第九章防水沥青材料.pptx

9.0 概述概述复杂的高分子的复杂的高分子的碳氢化合物碳氢化合物及其及其非金属非金属（氧、硫、氮）（氧、硫、氮）的衍的衍生物生物所组成的混合物。所组成的混合物。黑色黑色(黑褐色黑褐色)；固态固态、半固态半固态或或液态液态。性质：性质：粘结性（粘结性（有机胶凝材料）、有机胶凝材料）、憎水性、塑性、耐腐蚀。憎水性、塑性、耐腐蚀。用途：用途：路面、屋面、防水、耐腐蚀路面、屋面、防水、耐腐蚀等工程材料。等工程材料。沥青：沥青：沥青的分类沥青的分类:土木建筑工程主要应用石油沥青。土木建筑工程主要应用石油沥青。沥青沥青地沥青地沥青焦油沥青焦油沥青天然沥青天然沥青：沥青湖，砂岩、砂中提炼。：沥青湖，砂岩、砂中提炼。石油沥青：石油沥青：石油原油蒸馏后残留物加工。石油原油蒸馏后残留物加工。煤沥青：煤沥青：煤焦油蒸馏后残留物加工。煤焦油蒸馏后残留物加工。页岩沥青：页岩沥青：油油页岩炼油工业的副产品。页岩炼油工业的副产品。9.1 石油沥青与煤沥青石油沥青与煤沥青 石油沥青的组成与结构石油沥青的组成与结构石油沥青的技术性质石油沥青的技术性质石油沥青的选用石油沥青的选用石油沥青产品和技术标准石油沥青产品和技术标准煤沥青简介煤沥青简介石油沥青的掺配与改性石油沥青的掺配与改性乳化沥青乳化沥青一、石油沥青的组成和结构一、石油沥青的组成和结构不能直接得到沥青不能直接得到沥青元素含量元素含量与与性能性能之间的关系。之间的关系。通过分析通过分析组分组分研究沥青的性能。研究沥青的性能。组分：组分：性质相近，与其工程性质有一定联系。性质相近，与其工程性质有一定联系。组分组分含量含量（）（）比密度比密度特征特征在沥青中作用在沥青中作用油份油份45600.71.0无色至淡黄色无色至淡黄色粘性液体粘性液体流动性流动性树脂树脂15301.01.1红褐至黑褐色的红褐至黑褐色的粘稠半粘稠半固体固体，熔点低于，熔点低于100塑性塑性地沥地沥青质青质5301.11.5黑褐至黑色的硬而脆的黑褐至黑色的硬而脆的固体微粒固体微粒粘性、脆性粘性、脆性，高温稳定高温稳定性好（耐热性）性好（耐热性）1.石油沥青的组分石油沥青的组分 沥青中的蜡沥青中的蜡降低沥青降低沥青高温稳定性高温稳定性，使沥青高温时出现车辙或流淌；，使沥青高温时出现车辙或流淌；降低降低低温抗裂性低温抗裂性，使沥青低温时变脆硬；，使沥青低温时变脆硬；使沥青与石料使沥青与石料粘附性粘附性降低，使路面石子产生剥落；降低，使路面石子产生剥落；使沥青路面使沥青路面抗滑性抗滑性降低，影响路面行车安全。降低，影响路面行车安全。我国标准规定：重交通量道路石油沥青的含蜡量不大于我国标准规定：重交通量道路石油沥青的含蜡量不大于3。溶溶-凝胶型结构凝胶型结构粘性小，流动性大，粘性小，流动性大，高温稳定性差。高温稳定性差。粘性大，塑性差，粘性大，塑性差，高温稳定性较好。高温稳定性较好。大部分优质道路沥青均大部分优质道路沥青均配成溶凝胶型结构，配成溶凝胶型结构，具有粘弹性和触变性，具有粘弹性和触变性，故亦称弹性溶胶。故亦称弹性溶胶。2.石油沥青的（胶体）结构石油沥青的（胶体）结构溶胶型结构溶胶型结构凝胶型结构凝胶型结构 二、石油沥青的技术指标二、石油沥青的技术指标1.粘滞性（粘性）。粘滞性（粘性）。反映沥青反映沥青软硬软硬、稀稠稀稠的程度。的程度。检测方法：检测方法：针入度是目前我国粘稠石油沥青的分级指标。