沥青土木工程材料课件.ppt

1、第十章第十章 沥青与沥青混合料沥青与沥青混合料第一节第一节 石油沥青石油沥青 沥青是高分子碳氢化合物及其非金属（氧、沥青是高分子碳氢化合物及其非金属（氧、氮、碳等）衍生物组成的极其复杂的混合物，在氮、碳等）衍生物组成的极其复杂的混合物，在常温下呈黑色或黑褐色的固体、半固体或液体状常温下呈黑色或黑褐色的固体、半固体或液体状态。沥青是一种无机的胶结材料，具有粘性、塑态。沥青是一种无机的胶结材料，具有粘性、塑性、耐腐蚀及憎水性等，因此在建筑工程中主要性、耐腐蚀及憎水性等，因此在建筑工程中主要用作防潮、防水、防腐材料，用于屋面、地下、用作防潮、防水、防腐材料，用于屋面、地下、以及其他防水工程、防腐工程

2、以及道路工程。以及其他防水工程、防腐工程以及道路工程。沥青主要分为沥青主要分为地沥青地沥青和和焦油沥青焦油沥青，地，地沥青又分为天然沥青和石油沥青，焦油沥青分沥青又分为天然沥青和石油沥青，焦油沥青分为煤沥青，木沥青，页岩沥青。为煤沥青，木沥青，页岩沥青。一般用于建筑工程的有石油沥青和煤一般用于建筑工程的有石油沥青和煤沥青两种。沥青两种。一、石油沥青的组分和结构一、石油沥青的组分和结构1 1、石油沥青的化学组分、石油沥青的化学组分 化学组分分析就是将沥青分离为几个化学组分分析就是将沥青分离为几个化学性质相近，而且与路用性质有一定联化学性质相近，而且与路用性质有一定联系的组，这些组就称为系的组，这

3、些组就称为“组分组分”。三组分分析法将沥青分离为三组分分析法将沥青分离为油分油分、树树脂脂和和沥青质沥青质等三组分。等三组分。2、石油沥青的胶体结构、石油沥青的胶体结构 沥青中不含沥青质，只有单纯的可沥青中不含沥青质，只有单纯的可溶质时，沥青则只具有粘性液体的特征溶质时，沥青则只具有粘性液体的特征而不成为胶体体系。沥青只所以形成胶而不成为胶体体系。沥青只所以形成胶体，是由于强极性的沥青质吸附了极性体，是由于强极性的沥青质吸附了极性较强的胶质，形成了以沥青质为胶核，较强的胶质，形成了以沥青质为胶核，胶质被吸附其表面，并逐渐向外扩散形胶质被吸附其表面，并逐渐向外扩散形成胶团，胶团再分散于芳香分和饱

4、和分成胶团，胶团再分散于芳香分和饱和分中。中。溶胶结构溶胶结构当沥青质的含量不多当沥青质的含量不多(小于小于10%)，相对分子量不很大，或分子尺寸较小，与胶质的相对分子量不很大，或分子尺寸较小，与胶质的相对分子质量相近时，饱和分和芳香分的溶解能相对分子质量相近时，饱和分和芳香分的溶解能力很强，分散相和分散介质的化学组成比较接近，力很强，分散相和分散介质的化学组成比较接近，这样的沥青分散度很高，胶团可以在连续相中自这样的沥青分散度很高，胶团可以在连续相中自由移动，近似真溶液，具有牛顿流动特性，粘度由移动，近似真溶液，具有牛顿流动特性，粘度与应力成比例，称之为溶胶型沥青。具有较好的与应力成比例，称

5、之为溶胶型沥青。具有较好的自愈性和低温变形能力，但是高温稳定性差（粘自愈性和低温变形能力，但是高温稳定性差（粘度很小）。度很小）。凝胶结构凝胶结构当沥青质含量很大，达到或超过当沥青质含量很大，达到或超过25%-30%时，胶质的数量不足以包裹在沥青质周时，胶质的数量不足以包裹在沥青质周围使之胶溶，沥青质胶团会相互连结，形成三维围使之胶溶，沥青质胶团会相互连结，形成三维网状结构，胶团在连续相中移动比较困难，此时网状结构，胶团在连续相中移动比较困难，此时就形成了凝胶型沥青。这类沥青在常温下呈现非就形成了凝胶型沥青。这类沥青在常温下呈现非牛顿流动特性，常温下具有较好的温度稳定性，牛顿流动特性，常温下具

6、有较好的温度稳定性，但低温变形能力较差。但低温变形能力较差。溶一凝胶结构溶一凝胶结构当沥青或沥青质中含有较多的当沥青或沥青质中含有较多的烷基侧链，生成的胶团结构比较松散，可能含有烷基侧链，生成的胶团结构比较松散，可能含有一些开式网状结构，网状结构的形成与温度密切一些开式网状结构，网状结构的形成与温度密切相关，在常温时，在变形的最初阶段表现出明显相关，在常温时，在变形的最初阶段表现出明显的弹性效应，但在变形增加至一定阶段时，则表的弹性效应，但在变形增加至一定阶段时，则表现为牛顿液体状态。现为牛顿液体状态。在高温时具有较低的感温性，在高温时具有较低的感温性，低温时又有较好的形变能力。低温时又有较好

