第九章沥青和沥青混合料.ppt

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1、第九章 沥青、防水材料和沥青混合料,沥青的定义：一系列分子量不等的高分子 聚合物组成的有机混合物质。沥青的分类：石油沥青、焦油沥青沥青特点：粘性、塑性、憎水性、不透水性不导电性、耐蚀性沥青的应用：道路工程、防水工程、防腐工程,（一）、石油沥青的生产、组丛和结构 生产:,9-1 石油沥青,分类：按原油基属：石蜡基、环烷基、中间基 按加工方式：直馏、蒸馏、氧化、裂化、酸洗等 按状态：粘稠沥青、液体沥青 按用途：道路石油沥青 建筑石油沥青 普通石油沥青,组分：沥青中物理力学性质相近的成分 三组分分析法（溶解-稀释法）油分：黄色液体，赋予沥青流动性。树脂：褐色粘稠体，赋予沥青塑性和粘结性 地沥青质：黑

2、色固体，赋予沥青温度稳定性 石蜡：有害组丛 四组分分析法 饱和分：无色液体 芳香分：黄色或红色液体 胶质：棕色粘稠体 沥青质：深棕色或黑色固体,结构：结构形式:胶体结构 胶体结构类型:溶胶型结构-油分树脂多,地沥青质少 凝胶型结构-油分树脂少,地沥青质多 溶凝胶型结构-三者适中 土木工程常用沥青结构 胶体结构划分依据:针入度指数,(二)、沥青技术性能,1、粘性（粘滞性）定义：在外力作用下抵抗变形的能力影响因素：地沥青质，油份粘滞性 温度粘滞性 指标：粘稠沥青：针入度（0.1mm）,P（25，100g，5s）液体沥青：粘度（s），CdT 针入度、粘度粘性大,2、塑性（延展性）,定义：在外力作用下

3、产生变形而不破坏的能力影响因素：树脂含量塑性 温度塑性 指标：延度（mm）延度大 塑性好,3、温度稳定性（温度敏感性）,定义：粘性和塑性随温度升降而变化的性能,改善：增塑剂、橡胶、树脂、填料,指标：软化点Tm、脆化点Tg,影响因素：地沥青质、油份树脂 Tg、Tm,实际要求：软化点高，脆化点低。,针入度指数 评价原理：针入度（P）随温度变化（T）而变化 lgP=AT+K A针入度-温度敏感系数 A值的计算原理：已知直线上两点，即可求得斜率值。缺陷：A值为小数，应用不方便。,针入度指数（PI）概念的建立 原理：以针入度指数PI表示沥青的温度敏感性，假设20为最佳值，-10为最差值。则：（20-PI

4、）/（PI+10）可评价温度敏感性针入度指数的计算：PI=30/（1+50A）-10 针入度指数与沥青胶体结构类型：PI2，凝胶结构 PI-2，溶胶结构-2 PI 2，溶凝胶结构,土木工程用沥青针入度指数的选择：道路沥青：通常：-2 PI 路面：-1 PI 1，0.5 PI 1 灌浆材料：-3 PI 1 胶结剂：-2 PI 5PI越大，高温稳定性越好。低温性能需做改性处理,4、粘附性,定义：石油沥青与其他材料界面粘结性能或抗剥落的能力。影响因素：沥青的组丛、被粘结材料的表面物理、化学性质评价方法：13.2mm骨料，水煮法 13.2mm骨料，水浸法,5、大气稳定性,定义：沥青在光、热、水、气等环

5、境因素作用下抵抗老化的性质。老化原因：油分 树脂地沥青质老化结果：变硬、变脆、易开裂评价方法：蒸发质量损失率、加热前后针入度比、加热前后延度变化,6、施工安全性,定义：石油沥青在加热使用时，不易发生闪火或燃火的性质。评价指标：闪点：燃点：,石油沥青组分、结构与性能之间的关系,溶胶型结构,粘性,软化点,延度,针入度,塑性,耐热性,油分树脂地沥青质,三、石油沥青分类、标准与选用,1、分类道路、建筑、普通石油沥青2、标号 按针入度划分，并保证其他性能,3、选用依据：工程性质、施工方法、环境温度4、应用：道路石油沥青 拌制混凝土、用于路面 和地坪，或防水防潮工程建筑石油沥青 建筑防水、防腐普通石油沥青