针入度是目前我国粘稠石油沥青的分级指标。液体液体石油沥青：石油沥青：粘滞度（标准粘度）粘滞度（标准粘度）孔径：孔径：3mm、5mm或或10mm温度：温度：20、25、30或或60。固体、半固体固体、半固体沥青沥青：针入度：针入度100g0.1mm为为1度度针入度越大，针入度越大，粘性越小。粘性越小。时间越长，时间越长，粘性越大。粘性越大。受外力作用，变形但不破坏，外力除去，变形保持。受外力作用，变形但不破坏，外力除去，变形保持。塑性小的沥青，低温下易开裂；塑性大的沥青，不易开裂，塑性小的沥青，低温下易开裂；塑性大的沥青，不易开裂，且具有自愈性，防水性也好。且具有自愈性，防水性也好。用用延度延度表示。表示。字形字形标准试件标准试件（中间最小截面面积为（中间最小截面面积为1cm2），用，用延度仪，延度仪，在在规定拉伸速度规定拉伸速度和和规定温度规定温度下拉断时的长度，单位：下拉断时的长度，单位：cm。试验温度试验温度有有0、15、25三种；三种；拉伸速度拉伸速度有有1cm/min、5cm/min两种。两种。2.塑性（延性）塑性（延性）粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能；粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能；用用软化点软化点来衡量。固态转变为膏体的温度。来衡量。固态转变为膏体的温度。3.5g3.温度敏感性温度敏感性沥青软化点沥青软化点越高越高，沥青的温度稳定性，沥青的温度稳定性越好越好。可加入可加入滑石粉滑石粉、石灰石粉石灰石粉或其它或其它矿物填料矿物填料减少沥青的减少沥青的温度敏感性温度敏感性。加热速度加热速度5/min针入度、延度、软化点针入度、延度、软化点是评价粘稠石油沥青技术性质最常用的三大指标。是评价粘稠石油沥青技术性质最常用的三大指标。4.大气稳定性大气稳定性石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素长期综合作用下石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗老化的性能。抵抗老化的性能。老化原因：老化原因：油份油份树脂树脂地沥青质。地沥青质。评价方法：评价方法：5.其它性质其它性质溶解度；溶解度；闪点；闪点；燃点。燃点。三、石油沥青产品及技术标准三、石油沥青产品及技术标准道路石油沥青道路石油沥青（SH/T 0522-2000）：用于中、轻交通量道：用于中、轻交通量道路。按针入度分为路。按针入度分为200号号、180号号、140号号、100号号和和60号号五个牌五个牌号；号；重交通道路石油沥青重交通道路石油沥青（GB/T 15180-2000）：用于重交通：用于重交通量道路和其它等级道路、机场等。按针入度分为量道路和其它等级道路、机场等。按针入度分为AH-130、AH-110、AH-90、AH-70和和AH-50五个牌号；五个牌号；建筑石油沥青建筑石油沥青（GB/T 494-1998）：用于建筑屋面和地下：用于建筑屋面和地下防水的胶结料，也可用于制造涂料、油毡和防腐材料。按针入防水的胶结料，也可用于制造涂料、油毡和防腐材料。