道路建筑材料.pdf

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1、道路建筑材料道路建筑材料道路建筑材料道路建筑材料沥青材料沥青材料沥青材料沥青材料道路建筑材料沥青材料导入概念导入概念导入概念导入概念：沥青路面发展、沥青发展、沥青路面与水沥青路面发展、沥青发展、沥青路面与水沥青路面发展、沥青发展、沥青路面与水沥青路面发展、沥青发展、沥青路面与水 泥路面优缺点对比泥路面优缺点对比泥路面优缺点对比泥路面优缺点对比沥青路面发展沥青路面发展沥青路面发展沥青路面发展沥青路面发展沥青路面发展沥青路面发展沥青路面发展土路面(结合料)泥结碎石路面沥青表面处治沥青混凝土沥沥沥沥青青青青贯贯贯贯入入入入式式式式沥青碎石砂石路面我国沥青发展我国沥青发展我国沥青发展我国沥青发展我国沥

2、青发展我国沥青发展我国沥青发展我国沥青发展解放前依靠进口油田增多石蜡基原油(渣油)中轻交通石油沥青重交通石油沥青改性沥青乳化沥青再生沥青 在建国初期，学习苏联。由于交通量小，砂石路面、泥结碎石、级配碎石，苏联用粉沫为粘结料，工艺要求严格，我国用泥浆代替粘结料。6070年代初，采用渣油路面。沥青的含腊量超过10，相当于液体沥青，直接在路上拌和。新问题：原路面不怕春融，但渣油路面翻浆，提出对之进行稳定与加固。80年代初，上拌下贯。80年代末，没有优质沥青，高等级公路上马。我国研制了一些重交沥青，大多省区进口重交沥青，整体结构也随之发展。道路建筑材料沥青材料美丽的靖榆高速公路我国第一条沙漠高速公路道

3、路建筑材料沥青材料沥青路面与水泥路面优缺点对比沥青路面与水泥路面优缺点对比沥青路面与水泥路面优缺点对比沥青路面与水泥路面优缺点对比沥青路面与水泥路面优缺点对比沥青路面与水泥路面优缺点对比沥青路面与水泥路面优缺点对比沥青路面与水泥路面优缺点对比沥青路面业内人士俗称“黑道”，又称柔性路面，其优点：(1)沥青路面由于车轮与路面两级减振，因此行车舒适性好、噪音小；(2)柔性路面对路基、地基变形或不均匀沉降的适应性强；(3)沥青路面修复速度快，碾压后即可通车。缺点：(1)压实的混合料空隙率大，耐水性差，宜产生水损坏；(2)沥青材料的温度稳定性差，冬季易脆裂，夏季易软化；(3)沥青是有机高分子材料，耐老化

4、性差；(4)平整度的保持性差，沉降会带来平整度劣化，材料软化会形成车辙。道路建筑材料沥青材料沥青路面水损害道路建筑材料沥青材料水泥混凝土路面俗称“白道”，又称刚性路面，其优点：(1)水稳定性较高，在暴雨及短期浸水条件下，路面可照常通行；(2)温度稳定性高，无车辙现象；(3)水泥混凝土是无机胶凝材料，既耐老化，又无污染。水泥石风化与 沥青老化相比，时间长10倍以上，不构成工程问题。(4)平整度的保持期长。(5)在相同技术和工艺水平下，水泥路面大修前的使用年限长。缺点：(1)行车舒适性不及沥青路面，噪音较大；(2)易产生断裂破坏，对路基稳定性要求高，对不均匀沉降的适应性差。(3)由于路面强度高、硬

5、度大，断板后难于清除，修复难度大，新浇筑面 板的养护期较长。道路建筑材料沥青材料很是危险呀！水泥路面混凝土路面在路基、地基变形或不均匀沉降条件下，易形成脱空，附加应力很大，极易产生断裂破坏。道路建筑材料沥青材料这辆荷载5吨的汽车，竟然装载了近 30吨货物！我国高速公路水泥路面的设计基准期30年，沥青路面的设计基准期15年。目前的基本状况是超载和重交通路段高速公路沥青路面可使用5年，水泥路面可使用10年。道路建筑材料沥青材料沥青定义：黑色或暗黑色固体、半固体或粘稠状物，由天然或人工制造得，主要 为高分子烃类所组成，完全溶解于二硫化碳。分类地沥青：天然沥青、石油沥青焦油沥青：煤沥青、木沥青、页岩沥

