沥青及沥青混凝土课件.pptx

1、 1 概述沥青材料的定义 沥青是一种有机胶凝材料，常温下呈黑色或黑褐色的固体、半固体或粘稠性液体。 有良好的憎水性、粘结性和可塑性，能抗冲击荷载的作用，对酸碱盐等化学物质有较强的抗侵蚀能力。 在交通、建筑、水利等工程中，广泛用作路面、防潮、防水和防潮材料。020406080100120一月二月三月四月亚洲区欧洲区北美区 分类： 沥青材料是含沥青质材料的总称。 1、地沥青： 天然沥青 石油沥青 2、焦油沥青： 页岩沥青 木沥青 煤沥青 沥青建筑材料 沥青材料一般情况下却很少单独使用； 在工程上使用的沥青必需具有一定的物理性质，如在低温条件下应有弹性和塑性，在高温条件下要有足够的强度和稳定性，在加

2、工和使用时具有抗“老化”能力，与各种骨料和结构表面有较强的粘附力，以及对构件变形的适应性和抗疲劳性等。 因此在工程上使用的沥青材料通常都是改性沥青和沥青混合料。 （一）改性沥青 改性沥青是指按工程需要的物理特性，对沥青材料进行人工改造，使其满足工程要求的沥青材料。改性方法通常有掺配法、填充、乳化。 1、液体沥青 2、乳化沥青 3、填充料改性沥青 （二）沥青混合料 沥青混合料是沥青与级配合适的矿物质材料拌和均匀配制成建筑沥青材料。常见的沥青混合料有沥青混凝土、沥青砂浆、沥青胶（又称玛碲脂）及沥青嵌缝油膏等，主要用于铺路、水工防渗及建筑防水。 1、沥青胶 2、沥青混凝土及沥青砂浆7.石油沥青 一、

3、石油沥青 石油沥青是石油原油经蒸馏等方法提炼出各种轻质油（如汽油、煤油和柴油等）及润滑油以后的残留物，或再经加工而得的产品。一 石油沥青的组成和结构1、石油沥青的组分 石油沥青是由许多高分子碳氢化合物及其非金属（主要为氧、硫、氮等）衍生物组成的复杂混合物。它是石油中分子量最大、组成和结构是为复杂的部分。 化学组分分析就是将沥青分离为物理化学性质相近，而且与沥青性质又有一定联系的几个组。石油沥青的化学组分有三组分和四组分两种分析法。 石油沥青三组分分析法：油分、树脂（沥青胶质）、沥青质。 四组分分析法：饱和分，芳香分，胶质和沥青质。（1）油分：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

4、小的组分，在170较长时间加热时会挥发，能溶于多种有机溶剂，但不溶于酒精。 赋予沥青以流动性, 但含量多时,降低温度稳定性。（2）树脂：黄色至黑褐色稠状半固体物质，树脂中绝大部分属于中性树脂。中性树脂能溶于三氯甲烷、汽油和苯等有机溶剂，难溶于酒精和丙酮。 中性树脂含量越多，石油沥青的延度和粘结力等性能越好。 赋予沥青以粘接性、塑性、流动性。 （3）沥青质：深褐色至黑色固体，不溶于酒精、正戊烷，溶于三氯甲烷、二硫化碳。染色力强，对光的敏感性强，感光后就不能溶解。 决定石油沥青的温度敏感性和粘性，其含量越多，则软化点越高，粘性越大，越硬脆。、石油沥青的胶体结构 油分和树脂可互溶，树脂能浸润沥青质颗

5、粒，而在其表面形成薄膜，从而构成以沥青质为核心，周围吸附部分树脂和油分分子，构成胶团，而无数胶团分散在油分中形成胶体结构。 1沥青质 2胶质 3油分 溶 胶 型 沥 青 胶 体根据沥青的组分含量和化学结构，胶体结构可分为： （）溶胶型结构：油分、树脂较多，沥青质含量较少，是高度分散的胶体结构，流动性、塑性较好，愈合力较强，但温度敏感性高， 如液体沥青。（）凝胶型结构：油分、树脂较少，沥青质含量很多、形成立体网状结构，弹性、粘性高，温度敏感性低、愈合力差，流动性和塑性低，如氧化沥青。1沥青质 2胶质 3油分 （）溶凝胶型结构：沥青质和树脂含量适量，形成一种介于溶胶与凝胶形质之间的溶凝胶结构，性质