按针入度分为度分为10号号、30号号和和40号号三个牌号；三个牌号；防水防潮石油沥青防水防潮石油沥青（SH/T 0002-90）：用于油毡的涂覆材：用于油毡的涂覆材料及建筑屋面和地下防水的胶结料。按针入度指数分为料及建筑屋面和地下防水的胶结料。按针入度指数分为3号号、4号号、5号号和和6号号四个牌号；四个牌号；四、石油沥青的选用四、石油沥青的选用尽可能选用尽可能选用较高牌号较高牌号。屋面用沥青屋面用沥青，软化点一般应比当地屋面可能达到的最高温，软化点一般应比当地屋面可能达到的最高温度高出度高出2025，亦即比当地最高温度高出，亦即比当地最高温度高出50左右。左右。五、石油沥青的掺配与改性五、石油沥青的掺配与改性石油沥青石油沥青不能与不能与煤沥青煤沥青相掺。相掺。P1高软化点沥青用量（高软化点沥青用量（%）；）；P2低软化点沥青用量（低软化点沥青用量（%）；）；T1高软化点沥青软化点（高软化点沥青软化点（）；）；T2低软化点沥青软化点（低软化点沥青软化点（）。）。T掺配后的石油沥青软化点（掺配后的石油沥青软化点（）；）；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（510）进行试配进行试配（混合熬制均匀），测定掺配后沥青的软化点，然后绘制（混合熬制均匀），测定掺配后沥青的软化点，然后绘制“掺配比掺配比-软化点软化点”关系曲线，确定出所要求的掺配比例。关系曲线，确定出所要求的掺配比例。1.石油沥青的掺配石油沥青的掺配 2.石油沥青的改性石油沥青的改性氧化改性；氧化改性；矿物填充料改性。如矿物填充料改性。如滑石粉、石灰石粉、石棉，提高沥青滑石粉、石灰石粉、石棉，提高沥青粘结力和耐热性；粘结力和耐热性；聚合物改性。聚合物改性。SBS橡胶、橡胶、APP树脂；树脂；六、煤沥青简介六、煤沥青简介烟煤烟煤干馏干馏得到的得到的煤焦油煤焦油，经，经分馏分馏加工提取轻油、中油、重油、加工提取轻油、中油、重油、蒽油以后所得蒽油以后所得残渣残渣即为即为煤沥青煤沥青，也称，也称柏油柏油。温度稳定性较差；温度稳定性较差；气候稳定性较差；气候稳定性较差；与矿质集料的粘附性较好；与矿质集料的粘附性较好；防腐能力强。因含酚、蒽等有毒物质；防腐能力强。因含酚、蒽等有毒物质；含有较多游离碳，塑性差，易开裂。含有较多游离碳，塑性差，易开裂。应用：应用：配制防腐涂料、胶粘剂、防水涂料、油膏、制作油毡。配制防腐涂料、胶粘剂、防水涂料、油膏、制作油毡。特点：特点：七、乳化沥青七、乳化沥青沥青以细小的微滴（沥青以细小的微滴（25m）状态分散于含有状态分散于含有乳化剂稳乳化剂稳定剂定剂的水溶液中，形成水包油状的沥青乳液。的水溶液中，形成水包油状的沥青乳液。常温施工、节约能源常温施工、节约能源;便于施工、节约沥青便于施工、节约沥青;保护环境、保障健康保护环境、保障健康;路面粗糙，减少事故。路面粗糙，减少事故。应用：应用：路面的路面的保护层结构保护层结构、修补路面修补路面或或路面抗滑表层路面抗滑表层。乳化沥青的优点乳化沥青的优点:9.2 沥青混合料沥青混合料 基本概念基本概念沥青混合料的组成材料沥青混合料的组成材料沥青混合料的技术性质沥青混合料的技术性质沥青混合料的组成结构沥青混合料的组成结构热拌沥青混合料（热拌沥青混合料（HMA）的配合比设计的配合比设计沥青混合料的强度和稳定性理论沥青混合料的强度和稳定性理论一、基本概念一、基本概念1.定义定义沥青混合料。沥青混合料。