7、的形变能力。1.粘滞性（粘性）粘滞性（粘性）粘滞性是指沥青材料在外力的作用下，沥青粒粘滞性是指沥青材料在外力的作用下，沥青粒子产生相互位移时抵抗变形的性能。子产生相互位移时抵抗变形的性能。（1）针入度（粘稠沥青的测定方法）针入度（粘稠沥青的测定方法）沥青的针入度是在规定温度（沥青的针入度是在规定温度（25）和时间）和时间(5S)内，附加一定重量（内，附加一定重量（100）的标准针垂直贯入试样）的标准针垂直贯入试样的深度，以的深度，以0.1表示。表示。P25,100g,5s:针入度试验温针入度试验温度为度为25，标准针质量和贯入时间为，标准针质量和贯入时间为100g和和5s。电脑针入度仪电脑针入

8、度仪（）粘度（液体沥青粘滞性的测定方法）（）粘度（液体沥青粘滞性的测定方法）沥青的标准粘度（简称沥青的标准粘度（简称“粘度粘度”）是试）是试样样在规定温度下，从标准粘度计规定直径（在规定温度下，从标准粘度计规定直径（3、4、5、10mm）的流孔流出）的流孔流出50ml所需的时间所需的时间，以表示。，以表示。流出的时间越长，粘度越大。流出的时间越长，粘度越大。2.塑性（延性）塑性（延性）指沥青材料在外力拉伸作用下发生塑性变形的指沥青材料在外力拉伸作用下发生塑性变形的能力。以沥青的延度指标来反映沥青的延性。能力。以沥青的延度指标来反映沥青的延性。沥青的延度是规定形状（倒八字形）的试样在沥青的延度是

9、规定形状（倒八字形）的试样在规定温度下，以一定速度受拉伸至断开时的长度，规定温度下，以一定速度受拉伸至断开时的长度，以以cm 表示。表示。延度越大，沥青的延性越好。延度越大，沥青的延性越好。沥青延度仪沥青延度仪3、温度稳定性（感温性）、温度稳定性（感温性）指石油沥青的粘性和塑性随温度升降而指石油沥青的粘性和塑性随温度升降而变化的性能。变化的性能。在工程中保证沥青不致温度升高而产生在工程中保证沥青不致温度升高而产生流动，一般取滴落点（液化点）和硬化点之流动，一般取滴落点（液化点）和硬化点之间温度的间温度的87.21%作为软化点。作为软化点。沥青软化点仪沥青软化点仪 针入度针入度是在规定温度下测定

10、沥青的条件是在规定温度下测定沥青的条件粘度，而粘度，而软化点软化点则是在沥青达到规定条件粘则是在沥青达到规定条件粘度时的温度。度时的温度。所以软化点是反映沥青材料热所以软化点是反映沥青材料热稳定性的一个指标稳定性的一个指标，也是条件粘度的一种量，也是条件粘度的一种量度。度。针入度针入度、延度延度、软化点软化点是评价粘稠石油是评价粘稠石油沥青路用性能最常用的经验指标，所以通称沥青路用性能最常用的经验指标，所以通称“三大指标三大指标”。4.沥青的耐久性（大气稳定性）沥青的耐久性（大气稳定性）大气稳定性大气稳定性指石油沥青在热、阳光、指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气因素长期综合作用下，抵氧气和

11、潮湿等大气因素长期综合作用下，抵抗老化的性能。抗老化的性能。沥青的老化沥青的老化指沥青在大气因素的长期指沥青在大气因素的长期综合作用下，逐渐失去粘性、塑性而变硬变综合作用下，逐渐失去粘性、塑性而变硬变脆的现象。脆的现象。5.安全性安全性 沥青的闪点是试样在规定的克利夫兰开口杯盛沥青的闪点是试样在规定的克利夫兰开口杯盛样器内，按规定的升温速度受热时所蒸发的气体，样器内，按规定的升温速度受热时所蒸发的气体，以规定的方法与试焰接触，初次发生一瞬即灭的火以规定的方法与试焰接触，初次发生一瞬即灭的火焰时的试样温度，以焰时的试样温度，以表示。表示。沥青的燃点是试样继续受热时，蒸气接触火焰沥青的燃点是试样继

12、续受热时，蒸气接触火焰能持续燃烧时间不少于时的试样温度，以能持续燃烧时间不少于时的试样温度，以表表示。示。沥青材料在使用时必须加热，加热温度必须低沥青材料在使用时必须加热，加热温度必须低于闪点。于闪点。石油沥青按技术性质划分为多种牌号，按应石油沥青按技术性质划分为多种牌号，按应用不同可分为道路石油沥青、建筑石油沥青和普用不同可分为道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青三类，其技术指标见下表。通石油沥青三类，其技术指标见下表。三种石油沥青的牌号三种石油沥青的牌号主要是根据主要是根据针入度针入度指标指标来划分的，随着牌号的增加，粘性越小（针入度来划分的，随着牌号的增加，粘性越小（针入度越大），塑

