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1、1沥青沥青是一种以碳氢化合物及其非金属衍生物为主要成分的有机胶凝材料。常温下,沥青呈黑色或黑褐色的固体、半固体或粘性液体。它与水泥具有同样的功能,即经过自身的物理化学变化,产生一定的强度,并且具有胶结能力,能够把砂、石等矿物质材料粘结为一个整体。第1页/共59页2沥青混合料将大小不同粒径的矿质骨料、填料,根据工程需要,按最佳级配原则组配,与适当的沥青材料搅拌均匀而成的混合物叫做沥青混合料。沥青混合料经浇注或铺筑成型,硬化后成为具有一定强度的固体,称为沥青混凝土。第2页/共59页沥青概述第3页/共59页一种有机胶凝材料,常温下呈固体、半固体或稠液体孔隙率构造致密力学性能亲水性抗腐蚀性耐久性憎水材
2、料耐酸碱盐塑性材料沥青概述物理性质第4页/共59页沥青的分类沥青地沥青焦油沥青由石油系统得到的沥青天然沥青(湖、岩)石油沥青煤沥青-柏油页岩沥青由有机物(煤、页岩干馏所得焦油,再加工所得沥青概述第5页/共59页沥青概述天然沥青第6页/共59页天然沥青矿沥青概述第7页/共59页沥青概述第8页/共59页沥青概述岩沥青第9页/共59页10煤沥青与石油沥青煤沥青与石油沥青Tar&Petroleum Asphalts外观接近,但性能差别很大。外观接近,但性能差别很大。煤沥青大量用于木轨枕防腐涂料、防水材料等。煤沥青大量用于木轨枕防腐涂料、防水材料等。70年代以前,国内主要用煤沥青修建柏油路面。它的大气稳
3、定性不良,含致癌类组分年代以前,国内主要用煤沥青修建柏油路面。它的大气稳定性不良,含致癌类组分大约为石油沥青的上万倍。大约为石油沥青的上万倍。80年代以后高速公路基本上都用石油沥青。年代以后高速公路基本上都用石油沥青。第10页/共59页11Ancient Use of Asphalt在圣经中提到:沥青为诺亚方舟(Noahs Ark)作防水处理。最早的记载是公元前3800年左右苏美尔人用于造船和建筑灰浆,5000多年以来沥青以不同形式用作防水或胶粘剂。巴比伦王善用沥青为宫殿建筑物作防水处理,并灌浆铺砌石块路。第11页/共59页12沥青应用发展史I1599:在欧洲对沥青分类和沥青和石油之间联系的初
4、步科学探索。1777:由法国的P.C Le Sage 首先给出了沥青起源的科学解释。1802:在法国里昂,岩石沥青使用在沥青砂路面的铺设上。1832:苏格兰道路工程师J.L.McAdam发展了碎石路面工艺。1876:在美国华盛顿特区宾西法尼亚大道铺筑第一个单层沥青路面。第12页/共59页131901:Warrin兄弟开始用沥青混凝土铺路。1902:使用最新发明的从石油精炼沥青的技术;1946:二次世界大战后,美国开始了道路建设的新时代。在十年内修建了81万公里的新路。提出了马歇尔沥青混合料设计方法,现在已在全世界使用;1960:开始使用全厚度沥青路面。沥青应用发展史II第13页/共59页147
5、0年代:奥地利的R.Felsinger尝试利用聚合物对沥青进行改性。80年代:以性能为基础的Superpave(高性能沥青路面)沥青胶结料设计和评价的概念得到发展应用。沥青应用发展史III第14页/共59页15我国公路发展的现状与规划我国公路建设迅速发展,2003年全国高速公路里程已达2.97万公里,居世界第二。截至年底,全国公路网总里程达到万公里,其中高速公路通车里程达到万公里(美国10万公里,居世界第一)到2020年,高速公路里程达到10万公里以上,基本形成国家高速公路网。第15页/共59页16沥青路面与水泥混凝土路面我国水泥路面和沥青路面两种高等级路面的建成总里程28.86万km,其中水
