土木工程材料沥青与沥青混合料.pptx
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1、石油渣油沥青再加工轻质油润滑油提炼组分形态赋予沥青油分黄色粘性液体流动性树脂褐色粘稠体塑性、粘结性地沥青质黑色粉末粘性、温度稳定性6-1 沥青材料6.1.1石油沥青生产:组分:第1页/共46页胶体结构:胶体结构:类型:类型:示意图示意图 各类型胶体结构的性能特点各类型胶体结构的性能特点溶胶型、凝胶型和溶凝胶型类型类型组分含量组分含量性能特点性能特点溶胶型溶胶型油分、树脂多油分、树脂多地沥青质少地沥青质少流动性、塑性较好;流动性、塑性较好;温度敏感性强。温度敏感性强。凝胶型凝胶型地沥青质多地沥青质多油分、树脂少油分、树脂少温度敏感性小、粘性较高;温度敏感性小、粘性较高;流动性、塑性较差。流动性、
2、塑性较差。溶凝胶型溶凝胶型介于二者之间介于二者之间 介于二者之间。介于二者之间。组分形态赋予沥青油分黄色粘性液体流动性树脂褐色粘稠体塑性、粘结性地沥青质黑色粉末粘性、温度稳定性第2页/共46页2.2.石油沥青的技术性质石油沥青的技术性质(1 1)防水性)防水性(2 2)粘滞性)粘滞性(粘性粘性)测定方法:测定方法:(3 3)塑性)塑性测定方法:测定方法:半固体或固体针入度液体石油沥青标准粘度延度第3页/共46页(4 4)温度敏感性)温度敏感性表示方法:表示方法:1 1)软化点)软化点 2 2)脆点)脆点 Tg Tm 脆化点 软化点T 温度 玻璃态 高弹态 粘流态Tg、Tm温度敏感性第4页/共4
3、6页(5)大气稳定性老化过程:衡量指标:低分子量物质 高分子量物质光、氧、热、水等作用 蒸发后质量损失_小 _大大气稳定性_好蒸发后针入度蒸发前针入度老化慢第5页/共46页(3 3)石油沥青的掺配石油沥青的掺配两种石油沥青的掺配:两种石油沥青的掺配:式中1较软沥青用量()(牌号大,软化点低);2较硬沥青用量()(牌号小,软化点高);掺配后的沥青软化点();1较软沥青软化点();2较硬沥青软化点()。3.3.石油沥青的技术标准及应用石油沥青的技术标准及应用第6页/共46页煤沥青与石油沥青的鉴别方法煤沥青与石油沥青的鉴别方法6.1.2煤焦油简介第7页/共46页 树脂 耐寒性、耐热性、粘性 橡胶 高
4、温变形性 低温柔顺性 填料 粘性、耐热性、温度稳定性6.1.3.改性石油沥青沥青沥青混合料例题 习题第8页/共46页6.2 6.2 沥青混合料的组成与性质沥青混合料的组成与性质 刚性路面:水泥混凝土路面(水泥混凝土)道路路面 柔性路面:沥青路面(沥青混合料)第9页/共46页沥青混合料定义:类型矿质混合料 +粘结材料 沥青混合料(粗集料+细集料+填料)(沥青)(适当比例拌和)沥青混凝土混合料(Asphalt concrete mixture):沥青碎石混合料(Asphalt macadan mixture):第10页/共46页ACACAM碾压后空隙率不大于10%碾压后空隙率大于10%第11页/共
5、46页 图图6-3 6-3 沥青混合料组成结构示意图沥青混合料组成结构示意图 (a a)悬浮密实结构()悬浮密实结构(b b)骨架空隙结构)骨架空隙结构 (c c)骨架密实结构)骨架密实结构6.2.16.2.1沥青混合料的组成结构沥青混合料的组成结构第12页/共46页6.2.2 6.2.2 沥青混合料的技术性质沥青混合料的技术性质(1 1)高温稳定性)高温稳定性技术指标:技术指标:测定方法:测定方法:马歇尔试验法动画演示马歇尔试验法动画演示 车辙试验动画演示车辙试验动画演示 继续高温强度、稳定性马歇尔试验法:稳定度、流值车辙试验:动稳定度第13页/共46页6.36.3沥青混合料配合比设计沥青混
