最新土木工程材料第七章沥青及沥青混合料PPT课件.ppt
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1、土木工程材料第七章沥青土木工程材料第七章沥青及沥青混合料及沥青混合料7.1 沥青沥青沥青是高分子碳氢化合物及其非金属衍生物沥青是高分子碳氢化合物及其非金属衍生物组成的极其复杂的混合物。组成的极其复杂的混合物。是是有机胶凝材料有机胶凝材料。常温下。常温下呈黑色或黑褐色呈黑色或黑褐色的的固体或半固体或液体固体或半固体或液体。沥青分类:沥青分类:地沥青:天然沥青、石油沥青地沥青:天然沥青、石油沥青焦油沥青:煤沥青、页岩沥青焦油沥青:煤沥青、页岩沥青|1.3 1.3 石油沥青的技术性质石油沥青的技术性质|(1 1)粘滞性粘滞性| 石油沥青的粘滞性又称粘性。石油沥青的粘滞性又称粘性。|粘滞性应以粘滞性应
2、以绝对粘度绝对粘度表示,但因其测定方表示,但因其测定方法较复杂,故工程中常用法较复杂,故工程中常用相对粘度相对粘度(条件(条件粘度)来表示粘滞性,对使用粘稠(半固粘度)来表示粘滞性,对使用粘稠(半固体或固体)的石油沥青用体或固体)的石油沥青用针入度针入度表示,对表示,对液体石油沥青则用液体石油沥青则用粘滞度粘滞度表示。表示。| 粘稠石油沥青的针入度是在规定温度粘稠石油沥青的针入度是在规定温度(2525)条件下,以规定质量()条件下,以规定质量(100100)的)的标准针,在规定时间(标准针,在规定时间(s s)内贯入试样中)内贯入试样中的深度来表示,单位以的深度来表示,单位以1/10mm1/1
3、0mm计。针入度反计。针入度反映了石油沥青映了石油沥青抵抗剪切变形抵抗剪切变形的能力。针入度的能力。针入度值越小,表明粘度越大。(值越小,表明粘度越大。(P317 P317 附图附图6-16-1)| 粘滞度是将一定量的液体沥青,在某温粘滞度是将一定量的液体沥青,在某温度下经一定直径的小孔流出度下经一定直径的小孔流出50cm50cm3 3所需的时所需的时间,以秒表示。常用符号间,以秒表示。常用符号“C Cd dt tT”T”表示粘滞表示粘滞度,其中为小孔直径(度,其中为小孔直径(mmmm),为试样温),为试样温度,为流出度,为流出50 cm50 cm3 3沥青的时间。有沥青的时间。有1010、m
4、mmm三种,通常为三种,通常为2525或或6060。|()塑性塑性| 塑性指石油沥青在外力作用下产生变塑性指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏,除去外力后,仍能保持变形形而不破坏,除去外力后,仍能保持变形后的形状的性质。沥青的塑性对冲击振动后的形状的性质。沥青的塑性对冲击振动荷载有一定吸收能力,并能减少摩擦时的荷载有一定吸收能力,并能减少摩擦时的噪声,故沥青是一种优良的道路路面材料。噪声,故沥青是一种优良的道路路面材料。| 石油沥青的塑性用石油沥青的塑性用延度延度表示。延度愈表示。延度愈大,塑性愈好。延度测定是把沥青制成大,塑性愈好。延度测定是把沥青制成“”字形标准试件,置于延度仪内字形标准
5、试件,置于延度仪内2525水中,以水中,以 5cm5cmminmin的速度拉伸,用拉断时的速度拉伸,用拉断时的伸长度来表示,单位用的伸长度来表示,单位用cmcm计。(计。(P319 P319 附附图图6-26-2)|()()温度敏感性温度敏感性| 温度敏感性是温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能塑性随温度升降而变化的性能。由于沥青。由于沥青是一种高分子非晶态热塑性物质,故没有是一种高分子非晶态热塑性物质,故没有一定的熔点。一定的熔点。| 沥青的粘滞性和塑性随温度变化而变化。沥青的粘滞性和塑性随温度变化而变化。 石油沥青中地沥青质含量较多时,其温度石油沥