矿料（粗集料、细集料、矿粉）与沥青拌合而矿料（粗集料、细集料、矿粉）与沥青拌合而成；成；沥青混凝土混合料沥青混凝土混合料（Asphalt concrete mixture)。粗集料、。粗集料、细集料、填料与沥青结合料拌合而成，以细集料、填料与沥青结合料拌合而成，以AC（圆孔筛用（圆孔筛用LH）表示。表示。沥青碎石混合料沥青碎石混合料（Asphalt macadam mixture）。粗集料、。粗集料、细集料、少量填料（或不加填料）与沥青拌合而成，压实后细集料、少量填料（或不加填料）与沥青拌合而成，压实后剩余空隙率在剩余空隙率在10以上，以以上，以AM（圆孔筛用（圆孔筛用LS）表示。）表示。沥青路面施工及验收规范沥青路面施工及验收规范（GB 50092-96）沥青混凝土混合料沥青混凝土混合料 沥青碎石混合料沥青碎石混合料 2.分类。分类。按按结合料结合料分类：石油沥青、分类：石油沥青、煤沥青；煤沥青；按按拌制和摊铺温度拌制和摊铺温度分类：热拌热铺，常温；分类：热拌热铺，常温；按按最大粒径最大粒径分类：粗粒式，中粒式，细粒式，分类：粗粒式，中粒式，细粒式，砂粒式砂粒式，特粗式；，特粗式；按按混合料密实度混合料密实度分类：密级配（分分类：密级配（分型、型、型型）、开级配、）、开级配、半开级配；半开级配；按按矿质集料级配类型矿质集料级配类型分类：连续级配、间断级配分类：连续级配、间断级配。具有一定的高温稳定性和低温抗裂性；具有一定的高温稳定性和低温抗裂性；平整确具有一定的平整确具有一定的粗糙度粗糙度；不反光；不反光；无接缝；无接缝；路面有弹性，行车舒适；路面有弹性，行车舒适；施工方便施工方便、速度快速度快；可可分期改造分期改造和和再生利用再生利用。温度敏感性；温度敏感性；老化。老化。3.沥青混合料的特点沥青混合料的特点 二、沥青混合料的组成材料二、沥青混合料的组成材料沥青路面施工及验收规范沥青路面施工及验收规范GB 50092-1996可采用可采用道路石油沥青道路石油沥青、煤沥青煤沥青、乳化石油沥青乳化石油沥青、液体石油沥液体石油沥青青；选择沥青要考虑交通量、气候条件、施工方法、沥青面层类选择沥青要考虑交通量、气候条件、施工方法、沥青面层类型、材料来源；型、材料来源；GB 50092-1996中规定了中规定了重交通道路重交通道路以及中、以及中、轻交通道路轻交通道路对石对石油沥青的要求，规定了道路用油沥青的要求，规定了道路用乳化石油沥青乳化石油沥青、液体石油沥青液体石油沥青、煤沥青煤沥青的质量要求。的质量要求。1.沥青沥青 2.矿料矿料粗集料。粗集料。粒径大于粒径大于2.36mm，如碎石、破碎砾石、筛选砾石、如碎石、破碎砾石、筛选砾石、矿渣等。优先选用碱性集料。矿渣等。优先选用碱性集料。细集料。细集料。粒径小于粒径小于2.36mm，天然砂、人工砂或石屑。天然砂、人工砂或石屑。填料。填料。粒径小于粒径小于0.075mm的磨细矿粉，如石灰石粉。的磨细矿粉，如石灰石粉。三、沥青混合料的组成结构三、沥青混合料的组成结构1.沥青混合料的组成结构沥青混合料的组成结构悬浮悬浮-密实结构密实结构 骨架骨架-空隙结构空隙结构 密实密实-骨架结构骨架结构 三种类型矿料级配曲线三种类型矿料级配曲线1000500.080.31.184.7519间断级配间断级配开级配开级配密级配密级配 四、沥青混合料的技术性质四、沥青混合料的技术性质1.