6、合料配合比设计6.3.1 6.3.1 沥青混合料组成材料的技术要求沥青混合料组成材料的技术要求2.2.粗集料粗集料 级配不单独提出要求 (P198表6-3)每种混合料按空隙率分为两种类型:型(空隙率为)型(空隙率为610)第14页/共46页3表6-3第15页/共46页6.3.2 6.3.2 6.3.2 6.3.2 沥青混合料配合比设计沥青混合料配合比设计沥青混合料配合比设计沥青混合料配合比设计1.1.矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计矿质混合料的组成设计2.沥青最佳用量的确定沥青最佳用量的确定沥青最佳用量的确定沥青最佳用量的确定第16页/共46页沥青混合料配合比设计例
7、题某路线修筑沥青混凝土高速公路路面层,试计某路线修筑沥青混凝土高速公路路面层,试计算矿质混合料的组成,用马歇尔试验法确定最算矿质混合料的组成,用马歇尔试验法确定最佳沥青用量。佳沥青用量。设计原始资料设计原始资料 (1)(1)路面结构;高速公路沥青混凝土面层。路面结构;高速公路沥青混凝土面层。(2)(2)气候条件:属于温和地区。气候条件:属于温和地区。(3)(3)路面型式:三层式沥青混凝土路面上面层。路面型式:三层式沥青混凝土路面上面层。(4)(4)混合料制备条件及施工设备:工厂拌和摊混合料制备条件及施工设备:工厂拌和摊铺机铺筑、压路机碾压。铺机铺筑、压路机碾压。(5)(5)材料的技术性能。材料
8、的技术性能。1 1)沥青材料:)沥青材料:沥青采用进口优质沥青,符合沥青采用进口优质沥青,符合AH-70AH-70指标,其技术指标如表指标,其技术指标如表6-46-4。第17页/共46页2)2)矿质材料矿质材料粗集料:采用玄武岩,1号料(19.0-13.2mm)密度2.918g/cm3,2号料(132-4.75mm),密度2.864 g/cm3,与沥青的粘附情况评定为5级。其他各项技术指标见表6-5。细集料:石屑采用玄武岩,其密度为2.81 g/cm3,砂子视密度为2.638 g/cm3矿粉:视密度为2.67 g/cm3,含水量为0.8。矿质集料的级配情况见表6-6。第18页/共46页 设计要
9、求设计要求(1)(1)确定各种矿质集料的用量比例。确定各种矿质集料的用量比例。(2)(2)用马歇尔试验确定最佳沥青用量用马歇尔试验确定最佳沥青用量 解解 1 1矿质混合料级配组成的确定矿质混合料级配组成的确定 (1)(1)确定沥青混合料类型确定沥青混合料类型 由原始资料可知,沥青混合料用于高速公路三层式沥青由原始资料可知,沥青混合料用于高速公路三层式沥青混凝土上面层,依据有关标准,沥青混合料类型可选用混凝土上面层,依据有关标准,沥青混合料类型可选用AC-16AC-16。参照表参照表6-36-3的要求,中粒式的要求,中粒式AC-16AC-16型沥青混凝土的矿质混合型沥青混凝土的矿质混合料级配范围
10、见表料级配范围见表6-76-7。级配类型级配类型通过下列筛孔的质量通过下列筛孔的质量(%)AC-1619.016.01329.54.752.361.180.60.30.150.07510095-10075-9058-7842-6332-5022-3716-2811-217-154-8表6-7 矿质混合料要求级配范围第19页/共46页 (2)(2)求出矿质集料的比例关系求出矿质集料的比例关系 根据矿质集料的筛分结果及根据矿质集料的筛分结果及沥青路面施工沥青路面施工及验收规范及验收规范(GB 50092-96)(GB 50092-96)的有关规定,的有关规定,采用图解法或试算采用图解法或试算(电算
11、电算)法求出矿质集料的法求出矿质集料的比例关系,并进行调整,使合成级配尽量接比例关系,并进行调整,使合成级配尽量接近要求级配范围中值。经调整后的矿料合成近要求级配范围中值。经调整后的矿料合成级配计算列于级配计算列于表表6-86-8。l由此可得出矿质混合料的组成为:1号碎石30%;2号碎石25%;石屑22%;砂17%;矿粉6 继续第20页/共46页第21页/共46页 2沥青最佳用量的确定 绘制沥青用量与物理-力学指标关系图 根据试验曲线,确定沥青混合料的最佳沥青用量OACl 确定沥青混合料的最佳沥青用量OAC2 确定最佳沥青用量OAC通常情况下取OACl及OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量OA
