瀝青與瀝青混合料-第一次課件

1、推薦使用教材

瀝青與瀝青混合料，郝培文，張肖寧著，人民交通出版社，2009年出版

《瀝青和瀝青混合料》系統(tǒng)地論述了熱拌瀝青混合料材料、配合比設計方法以及路用性能等內(nèi)容。書中納入了國內(nèi)外最新的關(guān)于瀝青及瀝青混合料的研究成果，內(nèi)容豐富，信息量大，具有系統(tǒng)性、先進性與實用性?！稙r青和瀝青混合料》可作為高等院校道路與鐵道工程專業(yè)研究生教材，同時也適合從事瀝青路面科研、設計、施工、養(yǎng)護管理的道路工程、機場工程技術(shù)人員與大專院校有關(guān)師生閱讀。2、參考教材瀝青與瀝青混合料，譚憶秋編著，哈爾濱工業(yè)大學出版社，2008年出版瀝青混合料設計手冊，呂偉民、孫大權(quán)編著，人民交通出版社，2007年出版道路建筑材料（第四版），李立寒，張南鷺編著，人民交通出版社，2010年出版《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTGE20-2011），中華人民共和國交通運輸部2011年出版，于2011年12月1日起施行3、主要解決問題瀝青及其基本性質(zhì)礦質(zhì)混合料級配設計原理與方法世界范圍內(nèi)有哪幾種代表性的瀝青混合料設計方法，以及各自的區(qū)別我國瀝青混合料設計方法的演變過程（規(guī)范中是如何修訂？）瀝青混合料的使用性能評價指標有哪些？如何評價？新型瀝青混合料有哪些特立尼達天然湖瀝青：自1860年起，特立尼達湖瀝青（TLA）已應用于建筑及道路工程中。此瀝青采自加勒比島國一特立尼達和多巴哥境內(nèi)的瀝青湖。中國大陸在1973年開始使用特立尼達湖瀝青，自1999年開始已經(jīng)大批量使用在機場、橋梁、高速公路、市政建設等國家重點工程上。目前，使用特立尼達湖瀝青的國家及地區(qū)已達到三十多個，而且已被一些主要的發(fā)達國家如美國、英國、德國、日本及香港地區(qū)指定使用。在奧運會場館周邊道路建設中，特立尼達天然湖瀝青用于奧運中心區(qū)：景觀路、景觀西路、北一路、北辰東路及鳥巢中心跑道等重要路段的道路鋪筑。

新建的北一路北辰東路鳥巢中心跑道北京首都國際機場跑道上海虹橋機場跑道特立尼達湖天然瀝青在世界各地的著名國際機場上的使用非常普遍，例如美國紐約的肯尼迪機場，拉瓜地機場，紐額克機場，德國德法蘭克福機場，慕尼黑機場，芬蘭赫爾辛基機場，英國倫敦機場，香港啟德機場和赤臘機場等。它的優(yōu)越性體現(xiàn)在哪些方面？按生產(chǎn)方法，石油瀝青可分為六種①直餾瀝青：原油直接蒸餾，取出不同沸點的餾分，常壓塔頂分別獲得汽油、煤油和柴油，常壓塔底殘渣即為直餾瀝青。其不足之處，多含不穩(wěn)定的烴。②氧化瀝青：低標號瀝青在240～290℃高溫下吹入空氣，使其軟化點提高、針入度降低，降低溫度敏感性。③溶劑脫瀝青：石蠟基原油，富含石蠟烴但是難以蒸出，致使軟化點和延度降低，往往稠度達不到要求，采用氧化處理，會致使瀝青脆化。溶劑法是利用溶劑的選擇性溶解實現(xiàn)組分分離，得到含膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的瀝青。

按化學組成分類，石油瀝青可分為三種①石蠟基瀝青，一般含蠟量大于5％，表面無黑色光澤，粘結(jié)性差，熱穩(wěn)性差；②環(huán)烷基瀝青，粘結(jié)性好，大多數(shù)重交瀝青是環(huán)烷基瀝青；③中間基瀝青，一般含蠟量為3％～5％，為普通道路瀝青。按使用用途，石油瀝青可分為四種①道路瀝青，約占50％；②建筑瀝青，主要是防水、防潮；③機場道面瀝青；④其它瀝青，比如水工防滲，電纜和木材防腐、防潮等用途。三、石油瀝青化學組成元素組成組分構(gòu)成膠體結(jié)構(gòu)（一）元素組成約占98％的碳和氫，其余硫、氮和氧、金屬等元素。

（二）組分構(gòu)成1、吸附法（三組分）分別為瀝青質(zhì)、膠質(zhì)和油分。2、色譜法（四組分）分別為瀝青質(zhì)（At）、飽和分（S）、芳香分（A）和膠質(zhì)（R）。（SARA）①瀝青質(zhì)：其含量對瀝青流變特性影響很大，隨著瀝青質(zhì)含量增加，瀝青稠度提高，軟化點上升，粘度增大。②膠質(zhì)：也稱為樹脂，粘稠狀物質(zhì)。膠質(zhì)賦予瀝青可塑性、流動性和粘結(jié)性。膠質(zhì)與瀝青質(zhì)的比例在一定程度上決定了瀝青的膠體結(jié)構(gòu)。③芳香分和飽和分：芳香分為分散介質(zhì)，飽和分對溫度敏感，兩者一起組成油分，油分含量越多，軟化點越低，針入度越大，稠度降低。④蠟分：主要是地蠟，蠟在低溫時結(jié)晶，降低瀝青的低溫延度；在50℃左右高溫時，蠟以液體狀態(tài)存在，使瀝青粘度降低；蠟使瀝青與集料表面親和力變小，影響粘附性。蠟含量越高，溫度敏感性越強，是瀝青的低溫延展能力降低。

