土木工程材料瀝青及瀝青混合料

土木工程材料瀝青及瀝青混合料第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四第八章瀝青及瀝青混合料第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四一、石油瀝青1、石油瀝青的定義2、石油瀝青的組成與結構3、石油瀝青的技術性質4、石油瀝青的牌號與應用第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四1、石油瀝青的定義：

石油原油經蒸餾等提煉出各種輕質油（如汽油、柴油等）及潤滑油以后的殘余物，或再經加工而得到的產品。是由多種極其復雜的碳氫化合物和這些碳氫化合物的非金屬衍生物所組成的混合物。分為建筑石油瀝青、道路石油瀝青和普通石油瀝青三種。第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四（1）石油瀝青的組分飽和分（油分）：是瀝青中分子量最小和密度最小的組分，呈淡黃色至紅褐色的油狀液體。賦予石油瀝青以流動性?？扇苡谑兔选⒍蚧?、三氯甲烷、苯、四氯化碳和丙酮等有機溶劑，但不溶于酒精。膠質（樹脂）：分子量比油分大，呈黃色至黑褐色的油狀液體。大部分屬于中性樹脂，賦予瀝青以粘結性、塑性和可流動性?？扇苡谌燃淄?、苯、汽油等有機溶劑。地瀝青質（瀝青質）：分子量比樹脂更大，呈深褐色至黑色固態(tài)無定形體（固體粉末）。決定石油瀝青溫度敏感性、粘性?？扇苡谌燃淄?、二硫化碳等有機溶劑，染色力強，對光的敏感性強，感光后不溶。2、石油瀝青的組成與結構第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四（2）石油瀝青的結構在瀝青中，油份和樹脂互溶，樹脂浸潤地瀝青質。以地瀝青質為核心，周圍吸附部分樹脂和油份，構成膠團，無數(shù)膠團分散在油份中形成膠體結構。第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四溶膠結構凝膠結構溶膠結構：飽和分和膠質數(shù)量較多。瀝青質較少，流動性、塑性較好，溫度敏感性大。凝膠結構：瀝青質含量適當，并有較多的膠質分作為保護物質時。彈性、粘性較好，溫度敏感性小。溶-凝膠結構：介于兩者之間。第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四粘性：粘性是指瀝青材料在外力的作用下，瀝青粒子產生相互位移時抵抗變形的能力。反映了瀝青的軟硬、稀稠程度，是劃分瀝青牌號的主要指標。

針入度、標準粘度。3、石油瀝青的技術性質（1）粘性（2）塑性（3）溫度敏感性（4）大氣穩(wěn)定性（5）其他性質第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四針入度的測定針入度25℃，100g的標準針，在5s內貫入試樣的深度表示。針入度越大，瀝青越軟，粘度越小第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四粘滯度的測定規(guī)定溫度下，規(guī)定直徑的孔流出50cm3瀝青所需要的時間。第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四3、石油瀝青的技術性質塑性：是指石油瀝青在外力作用下，產生變形而不破壞，除去外力后，仍保持變形后的形狀的性質。用延度表示。（1）粘性（2）塑性（3）溫度敏感性（4）大氣穩(wěn)定性（5）其他性質第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四延度的測定延伸度斷裂8字型標準試樣，在規(guī)定的速度和溫度下拉斷時的伸長長度，以cm為單位。延度越大，瀝青塑性越好第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四3、石油瀝青的技術性質溫度敏感性：是指石油瀝青的粘性和塑性隨溫度升降而變化的性能。用溫度軟化點表示。（1）粘性（2）塑性（3）溫度敏感性（4）大氣穩(wěn)定性（5）其他性質第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四軟化點的測定瀝青裝入規(guī)定尺寸的銅環(huán)內，試樣上放置一個標準鋼球，浸入水中或甘油，以規(guī)定的升溫速度加熱，使瀝青軟化下垂，當瀝青下垂25cm時的溫度，即為瀝青軟化點。軟化點越高，瀝青耐熱性就越好。第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四3、石油瀝青的技術性質老化：石油瀝青隨著時間的進展，而流動性和塑性逐漸減少，硬脆性逐漸增大，直至脆裂。大氣穩(wěn)定性：是指石油瀝青在熱、陽光、氧氣和潮濕等因素的長期綜合作用下抵抗老化的性能。用蒸發(fā)損失、蒸發(fā)針入度表示。（1）粘性（2）塑性（3）溫度敏感性（4）大氣穩(wěn)定性（5）其他性質燃點、溶解度、閃點第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四4、石油瀝青的牌號與應用三大指標：針入度、延度、軟化點，其中針入度是劃分牌號的主要依據。按針入度劃分為40、30和10三個牌號。牌號越高，針入度越大(越軟），延度越大（塑性越好），軟化點越低（耐熱性越差）。選用的原則：在滿足設計要求的條件下，牌號越大越好。第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四二、煤焦油與石油瀝青相比，煤瀝青有如下特點：（1）由固態(tài)或粘稠態(tài)轉變?yōu)檎沉鲬B(tài)（或液態(tài)）的溫度間隔較小，夏天易軟化流淌，而冬天易脆裂，即溫度敏感性較大。（2）含揮發(fā)性成分和化學穩(wěn)定性差的成分較多，在熱、陽光、氧氣等的長期綜合作用下，煤瀝青的組成變化較大，易硬脆，大氣穩(wěn)定性較差。（3）含有較多的游離碳，塑性較差，容易變形開裂。（4）因含有蒽、酚等，故有毒性和臭味，防腐能力較好，適用于木材的防腐處理。（5）含表面活性物質較多，與礦料表面的粘附力較好。第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四三、改性瀝青現(xiàn)在土木工程對瀝青的要求越來越高：