高温稳定性高温稳定性评价方法评价方法：马歇尔试验、车马歇尔试验、车辙试验。辙试验。马歇尔试验指标马歇尔试验指标马歇尔稳定度马歇尔稳定度MS：最大的破最大的破坏荷载（坏荷载（kN）。）。流值流值FL：最大破坏荷载时的垂最大破坏荷载时的垂直变形（直变形（0.1mm）。）。马歇尔模数马歇尔模数T：稳定度除以流稳定度除以流值的商。值的商。动稳定度动稳定度(车辙车辙)试验试验300mm300mm50mm的标准试件，在的标准试件，在60的温度条件下，以的温度条件下，以一定荷载的轮子（轮压一定荷载的轮子（轮压0.7 MPa），在同一轨迹上作一定时间，在同一轨迹上作一定时间的反复行走，形成一定的车辙深度，然后计算试件变形的反复行走，形成一定的车辙深度，然后计算试件变形1mm所所需试验车轮行走的次数。需试验车轮行走的次数。2.低温抗裂性低温抗裂性3.耐久性耐久性用用空隙率空隙率VV、饱和度饱和度VFA、矿料间隙率矿料间隙率（VMA）和和残留稳定残留稳定度度MS0体现。体现。4.抗滑性抗滑性5.施工和易性施工和易性 热拌沥青马歇尔试验指标热拌沥青马歇尔试验指标试验项目试验项目沥青混合料类型沥青混合料类型高速公路、高速公路、一级公路、一级公路、城市快速道、城市快速道、主干道主干道其它等级其它等级过路与城过路与城市道路市道路行人道行人道路路稳定度（稳定度（MS），），KN型沥青混凝土型沥青混凝土型沥青混凝土、抗滑表层型沥青混凝土、抗滑表层7.55.05.04.03.0流值（流值（FL），），0.1mm型沥青混凝土型沥青混凝土型沥青混凝土、抗滑表层型沥青混凝土、抗滑表层20402040204520452050空隙率（空隙率（VV），），型沥青混凝土型沥青混凝土型沥青混凝土、抗滑表层型沥青混凝土、抗滑表层沥青碎石沥青碎石3641010354101025沥青饱和度（沥青饱和度（VFA），），型沥青混凝土型沥青混凝土型沥青混凝土、抗滑表层型沥青混凝土、抗滑表层沥青碎石沥青碎石7085607540607085607540607590残留稳定度（残留稳定度（MS0），），型沥青混凝土型沥青混凝土型沥青混凝土、抗滑表层型沥青混凝土、抗滑表层7570757075 五、沥青混合料的强度和稳定性理论五、沥青混合料的强度和稳定性理论1.沥青混合料的沥青混合料的抗剪强度抗剪强度主要取决于主要取决于粘聚力粘聚力和和内摩擦角内摩擦角。=c+tg c摩尔库仑包络线摩尔库仑包络线 悬浮悬浮-密实结构密实结构 骨架骨架-空隙结构空隙结构 密实密实-骨架结构骨架结构C大，大，小小C小，小，大大C大，大，大大 2.影响沥青混合料抗剪强度的因素影响沥青混合料抗剪强度的因素沥青粘度。沥青粘度。沥青粘度的增加，沥青粘度的增加，粘聚力粘聚力增加，增加，内摩擦角内摩擦角稍有稍有提高。提高。沥青与矿料化学性质沥青与矿料化学性质矿料物理性质。矿料物理性质。比表面积比表面积、级配类型级配类型、表面特征表面特征 沥青用量的影响沥青用量的影响 外因外因0.60.50.40.30.2102030405060T(C)c =f(T)c=f(T)温度对沥青混合料抗剪强度的影响温度对沥青混合料抗剪强度的影响 4003002001000.60.50.40.30.212345c c=f(v)=f(v)V形变速率对沥青混合料抗剪强度的影响形变速率对沥青混合料抗剪强度的影响 六、热拌沥青混合料（六、热拌沥青混合料（HMA）的配合比设计的配合比设计1.