土木工程材料第11-12章沥青与沥青混合料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第11-12章 沥青与沥青混合料,沥青的概述,沥青的主要特性,沥青的分类及土木工程中常用的沥青,1,11.1,石油沥青,(1)石油沥青的组分(按分子量分组),1),油分,2),树脂(沥青脂胶),3),地沥青质,沥青中的蜡含量,2,(2),石油沥青的结构,（,1,）溶胶结构。沥青质含量较少，胶团间完全没有引力或引力很小，在外力作用下随时间发展的变形特性与粘性液体一样。,（,2,）凝胶结构。沥青质含量很多，胶团间由吸引力而形成立体网状，在外力作用下弹性效应明显。,（,3,）溶一凝胶结构。介于溶胶与凝胶之间，并有较多的树脂，胶团间有一定吸引力，在常温下受力变形的最初阶段呈现出明显的弹性效应，当变形增加到一定数值后，则变为有阻尼的粘性流动。,大部分优质道路沥青均配成溶,-,凝胶型结构，具有粘弹性和触变性，故亦称弹性溶胶。,3,2),塑性,技术指标：延度,3),温度敏感性,技术指标：,软化点,5,4),大气稳定性,表示方法,5)其它性质,溶解度,闪点,燃点,6,(,4),石油沥青的技术标准及选用,1)石油沥青的技术标准,石油沥青的牌号,P246,表,11-3,7,2),石油沥青的选用,3)石油沥青的,掺配,与,稀释,8,因为含表面活性物质较多，所以与矿料表面粘附力较强。,防腐性好。,10,11.3,改性石油沥青,矿物填料改性沥青,掺入矿物填料的前提条件：,沥青能润湿矿物填料；,沥青与矿物填料之间具有较强的吸附力，并不为水所剥离。,12,树脂改性沥青,聚乙烯改性沥青,聚氯乙烯改性沥青,聚丙烯改性沥青,无规聚丙烯改性沥青,苯乙烯,丁二烯嵌段共聚物改性沥青,14,11.4,沥青及改性沥青基防水材料,防水材料的分类,按形状和用途分为,防水涂料,防水卷材、片材,密封材料,防水材料的发展趋势,向橡胶基和树脂基防水材料或高聚物改性沥青系列发展；,油毡的胎体由纸胎向玻纤或化纤方面方向发展；,密封材料和防水材料由低塑性产品向高弹性、高耐外性产品的方向发展；,防水层的构造由多层向单层发展；,施工方法由热熔法向冷贴法发展,15,按基本成分分为,沥青基防水材料,改性沥青基防水材料,高聚物基防水材料,16,11.4.1,防水涂料,施工方法：热施工、冷施工（常温）,一、沥青基防水涂料,1)冷底子油、乳化沥青,2)沥青胶（玛蹄脂）,17,二、改性沥青防水涂料,再生橡胶改性沥青防水涂料,氯丁橡胶改性沥青防水涂料,SBS,改性沥青防水涂料,聚氨酯防水涂料,硅橡胶防水涂料,丙烯酸酯防水涂料,18,11.4.2,沥青及改性沥青防水卷材,按胎体分类：,有胎,原纸、无纺布、玻璃丝布,无胎,沥青防水卷材是用纤维织物、纤维毡等胎体浸涂沥青，表面撒布粉状、粒状或片状材料制成的可卷曲的片状防水材料。,20,高聚物改性沥青防水卷材,定义：以合成高分子聚合物改性沥青为涂盖层，纤维织物或纤维毡为胎体，粉状、粒状、片状或薄膜材料为覆面材料制得的可卷曲片状防水材料。,（1）,SBS,改性沥青防水卷材,（2）,APP,改性沥青防水卷材,（3）其他品种高聚物改性沥青防水卷材,21,防水卷材的基本性能要求,1）不透水性,2）温度稳定性,3）强度、抗断裂性及延伸性,4）低温柔韧性,5）大气稳定性,23,11.4.3,密封材料,定义：在土木工程中，常出现大量的建筑结构缝和施工缝，为保证建筑物的水密性和气密性，需对这些缝隙填充有一定弹性、粘结性及密封性的材料。