1、在低溫條件下有一定的彈性和塑性。

2、在高溫條件下要有足夠的強度和穩(wěn)定性。

3、在加工和使用條件下具有抗“老化”能力。

4、與各種礦物和結構表面有較強的粘附力。

5、對構件變形的適應性和耐疲勞性。通常橡膠、樹脂等稱為石油瀝青的改性材料。第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四我國目前使用的聚合物改性劑主要有SBS(屬熱塑性橡膠類)、SBR(屬橡膠類)、EVA及PE(熱塑性樹脂類)三類。

I類(SBS熱塑性橡膠類)聚合物改性瀝青中I—A型及I—B型適用于寒冷地區(qū)，I—C型適用于較熱地區(qū)，I—D型適用于炎熱地區(qū)及重交通量路段。

Ⅱ類(SBR橡膠類)聚合物改性瀝青中Ⅱ—A適用于寒冷地區(qū)，Ⅱ—B和Ⅱ—C適用于較熱地區(qū)。

Ⅲ類聚合物改性瀝青，如乙烯—醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯(PE)改性瀝青，適用于較熱和炎熱地區(qū)。通常要求軟化點溫度比最高月使用溫度的最大空氣溫度高20℃左右。第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)瀝青混合料一、概述(一)定義瀝青混合料是由礦料（如碎石、石屑、砂等）與瀝青拌和而成的混合料的總稱。1、瀝青混凝土混合料：由適當比例的粗集料、細集料及填料組成的符合規(guī)定級配的礦料，與瀝青結合料拌和而制成的符合技術標準的瀝青混合料，簡稱AC。2、瀝青碎石混合料：由適當比例的粗集料、細集料及填料（或不加填料）與瀝青拌和的瀝青混合料（壓實后剩余空隙率大于10％的瀝青混合料），簡稱AM。第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四(二)瀝青混合料的特點1、瀝青混合料是彈塑性粘性材料，具有一定的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。2、瀝青混合料路面有一定的粗糙度，行車比較安全。3、施工方便，速度快，養(yǎng)護期短。4、瀝青混合料路面可分期改造和再生利用。缺點易老化引起路面破壞；溫度穩(wěn)定性差，夏季高溫時易軟化；冬季低溫時易脆裂。第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四(三)瀝青混合料的分類1、按膠凝材料分：石油瀝青混合料和煤瀝青混合料。2、按礦料最大粒徑可分為以下幾種：(1)特粗式～粒徑≥37.5mm。(2)粗粒式～最大粒徑為26.5mm或31.5mm。一般用于高級路面的基層，雙層式瀝青面層的下層。(3)中粒式~最大粒徑為16mm或19mm，一般用于路面的面層或雙層式瀝青面層的下層。(4)細粒式～最大粒徑為9.5mm或13.2mm。一般用于雙層式瀝青路面面層。(5)砂粒式～最大粒徑等于或小于4.75mm，也稱為瀝青石屑或瀝青砂。一般用于高級路面上的磨耗層。3、按礦質材料的級配類型分：連續(xù)級配瀝青混合料和間斷級配瀝青混合料。第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四二、瀝青混合料的組成結構級配良好的礦質骨料（粗集料、細集料、礦粉）、最佳用量的瀝青膠結物、外摻材料所構成的具有空間網絡結構的一種多相分散體系第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四