6、泥路面16.75万km,占58%。水泥路面在高速公路上大约占25%,二级国道上约占67%。交通部公路司2002年底统计资料第16页/共59页17沥青混合料与水泥混凝土沥青混合料与水泥混凝土的组成材料对比的组成材料对比第17页/共59页18沥青路面与水泥混凝土路面混凝土路面:破损以后较难修复噪音大行车的舒适度差沥青路面的发展前景好第18页/共59页19白变黑2002年,武汉市投资7000万元,将以内环线为主的共50公里长的路面“黑化”2003年,北京市全长约48公里的三环路主辅路全面加铺沥青2002年,安徽投资9亿元,将服役了11年的合宁高速公路安徽段“黑化”(全长134公里,我国最早、最长的一
7、条水泥混凝土路面高速公路,曾被交通部评为“全国十大交通重点工程”第三名)2004年,安徽投资5亿元,将服役了8年的全长100km的合巢芜高速公路更换成全沥青混凝土路面。2004年,湖北第一条高速公路武黄高速70km全部在现有水泥混凝土路面的基础上加铺沥青路面,另有400km的高速公路也将黑化第19页/共59页20沥青路面与水泥混凝土路面但沥青很多都需要进口,而水泥混凝土供应量大选用水泥混凝土还可带动当地的水泥工业。对于普通公路路面来说,水泥混凝土路面会保持较快的发展速度,因为它拉动投资效果较好,可就地取材。另外,普通公路若普遍用高性能沥青,价格上也承受不起。第20页/共59页21沥青的消耗量高
8、速公路每公里约需耗用沥青350吨400吨(四车道)。据估计仅2001年,全国道路建设耗用沥青约650万吨,其中进口沥青150万吨。近10年来,我国每年进口重交通沥青的费用都在30亿元以上。第21页/共59页22一.石油沥青石油原油经常压蒸馏和减压蒸馏,石油原油经常压蒸馏和减压蒸馏,提炼出汽油、煤油、柴油等轻质提炼出汽油、煤油、柴油等轻质油以及润滑油后,在蒸馏塔底部油以及润滑油后,在蒸馏塔底部残留下来的黑色粘稠物,需要经残留下来的黑色粘稠物,需要经脱蜡等处理后使用。脱蜡等处理后使用。第22页/共59页231、石油沥青的组成沥青中分子量在某一范围之内,物沥青中分子量在某一范围之内,物理、力学性质相
9、近的化合物划分为理、力学性质相近的化合物划分为几个组,称为石油沥青的几个组,称为石油沥青的组丛(组组丛(组分)分)。各组丛具有不同的特性,直接影响各组丛具有不同的特性,直接影响石油沥青的宏观物理、力学性质。石油沥青的宏观物理、力学性质。第23页/共59页24 石油沥青的三个主要组丛油分树脂(地)沥青质第24页/共59页251)油分(Oils)含量4060%常温下呈淡黄色至红褐色的油状液体,是石油沥青中分子量最低的组分常温下呈淡黄色至红褐色的油状液体,是石油沥青中分子量最低的组分(平均分平均分子量子量300-2000)。可溶于大多数溶剂中。)。可溶于大多数溶剂中。对沥青性质的影响:增加流动性、变
10、形能力,降低稠度、软化点。对沥青性质的影响:增加流动性、变形能力,降低稠度、软化点。第25页/共59页262)树脂(Resins)含量1530%黄色黑褐色的粘稠状半固体,分子量范围在黄色黑褐色的粘稠状半固体,分子量范围在100050000之间之间。对沥青性质的影响:赋予石油沥青可塑性和粘结性,但不利于耐久性。对沥青性质的影响:赋予石油沥青可塑性和粘结性,但不利于耐久性。树脂含量越多,变形能力、粘结力越强,耐老化性差。树脂含量越多,变形能力、粘结力越强,耐老化性差。亲油的,可溶于油分。亲油的,可溶于油分。第26页/共59页273)地沥青质(Asphaltenes)含量1030%深褐色黑色无定形、
