《道路建筑材料》（第2版） 課件 5- 瀝青材料

2024/2/12RoadConstructionMaterials1第五章瀝青材料(asphaltmaterial)2024/2/12RoadConstructionMaterials2本章要求8掌握瀝青的定義、分類。掌握石油瀝青的組成與結(jié)構(gòu)、技術(shù)性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與評價(jià)方法。掌握瀝青改性劑及瀝青改性方法、評定指標(biāo)與技術(shù)性質(zhì)。掌握乳化瀝青的形成、分裂機(jī)理、技術(shù)性質(zhì)與適用范圍等。了解其他瀝青的種類及功能。第五章瀝青材料2024/2/12RoadConstructionMaterials3第一節(jié)概述一、歷史與發(fā)展早在公元前3800-公元前2500年間瀝青就已被使用，公元前600年，人類在古巴比倫修筑了第一條瀝青鋪筑的路面。長期實(shí)踐表明，瀝青鋪筑的路面性能良好，當(dāng)前已成為修建高等級路面不可或缺的重要材料。

不同等級公路的瀝青耗用量第五章瀝青材料2024/2/12RoadConstructionMaterials4二、瀝青的定義及分類瀝青材料是由一些極其復(fù)雜的高分子碳?xì)浠衔锖瓦@些碳?xì)浠衔锏姆墙饘伲ㄑ?、硫、氮）衍生物所組成的黑色或黑褐色的固體、半固體或液體的混合物。按其產(chǎn)源，瀝青分類如下：第五章瀝青材料2024/2/12RoadConstructionMaterials5第一節(jié)結(jié)束第五章瀝青材料2024/2/12RoadConstructionMaterials6第二節(jié)石油瀝青一、石油瀝青的組成與結(jié)構(gòu)1.石油瀝青的化學(xué)組成：通常石油瀝青：碳80-87%，氫10-15%，氧硫氮<3%，此外還有些微量金屬元素（鎳、鐵、鈣、鈉、鎂）。2.石油瀝青的化學(xué)組分：將瀝青分離為化學(xué)性質(zhì)相近，而且與其路用性質(zhì)有一定聯(lián)系的幾個(gè)組，這些組就稱為組分。第五章瀝青材料2024/2/12RoadConstructionMaterials7一、石油瀝青的組成與結(jié)構(gòu)第五章瀝青材料2.石油瀝青的化學(xué)組分石油瀝青三組分分析：

油分（柔韌性、抗裂、和易性）樹脂（塑性、流動性、粘性）瀝青質(zhì)（粘結(jié)力、粘度、感溫性）石油瀝青四組分分析：飽和分（感溫性、潤滑、塑化）芳香分（分散介質(zhì)）膠質(zhì)（擴(kuò)散劑或膠溶劑）瀝青質(zhì)（粘結(jié)力、粘度、感溫性）瀝青三組分組成瀝青四組分組成2024/2/12RoadConstructionMaterials8第五章瀝青材料3.石油瀝青的膠體結(jié)構(gòu)

分散相：瀝青質(zhì)

分散介質(zhì)：飽和分、芳香分膠體結(jié)構(gòu)類型：·溶膠型瀝青·溶-凝膠型瀝青·凝膠型瀝青瀝青膠體結(jié)構(gòu)類型一、石油瀝青的組成與結(jié)構(gòu)2024/2/12RoadConstructionMaterials9第五章瀝青材料4.膠體結(jié)構(gòu)類型的判定

通常根據(jù)瀝青對溫度的敏感程度指標(biāo)—針入度指數(shù)（PI）的大小進(jìn)行判斷。

其中A為回歸常數(shù)，為針入度溫度關(guān)系直線斜率。

當(dāng)針入度指數(shù)小于-2為溶膠型，大于+2為凝膠型，在±2之間為溶-凝膠型。一、石油瀝青的組成與結(jié)構(gòu)2024/2/12RoadConstructionMaterials10第五章瀝青材料5.組分的轉(zhuǎn)化

瀝青暴露在空氣和水分中，其組分和結(jié)構(gòu)發(fā)生以下變化：

組分轉(zhuǎn)化：芳香分→膠質(zhì)→瀝青質(zhì)

