道路工程材料之瀝青和瀝青混合料

第五章章瀝瀝青和和瀝青青混合合料瀝青的的定義義：一系列列分子子量不不等的的高分分子聚聚合合物組組成的的有機(jī)機(jī)混合合物質(zhì)質(zhì)。瀝青的的分類類：地瀝青青、焦焦油瀝瀝青瀝青特特點(diǎn)：：粘結(jié)性性、塑塑性、、憎水水性、、不透透水性性不導(dǎo)電電性、、耐蝕蝕性瀝青的的應(yīng)用用：道路工工程、、防水水工程程、防防腐工工程（一））、石石油瀝瀝青的的生產(chǎn)產(chǎn)、組組叢和和結(jié)構(gòu)構(gòu)生產(chǎn):石油渣油瀝青再加工輕質(zhì)油潤滑油提煉§5-1石石油油瀝青青分類：：按原油油基屬屬：石蠟基基、環(huán)烷烷基、、中間間基按加工工方式式：直直餾、、蒸餾餾、氧氧化、、裂化化、酸酸洗等等按狀態(tài)態(tài)：粘粘稠瀝瀝青、、液體體瀝青青按用途途：道路石石油瀝瀝青建筑石石油瀝瀝青普通石石油瀝瀝青三組分分分析析法（（溶解解-稀釋法法）油分：：黃色色液體體，賦賦予瀝瀝青流流動(dòng)性性。樹脂：：褐色色粘稠稠體，，賦予予瀝青青塑性性和粘粘結(jié)性性地瀝青青質(zhì)：：黑色色固體體，賦賦予瀝瀝青溫溫度穩(wěn)穩(wěn)定性性石蠟：：有害害組叢叢四組分分分析析法飽和分分、芳芳香分分、膠膠質(zhì)、、瀝青青質(zhì)組叢：瀝青中中物理理力學(xué)學(xué)性質(zhì)質(zhì)相近近的成成分結(jié)構(gòu)：：結(jié)構(gòu)形形式:膠體結(jié)結(jié)構(gòu)膠體結(jié)結(jié)構(gòu)類類型:溶膠型型結(jié)構(gòu)構(gòu)-油分樹樹脂多多,地瀝青青質(zhì)少少凝膠型型結(jié)構(gòu)構(gòu)-油分樹樹脂少少,地瀝青青質(zhì)多多溶凝膠膠型結(jié)結(jié)構(gòu)-三者適適中——土木工工程常常用瀝瀝青結(jié)結(jié)構(gòu)膠體結(jié)結(jié)構(gòu)劃劃分依依據(jù):針入度度指數(shù)數(shù)(二)、瀝青青技術(shù)術(shù)性能能指標(biāo)：粘稠瀝青：針入度（0.1mm）,P（25℃，100g，5s）液體瀝青：粘粘度（s），CdT——針入度↑、粘粘度↓→粘性性小1、粘性（粘粘滯性）定義：瀝青內(nèi)部阻礙礙其發(fā)生相對對流動(dòng)的性質(zhì)質(zhì)影響因素：地瀝青質(zhì)↑，，油份↓→粘粘滯性↑溫度↑→粘滯滯性↓2、塑性（延展展性）定義：在外力作用下下產(chǎn)生變形而而不破壞的能能力影響因素：油分、樹脂含含量↑→塑性性↑溫度↑→塑性性↑指標(biāo)：延度（（mm）——延度大→塑塑性好3、溫度穩(wěn)定性性（溫度敏感感性）定義：粘性和塑性隨隨溫度升降而而變化的性能能

Tg

Tm

脆化點(diǎn)

軟化點(diǎn)T溫度玻璃態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)改善：增塑劑、橡膠膠、樹脂、填填料指標(biāo)：①軟化化點(diǎn)Tm、脆化點(diǎn)Tg影響因素：地瀝青質(zhì)↑、油份樹脂↓→Tg↑、Tm↑實(shí)際要求：軟軟化點(diǎn)高，脆脆化點(diǎn)低。②針入度指數(shù)評價(jià)原理：針針入度（P）隨溫度變化（（T）而變化lgP=AT+KA——針入度-溫度敏感系數(shù)數(shù)A值的計(jì)算原理理：已知直線線上兩點(diǎn)，即即可求得斜率率值。缺陷：A值為小數(shù)，應(yīng)應(yīng)用不方便。。針入度指數(shù)（（PI）概念的建立原理：以針入入度指數(shù)PI表示瀝青的溫溫度敏感性，，假設(shè)20為最佳值，-10為最差值。