11、脆性固体微粒,分子量深褐色黑色无定形、脆性固体微粒,分子量1000100000。地沥青质含量越高,石油沥青的软化点越高,粘性越大,温度稳定性越好,但地沥青质含量越高,石油沥青的软化点越高,粘性越大,温度稳定性越好,但同时脆性也越大。同时脆性也越大。憎油,不溶于油分。憎油,不溶于油分。与树脂是浸润的。与树脂是浸润的。第27页/共59页4 4)蜡蜡蜡蜡在在高高温温时时融融化化,降降低低石石油油沥沥青青的的粘粘结结性性和和塑塑性性。同同时时对对温温度度敏敏感感(即即温温度稳定性差度稳定性差)。所以蜡是石油沥青的有害成分所以蜡是石油沥青的有害成分。石油沥青中还含石油沥青中还含2 2一一3 3的沥青的沥
12、青碳和似碳物,为无定形的黑色固体碳和似碳物,为无定形的黑色固体粉末粉末第28页/共59页292.沥青胶体结构(a)a)溶胶型溶胶型 (b)b)凝胶型凝胶型 (c)c)溶溶-凝胶型凝胶型第29页/共59页303.石油沥青的主要技术性质1)粘滞性)粘滞性2)变形性能(延性或塑性)变形性能(延性或塑性)3)温度稳定性(温度敏感性)温度稳定性(温度敏感性)4)大气稳定性(耐久性)大气稳定性(耐久性)5)安全性安全性第30页/共59页311)粘滞性(粘性或稠度)沥青材料在外力作用下抵抗粘性变沥青材料在外力作用下抵抗粘性变形的能力。它是沥青材料粘结力、形的能力。它是沥青材料粘结力、软硬、稠稀程度的反映软硬
13、、稠稀程度的反映影响粘滞性的主要因素:影响粘滞性的主要因素:沥青的组成:地沥青质含量增多,沥青的组成:地沥青质含量增多,粘滞性越大;粘滞性越大;环境温度:外界温度升高,粘滞性环境温度:外界温度升高,粘滞性减小。减小。第31页/共59页32石油沥青粘滞性的评价针入度(针入度(Penetration):用于):用于粘稠(半固态、固态)石油沥青;粘稠(半固态、固态)石油沥青;粘度(粘度(Viscosity):用于液态):用于液态石油沥青。石油沥青。第32页/共59页33针入度试验25、100克克重重标标准准针针,自自由由下下落落5秒秒,标标准准针插入试件的深度,单位(针插入试件的深度,单位(1/10
14、mm)。)。针入度值越大,表明沥青在外力的作用下越容易变形,即沥青的粘滞性低。第33页/共59页34针入度试验缝纫机针特定的时间、重量、温度100 gInitialPenetration in 0.1 mmAfter 5 seconds第34页/共59页35Temperature25oC(77F)Penetration,0.1 mmHighMediumLowTemperature and penetration第35页/共59页36针针入入度度试试验验仪仪第36页/共59页37 在一定温度(在一定温度(TT)条件下,液体沥青经条件下,液体沥青经一定直径一定直径(d=3-10mm)的小孔流出的小
15、孔流出50cm3所需的时间所需的时间,记为记为C CT,d.T,d.沥青流出的时间越沥青流出的时间越长,即粘度值越大,长,即粘度值越大,表示沥青表示沥青的粘度越的粘度越高。高。粘度粘度计计液体沥青的粘滞液体沥青的粘滞性用粘度来表示性用粘度来表示第37页/共59页382)变形性能(延性或塑性)变形性能(延性或塑性)指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏,除指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏,除去外力后,仍能保持变形后的形状的性质。去外力后,仍能保持变形后的形状的性质。常温下,塑性较好的沥青在产生裂缝时,由于其常温下,塑性较好的沥青在产生裂缝时,由于其特有的粘塑性可自行愈合,故塑性也特有的粘塑