6、青中地沥青质含量较多时,其温度敏感性较小。在工程中使用时往往加入滑敏感性较小。在工程中使用时往往加入滑石粉、石灰石粉等矿物填料,以减小其温石粉、石灰石粉等矿物填料,以减小其温度敏感性。沥青中含蜡量较多时,则会产度敏感性。沥青中含蜡量较多时,则会产生温度较高(生温度较高(6060左右)时就发生流淌,左右)时就发生流淌,在温度较低时又易变硬开裂。在温度较低时又易变硬开裂。|温度敏感性以温度敏感性以软化点软化点指标表示。由于沥青指标表示。由于沥青材料从固态至液态有一定的变态间隔,故材料从固态至液态有一定的变态间隔,故规定以其中某一状态作为从固态转变到粘规定以其中某一状态作为从固态转变到粘流态的起点,
7、相应的温度则称为沥青的软流态的起点,相应的温度则称为沥青的软化点。沥青软化点一般采用化点。沥青软化点一般采用环球法环球法测测定。它是把沥青试样装入规定尺寸(直径定。它是把沥青试样装入规定尺寸(直径15.88mm15.88mm,高,高mmmm)的铜环内,试样上放置)的铜环内,试样上放置一标准钢球(直径一标准钢球(直径9.53mm9.53mm,质量,质量3.53.5),),浸入水或甘油中,以规定的速度升温(浸入水或甘油中,以规定的速度升温(minmin),当沥青软化下垂至规定距离),当沥青软化下垂至规定距离(25.4mm25.4mm)时的温度即为其软化点,以摄)时的温度即为其软化点,以摄氏度(氏度
8、()计。()计。(P321 P321 附图附图6-36-3)|另外,另外,沥青的脆点沥青的脆点是反映温度敏感性的另是反映温度敏感性的另一个指标,它是指沥青从高弹态转到玻璃一个指标,它是指沥青从高弹态转到玻璃态过程中的某一规定状态的相应温度,该态过程中的某一规定状态的相应温度,该指标主要反映沥青的指标主要反映沥青的低温变形能力低温变形能力。寒冷。寒冷地区应用的沥青应考虑沥青的脆点。沥青地区应用的沥青应考虑沥青的脆点。沥青的软化点愈高,脆点愈低,则沥青的温度的软化点愈高,脆点愈低,则沥青的温度敏感性越小。敏感性越小。|()()大气稳定性大气稳定性| 石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等石油沥青在热、阳
9、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大气因素的长期综合作用下抵抗老化的性能,称为大气稳定性。也是沥青材料的耐能,称为大气稳定性。也是沥青材料的耐久性。在大气因素的综合作用下,沥青中久性。在大气因素的综合作用下,沥青中各组分会发生不断递变,低分子化合物将各组分会发生不断递变,低分子化合物将逐步转变成高分子物质,即油分和树脂逐逐步转变成高分子物质,即油分和树脂逐渐减少,而地沥青质逐渐增多。石油沥青渐减少,而地沥青质逐渐增多。石油沥青随着时间的进展,流动性和塑性将逐渐减随着时间的进展,流动性和塑性将逐渐减小,硬脆性逐渐增大,直至脆裂。这个过小,硬脆性逐渐增大,直至脆裂。这个过程称为石
10、油沥青的程称为石油沥青的“老化老化”。所以大气稳。所以大气稳定性即为沥青抵抗老化的性能。定性即为沥青抵抗老化的性能。|石油沥青的大气稳定性以石油沥青的大气稳定性以加热蒸发损失百分加热蒸发损失百分率和加热前后针入度比率和加热前后针入度比来评定。其测定方法来评定。其测定方法是:先测定沥青试样的质量及其针入度,然是:先测定沥青试样的质量及其针入度,然后将试样置于烘箱中,在后将试样置于烘箱中,在160160下加热蒸发下加热蒸发h,h,,待冷却后再测定其质量及针入度。计,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;测得蒸发后
11、针入度占原针蒸发损失百分率;测得蒸发后针入度占原针入度的百分数,称为蒸发后针入度比。蒸发入度的百分数,称为蒸发后针入度比。蒸发损失百分数愈小和蒸发后针入度比愈大,则损失百分数愈小和蒸发后针入度比愈大,则表示沥青的大气稳定性愈好,即表示沥青的大气稳定性愈好,即老化老化”愈愈慢。慢。|以上四种性质是石油沥青材料的主要性质,以上四种性质是石油沥青材料的主要性质,前三项是划分石油沥青牌号的依据。此外,前三项是划分石油沥青牌号的依据。此外,为评定沥青的品质和保证施工安全,还应了为评定沥青的品质和保证施工安全,还应了解石油沥青的解石油沥青的溶解度、闪点和燃点溶解度、闪点和燃点等性质。等性质。|1.4 1.