膠體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化：溶膠型→溶-凝膠型→凝膠型

瀝青老化后，外觀變成暗黑色、產(chǎn)生網(wǎng)裂，失去黏性和塑性，因此瀝青類路面設(shè)計(jì)使用年限比水泥混凝土路短。一、石油瀝青的組成與結(jié)構(gòu)2024/2/12RoadConstructionMaterials11二、石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)1.物理常數(shù)：·密度

·熱脹系數(shù)

·介電常數(shù)

·比熱第五章瀝青材料2024/2/12RoadConstructionMaterials12第五章瀝青材料2.黏滯性-黏度（1）絕對黏度：通過毛細(xì)管法及真空減壓毛細(xì)管法測定；

瀝青剪切示意圖（2）相對黏度：也稱條件粘度，主要通過標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)和針入度儀

測定。

二、石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)2024/2/12RoadConstructionMaterials13第五章瀝青材料2.黏滯性-黏度黏度測定方法：針入度法、標(biāo)準(zhǔn)黏度計(jì)法等。

瀝青針入度測定儀

瀝青標(biāo)準(zhǔn)黏度計(jì)二、石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)2024/2/12RoadConstructionMaterials14第五章瀝青材料3.溫度敏感性-感溫性軟化點(diǎn)

脆點(diǎn)針入度指數(shù)黏度測定方法：針入度法、標(biāo)準(zhǔn)黏度計(jì)法等。

瀝青軟化點(diǎn)儀

瀝青針入度-溫度關(guān)系圖二、石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)2024/2/12RoadConstructionMaterials15第五章瀝青材料4.塑性-延展性

延度三大指標(biāo)：針入度、軟化點(diǎn)、延度

瀝青延度儀

8字試模二、石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)2024/2/12RoadConstructionMaterials16第五章瀝青材料二、石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)黏附性：瀝青與集料的界面粘結(jié)性能與抗剝落性能（水煮法、水浸法）耐久性：瀝青在外界環(huán)境因素下的長期綜合作用下抵抗老化的性能。（薄膜烘箱試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗(yàn)）施工安全性：閃點(diǎn)、燃點(diǎn)黏彈性：蠕變和松弛、勁度模量

2024/2/12RoadConstructionMaterials17第五章瀝青材料三、石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與評價(jià)方法1.分級體系

針入度分級體系黏度分級體系

基于性能的分級體系

·

高溫穩(wěn)定性→動態(tài)剪切流變試驗(yàn)（DSR）；·低溫抗裂性能→彎曲梁流變試驗(yàn)（BBR）及直接拉伸試驗(yàn)（DTT）；·耐疲勞性→DSR試驗(yàn)；·抗老化性能→旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱（RTFOT）及壓力老化試驗(yàn)（PAV）；·施工安全性、可操作性→旋轉(zhuǎn)粘度黏度試驗(yàn)（RV）2024/2/12RoadConstructionMaterials18第五章瀝青材料三、石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與評價(jià)方法2.我國道路石油瀝青技術(shù)要求道路用液體石油瀝青技術(shù)要求2024/2/12RoadConstructionMaterials19第二節(jié)結(jié)束第五章瀝青材料2024/2/12RoadConstructionMaterials20第三節(jié)改性瀝青一、概述

為應(yīng)對在氣候條件惡劣地區(qū)出現(xiàn)的道路低溫車轍等問題，在基質(zhì)瀝青中添加橡膠、樹脂、高分子聚合物、磨細(xì)的橡膠粉或其它填料等外摻劑以改變?yōu)r青物理力學(xué)性能。改性后：優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性，較好的低溫抗裂和抗反射裂縫的能力，黏結(jié)力及抗水損害能力得到增強(qiáng)。第五章瀝青材料2024/2/12RoadConstructionMaterials21

1.改性劑及分類

瀝青改性劑種類及其性能第五章瀝青材料二、改性劑及其種類2024/2/12RoadConstructionMaterials22

2.聚合物改性劑：橡膠類、熱塑橡膠類、熱塑性樹脂類常用的主要有：SBR、PE、EVA、SBS等幾種改性瀝青的特點(diǎn)：高溫穩(wěn)定性SBS>SBR>EVA>PE（較優(yōu)類）低溫抗裂性SBS>SBR>EVA