12、C。第22页/共46页返回返回返回下一步下一步第23页/共46页例例6-1 6-1 某建筑工程屋面防水,需用软化点为某建筑工程屋面防水,需用软化点为7575的石油沥青,但的石油沥青,但 工地仅有软化点为工地仅有软化点为9595和和2525的两种石油沥青,问应如何掺配?的两种石油沥青,问应如何掺配?解解掺配时较软石油沥青(软化点为掺配时较软石油沥青(软化点为2525)用量为:)用量为:较硬石油沥青(软化点为较硬石油沥青(软化点为9595)用量为:)用量为:Q Q2 2=100%-Q=100%-Q1 1=71.4%=71.4%以估算的掺配比例和其邻近的比例(以估算的掺配比例和其邻近的比例(%10%
13、10%)进行试配(混合熬制均匀),测定掺配后)进行试配(混合熬制均匀),测定掺配后沥青的软化点,然后绘制沥青的软化点,然后绘制“掺配比一软化点掺配比一软化点”关系曲线,即可从曲线上确定出所要求的掺关系曲线,即可从曲线上确定出所要求的掺配比例。配比例。第24页/共46页例例6-2 6-2 某工地需要使用软化点为某工地需要使用软化点为 8585的石油沥青的石油沥青5 5,现有,现有1010号石油沥青号石油沥青3.53.5,3030号石油沥青号石油沥青1 1 和和6060乙石油沥青乙石油沥青 。试通过计算确定出三种牌号。试通过计算确定出三种牌号沥青各需用多少吨?沥青各需用多少吨?解:查表得解:查表得
14、1010号石油沥青的软化点为号石油沥青的软化点为 95953030号石油沥青的软化点为号石油沥青的软化点为 70706060乙石油沥青的软化点为乙石油沥青的软化点为 4545第25页/共46页(1 1)1010号石油沥青和号石油沥青和3030号石油沥青掺配:号石油沥青掺配:3030号石油沥青掺量为:号石油沥青掺量为:1010号石油沥青掺量为号石油沥青掺量为Q Q2 2=100%-Q=100%-Q1 1=100%=100%40%=60%40%=60%设掺配设掺配 1 1 3030号石油沥青,需号石油沥青,需x x1 1 t 10t 10号石油号石油沥青,沥青,1 1=1 60%=1 60%40%
15、40%1.5 t1.5 t则用则用3030号石油沥青号石油沥青1 1和和1010号石油沥青号石油沥青1.51.5,可,可配制配制2.52.5软化点为软化点为 8585的石油沥青。尚需要用的石油沥青。尚需要用1010号石油沥青和号石油沥青和6060号乙石油沥青配制号乙石油沥青配制 5-5-2.5=2.5t2.5=2.5t软化点为软化点为 8585的石油沥青的石油沥青.第26页/共46页(2 2)1010号石油沥青和号石油沥青和6060号乙石油沥青掺配号乙石油沥青掺配6060号乙石油沥青掺量为号乙石油沥青掺量为1010号石油沥青掺量为号石油沥青掺量为Q Q2 2=100%-Q=100%-Q1 1=
16、100%=100%20%=80%20%=80%则配制则配制2.5t2.5t软化点为软化点为 8585的石油沥青的石油沥青,6060乙石油沥青需要量为:乙石油沥青需要量为:2.5t20%=0.5t2.5t20%=0.5t1010号石油沥青需要量为号石油沥青需要量为:2.5t80%=2t:2.5t80%=2t1010号石油沥青合计需要量为:号石油沥青合计需要量为:1.5+2=3.5t1.5+2=3.5t故配制故配制5t5t软化点为软化点为 8585的石油沥青,需的石油沥青,需1010号石油沥号石油沥青青3.5 t,303.5 t,30号石油沥青号石油沥青1t,601t,60乙石油沥青乙石油沥青0.