6、介于溶胶型结构和凝胶型结构之间，如道路沥青。1沥青质 2胶质 3油分 三 石油沥青的技术性质 1、粘滞性 2、耐热性 3、温度稳定性 4、塑性 5、大气稳定性 6、其它技术指标1、粘滞性 沥青材料抵抗外力作用下发生粘性变形的能力。粘滞性可用动力粘度或运动粘度来表征。 表示沥青的粘滞性的指标： （1）针入度 （2）标准粘度 （）针入度：以标准针在一定的荷载、时间及温度及规定的时间下，垂直插 入 沥 青 的 深 度（ 0.1mm ）来表示。 针入度测定条件 P（25，100g，5s）表示实验温度为25，标准针重100g，贯入时间5s。 （）标准粘度：温度在20 、25 、30 的沥青试件经过 直

7、径 （ 3 、 5 、10mm）小孔流出50ml沥青所经历的时间（秒数）为标准粘度。标准粘度可表示为 ，d 表示小孔直径，t为试样温度，T为标 准 粘 度 值 ，如 。55525CTCdt2、耐热性 耐热性是粘稠沥青在高温下不软化、不流淌的性能，用软化点软表示。 沥青注入标准铜环内制成试件，并在中央放一钢球，置于水中，以5min的速度加热，沥青软化下垂至规定距离时的水温（）为软化点。3、温度稳定性 温度稳定性是沥青粘度受温度变化影响的程度，温度稳定性差的沥青对温度变化反应敏感。 玻璃态 高弹态 粘流态温降温升t 脆t 软 当温度很低时，沥青分子及其所组成的大分子团均不能自由运动，似被冻结一样，

8、有外力作用下变形很小，沥青呈硬脆状，称为“玻璃态”。 随温度的升高，沥青分子获得了一定的能量，大分子团虽不能自由运动，但组成分子团的沥青分子已具有活动能力，在外力作用下，沥青材料会产生明显的可逆变形，具有很高的弹性变形能力。称为“高弹态”。 当温度继续升高时，更高的能量使沥青分子及其大分子团均可自由运动，使沥青如液体一样呈粘性流动状态，称为“粘流态”。 温度稳定性可用针入度温度感应系数 A 或针入度指数 P I 表示。） 27(1050130AIP）软17(25)5 ,100,25(lg800lgtsgCPAo溶胶型沥青 PI 2 ； 溶凝胶型沥青 2 PI +24、塑性 沥青在外力作用下产生

9、变形而不破坏，除去外力后仍能保持变形后形状的性质。用延伸度（延度）表示。 温度为标准试件以一定拉伸速度延伸，试件拉断时延伸的长度为延度（计）。 5、耐久性 沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气因素的长期综合作用下抵抗老化的性能，也是沥青材料的耐久性。 沥青的大气稳定性以蒸发损失和针入度比来评定。 将沥青试样灌于平底金属皿内，把试样放入烘箱内，在163温度下加热5小时，测定加热前后沥青试样质量和针入度的变化：%100-沥青试样质量加热后的质量沥青试样原质量蒸发损失%100沥青试样原针入度度沥青试样加热后的针入针入度比四 石油沥青的技术标准 技术指标包括：针入度、延度、软化点、溶解度、蒸发损失、闪点等

