道路工程材料4.沥青材料ppt课件.ppt
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1、4. 沥青材料沥青材料沥青的定义沥青的定义:在高度缩合的环烷环、芳香环上带有长短不同在高度缩合的环烷环、芳香环上带有长短不同的烷基侧链的碳氢化合物,及其非金属(的烷基侧链的碳氢化合物,及其非金属(O、S、N)衍生物组成的混合物,并含有微量元素)衍生物组成的混合物,并含有微量元素颜色:暗褐色或黑色颜色:暗褐色或黑色形态:常温下为固体或半固体形态:常温下为固体或半固体沥青的分类:沥青的分类: 地沥青地沥青天然沥青:湖沥青、岩石沥青、海底沥青天然沥青:湖沥青、岩石沥青、海底沥青石油沥青:用石油经开采、精炼加工而得到的石油沥青:用石油经开采、精炼加工而得到的 焦油沥青焦油沥青煤沥青煤沥青木沥青木沥青天
2、然沥青天然沥青天然沥青是石油在自然条件下,经过千百万年的时天然沥青是石油在自然条件下,经过千百万年的时间,在温度、压力、气体、无机物催化剂、微生物以及间,在温度、压力、气体、无机物催化剂、微生物以及水分等综合作用下氧化聚合而成的沥青类物质。水分等综合作用下氧化聚合而成的沥青类物质。由于它常年与自然环境共存,故其性质特别稳定。由于它常年与自然环境共存,故其性质特别稳定。 由沥青、矿物质、水分构成。由沥青、矿物质、水分构成。根据天然沥青生成矿床的不同,可以分为:根据天然沥青生成矿床的不同,可以分为: 湖沥青湖沥青 岩沥青岩沥青 海底沥青海底沥青 (1)湖沥青)湖沥青 特立尼达湖沥青(特立尼达湖沥青
3、(Triniada Lake Asphalt)是世界)是世界上最为著名的天然沥青之一,它产于南美洲加勒比海岛国上最为著名的天然沥青之一,它产于南美洲加勒比海岛国风景秀丽的特立尼达和多巴哥境内的沥青湖。该沥青湖风景秀丽的特立尼达和多巴哥境内的沥青湖。该沥青湖又叫彼奇湖,面积又叫彼奇湖,面积44万平方米,深约万平方米,深约82米,湖中沥青储米,湖中沥青储量达量达1200万吨,是世界上最大的天然沥青产地。万吨,是世界上最大的天然沥青产地。特立尼达沥青湖特立尼达沥青湖(2)岩沥青)岩沥青 岩沥青生成于岩石的夹缝中,缝宽很窄,仅数十厘米,岩沥青生成于岩石的夹缝中,缝宽很窄,仅数十厘米,深可达几百米。天然
4、岩沥青是一种纯天然的碳氢化合物,深可达几百米。天然岩沥青是一种纯天然的碳氢化合物,熔点在熔点在150 以上,我国青海及克拉玛依地区有所开采,以上,我国青海及克拉玛依地区有所开采,但很少用于道路。美国北部犹他州的但很少用于道路。美国北部犹他州的Uintah盆地的盆地的U N T A I T E 岩 沥 青 是 世 界 上 最 为 著 名 的 岩 沥 青 。岩 沥 青 是 世 界 上 最 为 著 名 的 岩 沥 青 。技术指标技术指标数值数值软化点,软化点, 160175针入度,针入度,250比重比重1.041.06闪点,闪点, 25 3157.920.9153770121167217280050
5、1001502002503001960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000年份我国道路沥青生产量我国道路沥青生产量道路沥青产量,万顿4. 沥青材料沥青材料主要内容主要内容q 4.1 石油沥青石油沥青插图插图4.1.1.1石油的基属分类石油的基属分类 分类指标:分类指标:“关键馏分特性关键馏分特性”和和“含硫量含硫量”。1) 关键馏分特性分类关键馏分特性分类关键馏分关键馏分:“第一关键馏分第一关键馏分”:常压下,:常压下,250275 C的馏分的馏分“第二关键馏分第二关键馏分”:减压下(:减压下(5.33kPa) ,275300 C的馏的馏分分特征参数