,24,常用密封材料,（1）聚氨酯密封膏,（2）聚硫橡胶密封膏,（3）丙烯酸类密封膏,（4）有机硅橡胶（硅酮）密封膏,（5）聚氯乙烯胶泥（,PVC,胶泥）,26,11.4,沥青混合料,一、分类,1)按胶结材料种类分,石油沥青混合料,(A),煤沥青混合料,(T),27,2)按施工温度分,热拌热铺混合料，即沥青与矿质骨料(简称矿料)在热态下拌和，热态下铺筑。,常温沥青混合料，即采用乳化沥青或稀释沥青与矿料在常温下拌和、铺筑。,28,4)按混合料密实度分,密级配沥青混合料，压实后剩余空隙率小于10。,C,型为,3%,6%,F,型为,4%,10%,。,开级配沥青混合料，指级配主要由粗骨料组成，细骨料较少，骨料相互拨开，压实后剩余空隙率大于1,8,的开式混合料。,半开级配沥青混合料，填料较少或不加填料，压实后剩余空隙率在,6,1,2,的半开式沥青混合料，也称为沥青碎石混合料。,30,5)按骨料最大粒径分,粗粒式沥青混合料，指骨料最大粒径为26.5,mm,或31.5,mm,的混合料。,中粒式沥青混合料，指骨料最大粒径为16,mm,或19,mm,的混合料。,细粒式沥青混合料，指骨料最大粒径为9.5,mm,或13.2,mm,的混合料。,砂粒式沥青混合料，指骨料最大粒径等于或小于4.75,mm,的混合料。,31,二、沥青混合料组成材料,沥青,主要是道路石油沥青。,沥青的选用应根据气候条件、交通性质、混合料类型和施工条件来确定。例如：较冷地区交通繁重情况下应选用标号较高的沥青，低温时有较好的变形能力，但夏季高温稳定性不足。,32,粗骨料,碎石、破碎砾石和钢渣、矿渣等。石料应洁净、干燥、表面粗糙、无风化、耐磨、与沥青间粘附性好。,应采用碱性或中性石料。石料的酸碱性与矿物成分有关,(SiO2),。,提高沥青与石料间粘附力,(,抗剥落性）应采取下列措施：,a.,采用干燥的磨细消石灰或生石灰粉、水泥作为填料的一部分，其用量为矿料总量的12。,b.,在沥青中掺加抗剥离剂。,c.,将粗骨料用石灰浆处理后使用。,33,细骨料,天然砂（河沙、海砂）、机制砂、石屑。,干燥、洁净、无风化、富有棱角、具有一定级配。用于抗滑表层时，沥青混合料中石屑用量不超过砂用量。,34,填料,粒径小于0.075,mm,的矿质粉末称为填料。干燥、洁净、泥土少。,岩石粉、水泥、石灰、粉煤灰。,用量不宜超过矿料总量的,2%,。矿粉过细，施工和易性差。,35,三、沥青混合料组成结构,悬浮一密实结构,骨架一空隙结构,密实一骨架结构,36,四、沥青混合料的性能,1),高温稳定性,马歇尔稳定度试验,车辙试验,2),低温抗裂性,37,3),耐久性,4),抗滑性,5),施工和易性,38,五、沥青混合料的技术指标,1,）稳定度与残留稳定度,马歇尔稳定度（,MS),：圆柱型试件在,60,水中,30,40min,，以,50mm/min,速度加荷，破坏时最大的荷载(,KN,）。,残留稳定度（,MS,o,):,浸水,48h,后稳定度与标准稳定度的百分比。,39,2,）流值：马歇尔实验中达到最大破坏荷载时试件的垂直变形(以0.1,mm,计)。,评价沥青混合料抗塑性变形能力的指标。,40,3,）空隙率（,VV,）,%,评价沥青混合料密实程度的指标。指压实沥青混合料中空隙体积占沥青混合料总体积的百分率。,空隙率大，抗滑性和高温稳定性好，但强度低、抗渗性低、耐久性低。,41,4,）饱和度（,VFA,）,%,也称沥青填隙率，是沥青体积占矿料间隙体积的百分率。,饱和度小，沥青不能充分裹覆矿料，影响沥青混合料的粘聚性。饱和度过大，沥青混合料的空隙率小，夏季沥青体积膨胀，引起泛油，降低沥青混合料的高温稳定性。,42,课程结束,43,沥青的主要特性,沥青是一种有机混合物；,沥青属憎水性，具有良好的不透水性；,具有较强的抗化学腐蚀性和电绝缘性；,具有很好的粘结性和抗冲击性；,具有很好的塑性，能适应基材的变形。