13、性越好（延度越大），温度敏感性越越大），塑性越好（延度越大），温度敏感性越大（软化点越低）。大（软化点越低）。三、石油沥青的分类及选用标准三、石油沥青的分类及选用标准第二节第二节 煤沥青煤沥青 煤沥青是炼焦或生产煤气的副产品。煤沥青是炼焦或生产煤气的副产品。烟煤干馏时所挥发的物质冷凝为煤焦油，烟煤干馏时所挥发的物质冷凝为煤焦油，煤焦油经分馏加工，提取出各种油质后的煤焦油经分馏加工，提取出各种油质后的产品即为煤沥青。产品即为煤沥青。一、煤沥青的特性一、煤沥青的特性 与石油沥青相比，煤沥青的特性有以下几点：与石油沥青相比，煤沥青的特性有以下几点：1.因含有蒽、萘、酚等物质，有着特殊的臭味和毒因含有

14、蒽、萘、酚等物质，有着特殊的臭味和毒性，故其防腐能力强。性，故其防腐能力强。2.因含表面活性物质较多，故与矿物表面粘附能力因含表面活性物质较多，故与矿物表面粘附能力强，不易脱落。强，不易脱落。3.因含可溶性树脂多，由固态变为液态的温度间隔因含可溶性树脂多，由固态变为液态的温度间隔小，受热易软化，受冷易脆裂，故其小，受热易软化，受冷易脆裂，故其温度稳定性温度稳定性差差。4.含挥发性和化学稳定性差的成分较多，在热、光、含挥发性和化学稳定性差的成分较多，在热、光、氧气等长期综合作用下，煤沥青的组成变化较大，氧气等长期综合作用下，煤沥青的组成变化较大，易硬脆，故易硬脆，故大气稳定性差大气稳定性差。5.

15、含有较多的游离碳、塑性差，易因变形而开裂。含有较多的游离碳、塑性差，易因变形而开裂。二、煤沥青与石油沥青的简易鉴别二、煤沥青与石油沥青的简易鉴别 石油沥青与煤沥青的鉴别方法石油沥青与煤沥青的鉴别方法鉴别方法鉴别方法石油沥青石油沥青煤沥青煤沥青密度（密度（g/cm3）近于近于1.01.25-1.28燃烧燃烧烟少、无色、有松香味、无烟少、无色、有松香味、无毒毒烟多、黄色、臭味大、有毒烟多、黄色、臭味大、有毒锤击锤击声哑、有弹性感、韧性好声哑、有弹性感、韧性好声脆、韧性差声脆、韧性差颜色颜色呈辉亮褐色呈辉亮褐色浓黑色浓黑色溶解溶解易溶于煤油或汽油中、呈棕易溶于煤油或汽油中、呈棕黑色黑色难溶于煤油或汽

16、油中、呈黄难溶于煤油或汽油中、呈黄绿色绿色第三节第三节 改性沥青改性沥青 为改善沥青的防水性能，提高其低温下为改善沥青的防水性能，提高其低温下的柔韧性、塑性、变形性和高温下的热稳定的柔韧性、塑性、变形性和高温下的热稳定性和机械强度，必须对沥青进行氧化、乳化性和机械强度，必须对沥青进行氧化、乳化、催化或掺入橡胶、树脂、矿物质等措施，、催化或掺入橡胶、树脂、矿物质等措施，对沥青材料加以改性，使沥青的性质得到不对沥青材料加以改性，使沥青的性质得到不同程度的改善。经改性后的沥青称之为改性同程度的改善。经改性后的沥青称之为改性沥青。沥青。改性沥青可分为以下几种类型：改性沥青可分为以下几种类型：1.矿物填

17、料改性沥青矿物填料改性沥青 在沥青中掺入矿物填充料，用以增加沥青的在沥青中掺入矿物填充料，用以增加沥青的粘结力和耐热性，减少沥青的温度敏感性，主要粘结力和耐热性，减少沥青的温度敏感性，主要适用于生产沥青玛蹄脂。适用于生产沥青玛蹄脂。2.树脂改性沥青树脂改性沥青 用树脂改性沥青，可以改善沥青的耐寒性、用树脂改性沥青，可以改善沥青的耐寒性、耐热性、粘结性和不透水性。耐热性、粘结性和不透水性。3.橡胶改性沥青橡胶改性沥青 橡胶与石油沥青有很好的混溶性，用橡胶改性橡胶与石油沥青有很好的混溶性，用橡胶改性沥青，能使沥青具有橡胶的很多优点，如高温变形沥青，能使沥青具有橡胶的很多优点，如高温变形性小，低温柔韧性好，有较高的强度、延伸率和耐性小，低温柔韧性好，有较高的强度、延伸率和耐老化性等。老化性等。4.橡胶和树脂共混改性沥青橡胶和树脂共混改性沥青 同时用橡胶和树脂来改性石油沥青，可使沥青同时用橡胶和树脂来改性石油沥青，可使沥青兼具橡胶和树脂的特性。兼具橡胶和树脂的特性。