了解：补充了解： 乳化沥青稀浆封层乳化沥青稀浆封层：指用适当级配的石料或砂，：指用适当级配的石料或砂，以乳化沥青为结合料，加入一定的添加剂和水后按一以乳化沥青为结合料，加入一定的添加剂和水后按一定比例拌合而成的定比例拌合而成的具有流动状态的沥青混合料具有流动状态的沥青混合料，该混，该混合料通过稀浆封层车连续、均匀地摊铺在路面上形成合料通过稀浆封层车连续、均匀地摊铺在路面上形成的沥青表面处理薄层。的沥青表面处理薄层。 稀浆封层混合料在水分蒸发干燥硬化成型后，其外稀浆封层混合料在水分蒸发干燥硬化成型后，其外观与沥青混凝土相似，具有耐磨、抗滑、防水、平整观与沥青混凝土相似，具有耐磨、抗滑、防水、平整等技术性能，是一种沥青路面等技术性能，是一种沥青路面养护用养护用的新材料、新工的新材料、新工艺。艺。 应应 用：用： 用于路面维修和养护：铺筑用于路面维修和养护：铺筑表面处治表面处治、贯入式贯入式、沥青碎石等各种结构形式的路面，、沥青碎石等各种结构形式的路面，旧沥青路面的冷再生旧沥青路面的冷再生等。等。补充了解：补充了解： 沥青表面处治沥青表面处治：是用沥青和细粒料按层铺法：是用沥青和细粒料按层铺法施工得到的厚度不超过施工得到的厚度不超过3cm的薄层路面面层。的薄层路面面层。由于处治层由于处治层很薄很薄，一般不起提高强度作用，其，一般不起提高强度作用，其主要作用是抵抗行车的磨耗和大气作用，增强主要作用是抵抗行车的磨耗和大气作用，增强防水性，提高平整度，改善路面的行车条件。防水性，提高平整度，改善路面的行车条件。 主要用于城市道路支路，县镇道路，各级公主要用于城市道路支路，县镇道路，各级公路施工便道以及在旧沥青面层上加铺罩面层或路施工便道以及在旧沥青面层上加铺罩面层或者磨损层。者磨损层。 沥青洒布机沥青洒布机 沥青贯入式沥青贯入式：即在初步压实的碎石上，即在初步压实的碎石上，分层分层浇洒沥青浇洒沥青、撒布嵌缝料（填充微小孔隙，提高、撒布嵌缝料（填充微小孔隙，提高耐磨耗性，防止雨水渗入），经压实而成的沥耐磨耗性，防止雨水渗入），经压实而成的沥青面层。青面层。 适用于二级及二级以下的公路、城市适用于二级及二级以下的公路、城市道路的次干道及支路。道路的次干道及支路。 旧沥青路面的冷再生技术旧沥青路面的冷再生技术：用路面铣刨机和：用路面铣刨机和专用设备将原来的旧沥青路面铣刨、翻挖、破专用设备将原来的旧沥青路面铣刨、翻挖、破碎，再加入稳定剂、水和新集料等按一定比例碎，再加入稳定剂、水和新集料等按一定比例重新拌合，最后碾压成型。工期短，造价低。重新拌合，最后碾压成型。工期短，造价低。 三、改性沥青三、改性沥青 指掺加橡胶、塑料等高分子聚合物、磨细指掺加橡胶、塑料等高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料型外掺剂，与沥青均匀混的橡胶粉或其他填料型外掺剂，与沥青均匀混合，从而使沥青的性质可以改善而制成的沥青合，从而使沥青的性质可以改善而制成的沥青混合料。混合料。 改性的目的改性的目的改善性能，延长使用寿命改善性能，延长使用寿命 通过改性，路面工程：高温抗剪强度高，通过改性，路面工程：高温抗剪强度高，不拥包、推移，抗车辙；抗低温开裂；抗老化不拥包、推移，抗车辙；抗低温开裂；抗老化；较强的粘附性；抗疲劳开裂等。；较强的粘附性；抗疲劳开裂等。THE END