(1)懸浮一密實結構是指礦質集料由大到小組成連續(xù)型密級配的混合料結構，混合料中粗集料數(shù)量較少，細集料的數(shù)量較多。特點：粘聚力較大，內摩阻角較小，密實度較高，但高溫穩(wěn)定性較差。應用：雙層或三層結構的瀝青路面，其中至少必須有一層1型密級配瀝青混合料。對干燥地區(qū)的高等級公路，也可采用這種結構的瀝青混合料做表層。第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四(2)骨架一間隙結構是指礦質集料屬于連續(xù)型開級配的混合料結構，礦質集料中粗集科較多，粗集料互相靠攏可形成礦質骨架，細集料較少。特點：空隙率大，耐久性差，瀝青與礦料的粘聚力差，熱穩(wěn)定性較好，其強度主要取決于內摩阻角。當瀝青路面采用這種形式的瀝青混合料時，瀝青面層下必須作下封層。第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四(3)骨架一密實結構間斷型密級配的瀝青混合料既有一定數(shù)量的粗集料形成骨架結構，又有足夠的細集料填充到粗骨料之間的空隙中去。特點：較高的粘聚力和內摩阻角，結構的密實度、強度、穩(wěn)定性都比較好。理想型。第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四三、瀝青混合料的技術性質1、高溫穩(wěn)定性定義：是指混合料在高溫（通常為60℃）條件下，經車輛荷載長期重復作用后，不產生車撤和波浪等病害的性能。規(guī)定：采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗（包括穩(wěn)定度、流值、馬歇爾模數(shù)）來評價瀝青混合料高溫穩(wěn)定性，對于高速公路、一級；路、城市快速路、主干路用瀝青混合料，還應通過動穩(wěn)定度試驗檢驗其抗車轍能力。

第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四2、低溫抗裂性瀝青混合料不僅應具備高溫穩(wěn)定性，還要具有低溫抗裂性，以保證在冬季低溫時不產生裂縫。瀝青混合料的低溫裂縫是由混合料的低溫脆化、低溫縮裂和溫度疲勞引起的。在混合料組成設計中，應選用稠度較低、溫度敏感性低、抗老化能力強的瀝青。第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四3、耐久性定義：在外界各種因素的長期作用下，能基本保持原有性能而不出現(xiàn)剝落和松散等損壞的的性質。瀝青路面的使用壽命與瀝青含量有很大關系。當瀝青用量較最終使用量少0.5％的混合料能使路面使用壽命減少一半以上。我國現(xiàn)行規(guī)范來用空隙率、飽和度（即瀝青填隙率）和殘留穩(wěn)定度等指標來表征瀝青混合料的耐久性。第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四4、抗滑性瀝青混合料路面的抗滑性與礦質集料的微表面性質、混合料的級配組成以及瀝青用量等因素有關?？够胧哼x擇硬質有棱角的礦料，骨料的顆粒適當大些，瀝青用量少些，嚴格控制瀝青中含蠟量。瀝青用量超過最佳用量的0.5％，即可使抗滑系數(shù)明顯降低。第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四5、施工和易性影響混合料施工和易性的主要因素是礦料級配和瀝青用量。例如：細顆粒材料不宜過多，則使拌和困難。瀝青用量不宜過少，礦粉用量不宜過多，否則混合料容易產生疏松，不易壓實；反之，則容易使混合料粘結成塊，不易攤鋪。另外，氣候、機械性能、施工能力等外部條件也會不同程度地影響施工和易性。第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四四、瀝青混合料的組成材料的技術要求1、瀝青在選擇瀝青材料時，要考慮交通量、氣候條件、瀝青混合料的類型及施工條件等因素。一般路面的上層宜用較稠的瀝青，下層或聯(lián)結層宜用較稀的瀝青。第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四2、粗集料

瀝青混合料的粗集料要求潔凈、干燥、無風化、無雜質，并且具有足夠的強度和耐磨性。瀝青混合料用粗集料有碎石、破碎礫石、篩選礫石和鋼渣等。對用于瀝青表層的粗集料，應選用堅硬、耐磨、韌性好的碎石或破碎礫石。篩選礫石和鋼渣只能用于三級或三級以下的公路，而且篩選礫石一般只適用于瀝青路面的下層。鋼渣應有6