17、5t0.5t。第27页/共46页由于由于1010号石油沥青的软化点为号石油沥青的软化点为 9595,3030号石油沥青的软化点为号石油沥青的软化点为 7070,6060乙石油沥青的软化点为乙石油沥青的软化点为 4545,故配制软化点为,故配制软化点为 8585的石油沥青,只能采取的石油沥青,只能采取1010号石油沥青与号石油沥青与3030号石油沥青掺配和号石油沥青掺配和1010号石油沥青与号石油沥青与6060乙石油沥青掺配两种方乙石油沥青掺配两种方式。式。第28页/共46页例例6-36-3试述石油沥青的三大组分及其特性。石油试述石油沥青的三大组分及其特性。石油沥青的组分与其性质有何关系?沥青的
18、组分与其性质有何关系?解:石油沥青的三大组分及其特性如下:解:石油沥青的三大组分及其特性如下:(1 1)油分。油分为淡黄色至红褐色的油状液体,)油分。油分为淡黄色至红褐色的油状液体,是沥青中分子量最小和密度最小的组分,密度是沥青中分子量最小和密度最小的组分,密度介于介于0.70.71.01.0cmcm3 3之间。在之间。在170170较长时较长时间加热,油分可以挥发。油分能溶于石油醚、间加热,油分可以挥发。油分能溶于石油醚、二硫化碳、三氯甲烷、苯、四氧化碳和丙酮等二硫化碳、三氯甲烷、苯、四氧化碳和丙酮等有机溶剂中,但不溶于酒精。油分的多少决定有机溶剂中,但不溶于酒精。油分的多少决定了沥青的流动
19、性。了沥青的流动性。()树脂(沥青脂胶)。沥青脂胶为黄色至黑树脂(沥青脂胶)。沥青脂胶为黄色至黑褐色粘稠状物质(半固体),分子量比油分大褐色粘稠状物质(半固体),分子量比油分大(60060010001000),密度为),密度为1.01.01.1g1.1gcmcm3 3。沥。沥青脂胶中绝大部分属于中性树脂。中性树脂含青脂胶中绝大部分属于中性树脂。中性树脂含量增加,石油沥青的延度和粘结力等品质愈好。量增加,石油沥青的延度和粘结力等品质愈好。第29页/共46页()地沥青质(沥青质)。地沥青质为深褐色至黑色固态()地沥青质(沥青质)。地沥青质为深褐色至黑色固态无定形物质(固体粉末),分子量比树脂更大(
20、无定形物质(固体粉末),分子量比树脂更大(10001000以上)以上),密度大于,密度大于1 g1 gcmcm3 3,不溶于酒精、正戊烷,但溶于三氯甲,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。成部分。石油沥青的组分与其性质的关系为:油分赋予沥青以流动性。石油沥青的组分与其性质的关系为:油分赋予沥青以流动性。沥青脂胶使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。地沥青质含沥青脂胶使石油沥青具有良好的塑性
21、和粘结性。地沥青质含量愈多,则温度敏感性越小,粘性愈大,愈硬脆。量愈多,则温度敏感性越小,粘性愈大,愈硬脆。评注评注 石油沥青的组成元素主要是碳(石油沥青的组成元素主要是碳(828288%88%)、氢()、氢(8 811%11%),其次是硫(),其次是硫(6%6%)、氧()、氧(1.5%1.5%)、氮()、氮()等和微量的金属元素。但沥青的化学成分极为复杂,将其分等和微量的金属元素。但沥青的化学成分极为复杂,将其分离为纯粹的化合物单体,目前还有一定困难,而且沥青的元离为纯粹的化合物单体,目前还有一定困难,而且沥青的元素组成与其物理性质的关系不甚密切,因此通常采用组分分素组成与其物理性质的关系不
22、甚密切,因此通常采用组分分离法将沥青分离为化学性质相近而且与技术性质有一定联系离法将沥青分离为化学性质相近而且与技术性质有一定联系的几个组,即沥青的化学组分。的几个组,即沥青的化学组分。第30页/共46页例例6-4 6-4 石油沥青的主要技术性质是什么?各用石油沥青的主要技术性质是什么?各用什么指标表示?什么指标表示?解解石油沥青的主要技术性质有:石油沥青的主要技术性质有:(1 1)粘滞性)粘滞性石油沥青的粘滞性又称粘性。石油沥青的粘滞性又称粘性。粘滞性应以绝对粘滞性应以绝对粘度表示,但因其测定方法较复杂,故工程中常粘度表示,但因其测定方法较复杂,故工程中常用相对粘度(条件粘度)来表示粘滞性,
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