6、青天然沥青：当地下原油通过岩石裂缝渗透到地表后并长期暴露在大气中时，其中所含轻质部分蒸发，而残留物经氧化后成为天然沥青，一般存在于岩石裂缝中、地面上或形成湖泊，如著名的特立尼达湖沥青。焦油沥青：煤、木材、页岩等有机物经干馏加工而得到的焦油再加工所得的产物。石油沥青：石油经精制加工其它油品后，最后加工而得到的产品。道路建筑材料沥青材料那么，沥青是怎么从湖底“长”出来的呢？科学家认为，这个湖的位置上处在一个巨大的储油构造即穹隆或背斜构造的上方，由于内力作用与地壳运动，使岩层发生张裂或断裂，深层的石油不断自地下沿岩石裂缝渗出到湖里来，石油中较轻的组分挥发掉了，留下较粘重的组分，不断氧化成沥青。这个湖

7、位于拉丁美洲加勒比海的东南端的一个叫特立尼达和多巴哥的小岛上，湖中滴水不见，鱼虾绝迹，以盛产黑乎乎的天然沥青闻名于世，被人们称为“沥青湖”。道路建筑材料沥青材料新疆乌尔禾：中国惟一天然沥青矿 46年来，矿工就是这样怀抱十字镐，一点点地从坚硬的矿面上刨沥青。四川省青川县境内天然沥青，经青川中能信天然石油矿开发有限公司综合开发的天然沥青产品。道路建筑材料沥青材料石油沥青石油沥青一、石油沥青的生产工艺概述二、石油沥青的组成和结构三、石油沥青的技术性质从路用角度分析沥青所需性能 石油沥青的元素组成和组分 沥青的胶体结构 道路建筑材料沥青材料从石油炼制各种石油沥青的生产工艺流程道路建筑材料沥青材料生产沥

8、青的主要工艺方法有：蒸馏法、氧化法、溶剂法和调合法蒸馏法、氧化法、溶剂法和调合法蒸馏法、氧化法、溶剂法和调合法蒸馏法、氧化法、溶剂法和调合法蒸馏法、氧化法、溶剂法和调合法蒸馏法、氧化法、溶剂法和调合法蒸馏法、氧化法、溶剂法和调合法蒸馏法、氧化法、溶剂法和调合法制造方法不同，沥青的性状有很大的差异蒸馏法：较好的低温变形能力，但温度感应性大。氧化法：较低的温度感应性，高温抗变形能力较好，但低温变 形能力较差。溶剂法：溶剂脱沥青的含蜡量大大降低，改善了沥青的路用性能。调和法：按选定的比例互相调配，得到符合要求稠度的沥青产品。返回目录道路建筑材料沥青材料组成和结构元素组成化学成分胶体结构1.元素组成

9、石油沥青是十分复杂的烃类和非烃类的混合物混合物混合物混合物，是石油中相对分子量最大、组成及结构最为复杂的部分。主要原子：C、H，杂原子：S、N、O。微量金属元素：V、Ne、Fe、Na、Ca、Cu等。注意：不同产地沥青性质差异非常大，但元素组成相近。元素的数量组成与沥青性质关系不明确。道路建筑材料沥青材料2.化学成分 化学组分分析就是将沥青分离为化学性质相近，而且与其用性质有一定联系的几个组，这些组就称为“组分”。我国现行公路工程沥青及沥青混合料试验规程中规定有三组分和四组分两种分析法。三组分分离法(吸附法)：吸附法：以沥青在吸附剂上的吸附性和在抽提溶剂中溶解性的差异为基础。例如先用低分子烷烃沉