則則：（20-PI）/（PI+10）可評價(jià)溫度敏敏感性針入度指數(shù)的的計(jì)算：PI=30/（1+50A）-10針入度指數(shù)與與瀝青膠體結(jié)結(jié)構(gòu)類型：PI＞2，凝膠結(jié)構(gòu)PI＜-2，溶膠結(jié)構(gòu)-2＜PI＜2，溶凝膠結(jié)構(gòu)土木工程用瀝瀝青針入度指指數(shù)的選擇：道路瀝青：通常：-2＜PI路面：-1＜PI＜1，→0.5＜PI＜1灌漿材料：-3＜PI＜1膠結(jié)劑：-2＜PI＜5——PI越大，高溫穩(wěn)穩(wěn)定性越好。。低溫性能需需做改性處理理4、粘附性定義：石油瀝青與其其他材料界面面粘結(jié)性能或或抗剝落的能能力。影響因素：瀝青的組叢、、被粘結(jié)材料料的表面物理理、化學(xué)性質(zhì)質(zhì)評價(jià)方法：＞13.2mm骨料，水煮法法≤13.2mm骨料，水浸法法5、大氣穩(wěn)定性性定義：瀝青在光、熱熱、水、氣等等環(huán)境因素作作用下抵抗老老化的性質(zhì)。。老化原因：油分→樹樹脂→地瀝青青質(zhì)老化結(jié)果：變硬、變脆、、易開裂評價(jià)方法：蒸發(fā)質(zhì)量損失失率、加熱前前后針入度比比、加熱前后后延度變化6、施工安全性性定義：石油瀝青在加加熱使用時(shí)，，不易發(fā)生閃閃火或燃火的的性質(zhì)。評價(jià)指標(biāo)：閃點(diǎn)：燃點(diǎn)：石油瀝青組分分、結(jié)構(gòu)與性性能之間的關(guān)關(guān)系溶膠型結(jié)構(gòu)粘性↓軟化點(diǎn)↓延度↑針入度↑塑性↑耐熱性↓油分↑樹脂↑地瀝青質(zhì)↓三、石油瀝青青分類、標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)與選用1、分類道路、建筑、、普通石油瀝瀝青2、標(biāo)號——按針入度劃分，并保證證其他性能標(biāo)號↑粘性↓軟化點(diǎn)↓延度↑針入度↑塑性↑耐熱性↓3、選用依據(jù)：工程性質(zhì)、施施工方法、環(huán)環(huán)境溫度4、應(yīng)用：道路石油瀝青青—拌制混凝土、、用于路面和地坪，或防防水防潮工程程建筑石油瀝青青—建筑防水、防防腐普通石油瀝青青—性能較差，少少用1、改性的目的的——改善性能，延延長使用壽命命屋面防水：高溫不流淌淌，抗老化，，抗低溫脆斷斷。路面工程：高溫抗剪強(qiáng)強(qiáng)度高、不擁擁包、推移、、抗車轍等永永久變形；抗抗低溫開裂；；抗老化；較較強(qiáng)的粘附性性、抗疲勞應(yīng)應(yīng)力、抗滑等等。四、瀝青的改改性及應(yīng)用—[樹脂]→耐寒性、耐熱熱性、粘性↑↑瀝青—[橡膠]→高溫變形性↓↓低溫柔順性↑↑—[填料]→粘性、耐熱性性、溫度穩(wěn)定定性↑2、改性劑和和效果定義礦物集料與瀝瀝青拌合而成成的混合料的的總稱。包括括瀝青混凝土土混合料和瀝瀝青碎石混合合料。瀝青混凝土混混合料AC——適當(dāng)比例的粗粗集料、細(xì)集集料及填料與與瀝青在嚴(yán)格格控制條件下下拌合壓實(shí)后后空隙隙率＜＜10%的瀝青青混合合料。。瀝青碎碎石混混合料料AM———適當(dāng)比比例的的粗骨骨料、、細(xì)骨骨料及及少量量填料料或不不摻填填料拌拌合壓實(shí)后后空隙隙率≥≥10%的瀝青青混合合料§5-2路路面面用瀝瀝青混混合料料瀝青混混合料料的技技術(shù)特特點(diǎn)物理力力學(xué)性性能——較高的的抵抗抗荷載載的能能力、、高溫溫穩(wěn)定定性、、低溫溫柔韌韌性、、水穩(wěn)穩(wěn)定性性施工和和易性性——平整無無接縫縫、減減震吸吸聲、、行車車舒適適交通安安全——具一定定粗糙糙度、、無強(qiáng)強(qiáng)烈反反光耐久性性——在環(huán)境境光、、熱、、水、、氣等等因素素作用用下保保持性性能瀝青混混合料料的分分類按最大大公稱稱粒徑徑分類類（1）粗粒式式瀝青混混合料料（Dm為26.5mm或31.5mm）（