12、4 石油沥青的技术标准及应用石油沥青的技术标准及应用|()石油沥青的技术标准()石油沥青的技术标准|根据我国现行石油沥青标准,在工程建设中根据我国现行石油沥青标准,在工程建设中常用的石油沥青分道路石油沥青、建筑石油常用的石油沥青分道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青等,各品种按技术性质沥青和普通石油沥青等,各品种按技术性质划分牌号。不同石油沥青的技术指标要求见划分牌号。不同石油沥青的技术指标要求见表表10-110-1、10-210-2、10-310-3。|从表从表10-110-1、10-210-2、10-310-3可以看出,道路石油可以看出,道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青都是沥青
13、、建筑石油沥青和普通石油沥青都是按按针入度指标来划分牌号的针入度指标来划分牌号的。在同一品种石油。在同一品种石油沥青材料中,牌号愈小,沥青愈硬;牌号愈沥青材料中,牌号愈小,沥青愈硬;牌号愈大,沥青愈软。同时随着牌号增加,沥青的大,沥青愈软。同时随着牌号增加,沥青的粘性减小(针入度增加),塑性增加(延度粘性减小(针入度增加),塑性增加(延度增大),而温度敏感性增大(软化点降低)增大),而温度敏感性增大(软化点降低)表表7-1重重交交通通道道路路石石油油沥沥青青的的技技术术要要求求(GB50092-1996) 标标号号 项项目目 AH-130 AH-110 AH-90 AH-70 AH-50 针针
14、入入度度(25,100,5s)0.1mm 120140 100120 80100 6080 4060 延延度度 (5cm/min, 15) , cm,不不小小于于 100 100 100 100 80 软软化化点点(环环球球法法), 不不小小于于 4050 4151 4252 4454 4555 闪闪点点(开开口口) ,不不低低于于 230 含含腊腊量量(蒸蒸馏馏法法) %,不不大大于于 3 溶溶解解度度 (三三氯氯乙乙烯烯) %, 不不小小于于 99.0 表表7 -2 道道 路路 石石 油油 沥沥 青青 的的 技技 术术 指指 标标 要要 求求 ( G B 5 0 0 9 2 -2 0 0
15、0 ) 标标 号号 项项 目目 A -2 0 0 A -1 8 0 A -1 4 0 A -1 0 0甲甲 A -1 0 0乙乙 A -6 0甲甲 A -6 0乙乙 针针 入入 度度 ( 2 5 ,1 0 0 ) 0 .1 m m 2 0 1 3 0 0 1 6 1 2 0 0 1 2 1 1 6 0 8 1 1 2 0 8 1 1 2 0 4 1 8 0 4 1 8 0 延延 度度 ( 2 5 ) ,c m , 不不 小小 于于 1 0 0 1 0 0 8 0 6 0 6 0 4 0 软软 化化 点点 ( 环环 球球法法 ) , 不不 小小 于于 3 0 4 5 3 5 4 5 3 8 4
16、8 4 2 5 2 4 2 5 2 4 5 5 5 4 5 5 5 溶溶 解解 度度 ( 三三 氯氯乙乙 烯烯 ) % 不不 小小 于于 9 9 .0 9 9 .0 9 9 .0 9 9 .0 9 9 .0 9 9 .0 9 9 .0 蒸蒸 发发 损损 失失 ( 1 6 3 , 5 ) % ,不不 大大 于于 1 1 1 1 1 1 1 蒸蒸 发发 后后 针针 入入 度度比比 , % , 不不 小小 于于 5 0 6 0 6 0 6 5 6 5 7 0 7 0 表表 7-3 建建筑筑石石油油沥沥青青与与普普通通石石油油沥沥青青的的技技术术指指标标要要求求 建建筑筑石石油油沥沥青青 普普通通石石