6、 性能较差，少用,1、改性的目的改善性能，延长使用寿命屋面防水：高温不流淌，抗老化，抗低温脆断。路面工程：高温抗剪强度高、不拥包、推移、抗车辙等永久变形；抗低温开裂；抗老化；较强的粘附性、抗疲劳应力、抗滑等。,四、沥青的改性及应用,2、常用的改性剂 高聚物如树脂类、橡胶类和树脂橡胶合金共聚物。微填料炭黑、高钙粉煤灰、或火山灰、页岩粉等，采用的微填料应经活化、芳化等预处理，否则反而会劣化沥青性能。纤维类聚乙烯纤维、聚酯纤维等人工合成纤维和矿质石棉纤维等。硫磷改性剂硫在沥青中能提高沥青的高温抗变形能力，具有所谓“硫桥”作用，掺加低剂量（0.51.0%）即有明显效果。,树脂 耐寒性、耐热性、粘性 沥

7、青橡胶 高温变形性 低温柔顺性 填料 粘性、耐热性、温度稳定性,3、改性沥青的效果,我国房屋建筑防水现状,9-2 防水材料,屋面防水等级,1999年全国销售量 沥青防水卷材：万平方米改性沥青防水卷材：5600万平方米 高分子防水卷材：3100万平方米,应用一 防水卷材,一、沥青 防水卷材油毡：防水 高软化点沥青，胎体 油纸、玻璃纤维布，防粘隔离 滑石粉、云母片。优点：防水性能较好、资源丰富、价格低廉。缺点：低温脆裂、高温流淌，抗拉强度低，延伸率小，热施工毒气大，耐久性差。,二、改性沥青防水卷材,主要品种 国内销售量比例SBS改性沥青防水卷材 8APP改性沥青防水卷材 2,1、SBS改性沥青防水

8、卷材防水 苯乙烯丁二烯嵌段共聚物(SBS)橡胶改性石油沥青胎体 沥青浸渍聚脂纤维无纺布，防粘隔离 细沙、矿物粒片、聚乙烯膜优点：90高温不流淌、-20低温不脆裂、抗拉强度高(600N)、延伸率大(30%)、优异的弹性、常温施工。,2、APP改性沥青防水卷材防水 无规聚丙烯(APP)改性石油沥青胎体 沥青浸渍的聚脂纤维无纺布，防粘隔离 细沙、矿物粒片、聚乙烯膜优点：-10低温不脆裂、120高温不流淌 抗拉强度高(600N)、延伸率大(30%)、优良的耐老化性、常温施工。,三、合成高分子 防水卷材,1999年全国销售量三元乙丙橡胶防水卷材：400万平方米氯化聚乙烯防水卷材：800万平方米聚乙烯丙纶

9、复合防水卷材：750万平方米聚氯乙烯防水卷材：300万平方米橡塑共混防水卷材：400万平方米,1、聚氯乙烯(PVC)防水卷材 产品：以增塑聚氯乙烯为基料的塑性卷材 特性：强度高(10MPa)延伸率大(200%)耐低温(-20)、耐老化。,2、三元乙丙橡胶防水卷材产品：以三元乙丙橡胶为主的防水片材特性：耐老化、高温、耐低温(-30)，抗拉强度较高(2.2MPa)、延伸率大(200%)。应用：耐日光、耐腐蚀的屋面或地下工程,3、氯化聚乙烯橡胶共混防水卷材产品：以氯化聚乙烯橡胶共混、无织物增强的硫化型防水卷材特性：较高的强度(6-7MPa)、耐老化，高延伸率(250-400%)、高弹性、低温柔顺性。

10、,应用二 防水涂料,应用：复杂表面 缺点：膜层厚度难保持均匀一致一、沥青基防水涂料 冷底子油：沥青+汽油 乳化沥青：水+乳化剂+沥青 应用：沥青类防水施工打底,使亲水基层具有憎水表面，利于亲水材料与憎水材料结合。,乳化沥青将粘稠沥青加热至流动态，高速搅拌，形成微滴，分散在有乳化剂+稳定剂的水中，形成均匀稳定的乳状液。应用 建筑屋面、混凝土地下室和卫生间防水。道路工程中，用于修筑路面，拌制沥青混凝土或沥青碎石，拌制加固土。,二、聚合物改性沥青防水涂料 特性：柔韧性、抗裂性、拉伸强度、耐高低温性能、使用寿命好 产品：再生橡胶改性、SBS橡胶改性、水乳型氯丁橡胶沥青防水涂料,三、合成高分子防水涂料