10、。石油沥青的技术标准对石油沥青产品：道路沥青、建筑沥青、普通沥青等分别规定。1、道路石油沥青 道路石油沥青有七个标号：A200、 A180、 A140、 A100甲、 A100乙、 A60甲、 A60乙。 标号越高，粘性越小，塑性越好，温度敏感性越大（软化点越低）。道路石油沥青主要用于道路路面或车间地面等工程，一般拌制成沥青混凝土或沥青砂浆。还可作密封材料和粘结剂以及沥青涂料等。2、建筑石油沥青 建筑石油沥青针入度较小，软化点较高，但延伸度较小，主要用于制造油纸、油毡、防水涂料和沥青嵌缝油膏等。3、普通石油沥青 普通石油沥青中有害成分蜡较多，一般含量大于5%，有的高达20%以上，又称为多蜡石油

11、沥青。 温度敏感性较大，达到液态时的温度与其软化点相差较小，针入度较大，塑性较差，不宜直接使用。三、 改性沥青 为了改善沥青材料的使用性能，提高沥青在低温条件下的弹性和塑性，在高温条件下的强度和热稳定性，在加工和使用时的抗老化能力，提高沥青的粘附力，以适应构件的变形等，常对沥青进行改性。一 沥青材料的掺配 同产源，不同标号的沥青易掺配成均匀的沥青胶体结构。 两种沥青掺配时，掺配量与软化点呈线性比例关系。121221100100QQTTTTQ0T1TT2T1Q11001000Q2掺配量软化点121221100100QQTTTTQ二 石油沥青与煤沥青的掺配 化学组成和密度均相近的石油沥青与煤沥青，

12、按适当比例掺混，可能得到稳定的混合沥青。 石油沥青的掺量一般小于20%或大于70%。混合沥青综合了石油沥青和煤沥青的优点，使温度稳定性、延性和粘结性均得到改善。三 液体沥青和乳化沥青 液体沥青：将沥青溶解于有机溶剂，也称为稀释沥青。 乳化沥青：将沥青在含有乳化剂的水中分散而得。1、液体沥青冷底子油 将汽油、煤油、柴油、工业苯等有机溶剂与沥青溶合制得的一种液体沥青。 粘度小、流动性好，涂刷在砼、砂浆等基层表面，能渗入基层的毛细孔隙中，在表层形成沥青膜，使基面沥青化面具有一定的憎水性。 液体沥青多在常温下用于防水工程的底层。 液体沥青按其凝固速度的快慢分为：快凝、中凝和慢凝。 快凝液体沥青用沸点低

13、的汽油等为稀释剂，也称为快凝稀释沥青。 慢凝液体沥青用沸点高的柴油等作稀释剂，也称慢凝稀释沥青。020406080100120一月二月三月四月亚洲区欧洲区北美区2、乳化沥青 乳化沥青是将热熔沥青，经强力机械作用使其分散成沥青微滴，并分散在含有表面活性物质的水溶液中，所构成的稳定乳状液。（2）乳化剂的分类 阴离子乳化剂 1、有机乳化剂：阳离子乳化剂 非离子乳化剂 2、无机乳化剂（3）乳化沥青的应用 乳化沥青的一般组分含量为：沥青50%60%，含有乳化剂、稳定剂的水溶液40%50%；其中乳化剂等的掺量约为1%3%。 1、在0以上任意温度下可流动，宜于涂刷和喷涂 2、采用乳化沥青粘结防水卷材做防水层

14、。 3、乳化沥青可以与湿骨料混合，用于铺筑坝面、渠道、路面等（四）其它改性沥青 1 矿物填充料改性沥青 为了提高沥青的粘性和温度稳定性，常在沥青中加入一定数量的矿物填充料 （）矿物填充料的种类 由矿物质材料经粉碎加工而成的细微颗粒按其形状可分为粉状和纤维状；按化学组成可分为硅化合物类、碳酸盐类等。 矿物填充料的种类 1）滑石粉。由滑石经粉碎、筛选而制得的。亲油性好，易被沥青润湿，可提高沥青的机械强度和抗老化性能。 2）石灰石粉。由天然石灰石粉碎、筛选而制成。亲水性较弱，与沥青有较强的物理吸附和化学吸附力。 3）云母粉。由天然云母矿粉碎、筛选而成。多覆于沥青材料表面。用于屋面防护层时有反射作用，