,44,沥青的分类,土木工程中常用的主要是石油沥青和少量煤沥青。,45,石油沥青,石油沥青是石油原油经蒸馏提炼出各种轻质油及润滑油后的残留物加工后得到；,分为：道路石油沥青、建筑石油沥青、防水、防潮石油沥青和普通石油沥青。,46,石油沥青的,油分,淡黄色或红褐色的油状液体。,分子量最小、密度最小的组分。,含量为4,5%,60。,油分赋予沥青以流动性。,47,石油沥青的,树脂(沥青脂胶),红褐至黑褐色粘稠状物质（半固体）。,分子量比油分大。,含量为15,%,30。,使沥青具有良好的塑性和粘结性。,48,沥青质（地沥青质）,深褐色至黑色固态颗粒物质。,分子量最大。,含量在,5%,30。,降低石油沥青的温度敏感性和塑性，增加粘性和硬脆性。,49,石油沥青的,粘滞性,粘滞性又称粘性或稠度，反映沥青材料内部阻碍其相对流动和抵抗剪切变形的能力。,组分对粘性的影响：油分多，粘性小。,温度对粘性的影响：一定温度范围内，温度升高，粘性降低。,50,针入度,用于固态或半固态石油沥青。,用针入度仪测定。,针入度是在250.1条件下，以规定质量的标准针，在5s内贯入试样中的深度，以0.1mm为单位表示。,51,标准粘度,用于液体石油沥青。,用标准粘度计测定。,标准粘度是在20、25、30或60、3,mm、5mm,或10,mm,的孔口流出50,cm,3,沥青所需的时间秒数，用符号“”表示，,d,为流孔直径，,t,为试样温度，,T,为流出50,cm3,沥青所需的时间。,52,石油沥青的塑性,用延度来表示。,延度测定：把沥青制成“”形标准试件，置于延度仪内(250.5)水中，以(50.25)cmmin的速度拉伸，用拉断时的伸长度(cm)表示。,延度越大，塑性越好。,防止开裂；减小噪声。,53,石油沥青的,温度敏感性,指石油沥青的粘性和塑性随温度的变化而变化的程度。,54,石油沥青的,软化点,液化点与固化点之间温度间隔的,87.21%,为软化点。,沥青软化点一般采用环球法测定。把沥青试样装入规定尺寸的铜环内，上置一直径为9.5,mm、,质量为(3.500.05),g,的标准钢球，浸入水或甘油中，以规定的速度升温(5,min)，,当沥青软化下垂至规定距离(25.0,mm),时的温度即为软化点，以计。,55,石油沥青的大气稳定性,大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素的长期综合作用下抵抗老化的性能，即沥青材料的耐久性。,老化：,塑性降低、粘性增强、硬脆开裂,原因：,轻质油分挥发。,低分子化合物转变为高分子物质，即油分和树脂逐渐减少，地沥青质逐渐增多。,56,大气稳定性的表示方法,以加热蒸发损失百分率和加热前后针入度比来评定。,其测定方法是：先测沥青试样的质量及其针入度，然后将试样置于烘箱中，在160下加热蒸发5,h，,待冷却后再测定其质量及针入度。,计算出蒸发损失质量占原质量的百分数，称为蒸发损失百分率；,标出蒸发后针入度占原针入度的百分数，称为蒸发后针入度比。,57,石油沥青的溶解度,指石油沥青在有机溶剂(如三氯乙烯、四氯化碳等)中溶解的百分率，表示石油沥青中有效物质的含量，即纯净程度。,58,石油沥青的闪点,也称闪火点，指加热沥青至挥发出的可燃气体与空气的混合物在规定条件下与火焰接触，初次闪火(有蓝色闪光)时的沥青温度()。,59,石油沥青的燃点,也称着火点，指加热沥青产生的气体与空气的混合物，与火焰接触能持续燃烧5s以上，此时沥青的温度即为燃点(t)。,燃点温度比闪点温度高约10。,60,石油沥青的牌号,道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青按针入度指标划分牌号。