2）中粒式式——（Dm為16mm或19mm）（3）細(xì)粒式式——（Dm為9.5mm或13.2mm）（4）砂粒式式瀝青混混合料料——（Dm為4.75mm）也稱瀝瀝青石石屑或或?yàn)r青青砂按礦料料級配配和路路面壓壓實(shí)度度分類類連續(xù)密密級配配瀝青混混凝土土混合合料——空隙率率3%~6%密實(shí)式式瀝青青混凝凝土混混合料料AC密級配配瀝青青穩(wěn)定定碎石石ATB半開級級配瀝瀝青混混合料料——空隙率率6%~12%半開式式瀝青青穩(wěn)定定碎石石混合合料AM開級配配瀝青青混合合料排水式式瀝青青磨耗耗層混混合料料OGFC空隙率率18%~25%排水式式瀝青青穩(wěn)定定碎石石混合合料ATPB空隙率率>18%間斷級級配瀝青瑪瑪蹄脂脂碎石石混合合料SMA按施工工溫度度分類類熱拌熱熱鋪瀝瀝青混混合料料（熱態(tài)態(tài)拌合合、熱熱態(tài)鋪鋪筑））；常溫瀝瀝青混混合料料——乳化瀝瀝青、、稀釋釋瀝青青，（常溫下下操作作，冷冷施工工）一、瀝瀝青混混合料料的強(qiáng)強(qiáng)度理理論和和組成成結(jié)構(gòu)構(gòu)1、瀝青青混合合料強(qiáng)強(qiáng)度理理論瀝青路路面破破壞形形式高溫時(shí)時(shí)塑性性變形形過剩剩——抗剪強(qiáng)強(qiáng)度不不足低溫脆脆裂——抗拉強(qiáng)強(qiáng)度不不足，，變形形能力力差因此研研究瀝瀝青混混合料料的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度和和抗變變形能能力。摩爾-庫倫包包絡(luò)線線——應(yīng)力圓圓的公公切線線即為抗抗剪強(qiáng)強(qiáng)度曲曲線圓柱形形試件件三軸剪剪切試試驗(yàn)得得到?jīng)Q定瀝瀝青混混合料料C與ψ值的摩摩爾圓圓包絡(luò)絡(luò)線瀝青混混合料料的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度(τ)公式σ———正應(yīng)力力（Mpa）；C———瀝青混混合料料的粘粘力（（Mpa）；ψ——瀝青混混合料料的內(nèi)內(nèi)摩擦擦角。。粘聚力力C↑，，內(nèi)摩擦擦角ψ↑↑→抗剪強(qiáng)強(qiáng)度τ↑2．影響響瀝青青混合合料強(qiáng)強(qiáng)度與與穩(wěn)定定性的的因素素內(nèi)因因①瀝瀝青粘粘度②瀝瀝青與與礦物物的化化學(xué)性性質(zhì)③礦礦粉比比表面面（細(xì)細(xì)度））④瀝瀝青用用量⑤集集料的的級配配類型型、粒粒徑、、顆粒粒狀態(tài)態(tài)①瀝瀝青粘粘度瀝青是是膠結(jié)結(jié)材料料，其其粘度度大，，對集集料約約束使使其嵌嵌鎖結(jié)結(jié)構(gòu)穩(wěn)穩(wěn)定，，粘滯滯阻力力大，，抗變變形能能力強(qiáng)強(qiáng)。因因此粘聚力力C↑→→內(nèi)摩擦擦角ψ↑、抗剪強(qiáng)強(qiáng)度τ↑②瀝瀝青與與礦物物的化化學(xué)性性質(zhì)瀝青與與礦物物表面面形成成一層層厚度度δ0的“結(jié)結(jié)構(gòu)瀝瀝青””，該該瀝青青化學(xué)學(xué)組分分重新新排列列，粘粘度↑，粘聚聚力↑，δ0以外的的瀝青青稱““自由由瀝青青”。。自由瀝青結(jié)構(gòu)瀝青討論論：以“結(jié)構(gòu)構(gòu)瀝青青”接觸觸的兩兩顆粒粒，粘聚力力C↑以“自由瀝瀝青”接觸觸的兩兩顆粒粒，瀝瀝青混混合料料粘聚力力C較小“結(jié)構(gòu)構(gòu)瀝青青”δ0的厚度度與礦礦料的的化學(xué)性性質(zhì)有關(guān)：：瀝青—石灰石石（堿堿性集集料））界面面的δ0厚度大大，礦礦料之之間更更有可可能通通過結(jié)結(jié)構(gòu)瀝瀝青聯(lián)聯(lián)結(jié)。。瀝青—石英石石（酸酸性集集料））界面面的δ0厚度小小。