15、可降低表面温度，防止老化，延长沥青使用寿命。 4）石棉粉。由低级石棉经加工而成。内部有很多微孔，吸油量大，掺入沥青后可提高抗拉强度和温度稳定性。此外，可用作沥青矿物掺和料的还有白云石粉、磨细砂、粉煤灰、水泥、硅藻土等。（）矿物填充料的作用机理 由于沥青对矿物填充料表面的润湿和吸附作用，在填充料颗粒表面形成了沥青质含量较多的结合力牢固沥青薄膜，称为结构沥青膜结构沥青具有较高的粘性和大气稳定性当矿物填充料的掺量适当时，沥青混合料的粘结力及耐老化性能得到改善 矿物填充料越细，物理吸附和化学吸附作用越强，形成结构沥青越多。2 橡胶沥青 橡胶与沥青有较好的混溶性，能使沥青具有橡胶的优点：高温变形小、低温

16、柔性好。 （1）氯丁橡胶沥青。沥青中掺入氯丁橡胶后，可使其气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性等得到显著改善。氯丁橡胶掺入沥青的方法有溶剂法和水乳法。（2）丁基橡胶沥青 丁基橡胶沥青具有优异的耐分解性，并有较好的低温抗裂性和耐热性，多用于道路路面工程和制作密封材料和涂料。（3）再生橡胶沥青 再生橡胶掺入沥青中以后，可大大提高沥青的气密性，低温柔性，耐光、耐热性。 3 合成树脂改性沥青 合成树脂可改善沥青的防水性、粘结性和低温性能，尤其能明显改善耐热性和温度稳定性。 石油沥青与合成树脂的相溶性较差，煤沥青与树脂相溶性较好，因此合成树脂一般是煤沥青的改性材料。 4 植物油类改性沥青 沥青中掺入适量的蓖麻

17、油、鱼油、桐油或桐油渣等，对沥青有一定改性作用。 以沥青为胶凝材料与级配合适的矿物质材料拌和均匀配制成沥青混合料，经铺筑、成型后则成为沥青混凝土、沥青砂浆、沥青胶及沥青嵌缝油膏等。主要用于铺路、水工防渗及建筑防水。7.2 沥青混合料 矿物质材料包括： （1）粗骨料，粒径大于2.5mm （2）细骨料，粒径在2.50.074mm （3）填料，粒径小于0.074mm（二）沥青混合料的分类1、按胶结材料品种分：石油沥青混合料和煤沥青混合料2、按密实程度分：密级配（P 5%）沥青砼和沥青碎石（P 15%）3、 按施工方法分：碾压式和浇筑式4、 按施工温度分：热拌热铺沥青混合料，热拌冷铺沥青混合料和冷拌冷

18、铺沥青混合料5、 按矿物质集料最大粒径分：粗粒式、中粒式、细粒式和砂粒式6、 按矿料级配分：连续配沥青混合料和间断级配沥青混合料（三）沥青混合料的应用 沥青混合料是高级公路最主要的路面材料，路面不需设置施工缝和伸缩，施工方便，速度快，路面平整。它也是水利工程一种主要的防渗和防护材料，抗渗性好，变形能力大，工程量小，并能机械化作业。一、沥青胶（沥青玛蹄脂） 沥青胶是用沥青、粉状或纤维状填充料以及改性添加剂等材料配制而成的混合料。 沥青胶和冷底子油是防水卷材的粘结剂，沥青胶还可以作嵌缝材料、防水涂层、沥青砂浆防水层的底层和沥青路面的面层以及水工沥青混凝土面板的封闭层。 （一）沥青胶的技术性质 沥青