11、成膜物质：合成橡胶、合成树脂 特性：高弹性、高耐久、耐高低温 产品：聚氨脂防水涂料 有机硅防水涂料,应用三 建筑密封材料,一、性能要求 水密性、粘结性、弹塑性 耐高低温性、耐老化性二、分类 按形态不定型的密封膏 定型的密封条 按性能弹性、非弹性,三、密封膏 1、沥青嵌缝油膏 配制：沥青+改性材料+稀释剂+填充料 应用：填缝、粘结油毡 2、有机硅橡胶密封膏（硅酮密封膏）特性：耐热、耐寒、耐候、广谱粘结性、耐拉压疲劳好,3、丙烯酸脂密封膏 粘结性好、耐老化、耐腐蚀；弹性、延性较小。四、密封条 由塑料、橡胶经挤出成型而得,定义 矿物集料与沥青拌合而成的混合料的总称。包括沥青混凝土混合料和沥青碎石混合

12、料。沥青混凝土混合料AC适当比例的粗集料、细集料及填料与沥青在严格控制条件下拌合压实后空隙率10%的沥青混合料。沥青碎石混合料AM适当比例的粗骨料、细骨料及少量填料或不掺填料拌合压实后空隙率10%的沥青混合料,9-3 路面用沥青混合料,沥青混合料的技术特点物理力学性能较高的抵抗荷载的能力、高温稳定性、低温柔韧性、水稳定性施工和易性平整无接缝、减震吸声、行车舒适交通安全具一定粗糙度、无强烈反光耐久性在环境光、热、水、气等因素作用下保持性能,沥青混合料的分类 按最大粒径分类（1）粗粒式沥青混合料（Dm为26.6mm或31.5mm）（2）中粒式（Dm为16 mm 或19 mm）（3）细粒式（Dm为9

13、.5mm或13.2mm）（4）砂粒式沥青混合料（Dm4.75mm）也称沥青石屑或沥青砂,按路面压实度分类密实式沥青混合料剩余空隙率5%；半密实式空隙率为5%10%；半开式剩余空隙率10%；（沥青碎石)开级配剩余空隙率15%；（开式）间断级配,按施工温度分类热拌热铺沥青混合料（热态拌合、热态铺筑）；常温沥青混合料乳化沥青、稀释沥青，（常温下操作，冷施工）,一、沥青混合料的强度理论和组成结构,1、沥青混合料强度理论 沥青路面破坏形式高温时塑性变形过剩抗剪强度不足低温脆裂抗拉强度不足，变形能力差因此研究沥青混合料的抗剪强度和抗变形能力。,摩尔-库伦包络线应力圆的公切线 即为抗剪强度曲线,圆柱形试件三

14、轴剪切试验得到,决定沥青混合料C与值的摩尔圆包络线,沥青混合料的抗剪强度()公式,正应力（Mpa）；C沥青混合料的粘力（Mpa）；沥青混合料的内摩擦角。,粘聚力C，内摩擦角 抗剪强度,2影响沥青混合料强度与稳定性的因素,内 因 沥青粘度 沥青与矿物的化学性质 矿粉比表面（细度）沥青用量 集料的级配类型、粒径、颗粒状态,沥青粘度,沥青是胶结材料，其粘度大，对集料约束使其嵌锁结构稳定，粘滞阻力大，抗变形能力强。因此 粘聚力C，内摩擦角 抗剪强度,沥青与矿物的化学性质,沥青与矿物表面形成一层厚度0的“结构沥青”，该沥青化学组分重新排列，粘度，粘聚力，0以外的沥青称“自由沥青”。,自由沥青,结构沥青,

15、讨 论：以“结构沥青”接触的两颗粒，粘聚力C以“自由沥青”接触的两颗粒，沥青混合料粘聚力C较小,“结构沥青”0的厚度与矿粉的化学性质有关：沥青石灰石粉（碱性集料）界面的0 厚度大，矿粉之间更有可能通过结构沥青联结。沥青石英粉（酸性集料）界面的0 厚度小。,矿粉比表面（细度）,沥青用量一定，矿粉比表面积大，形成的“结构沥青”数量，沥青混合料的粘聚力C。矿粉的性质和用量对沥青混合料的抗剪强度影响很大。掺矿粉的重要性,结论：配制沥青混凝土时，必须掺适量矿粉产生“结构沥青”混合料粘结力C抗剪强度高温抗变形能力 提高温度稳定性,沥青用量,沥青用量适当，可形成足够数量的“结构沥青”，使得粘聚力，且矿料之间