③礦礦粉比比表面面（細(xì)細(xì)度））瀝青用用量一一定，，礦粉粉比表表面積積大，，形成成的““結(jié)構(gòu)構(gòu)瀝青青”數(shù)數(shù)量↑，瀝青混混合料料的粘粘聚力力C↑。礦粉的的性質(zhì)質(zhì)和用用量對對瀝青青混合合料的的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度τ影響很很大?！獡降V粉粉的重重要性性結(jié)論：：配制瀝瀝青混混凝土土?xí)r，，必須須摻適適量礦礦粉——產(chǎn)生““結(jié)構(gòu)構(gòu)瀝青青”→→混合合料粘粘結(jié)力力C↑→抗剪強(qiáng)強(qiáng)度τ↑→高溫抗抗變形形能力力↑→提高高溫度度穩(wěn)定定性④瀝瀝青用用量瀝青用用量適適當(dāng)，，可形形成足足夠數(shù)數(shù)量的的“結(jié)結(jié)構(gòu)瀝瀝青””，使使得粘粘聚力力↑，且礦礦料之之間以以“結(jié)結(jié)構(gòu)瀝瀝青””連接接，此此時(shí)，，瀝青青膠漿漿有最最優(yōu)的的粘聚聚力。。所以在在瀝青青混合合料配配合比比設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)，，要考考慮最最佳瀝瀝青用用量。。⑤集集料的的級配配類型型、粒粒徑和和顆粒粒狀態(tài)態(tài)合理級級配——顆粒間間成嵌嵌鎖結(jié)結(jié)構(gòu)，，摩擦擦阻力力↑，近似正方體體，表面面粗糙的顆粒粒——內(nèi)摩擦擦角↑→較強(qiáng)強(qiáng)的力力學(xué)穩(wěn)穩(wěn)定性性→瀝瀝青混混合料料抗剪剪力↑外因因①溫溫度——瀝青屬屬熱塑塑性材材料溫度↑，粘聚聚力C↓→→抗剪強(qiáng)強(qiáng)度τ↓。②形變速速率↓→C↑，抗剪強(qiáng)強(qiáng)度τ↑3.瀝青混混合料料的組組成結(jié)結(jié)構(gòu)和和性能能瀝青混混合料料組成成結(jié)構(gòu)構(gòu)的膠膠漿理理論三種瀝瀝青混混合料料的結(jié)結(jié)構(gòu)常常數(shù)不不同，，穩(wěn)定定性有有差異異。1、懸浮浮—密實(shí)結(jié)結(jié)構(gòu)連續(xù)型型密級級配集集料——密實(shí)度度高，，但各各級集集料均均為次次級集集料所所隔開開，有有大量量的細(xì)細(xì)顆粒粒，但但粗集料料不能互互相靠靠攏形形成骨骨架，，懸浮于次級級集料料及瀝瀝青膠膠漿之之間。。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)構(gòu)瀝青青多，，粘聚聚力C大，內(nèi)內(nèi)摩阻阻角ψ較小，高高溫穩(wěn)穩(wěn)定性性較差差密實(shí)，，水穩(wěn)穩(wěn)性、、耐久久性較較好2、骨架架—空隙結(jié)結(jié)構(gòu)集料組組成為為連續(xù)續(xù)型開開級配配。粒粒徑遞遞減系系數(shù)大大，粗粗集料料多，，細(xì)集集料少少，甚甚至沒沒有。。粗集集料形形成骨骨架后后，細(xì)細(xì)集料料不能能填滿滿其空空隙。。特點(diǎn)：：結(jié)構(gòu)瀝瀝青少少，粘粘聚力力C小，內(nèi)磨阻阻角ψ高，難難以攤攤鋪壓壓實(shí)成成平整整路面面。高溫穩(wěn)穩(wěn)定性性好、、耐久久性可可能受受影響響3、密實(shí)實(shí)—骨架結(jié)結(jié)構(gòu)集料組組成采采用間間斷級級配。。粗集集料形形成骨骨架后后，相相當(dāng)數(shù)數(shù)量的的細(xì)集集料填填滿其其空間間。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)構(gòu)瀝青青多，，粘聚聚力C較高，，內(nèi)磨磨阻角角ψ較高，，可攤攤鋪成成結(jié)構(gòu)構(gòu)密實(shí)實(shí)、表表面平平整、、物理理力學(xué)學(xué)性能能比較較穩(wěn)定定的路路面。。