19、胶的技术性质有耐热性、柔韧性和粘结性等，沥青胶的标号按耐热度划分。在屋面防水工程中，沥青胶标号的选择，可根据结构物的坡度及气温条件，按表77的规定进行。 沥青胶的配制有两种： （1）无溶剂热用沥青胶 （2）冷沥青胶（二）影响沥青胶性质的因素 沥青胶性质取决于沥青、矿物质填充料的性质及两者之配合比。 软化点高的沥青配制的沥青胶耐热性好。延度大的沥青使沥青胶的柔韧性提高，变形后不易开裂。 矿物填充料的细度越大，表面积越大，由表面吸作用所产生的有利影响也越大。用于防潮、防水工程的沥青胶，一般采用石灰石粉等作矿物填充料。用于耐腐蚀性的工程时，应采用酸性较强的石英粉、花岗岩粉等作为矿物填充料。 沥青胶的

20、配合比应通过试验确定。（三）沥青胶的配制及应用 无溶剂热用沥青胶的配制是先将矿物填充料加热到100110，然后慢慢掺入到已熔化脱水的沥青中，充分搅拌均匀，保温至200 即可。将沥青用有机溶剂稀释，再与填充料等材料配合，可制得冷沥青胶。三 水工沥青砼（一）水工沥青砼的组成材料1、石油沥青 2、矿料 3、掺料 1、石油沥青 根据气候条件、建筑物工作条件、沥青砼种类和施工方法等选择沥青材料：对于气候较热，受荷载较大的建筑物，细粒式或砂粒式的混合料，应选用标号较高的沥青。2、矿料 矿料应质地坚硬、密实、清洁、不含过量的有害杂质，级配良好，与沥青材料有良好的粘结性。 粘结力根据三方面评定：（1）粗骨料的

21、粘结力（2）细骨料的水稳定性等级（3）填料的亲水系数 （）粗骨料的粘结力 将粗骨料表面用热熔沥青裹包，再悬挂于浇杯中煮沸3min，按图712及表78，将骨料粘结力分为5级。 水工沥青粗骨料的粘结力要求不低于级。 （）细骨料的水稳定性等级 将裹覆沥青膜的细骨料放入不同浓度的碳酸钠溶液中煮沸1min，当剥落量不超过总量50时的溶液浓度，即为细骨料水稳定性等级。 水工沥青砼细骨料的水稳定性不低于级。 （）填料的亲水系数 将等量的填料分别放入水和煤油中，充分搅拌后让其沉淀，分别测出在水和油中填料的沉淀体积水、油。得亲水系数 = 水/油。 水工沥青砼填料要求其亲水系数1。3、掺料 掺料是为了改善沥青砼的

22、某些技术性质而掺入的材料。 为了提高矿料与沥青的粘附性，可掺入消石灰、水泥； 提高耐热性、低温抗裂能力，可掺入橡胶或合成高分子材料； 提高温度稳定性可掺入石棉。（二）水工沥青砼的技术要求 水工沥青砼技术要求项目包括： 1、抗渗性 2、稳定性 3、柔 性 4、耐久性 5、和易性1、抗渗性沥青砼的抗渗性用渗透系数来评定。（1）面层防渗用密级配沥青砼，渗透系数 K=10-610-9mm/s（2）排水层开级配沥青砼，渗透系数 K=1.00.1mm/s 抗渗性的影响因素：矿料级配、沥青用量、沥青砼压实程度。 可用孔隙率P来评判其抗渗性，PK关系如图713：当孔隙率，K10-6mm/s。 抗渗性还随所受压

23、力的增大而增大，一般实际抗渗性较测定的抗渗性大2、稳定性 稳定性是指沥青砼在高温条件下及外荷长期作用下不发生严重变形或流淌的性质，又称高温稳定性。 沥青砼的稳定性可用热稳定性系数、斜坡流淌值、马歇尔试验来评判。 （1）热稳定系数时的抗压强度值时的抗压强度值热稳定系数CCffoo50205020热稳定系数越小，稳定性越好。 （2）斜坡流淌值 将100mm63mm的试件置于与坝面坡度相同的斜坡上（一般取1:1.7），在可能达到的最大温度下（一般为70）保持48，测出距试件底部高度为50mm处的位移值（110mm）即为斜坡流淌值。 （3）马歇尔试验 沥青混凝土稳定性还可用马歇尔试验的稳定度和流值作为