16、性可自行愈合,故塑性也反映了沥青反映了沥青开裂后的自愈能力。开裂后的自愈能力。沥青的塑性沥青的塑性对冲击振动荷载有对冲击振动荷载有定吸收能力,并定吸收能力,并能减少摩擦时的噪声能减少摩擦时的噪声,故沥青是一种优良的道路,故沥青是一种优良的道路路面材料。路面材料。第38页/共59页392)变形性能(延性或塑性)变形性能(延性或塑性)沥青具有良好的塑性。沥青具有良好的塑性。沥青的塑性大小受内部组成及外界温度的影响,沥青的塑性大小受内部组成及外界温度的影响,树脂含量越多的沥青,塑性越好;外界温度升高,树脂含量越多的沥青,塑性越好;外界温度升高,沥青的塑性增大。沥青的塑性增大。表征沥青塑性的指标是表征
17、沥青塑性的指标是延度延度。第39页/共59页40沥青的延伸性试验(延度)一一定定温温度度(25oC)下下,以以5cm/min的的速速度度对对沥沥青青试试件件进进行行拉拉伸伸直直至至断断裂裂时时所所伸长的长度伸长的长度(cm)cm)。第40页/共59页41延度试验样品第41页/共59页42延度试验夹具第42页/共59页433)温度稳定性(温度敏感性)(温度敏感性)(Temperature susceptibility)沥青的粘滞性和塑性沥青的粘滞性和塑性等随温度变化随温度变化而变化的性质称为温度稳定性而变化的性质称为温度稳定性。当温度升高时,沥青由固态或半固态逐渐软化,产生粘性流动,称为粘流态。
18、当温度升高时,沥青由固态或半固态逐渐软化,产生粘性流动,称为粘流态。当温度降低时又逐渐由粘流态凝固为固态,甚至变硬变脆,成为玻璃态。当温度降低时又逐渐由粘流态凝固为固态,甚至变硬变脆,成为玻璃态。建筑工程建筑工程宜选用温度稳定性较高的沥青。宜选用温度稳定性较高的沥青。第43页/共59页443)温度稳定性(温度敏感性)(温度敏感性)(Temperature susceptibility)影响温度稳定性的主要因素影响温度稳定性的主要因素:沥青的组成:沥青的组成:地沥青质含量越多,温度稳定性越地沥青质含量越多,温度稳定性越好;好;树脂和油分、蜡含量越大,温度稳树脂和油分、蜡含量越大,温度稳定性越差;
19、定性越差;第44页/共59页45温度稳定性用软化点表示随随温温度度升升高高,沥沥 青青 试试 件件 软软化化 下下 垂垂,达达到到 底底 板板 时时 的的温温 度度 即即 为为 软软化点化点()。第45页/共59页46软化点试验仪第46页/共59页474)Ageing&Durability大气稳定性耐久性石油沥青在温度、湿度、阳光、石油沥青在温度、湿度、阳光、氧气等大气因素作用下,抵抗氧气等大气因素作用下,抵抗老化变质的能力称为老化变质的能力称为大气稳定大气稳定性性。沥青老化沥青老化:在大气因素作用下,:在大气因素作用下,沥青材料塑性逐渐减小、脆性沥青材料塑性逐渐减小、脆性增加的现象。增加的现
20、象。第47页/共59页48沥青老化的原因分子量较小的油分、树脂发生分子量较小的油分、树脂发生氧化、挥发、缩合、聚合等作氧化、挥发、缩合、聚合等作用,沥青组丛中油分、树脂含用,沥青组丛中油分、树脂含量相对减少,地沥青质含量相量相对减少,地沥青质含量相对增加。对增加。第48页/共59页49沥青老化的评价进行加热试验,比较蒸发损进行加热试验,比较蒸发损失、针入度。失、针入度。此外,还有加热老化时间、此外,还有加热老化时间、薄膜烘箱试验及回转薄膜烘薄膜烘箱试验及回转薄膜烘箱试验等。箱试验等。第49页/共59页测定方法是:先测定沥青试样的质量及其针入度,然后在160下加热蒸发5h,待冷却后再测定其质量和
21、针入度。蒸蒸发发损损失失百百分分率率小小、蒸蒸发发后后针针入入度比大,大气稳定性好,老化慢。度比大,大气稳定性好,老化慢。第50页/共59页51闪点闪点(也称闪火点):沥青加热挥发出可(也称闪火点):沥青加热挥发出可燃气体与空气混合,与火焰接触闪火时的最燃气体与空气混合,与火焰接触闪火时的最低温度。低温度。燃点燃点(也称着火点):与火焰接触能持续(也称着火点):与火焰接触能持续燃烧燃烧5s5s以上时的最低温度。以上时的最低温度。二者高低表明沥青引起火灾或爆炸的可能二者高低表明沥青引起火灾或爆炸的可能性的大小,它关系到运输、储存和加热使用性的大小,它关系到运输、储存和加热使用等方面的安全。一般燃