二、瀝瀝青混混合料料的技技術(shù)性性質(zhì)和和標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)路面瀝瀝青混混合料料要求求具備備的技技術(shù)性性質(zhì)①力力學(xué)強(qiáng)強(qiáng)度——承受交交通荷荷載，，抗高高溫變變形，，低溫溫脆裂裂；②耐耐久性性——抵抗自自然因因素作作用；③抗抗滑性性——交通安安全；④施施工和和易性性——攤鋪和和壓實(shí)實(shí)1、高溫溫穩(wěn)定定性定義：：高溫溫條件件下承承受重重復(fù)荷荷載沒沒有很很大變變形（（60℃℃夏季溫溫度不不產(chǎn)生生車轍轍、擁擁包和和波浪浪）。。評價(jià)方方法：：(1)馬歇爾爾穩(wěn)定定度試試驗(yàn)(2)車轍試試驗(yàn)(1)馬歇爾爾穩(wěn)定定度——三項(xiàng)指指標(biāo)101.6×63.5mm圓柱體體試件件穩(wěn)定度度（MS）——規(guī)定溫溫度和和加荷荷速率率時(shí)破破壞荷荷載（（kN）；流值（（FL）——破壞時(shí)時(shí)，試試件的的垂直直變形形（0.1mm）；馬歇爾爾模數(shù)數(shù)（T）（kN/mm）（2）車轍轍試驗(yàn)驗(yàn)——高速公公路、、一級級公路路、城城市快快速路路、主主干路路要求求此項(xiàng)項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)。試件：300×300×50mm溫度：60℃℃方法：車輪輪反復(fù)復(fù)行走走。指標(biāo)：：動(dòng)穩(wěn)穩(wěn)定度度（DS）試件變變形1mm深時(shí)，，車輪輪行走走次數(shù)數(shù)。GBJ50092-96規(guī)定60℃℃時(shí)動(dòng)穩(wěn)穩(wěn)定度度——高速公公路，，城市市快速速路DS＞800次/mm——一級公公路、、城市市主干干道DS＞600次/mm——新規(guī)定定見表表3-212、低溫溫抗裂裂性定義：：瀝青混混合料料抵抗抗低溫溫開裂裂的能能力。。評價(jià)方方法低溫蠕蠕變試試驗(yàn)低溫彎彎曲試試驗(yàn)——列入新新規(guī)范范3、耐久久性(水穩(wěn)定定性)定義：：抵抗自自然因因素和和車載載長期期作用用，保保持原原有性性能的的能力力。瀝青老老化、、集料料破壞壞、水水導(dǎo)致致瀝青青與集集料粘粘附性性降低低而出出現(xiàn)剝剝落試驗(yàn)方方法：浸水馬馬歇爾爾試驗(yàn)驗(yàn)浸浸水水車轍轍試驗(yàn)驗(yàn)凍融劈劈裂試試驗(yàn)（（列入入新規(guī)規(guī)范））評價(jià)指指標(biāo)：殘留留穩(wěn)定定度MS’’0（%）、空隙率率VV、飽和度度VFA、礦料間間隙率率VMA、凍融劈劈裂強(qiáng)強(qiáng)度比比TSR耐久性性影響響因素素①化化學(xué)性性質(zhì)：：瀝青青、集集料的的化學(xué)學(xué)性質(zhì)質(zhì)②混混合料料的組組成結(jié)結(jié)構(gòu)——空隙率率?？障堵事省?，防陽陽光及及滲水水，空隙率率↑，瀝青青-集料之之間粘粘結(jié)力力差，，飽水水后集集料剝剝離，，顆粒粒相互互推移移，力力學(xué)強(qiáng)強(qiáng)度下下降，，路面面破壞壞。——一般空空隙率率保留留3～6%；以備備夏季季瀝青青膨脹脹③壓實(shí)度度4、抗滑滑性瀝青路路面抗抗滑性性與下下列因因素有有關(guān)：：集料表表面特特性——選擇硬硬質(zhì)有有棱角角；混合料料級配配——合理瀝青用用量及及瀝青青含蠟蠟量——最佳瀝瀝青用用量，，路面面含蠟蠟量＜＜3%——規(guī)范中中對