10、淀出沥青质，再用白土吸附可溶分，将其分成吸附部分、胶质和未被吸附部分、油分，这样，可将沥青分成三组分。道路建筑材料沥青材料 四组分分离法(色谱法)：色谱法：分为两个步骤第一步：用正庚烷使沥青中的沥青质沉淀并定量(对于低沥青质含 量（小于10%）的沥青可以省略第一步)；第二步：对可溶分用中性氧化铝为吸附剂，在液固色谱柱中，以 正庚烷（或石油醚）、甲苯、甲苯一乙醇（1：1）、甲 苯乙醇为冲剂，梯度冲洗出饱和分、芳香分和胶质馏 分，分别除去溶剂后定量。由此得到饱和分(S)、芳香分(Ar)、胶质(R)和沥青质(At)共四组分，又称为SARA分析。沥青四组分分析的标准试验方法，分析流程图 道路建筑材料沥

11、青材料沥青全组分沥青质沉淀沥青(可溶分)正庚烷沉淀Al2O3吸附(色谱柱)饱和分芳香分胶质(或胶质沥青质)正庚烷冲洗甲苯冲洗甲苯/乙醇冲洗沥青四组分分析图解沥青四组分分析图解沥青四组分分析图解沥青四组分分析图解根据L.W.科尔贝特的研究认为：饱和分含量增加，可使沥青稠度降低；胶质含量增大，可使沥青的延性增加；在有饱和分存在的条件下，沥青质含量增加，可使沥青厚的低的感温性；胶质和沥青质的含量增加，可使沥青的粘度提高。道路建筑材料沥青材料四组分的结构和特性四组分的结构和特性四组分的结构和特性四组分的结构和特性由直链或支链脂肪属烃以及烷基环烃和一些烷基芳香烃组成的 由沥青中最低的的分子量的环烷芳香化

12、合物组成 也称“树脂”，有很强的极性，是沥青的扩散剂或胶溶剂不溶于正庚烷而溶于苯(或甲苯)的黑色或棕色的无定型固体定义520%2050%15mm530mm，525%粒径或含量直链或支链脂肪属烃、烷基环烃、烷基芳香烃非极性碳链C/H:1.31.4绝大部分C、H组成，C/H:1.61.8结构或原子软化胶质和沥青质胶溶沥青质的分散介质的主要部分，溶解能力很强赋予沥青以可塑性、流动性和粘结性，影响沥青的延性、粘结力。随着沥青质含量的增加，沥青的粘结力、粘度增加，温度稳定性、硬度提高。针入度小、软化点高特点饱和分 芳香族 胶质 沥青质 组分稻白色或白色非极性粘稠油类深褐色的粘稠液体深黑色固体或固体固体粉

13、末形态300200002002000100050001000100000分子量Al2O3吸附Al2O3吸附溶解于正庚烷在正庚烷中沉淀分离道路建筑材料沥青材料道路建筑材料沥青材料蜡分定义：沥青除去沥青质和胶质后，在油分中含有的、经冷冻能结晶析出 的，熔点在25以上的混合组分，其主要是高熔点的烃类混合物 结构：较简单，正构烷烃及长烷基侧链的少环烃类为主 不利影响：高温易软化，低温延展性降低，影响沥青与矿料粘结，水稳性差 限制含量限制含量限制含量限制含量3.胶体结构根据沥青中各组分的化学组成和相对含量不同，可以形成不同的胶体结构沥青胶体结构沥青胶体结构沥青胶体结构沥青胶体结构 a a a a)溶胶结

14、构溶胶结构溶胶结构溶胶结构 b b b b)溶凝胶结构溶凝胶结构溶凝胶结构溶凝胶结构 c c c c)凝胶结构凝胶结构凝胶结构凝胶结构 道路建筑材料沥青材料 溶胶型结构 当沥青质的含量不多（小于10%），相对分子量不很大，或分子尺寸较小，与胶质的相对分子质量相近时，饱和分和芳香分的溶解能力很强，分散相和分散介质的化学组成比较接近，这样的沥青分散度很高，胶团可以在连续相中自由移动自由移动自由移动自由移动，近似真溶液，具有牛顿流动特性，粘度与应力成比例，称之为溶胶型沥青。这类沥青对温度的变化敏感，高温时粘度很小，低温时由于粘度增大而使流动性变差，冷却时变为脆性固体。道路建筑材料沥青材料 溶凝胶型结