PE降低5℃延度彈性恢復(fù)SBS>SBR>EVA

EVA略有增加，PE幾乎無彈性60℃黏度SBS增大最多PEEVASBRPISBS增大最顯著EVAPESBR

第五章瀝青材料二、改性劑及其種類2024/2/12RoadConstructionMaterials23

1.改性瀝青相容性機(jī)理

改性瀝青是由高分子聚合物改性劑作為相容分散相，用物理的方法以一定的粒徑均勻網(wǎng)狀地分散到粒徑連續(xù)相重新構(gòu)成的體系。

影響因素：聚合分子量、分子結(jié)構(gòu)、分散度和溶解度參數(shù)等?；|(zhì)瀝青與聚合物改性劑基本上遵循化學(xué)組成結(jié)構(gòu)相似相容的原則。

第五章瀝青材料三、瀝青改性方法2024/2/12RoadConstructionMaterials24

2.生產(chǎn)原料的選擇基質(zhì)瀝青的選擇改性劑的選擇（以聚合物改性劑為例）

（1）根據(jù)氣候條件

I類SBS熱塑性橡膠類聚合物改性瀝青

II類SBR橡膠類聚合物改性瀝青

III類熱塑性樹脂類改性瀝青

（2）根據(jù)改性目的和要求

車轍？開裂？水穩(wěn)定性？穩(wěn)定劑的選擇

第五章瀝青材料三、瀝青改性方法2024/2/12RoadConstructionMaterials25

3.制作方式：工廠生產(chǎn)法和現(xiàn)場生產(chǎn)法4.制備方法：改性瀝青的制作可分為直接投入法和預(yù)混法

第五章瀝青材料三、瀝青改性方法直接投入法：SBR膠乳、纖維、磨細(xì)橡膠粉（干法等）預(yù)混法母體法：先加工成聚合物高劑量母體，再在現(xiàn)場調(diào)稀使用改性瀝青工廠制作的改性瀝青產(chǎn)品：SBS、EVA等簡單攪拌法：EVA、PAO及橡膠法（濕法）、SBR膠乳

（脫水均混），有機(jī)錳等抗落劑與天然瀝青混合高速剪切法膠體磨SBS、SIS、PE、EVA、APP2024/2/12RoadConstructionMaterials26

1.評價(jià)指標(biāo)現(xiàn)行評價(jià)改性瀝青性能的方法有三大類：利用瀝青性能指標(biāo)的變化程度進(jìn)行衡量；

針對改性瀝青的特點(diǎn)開發(fā)的試驗(yàn)方法；

美國的SHRP瀝青膠結(jié)料的評價(jià)方法。第五章瀝青材料四、評價(jià)指標(biāo)及技術(shù)性質(zhì)2024/2/12RoadConstructionMaterials27

2.改性瀝青的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

聚合物改性瀝青的技術(shù)要求第五章瀝青材料四、評價(jià)指標(biāo)及技術(shù)性質(zhì)2024/2/12RoadConstructionMaterials28

需綜合考慮地理位置、氣候條件和道路等級等因素。改性瀝青的選擇及適用地區(qū)

第五章瀝青材料五、改性瀝青的選擇2024/2/12RoadConstructionMaterials29

1.依據(jù)

改性瀝青的技術(shù)要求，詳見《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）。

2.適用范圍

改性瀝青基本上對所有道路都適用。

第五章瀝青材料六、改性瀝青的應(yīng)用2024/2/12RoadConstructionMaterials30第三節(jié)結(jié)束第五章瀝青材料2024/2/12RoadConstructionMaterials31第四節(jié)乳化瀝青一、概述

1.定義2.應(yīng)用3.特性：貯存穩(wěn)定性，與濕料拌合，無毒無嗅，降低污染

且施工安全。第五章瀝青材料瀝青結(jié)構(gòu)層間的黏層和透油層見教材圖5-132024/2/12RoadConstructionMaterials32一、概述

4.設(shè)計(jì)

第五章瀝青材料

排水性瀝青路面結(jié)構(gòu)圖橡膠瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)圖

2024/2/12RoadConstructionMaterials33二、乳化瀝青的組成材料第五章瀝青材料1.離子類型、乳化能力和破乳速度三種分類方法）2.瀝青（約占50%~70%）3.穩(wěn)定劑：有機(jī)穩(wěn)定劑、無機(jī)穩(wěn)定劑4.水乳化劑非離子型乳化劑離子型乳化劑陰離子型乳化劑陽離子型乳化劑慢裂型中裂型快裂型速凝型快凝中凝慢凝兩性離子型乳化劑2024/2/12RoadConstructionMaterials34三、乳化瀝青的形成和分裂機(jī)理第五章瀝青材料1.形成機(jī)理