例如针入度指标为2540的建筑石油沥青，其牌号为30（即30号沥青）。,防水、防潮石油沥青按针入度指数划分牌号，还增加了保证低温变形性能的脆点指标。,61,石油沥青的选用,根据工程性质(道路、房屋、防腐等)及当地气候条件，所处工程部位(屋面或地下等)来选用不同品种和牌号的沥青。,道路石油沥青用于道路工程。,建筑石油用于建筑防水和防腐工程。,防水、防潮石油沥青用于防水工程。,62,石油沥青的掺配,P,1,较软石油沥青用量，；,P,2,较硬石油沥青用量，；,T,掺配后的石油沥青软化点，；,T,1,较软石油沥青软化点，；,T,2,较硬石油沥青软化点，。,63,石油沥青的,稀释,石油沥青采用汽油、煤油、柴油等石油产品系列的轻质油料作稀释剂。,煤沥青采用煤焦油、重油、蒽油等煤产品系列的油料作稀释剂。,64,煤沥青,煤沥青是生产焦炭和煤气的副产物。烟煤在干馏过程中的挥发物质，经冷凝而成黑色粘生液体称为煤焦油，再经分馏加工提取轻油、中油、重油及蒽油之后所得残渣即为煤沥青。,65,煤沥青与石油沥青的鉴别,66,矿物填料改性沥青,矿物填料有粉状和纤维状两种，常用的填料有滑石粉、石灰石粉、硅藻土、石棉绒、云母粉、磨细砂、粉煤灰、水泥、高岭土、白垩粉等。,提高沥青的粘性和耐热性，减小沥青的温度敏感性。,67,沥青混合料,沥青混合料是沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料的总称。,由适当比例的粗骨料、细骨料及填料与沥青拌和、压实，剩余空隙率小于10的混合料，简称沥青混凝土(AC)；剩余空隙率在10以上的混合料，简称沥青碎石(AM)。,68,悬浮一密实结构,连续型密级配骨料,各级骨料悬浮于次级骨料及沥青胶浆之间,密实度与强度较高，温度敏感性强，高温稳定性差,69,骨架一空隙结构,连续型开级配骨料。,较粗骨料紧密相接，形成骨架；细骨料很少，甚至没有；较粗骨料紧密相接，形成骨架。,粘结力较弱，受沥青影响小，温度稳定性好。,70,骨架一密实结构,粗骨料间断级配形成空间骨架，又有相当数量的细骨料填充骨架空隙。,较强的粘结力，较高的抗剪强度。,因间断级配而易离析。,71,高温稳定性,指在夏季高温(通常取60)条件下，经车辆荷载反复作用后不产生车辙和拥包等病害的性能。,72,马歇尔稳定度试验,马歇尔稳定度（MS)：标准尺寸试件在规定温度和加荷速度下，在马歇尔试验仪中最大的破坏荷载(KN)；反映静态稳定度。,流值：马歇尔试验达到最大破坏荷载时试件的垂直变形(以0.1mm计)。,73,车辙试验,动稳定度（DS):60车辙实验,用标准成型方法制成的300mm300mm50mm的沥青混合料试件，在60下，以一定荷载的橡胶轮(轮压为0.7MPa)在同一轨迹上作一定时间的反复行走，测定其在变形稳定期每增加1mm变形的碾压次数，即动稳定度，以次mm表示。,74,低温抗裂性,预估沥青路面的开裂温度：测定沥青混合料的低温劲度和温度收缩系数，计算低温收缩时在路面中所出现的温度应力，通过与沥青混合料的抗拉强度对比，来预估沥青路面的开裂温度。,低温蠕变试验,低温弯曲试验,75,耐久性,包括沥青的抗老化能力和混合料的抗水损害能力。,以马歇尔稳定度试验来确定沥青最佳用量。,采用空隙率（310）、饱和度和残留稳定度等指标来表征沥青混合料耐久性。,76,抗滑性,抗滑层骨料有三项指标要求,磨光值,道瑞磨耗值,冲击值,抗滑性与沥青用量、矿料级配及表面构造（粗糙度）有关。沥青含蜡量高，抗滑性差。,77,施工和易性,与气温、施工条件、骨料级配、沥青用量有关。,矿料级配：若粗细骨料的颗粒大小差距过大，缺乏中间粒径，混合料容易产生离析；,细料：太少，沥青层不容易均匀地分布在粗颗粒表面；过多则使拌和困难。,78,