15、构 沥青中沥青质含量适当(15%25%)，并有较多数量芳香度较高的胶质。这样形成的胶团数量增多，胶体中胶团的浓度增加，胶团距离相对靠近，它们之间有一定的吸引力。这是一种介乎溶胶和凝胶之间的结构，称为溶凝胶结构。这类沥青的路用性能，在高温时具有较低的感温性，低温时又具有较好的形变能力。道路建筑材料沥青材料 凝胶型结构 当沥青质含量很大，达到或超过25%30%时，胶质的数量不足以包裹在沥青质周围使之胶溶，沥青质胶团会相互连结，形成三维网状结构，胶团在连续相中移动比较困难，此时就形成了凝胶型沥青。这类沥青在常温下呈现非牛顿流动特性，并具有粘弹性和较好的温度稳定性。随着温度的升高，连续相的溶解能力增强

16、，沥青质胶团可逐渐解缔，或胶质从沥青质吸附中心脱附下来。当温度足够高时，沥青的分散度加大，沥青则又可近似真溶液而具有牛顿流特性。道路建筑材料沥青材料胶体结构类型的判定 沥青的胶体结构与其路用性能有密切的关系，为工重使用方便，通常采用针入度指数法。-2+2沥青的针入度指数(PI)溶凝胶溶胶+2凝胶返回目录道路建筑材料沥青材料物理性质：密度、热胀系数、介电常数石油沥青的技术性质粘滞性、低温性、感温性耐久性、粘附性、安全性一、物理性质 1.密度 沥青密度是在规定温度规定温度规定温度规定温度下单位体积所具有的质量，单为为t/m3或g/cm3，我国现行试验方法规定的温度条件为15。也可用相对密度表示，相

17、对密度是指在规定温度下，沥青质量与同体积的水质量之比值。沥青的相对密度与沥青的化学组成有密切的关系，它取决于沥青各组分的比例及排列的紧密程度。沥青中含硫量大、芳香族含量高、沥青质含量高则相对密度较大；蜡分含量较多则相对密度较小。路用性能：道路建筑材料沥青材料1.031.0341.0040.9731相对密度伊朗新加坡壳牌欢喜岭90号新疆克拉玛依90号沥青品种粘稠沥青的密度多在0.971.04 g/cm3范围 沥青的密度是沥青在质量与体积之间互相换算以及沥青混合料配合比设计时必不可少的重要参数。在沥青使用、贮存、运输、销售和设计沥青容器时也是不可缺少的数据。密度随温度的升高而降低，体积膨胀。2.体

18、膨胀系数 沥青体积膨胀系数是当温度上升时，沥青材料的体积发生膨胀。对于沥青与储罐的设计和沥青作为填缝、密封材料是十分重要的数据，与沥青路面的路用性能也有密切的关系，体膨胀系数越大，沥青路面在夏季易泛油，冬季因收缩而产生裂缝。道路建筑材料沥青材料二、路用性能 1.粘滞性 沥青材料在外力作用下，沥青粒子产生相互位移的抵抗剪切变形的能力。沥青的粘性通过粘度表示，粘度是沥青标号划分的主要依据。指标之一：针入度道路建筑材料沥青材料小结：(1)针入度值愈大，表示沥青愈软(稠度愈小)。(2)针入度是测定沥青稠度的一种指标。通常稠度高的沥青，其粘度亦高。由于沥青结构的复杂性，近年来，欧洲某些国家将沥青针入度分

19、级改为粘度分级。(3)针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度，而软化点则是沥青达到规定条件粘度时的温度。所以软化点既是反映沥青材料热稳定性的一个指标，也是沥青条件粘度的一种量度。道路建筑材料沥青材料2.低温性能(延性&脆性)沥青的低温性能与沥青路面的低温抗裂性有密切的关系，沥青的低温延性与低温脆性是重要的性能，多以沥青的低温延度试验和脆点试验来表表征。(1)延性 概念：沥青的延性是指当其受到外力的拉伸作用时，所能承受的塑性变形的总能力，是沥青的内聚力的衡量，通常是用延度作为条件延性指标来表征。指标之二指标之二指标之二指标之二延度延度延度延度：将沥青试样制成8字形标准试件（最小断面1cm2），在