6、:特征参数:相对密度相对密度 特性因素特性因素K(教材表(教材表4-1)基属分类基属分类:由两个关键馏分的特征参数和由两个关键馏分的特征参数和K确定确定2) 含硫量的分类含硫量的分类低硫:含硫量低硫:含硫量0.5%;含硫:含硫:0.52%;高硫:含硫量高硫:含硫量0.5%。3)石油基属与沥青路用性能的关系)石油基属与沥青路用性能的关系按照路用性能优排队:环烷基中间基石蜡基按照路用性能优排队:环烷基中间基石蜡基4.1.1.2 石油沥青生产工艺概述石油沥青生产工艺概述 原油原油常压渣油常压渣油减压渣油减压渣油粘稠沥青粘稠沥青直馏沥青直馏沥青:较好的变形能力,温度敏感性较大:较好的变形能力,温度敏感
7、性较大氧化沥青:氧化沥青:较好的温度稳定性较好的温度稳定性溶剂沥青:溶剂沥青:丙烷脱丙烷脱液体沥青液体沥青:在粘稠沥青中掺加煤油、汽油、柴油:在粘稠沥青中掺加煤油、汽油、柴油调配沥青:调配沥青:调和沥青、混合沥青调和沥青、混合沥青乳化沥青乳化沥青:水乳化剂沥青:水乳化剂沥青4.1.2 石油沥青的化学组成和结构石油沥青的化学组成和结构4.1.2.1 石油沥青的化学元素组成石油沥青的化学元素组成 碳碳C 氢氢 H 硫硫S 氧氧O 氮氮N 8288% ; 811%; 06%; 01.5%; 01%钒、镍、铁、镁和钙钒、镍、铁、镁和钙C/H大庆石油沥青:大庆石油沥青:C/H=0.657某环烷基石油沥青
8、:某环烷基石油沥青:C/H=0.7104.1.2.2 石油沥青的化学组分石油沥青的化学组分化学组分:化学组分:化学性质、物理性质、路用性能化学性质、物理性质、路用性能三组分三组分多组分多组分四组分四组分:饱和分饱和分S芳香分芳香分A胶质胶质R沥青质沥青质At表表4-1 沥青四组分对沥青性能的影响沥青四组分对沥青性能的影响 组分组分分子量分子量高温粘度高温粘度 低温变形能力低温变形能力化学稳定性化学稳定性饱和分饱和分S500700芳香分芳香分A800900胶质胶质R12001300沥青质沥青质At10002000蜡:高温软化、低温结晶析出蜡:高温软化、低温结晶析出4.1.2.3 沥青的胶体结构沥
9、青的胶体结构胶体胶体:分散相:分散相At吸附吸附R胶团胶团 分散介质分散介质S、A1) 溶胶型结构溶胶型结构 At的分子量低、数量少的分子量低、数量少直馏沥青、液体沥青直馏沥青、液体沥青特点:高温粘度较低特点:高温粘度较低2) 凝胶型结构凝胶型结构 At分子量大、数量多分子量大、数量多氧化沥青、老化沥青氧化沥青、老化沥青 特点:变形能力差,脆性特点:变形能力差,脆性3) 溶凝胶型结构溶凝胶型结构沥青性能沥青性能石油基属:环烷基中间基石蜡基石油基属:环烷基中间基石蜡基直馏沥青直馏沥青制作工艺制作工艺氧化沥青氧化沥青液体沥青液体沥青: 掺加煤油、汽油、柴油掺加煤油、汽油、柴油调配沥青:掺加其他沥青
10、调配沥青:掺加其他沥青乳化沥青:乳化沥青:水乳化剂沥青水乳化剂沥青沥青的沥青的组成与结构组成与结构胶体结构:溶胶型、凝胶型、溶凝胶型胶体结构:溶胶型、凝胶型、溶凝胶型元素组成:元素组成:C、H、O、S、N C/H化学组分:饱和分、芳香分、胶质、沥青质化学组分:饱和分、芳香分、胶质、沥青质石油沥青的基本性能石油沥青的基本性能4.1.3 石油沥青的技术性质石油沥青的技术性质4.1.3.1物理性质物理性质1)密度:)密度:d25或或d15 d沥青质沥青质d胶质胶质d芳香分芳香分d饱和分饱和分2)体膨胀系数)体膨胀系数a: Vt=V0+at3)介电常数)介电常数4.1.3 石油沥青的技术性质石油沥青的