24、评定指标。 将101.6mm63.5mm的圆柱试件侧放在加荷压头内，试验机以505 mm/min的速率加荷，试件破坏时达到的最大荷载为稳定度（KN），试件达到最大荷载时所产生的变形为流值（1/10 mm）。高稳定性沥青砼的选料： 沥青：软化点较高，温度稳定性较好的沥青，用量适当； 骨料：级配良好的碱性碎石； 填充料适量，保证沥青混凝土有一定的孔隙率。当孔隙率，可使砼具有较好的稳定性3、柔性（抗裂性） 沥青砼在自重或外力作用下抵抗开裂或断裂破坏的能力，称为柔性。 沥青砼的柔性一般用不同温度下梁的弯曲破坏试验来反映，用挠跨比和极限拉伸变形评定。影响柔性的因素：1、沥青材料的性质：选用针入度较大、低

25、温延伸度较大的沥青，软化点必须保证耐热性的要求。2、沥青用量：可在满足耐热性的前提下多用沥青，增加柔性。但是过多的沥青会使沥青混合料的温度变形随之增大，受温度影响而产生裂缝的可能性也要增加。 3、矿物质混合料的级配。连续级配细粒式沥青混合料的均匀性好，柔性也好 4、填充料与沥青用量比值。一般应控制在1.5左右4、耐久性 沥青砼在各种自然条件和使用条件下经久耐用的性质，称为耐久性。 耐久性的影响因素： 沥青材料的抗老化性； 矿料与沥青材料的粘结力； 沥青砼的孔隙率。 水稳定性系数、残留稳定度越大耐久性越好，一般要求两者均0.85。度未浸水的沥青砼抗压强抗压强度真空饱水后沥青混凝土水稳定性系数 耐

26、久性的评定指标：未浸水的马歇尔稳定度度浸水饱和后马歇尔稳定残留稳定度 5、和易性 沥青混合料的和易性是指其在拌和、运输、摊铺剂压实过程中，与施工条件适应，既保证质量又便于施工的性能。 沥青混合料的和易性的判断，大多在施工前进行现场铺筑试验来决定。（三）水工沥青砼配合比设计 沥青砼配合比设计采用两参数法： （1）矿料级配 （2）沥青最佳用量 使之既满足技术要求又符合经济要求的原则。1、矿料级配的确定 （1）矿料设计级配的选定 按表选择一级配范围作为设计依据，在推荐的范围内选择几条设计级配曲线或通过试验对比找出适宜的矿料级配。 （2）矿料合成级配的确定 沥青混凝土的矿料，由粗、细骨料及矿物粉等几级

27、按一定比例合成。矿料合成级配的确定，就是用图解法、解析法、试算法等方法，求得各种矿料的合成比例。使合成级配曲线与设计级配曲线尽量相近。试算法简便实用。 沥青混凝土采用矿料为：1510mm碎石、 105mm碎石、河砂及矿物粉四种，求四种矿料的合成比例。2、配合比初选试验（1）沥青用量的初步选择 沥青混凝土的配合比，通常以矿料总量为100，沥青用量按其占矿料总量的百分率计。矿料的级配确定之后，沥青用量成为唯一的配比参数。为了确定沥青用量，对每一种级配的矿料选定个沥青用量。（2）对选定34个沥青用量分别进行马歇尔试验，并测定沥青砼的表观密度和孔隙率，然后按设计技术要求指标确定一个或几个沥青用量作为初选配合比。 （3）配合比验证试验 对初步选定的沥青用量，进行试验验证，各项技术指标如水稳定系数、热稳定系数或斜坡流淌值、渗透系数、柔性、强度、柔性等均能满足设计要求，则该用量即可确定为试验室配合比，否则须另选沥青用量进行验证。 （4）配合比现场铺筑试验 沥青用量的最后确定，须进行现场铺筑试验进行检验，必要时作适当的调整，最终确定出施工配合比。020406080100120一月二月三月四月亚洲区欧洲区北美区