矿料配合比计算矿料配合比计算确定沥青混合料类型和集料最大粒径（查表）；确定沥青混合料类型和集料最大粒径（查表）；确定矿料级配范围（查表）；确定矿料级配范围（查表）；根据各矿料的筛分曲线计算矿料的配合比。根据各矿料的筛分曲线计算矿料的配合比。沥青路面施工及验收规范沥青路面施工及验收规范（GB 50092-96）沥青路面各层的沥青混合料类型（方孔筛系列）沥青路面各层的沥青混合料类型（方孔筛系列）结构结构层次层次高速公路、一级公路、城高速公路、一级公路、城市快速路、主干路市快速路、主干路其它等级公路其它等级公路一般城市道路及其一般城市道路及其它道路工程它道路工程三层式沥青三层式沥青混凝土路面混凝土路面两层式沥青两层式沥青混凝土路面混凝土路面沥青混凝沥青混凝土路面土路面沥青碎沥青碎石路面石路面沥青混凝沥青混凝土路面土路面沥青碎沥青碎石路面石路面上面层上面层AC-13AC-16AC-20AC-13AC-16AC-13AC-16AM-13AC-5AC-10AC-23AM-5AM-10中面层中面层AC-20AC-25下面层下面层AC-25AC-30AC-20AC-25AC-30AC-20AC-25AC-30AM-25AM-30AM-25AM-30AC-20AC-25AM-25AM-30AM-25AM-30AM-40 2.确定最佳沥青用量确定最佳沥青用量查表并根据经验估计适宜的沥青用量查表并根据经验估计适宜的沥青用量（油石比）（油石比）；以估计沥青用量为中值，按以估计沥青用量为中值，按0.5间隔变化，取间隔变化，取5个不同的沥青个不同的沥青用量，实测用量，实测密度密度，计算出的，计算出的空隙率空隙率、饱和度饱和度；实测的；实测的稳定度稳定度、流值流值，绘制沥青用量与它们的关系图；，绘制沥青用量与它们的关系图；从图中分别取相应于从图中分别取相应于密度最大值密度最大值、稳定度最大值稳定度最大值和和规定空隙率规定空隙率范围中值范围中值的沥青用量的沥青用量a1、a2和和a3，计算最佳沥青用量初始值，计算最佳沥青用量初始值OAC1。从图中分别取规定从图中分别取规定稳定度稳定度、流值流值、饱和度饱和度和和空隙率空隙率范围，确范围，确定相应的沥青用量范围，取各沥青用量范围的共同部分，即为定相应的沥青用量范围，取各沥青用量范围的共同部分，即为沥青最佳用量范围沥青最佳用量范围OACmin OACmax,求其中值求其中值OAC2。沥青混合料技术指标与沥青用量关系图沥青混合料技术指标与沥青用量关系图 按按OAC1在图中求取各项指标，若各指标符合规定要求，则在图中求取各项指标，若各指标符合规定要求，则由由OAC1和和OAC2综合确定最佳沥青用量综合确定最佳沥青用量OAC（可取两者中值）（可取两者中值）；若不符合，则调整重做，直至符合。；若不符合，则调整重做，直至符合。按最佳沥青用量按最佳沥青用量OAC制作马歇尔试件和车辙试验试件，进制作马歇尔试件和车辙试验试件，进行行水稳定性检验水稳定性检验和和高温稳定性（车辙）检验高温稳定性（车辙）检验。试验室配合比设计（目标配合比）；试验室配合比设计（目标配合比）；生产配合比设计；生产配合比设计；生产配合比验证（试拌试铺配合比调整，标准配合比）。生产配合比验证（试拌试铺配合比调整，标准配合比）。沥青混合料配合比设计一般按以下三个步骤：沥青混合料配合比设计一般按以下三个步骤：本章结束本章结束