11、技术性质 粘滞性粘滞性 延性和脆性延性和脆性 感温性感温性 粘弹性粘弹性 粘附性粘附性 耐久性耐久性 4.1.3.2 粘滞性粘滞性1)沥青的粘度)沥青的粘度 图图4- 5牛顿液体牛顿液体 牛顿液体牛顿液体粘度粘度 (单位:(单位:Pas) 图图4- 6 与应变速率与应变速率 非牛顿液体非牛顿液体视粘度或表观粘度视粘度或表观粘度 C复合流动系数复合流动系数 动力粘度和运动粘度动力粘度和运动粘度c*FdVdy牛顿液体受力示意图牛顿液体受力示意图 dydvAF粘滞系数(粘度)粘滞系数(粘度)沥青沥青FAttdyudydvtudv1 ;AFu应力与剪应变速率的关系示意图应力与剪应变速率的关系示意图 c
12、沥青的复合流动系数沥青的复合流动系数c*2)沥青粘度测定方法)沥青粘度测定方法 绝对粘度测定方法绝对粘度测定方法 毛细管粘度毛细管粘度示意图示意图1 旋转粘度旋转粘度示意图示意图2 滑板粘度滑板粘度示意图示意图3在严格控制温度和在严格控制温度和真空度的条件下,真空度的条件下,测定一定体积沥青测定一定体积沥青被吸过毛细管所需被吸过毛细管所需要的时间要的时间毛细管毛细管粘度粘度仪仪试验示意图试验示意图 14Concentric CylinderConcentric Cylinder Rheometers R Mi Ri2LRRo- Ri旋转粘度计:测定沥青施工温度区的粘度双筒旋转粘度计双筒旋转粘度
13、计CCR旋转粘度试验示意图旋转粘度试验示意图 滑板粘度试验示意图滑板粘度试验示意图 FdVdyudydvAFc* 条件粘度测定方法条件粘度测定方法 标准粘度计法标准粘度计法CT,d 单位单位 s 图图4-7标准粘度计标准粘度计 针入度法针入度法PT,m,t 单位单位0.1mm图图4-8针入度法针入度法 软化点软化点TR&B 单位单位图图4-9 软化点测试软化点测试 (表征沥青热稳定性表征沥青热稳定性) 针入度是等温粘度针入度是等温粘度 软化点是等粘温度软化点是等粘温度 4.1.3.3延性和脆性延性和脆性1) 延度延度D单位单位cm,反映沥青的塑性,反映沥青的塑性图图4-10 沥青延度沥青延度2
14、) 脆点脆点TFrass 单位单位,反映沥青低温变形能,反映沥青低温变形能力力图沥青脆点仪图沥青脆点仪 沥青的三态:流动沥青的三态:流动橡胶橡胶玻璃玻璃 软化点软化点 脆点脆点标准粘度计标准粘度计测定液体沥青示意图测定液体沥青示意图规定的温度条件下,通过规规定的温度条件下,通过规定的流孔直径,流出定的流孔直径,流出50mL体积所需时间,体积所需时间,以以s为单位为单位。如:如:C25,5=100表示:试验温度表示:试验温度25, 流孔直径流孔直径5mm, 时间时间100s。 针入度法测定粘稠沥青针入度示意图针入度法测定粘稠沥青针入度示意图 在规定温度条件下,以规在规定温度条件下,以规定质量的标
15、准针经过规定定质量的标准针经过规定时间贯入沥青试样的深度,时间贯入沥青试样的深度,以以1/10mm为单位为单位如:如:P25,100,5=60表示:试验温度表示:试验温度25 荷载质量荷载质量100g 历时历时5s 贯入沥青深度贯入沥青深度6mm 粘度变化粘度变化软化点测试示意图软化点测试示意图 固态固态 液态液态硬化点硬化点 滴落点滴落点T R&B()条件粘度条件粘度粘度变化粘度变化在规定的温度条件下,按规定的速率拉伸沥青试在规定的温度条件下,按规定的速率拉伸沥青试件至断裂时的长度,件至断裂时的长度,单位单位cm。沥青延度测试示意图沥青延度测试示意图 沥青脆点仪和弯曲器沥青脆点仪和弯曲器 在
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