乳化劑降低界面張力作用界面膜的保護(hù)作用雙電子層的穩(wěn)定作用2.分裂機(jī)理乳液與集料作用后濃度的變化水分的蒸發(fā)作用2024/2/12RoadConstructionMaterials35四、乳化瀝青的生產(chǎn)過程第五章瀝青材料乳化改性瀝青的生產(chǎn)流程2024/2/12RoadConstructionMaterials36五、乳化瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第五章瀝青材料試驗(yàn)項(xiàng)目單位品種及代號試驗(yàn)方法陽離子陰離子非離子噴灑用拌合用噴灑用拌合用噴灑用拌合用PC-1PC-2PC-3BC-1PA-1PA-2PA-3BA-1PN-2BN-1破乳速度快裂慢裂快裂或中裂慢裂或中裂快裂慢裂快裂或中裂慢裂或中裂慢裂慢裂T0658粒子電荷陽離子（+）陰離子（-）非離子T0653篩上殘留物（1.18mm篩）不大于%0.10.10.1T0652黏度恩格拉黏度計(jì)E252~101~61~62~302~101~61~62~301~62~30T0622道路標(biāo)準(zhǔn)黏度計(jì)C25.3s10~258~208~2010~5010~258~208~2010~608~2010~60T0631蒸發(fā)殘留物殘留分含量不小于%50505055505050555055T0651溶解度不小于%97.597.597.5T0607針入度（25℃）0.1mm50~20050~30045~15050~20050~30045~15050~30060~300T0604延度（15℃）不小于cm404040T0605與粗集料的黏結(jié)性，裹附面積不小于2/3--2/3--2/3--T0654與粗、細(xì)粒式集料拌合試驗(yàn)--均勻--均勻--T0659水泥拌合試驗(yàn)的篩上剩余不大于%------3T0657常溫貯存穩(wěn)定性1d不大于5d不大于%

15

15

15T0655

道路用乳化瀝青技術(shù)要求2024/2/12RoadConstructionMaterials37六、乳化瀝青適用范圍第五章瀝青材料乳化瀝青品種及適用范圍分類品種及代號適用范圍陽離子乳化瀝青PC-1表處、貫入式路面及下封層用PC-2透層油及基層養(yǎng)護(hù)用PC-3黏層油用BC-1稀漿封層或冷拌瀝青混合料用陰離子乳化瀝青PA-1表處、貫入式路面及下封層用PA-2透層油及基層養(yǎng)護(hù)用PA-3黏層油用BA-1稀漿封層或冷拌瀝青混合料用非離子乳化瀝青PN-2透層油用BN-1與水泥穩(wěn)定集料同時(shí)使用（基層路拌或再生）2024/2/12RoadConstructionMaterials38第四節(jié)結(jié)束第五章瀝青材料2024/2/12RoadConstructionMaterials39第五節(jié)其他瀝青簡介一、泡沫瀝青第五章瀝青材料

向高溫瀝青中加入少量水和氣，使瀝青產(chǎn)生微細(xì)的泡沫所形成的一種膨脹狀態(tài)的瀝青。

1.工藝過程簡介將精確計(jì)量的冷水（1%-2%）與熱瀝青混合，瀝青體積膨脹從而產(chǎn)生大量泡沫，促使其表面活性進(jìn)一步增強(qiáng)。瀝青發(fā)泡基本過程2024/2/12RoadConstructionMaterials40第五章瀝青材料2.

兩個(gè)評價(jià)參數(shù)膨脹率半縮期3.泡沫瀝青再生技術(shù)的優(yōu)勢舊路面肥料回收再用，節(jié)約環(huán)保；泡沫瀝青貯存時(shí)間長，無需加熱，碾壓成型迅速；由該技術(shù)鋪筑的路面使用壽命更長；路面標(biāo)高可不抬高或抬高較少，降低成本。第五節(jié)其他瀝青簡介2024/2/12RoadConstructionMaterials41第五章瀝青材料二、煤瀝青1.定義：煤干餾得到的煤焦油再加工得到軟煤瀝青與硬煤瀝青。2.化學(xué)組分：主要油分、樹脂、游離碳等。3.

技術(shù)性