20、规定拉伸速度和规定温度下拉断时的长度，以cm计，称为延度。沥青的延度采用延度仪来测度。道路建筑材料沥青材料“三大指标”：针入度、软化点和延度(2)脆性 概念：沥青材料在低温下受到瞬时荷载作用时，常表现为脆性破坏。采用A弗拉斯脆点作为条件脆性指标来表征。脆度：是测量沥青在低温不引起破坏时的温度。通常采用A弗拉斯脆点试验方法可以求出沥青达到临界硬度发生开裂时的温度作为条件脆性指标。3.感温性 沥青是复杂的胶体结构，粘度随温度的不同而产生明显的变化，这种粘度随温度变化的感应性称为感温性。指标之三：软化点 道路建筑材料沥青材料另外的评价方法：针入度指数法针入度指数(PI)：是应用针入度和软化点的试验结

21、果来表征沥青感温性的一种指标。同时也可采用针入度指数值来判别沥青的胶体结构状态。根据已知的针入度值 P25，100g，5s(1/10mm)和软化点 TR&B()，并假设软化点时的针入度值为800(1/10mm)，可建立针入度温度感应性系数公式：式中：P 25，100g，5s 在25，100g，5s条件下测定的针入度 值，(1/10mm)；TR&B 环球法测定的软化点，；A 感温系数道路建筑材料沥青材料实用公式3 0P I1 015 0 A=+针入度指数(PI)值愈大，表示沥青的感温性愈低。通常，按PI来评价沥青的感温性时，要求沥青的PI11之间。4.粘附性 沥青与集料的粘附性直接影响沥青路面的

22、使用质量和耐久性。常用的评价方法是：水煮法和水浸法、光电分光光度法。5.耐久性 影响沥青耐久性主要有：大气(氧)、日照(光)、温度(热)、雨雪(水)、环境(氧化剂)以及交通(应力)等因素。道路建筑材料沥青材料沥青在上述因素的综合作用下。产生“不可逆”的化学变化，导致路用性能的逐渐劣化，这种变化工程称为“老化”。评价方法：热致老化(沥青蒸发损失试验、沥青薄膜加热试验、蒸馏)和耐候性6.安全性 沥青材料在使用时必须加热，当加热至一定温度时，沥青材料中挥发的油分蒸汽与周围空气组成混合气体，遇火焰则易发生闪火。若继续加热，油分蒸汽的饱和度增加，遇火焰极易发生燃烧。为此，必须测定沥青加热闪火和燃烧的温度

23、，即所谓闪点和燃点。道路建筑材料沥青材料公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)如下修订：1.将原来的“重交通道路石油沥青”和“中、轻交通道路石油沥青”两个技术要求合并为一个“道路石油沥青技术要求”，根据当前的沥青使用和生产水平，将技术性能分为A、B、C三个等级：B级沥青与原规范“重交通道路沥青”相近，C级沥青比原规范“中、轻交通道路石油沥青”技术要求稍有提高。2.A级沥青增加60温度的动力粘度作为高温性能的评价指标。3.低温性能指标：A、B级沥青为10延度，C级为15延度。4.老化试验统一为薄膜加热试验。沥青路面对材料的基本要求沥青路面对材料的基本要求沥青路面对材料的基本要求沥青

24、路面对材料的基本要求沥青沥青粗集料粗集料细集料细集料矿粉与纤维稳定剂矿粉与纤维稳定剂沥青沥青沥青沥青 沥青路面所用的沥青材料有 石油沥青石油沥青、煤沥青、液体石油沥青煤沥青、液体石油沥青和沥青乳液沥青乳液等。高速公路及一级公路、夏季气温高、高温持续时间长、重载交通、山区及丘陵区上坡路段、服务区、停车场等行车速度较慢的路段，特别是汽车荷载剪应力大的层次，宜采用稠度大、60粘度大的沥青；对于冬季寒冷地区、交通量较小的公路、旅游区公路宜选用稠度小、低温延度大的沥青；对温度日温差、年温差大的地区宜选用针入度指数大的沥青。粗集料粗集料粗集料粗集料细集料细集料细集料细集料矿粉矿粉矿粉矿粉纤维纤维纤维纤维纤维在沥青混合料中的主要作用：纤维在沥青混合料中的主要作用：加筋作用 分散作用 吸附与吸收沥青的作用 稳定作用 增粘作用