17、油油沥沥青青 牌牌号号 指指标标 30 10 75 65 55 针针入入度度(25,100,5s)0.1mm 2540 1025 75 65 55 延延度度(5cm/min, 25) ,cm,不不小小于于 3 1.5 2 1.5 1 软软化化点点(环环球球法法), 不不小小于于 70 95 60 80 100 溶溶解解度度 (三三氯氯乙乙烯烯)%,不不小小于于 99.5 99.5 98 98 98 蒸蒸发发损损失失(163,5)%,不不大大于于 1 1 闪闪点点(开开口口) ,不不低低于于 230 230 230 230 230 |(2 2)石油沥青的应用)石油沥青的应用| 在选用沥青材料时,
18、应根据在选用沥青材料时,应根据工程性质(房屋、工程性质(房屋、道路、防腐)及当地气候条件、所处工程部位道路、防腐)及当地气候条件、所处工程部位(屋面、地下)(屋面、地下)来选用不同品种和牌号的沥青。来选用不同品种和牌号的沥青。| 道路石油沥青牌号较多,主要用于道路路面道路石油沥青牌号较多,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、沥或车间地面等工程,一般拌制成沥青混凝土、沥青拌合料或沥青砂浆等使用。青拌合料或沥青砂浆等使用。| 建筑石油沥青粘性较大,耐热性较好,但塑建筑石油沥青粘性较大,耐热性较好,但塑性较小,主要用作制造性较小,主要用作制造油毡、油纸、防水涂料和油毡、油纸、防水
19、涂料和沥青胶。沥青胶。它们绝大部分用于屋面及地下防水沟槽它们绝大部分用于屋面及地下防水沟槽防水、防腐蚀及管道防腐等工程。对于屋面防水防水、防腐蚀及管道防腐等工程。对于屋面防水工程,应注意防止过分软化。工程,应注意防止过分软化。|为避免夏季流淌,屋面用沥青材料的软化为避免夏季流淌,屋面用沥青材料的软化点还应比当地气温下屋面可能达到的最高点还应比当地气温下屋面可能达到的最高温度高温度高2020以上。但软化点也不宜选择过以上。但软化点也不宜选择过高,否则冬季低温易发生硬脆甚至开裂。高,否则冬季低温易发生硬脆甚至开裂。对一些不易受温度影响的部位,可选用牌对一些不易受温度影响的部位,可选用牌号较大的沥青
20、。号较大的沥青。| 普通石油沥青含蜡较多,其一般含量普通石油沥青含蜡较多,其一般含量大于大于5 5,有的高达,有的高达2020以上(称多蜡石油以上(称多蜡石油沥青),因而温度敏感性大,故在工程中沥青),因而温度敏感性大,故在工程中不直单独使用,只能与其他种类石油沥青不直单独使用,只能与其他种类石油沥青掺配使用。掺配使用。|1.5 1.5 石油沥青的掺配与稀释石油沥青的掺配与稀释| 当不能获得合适牌号的沥青时,可采用两种牌号的当不能获得合适牌号的沥青时,可采用两种牌号的石油沥青掺配使用,但不能与煤沥青相掺。两种石油沥石油沥青掺配使用,但不能与煤沥青相掺。两种石油沥青的掺配比例可用下式估算:青的掺