22、点比闪点高等方面的安全。一般燃点比闪点高10.10.例如,例如,建筑石油沥青闪点约建筑石油沥青闪点约230230在熬制在熬制时时般温度为般温度为185-200185-200,为安全起见,沥,为安全起见,沥青还应与火焰隔离。青还应与火焰隔离。5)安全性安全性第51页/共59页4 4、石油沥青的技术标准(表11-111-1)及选用 石油沥青的分类石油沥青的分类分类道路石油沥青建筑石油沥青防水防潮石油沥青普通石油沥青牌号按针入度指标等来划分同一品种石油沥青材料中,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
23、)。第52页/共59页(2)(2)石油沥青的选用 应应根根据据工工程程性性质质(房房屋屋、道道路路、防防腐腐)及及当当地地气气候候条条件件、所所处处工工程程部部位位(屋屋面面、地地下下)来来选选用用不不同品种和牌号的沥青。同品种和牌号的沥青。路路 面面道路石油沥青道路石油沥青屋屋 面面建筑石油沥青建筑石油沥青4.4.石油沥青的技术标准及选用 第53页/共59页54v道道路路石石油油沥沥青青牌牌号号较较多多且且较较大大(满满足足塑塑性性要要求求),一一般般拌拌制制成成 沥沥青青拌拌合合料料或或沥沥青青砂砂浆浆等等使使用用。还还可可作作密密封封材材料料、粘粘结结剂剂及及沥沥青涂料等。青涂料等。v
24、建建筑筑石石油油沥沥青青粘粘性性较较大大,耐耐热热性性较较好好,但但塑塑性性较较小小,主主要要用用作作制制造造油油毡毡、油油纸纸、防防水水涂涂料料和和沥沥青青胶胶。它它用用于于屋屋面面及及地地下下防防水、沟槽防水、防腐蚀及管道防腐等工程。水、沟槽防水、防腐蚀及管道防腐等工程。第54页/共59页55v对于对于屋面防水屋面防水,应注意防止过分软化。,应注意防止过分软化。通常沥青屋面表面温度比当地最高气温高通常沥青屋面表面温度比当地最高气温高25302530,为避免夏季流淌,屋面用沥青材为避免夏季流淌,屋面用沥青材料的软化点应比屋面最高温度高料的软化点应比屋面最高温度高2020以上。以上。例如某地区
25、沥青屋面温度可达例如某地区沥青屋面温度可达6565,选,选用的沥青软化点应在用的沥青软化点应在8585以上。以上。地下防水地下防水,温度变化小,可选用牌号较大,温度变化小,可选用牌号较大的沥青,以延长使用年限。的沥青,以延长使用年限。第55页/共59页(3 3)沥青的掺配条件一种牌号的沥青不能满足工程要求同源的沥青(煤沥青与石油沥青不同源)煤沥青与石油沥青不同源)方法 Q2=100-Q1 其中:其中:Q Q1 1较软沥青(较软沥青(%)用量;)用量;Q Q2 2较硬沥青较硬沥青(%)用量;)用量;T T掺配后沥青软化点掺配后沥青软化点()();T T1 1较软沥青软化点;较软沥青软化点;T T2 2较硬沥青软化点;较硬沥青软化点;第56页/共59页例 题某防水工程需石油沥青30 t,要求软化点不低于80,现有60号和10号石油沥青,测得他们的软化点分别是49和98,问这两种牌号的石油沥青如何掺配?第57页/共59页软化点为49的石油沥青掺配比例即30 t石油沥青中应掺入 30 t36.711.0 t软化点为49的石油沥青软化点为98的石油沥青掺入30 t11.0 t=19 t解 答第58页/共59页59感谢您的观看!第59页/共59页
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