16、以“结构沥青”连接，此时，沥青胶浆有最优的粘聚力。所以在沥青混合料配合比设计时，要考虑最佳沥青用量。,集料的级配类型、粒径和颗粒状态,合理级配颗粒间成嵌锁结构，摩擦阻力，近似正方体，表面粗糙的颗粒内摩擦角较强的力学稳定性沥青混合料抗剪力,外 因 温度沥青属热塑性材料 温度，粘聚力C抗剪强度。形变速率C，抗剪强度,3.沥青混合料的组成结构和性能,密实-悬浮结构 骨架-空隙结构 骨架-密实结构,三种沥青混合料的结构常数不同，稳定性有差异。,1、悬浮密实结构 连续型密级配集料密实度高，但各级集料均为次级集料所隔开，粗集料不能互相靠拢形成骨架，悬浮于次级集料及沥青胶浆之间。特点：结构沥青多，粘聚力C大

17、，内摩阻角较小，高温稳定性较差,2、骨架空隙结构 集料组成为连续型开级配。粒径递减系数大，粗集料多，细集料少，甚至没有。粗集料形成骨架后，细集料不能填满其空隙。特点：结构沥青少，粘聚力C小，内磨阻角高，难以摊铺压实成平整路面。,3、密实骨架结构 集料组成采用间断级配。粗集料形成骨架后，相当数量的细集料填满其空间。特点：结构沥青多，粘聚力C较高，内磨阻角较高，可摊铺成结构密实、表面平整、物理力学性能比较稳定的路面。,二、沥青混合料的技术性质和标准,路面沥青混合料要求具备的技术性质 力学强度承受交通荷载，抗高温变形，低温脆裂；耐久性抵抗自然因素作用；抗滑性交通安全；施工和易性摊铺和压实,1、高温稳

18、定性定义：高温条件下承受重复荷载没有很大变形（60夏季温度不产生车辙、拥包和波浪）。评价方法：(1)马歇尔稳定度试验(2)车辙试验,(1)马歇尔稳定度三项指标,101.663.5mm圆柱体试件稳定度（MS）规定温度和加荷速率时破坏荷载（kN）；流值（FL）破坏时，试件的垂直变形（0.1mm）；马歇尔模数（T）（kN/mm）,（2）车辙试验,高速公路、一级公路、城市快速路、主干路要求此项试验。试件：mm 温度：60 方法：车轮反复行走。,指标：动稳定度（DS）试件变形1mm深时，车轮行走次数。GBJ50092-96规定60时动稳定度 DS 800次/mm 高速公路，城市快速路 DS 600次/m

19、m 一级公路、城市主干道,2、低温抗裂性,定义：沥青混合料抵抗低温开裂的能力。目前末列入技术指标，简单评估。,3、耐久性,定义：抵抗自然因素和车载长期作用，保持原有性能的能力。沥青老化、集料破坏、水导致沥青与集料粘附性降低而出现剥落 试验方法：浸水马歇尔试验 浸水车辙试验 评价指标：空隙率VV、饱和度VFA、残留稳定度MS0（%）。,耐久性影响因素,化学性质：沥青、集料的化学性质 混合料的组成结构空隙率。空隙率，防阳光及渗水，一般空隙率保留36%；以备夏季沥青膨胀；空隙率，沥青-集料之间粘结力差，饱水后集料剥离，颗粒相互推移，体积膨胀，力学强度下降，路面破坏。,4、抗滑性,沥青路面抗滑性与下列

20、因素有关：集料表面特性选择硬质有棱角；混合料级配合理 沥青用量及沥青含蜡量最佳沥青用量，路面含蜡量3%规范中对抗滑层集料有磨光值、道瑞磨耗值和冲击值的要求,5施工和易性,易于拌和、摊铺和碾压。与气温、施工条件及混合料性质有关，骨料级配具有直接影响。目前凭经验，无测定方法。,路面沥青混合料的技术标准 不同等级道路、不同类型混合料具有不同的指标要求。主要指标 力学指标：击实次数、稳定度DS、流值FL 耐久性指标：空隙率VV、沥青饱和度VFA、残留稳定度MS0、矿料间隙率VMA,三、沥青混合料组成材料的技术要求,1、沥青 根据气候条件、施工季节、路面类型、施工方法和矿料类型选取 高稠度（标号小）沥青热气候、重交通量、细粒式、砂粒式集料 沥青稠度大，混合料力学强度大，稳定性好。,2、粗集料防滑表层不宜用软质集料，应符合石料磨光值等指标。酸性岩石（花岗岩、石英岩）用作高等级公路时，应采用低标号沥青，并采取抗剥离措施。填料用石灰粉；酸性集料用石灰浆处理。,3、细集料天然砂、人工砂，应符合级配要求。4、填料石灰粉或岩浆岩中强碱性（憎水性）岩石磨细的矿粉。,