21、配比例可用下式估算:|式中式中1 1较软石油沥青用量();较软石油沥青用量();| 2 2较硬石油沥青用量();较硬石油沥青用量();| 掺配后的石油沥青软化点(掺配后的石油沥青软化点(););| 1 1较软石油沥青软化点(较软石油沥青软化点(););| 2 2较硬石油沥青软化点(较硬石油沥青软化点()。)。|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(1010)进行)进行试配(混合熬制均匀),测定掺配后沥青的软化点,然试配(混合熬制均匀),测定掺配后沥青的软化点,然后绘制后绘制“掺配比一软化点掺配比一软化点”关系曲线,即可从曲线上确关系曲线,即可从曲线上确定出所要求的掺配
22、比例。定出所要求的掺配比例。121221100%100QQTTTTQ|2. 2. 煤沥青煤沥青|煤沥青是煤沥青是炼焦厂或煤气厂的副产品炼焦厂或煤气厂的副产品。烟煤在干馏。烟煤在干馏过程中的挥发物质,经冷凝而成黑色粘性液体称过程中的挥发物质,经冷凝而成黑色粘性液体称为煤焦油,煤焦油经分馏加工提取轻油、中油、为煤焦油,煤焦油经分馏加工提取轻油、中油、重油、蒽油以后,所得残渣即为煤沥青。重油、蒽油以后,所得残渣即为煤沥青。|2.12.1煤沥青的特性煤沥青的特性| 煤沥青的主要组分为煤沥青的主要组分为油分、脂胶、游离碳油分、脂胶、游离碳等,等,常含有少量常含有少量酸、碱酸、碱物质。由于煤沥青的组分和石
23、物质。由于煤沥青的组分和石油沥青不同,故其性能也不同,主要表现在温度油沥青不同,故其性能也不同,主要表现在温度敏感性大,大气稳定性较差,塑性较差。煤沥青敏感性大,大气稳定性较差,塑性较差。煤沥青中的酸、碱物质都是表面活性物质,由于含表面中的酸、碱物质都是表面活性物质,由于含表面活性物质较多,故与矿料表面的粘附力较好;防活性物质较多,故与矿料表面的粘附力较好;防腐性好。因含酚、蒽等有毒物质,防腐蚀能力较腐性好。因含酚、蒽等有毒物质,防腐蚀能力较强,故适用于木材的防腐处理。强,故适用于木材的防腐处理。|2.2 2.2 煤沥青与石油沥青的鉴别方法煤沥青与石油沥青的鉴别方法|2.3 2.3 煤沥青的应
24、用煤沥青的应用| 煤沥青具有很好的防腐能力、良好的粘结能煤沥青具有很好的防腐能力、良好的粘结能力。因此可用于配制防腐涂料、胶粘剂、防水涂力。因此可用于配制防腐涂料、胶粘剂、防水涂料,油膏以及制作油毡等。料,油膏以及制作油毡等。表表 7-4 煤煤沥沥青青与与石石油油沥沥青青简简易易鉴鉴别别方方法法 鉴鉴别别方方法法 石石油油沥沥青青 煤煤沥沥青青 密密度度法法 密密度度近近似似于于 1.0gcm3 大大于于 1.10 gcm3 锤锤击击法法 声声哑哑,有有弹弹性性、韧韧性性感感 声声脆脆,韧韧性性差差 燃燃烧烧法法 烟烟无无色色,基基本本无无刺刺激激性性臭臭味味 烟烟呈呈黄黄色色,有有刺刺激激性
25、性臭臭味味 溶溶液液比比色色法法 用用 3050 倍倍汽汽油油或或煤煤油油溶溶解解后后,将将溶溶液液滴滴于于滤滤纸纸上上,斑斑点点呈呈棕棕色色 溶溶解解方方法法同同左左。 斑斑点点有有两两圈圈,内内黑黑外外棕棕 |3. 3. 改性石油沥青改性石油沥青|3.1 3.1 矿物填料改性沥青矿物填料改性沥青| 在沥青中加入一定数量的矿物填充料,在沥青中加入一定数量的矿物填充料,可以提高沥青的粘性和耐热性,减小沥青可以提高沥青的粘性和耐热性,减小沥青的温度敏感性,同时也减少了沥青的耗用的温度敏感性,同时也减少了沥青的耗用量,主要适用于量,主要适用于生产沥青胶生产沥青胶。|()常用矿物填料()常用矿物填料
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