在北方寒冷地區(qū)，所采用瀝青的成分有什么特點更能滿足使用要求？（三）膠體結(jié)構(gòu)

瀝青苯溶液的丁鐸爾現(xiàn)象，證明瀝青為膠體溶液，用超級顯微鏡可以觀察其膠體結(jié)構(gòu)。一般采用針入度指數(shù)PI分為三種類型：PI<-2，溶膠型；（瀝青質(zhì)含量不多，小于10%）PI>+2，凝膠型；（瀝青質(zhì)含量較大，達到或超過25%-30%）PI＝－2～＋2，溶凝膠型。溶凝膠型瀝青，比較穩(wěn)定，粘結(jié)性和感溫性較好。1、密度是指15℃規(guī)定溫度下單位體積的質(zhì)量，其中相對密度是指25℃下的密度與25℃下水的密度之比。測定方法為比重瓶排水法。兩者之間的相互關(guān)系：25℃的相對密度＝15℃的密度×0.996。石油瀝青的密度一般1.0左右；瀝青質(zhì)含量和芳香分含量越高，密度越大；含蠟量高的瀝青，密度低；稠度高的瀝青，瀝青密度大。瀝青改性后，一般密度降低。2、熱脹系數(shù)

是指溫度上升1℃時，瀝青單位體積或單位長度幾何尺寸的增大，稱為體膨脹系數(shù)或線膨脹系數(shù)；一般體膨脹系數(shù)是線膨脹系數(shù)的3倍。瀝青材料溫度升高，體積膨脹，從而密度降低。體膨脹系數(shù)與路用性能關(guān)系密切，體膨脹系數(shù)越大，溫度敏感性越大，夏季越容易泛油，冬季越容易開裂。計算公式如下：其中，分子表示高溫和低溫下的瀝青密度差。五、道路石油瀝青的分級體系

瀝青稠度是瀝青的重要性質(zhì)，最初瀝青分級主要是采用針入度來分級，后來發(fā)展為粘度分級，再后來出現(xiàn)了以瀝青材料的路用性能為標準的路用性能分級體系，即PG（PerformanceGrade)，如SHRP中的Superpave的性能分級。從針入度分級、粘度分級到路用性能分級，反映了人類對瀝青材料性質(zhì)的認識與把握。（一）針入度分級1、1918年，美國公路局制定了以瀝青針入度分級的瀝青標準。1931年，美國各州公路與運輸工作者協(xié)會（AASHTO）也開始采用針入度分級這一體系。2、針入度試驗是國際上普遍采用測定粘稠瀝青稠度的一種方法，也是劃分瀝青標號采用的一項指標。常用的試驗條件為：T25℃,100g，5s（0.1mm）（二）粘度分級體系

20世紀60年代初期，美國一些州提出采用瀝青材料的60℃粘度進行分級。主要目的是用科學合理的粘度試驗取代經(jīng)驗性的針入度試驗，同時以夏天瀝青路面表面最高溫度時測試瀝青粘度，提出適用于不同氣候條件與用途的不同粘度分級。其相比于針入度分級具有一定的科學性和合理性，但是該粘度試驗系統(tǒng)價格昂貴，試驗時間較長，推廣受到限制。①優(yōu)點：1）粘度是物體固有的性質(zhì)，而不是經(jīng)驗數(shù)值；2）60℃接近于瀝青路面的最高使用溫度，能夠更好的反映瀝青的高溫性能；3）用不同溫度下的粘度可以表征瀝青的感溫性；4）試驗方法精確度高。

②缺點：1）按60℃粘度分級，忽略了低溫和常溫下瀝青的性質(zhì)；2）試驗儀器較復雜，試驗時間較長，試驗條件控制嚴格，不易在現(xiàn)場使用。（三）PG分級

上述針入度分級標準和粘度分級標準在長期的生產(chǎn)實踐中，逐漸暴露出缺陷與不足。一是兩種分級體系均屬經(jīng)驗性標準，各關(guān)鍵指標與瀝青的實際使用性能有一定的相關(guān)性，但并不能真正反映瀝青的實際使用性能。相同指標值的瀝青，但性能卻不同；二是瀝青標準指標的試驗中，沒有反映低溫性能的指標，不能評價低溫開裂的耐久性。各項指標的試驗方法都是經(jīng)驗性的，不能評價改性瀝青，而且沒有反映瀝青在路面使用過程中經(jīng)過長期老化的情況等。為了解決瀝青規(guī)范和標準中存在的問題，世界各國道路工作者進行了長期不懈的努力，取得了許多成績。在1987-1993年期間，美國開展了舉世矚目的“戰(zhàn)略公路研究計劃（SHRP）”，其中瀝青研究項目最重要的研究成果就是Superpave技術(shù)。規(guī)范列入的各種路用性能指標包括：1、高溫時抵抗永久變形的能力（高溫穩(wěn)定性）動態(tài)剪切流變試驗（DSR）2、低溫時抵抗路面溫縮開裂的能力（低溫抗裂性能）彎曲梁流變試驗（BBR）及直接拉伸試驗（DTT）3、抗疲勞破壞的能力（耐疲勞性）

DSR試驗4、抗老化性能旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱（RTFOT）及壓力老化試驗（PAV）5、施工安全性、可操作性旋轉(zhuǎn)黏度試驗（RV）六、我國道路石油瀝青技術(shù)要求

根據(jù)當前的瀝青使用和生產(chǎn)水平，按技術(shù)性能將道路石油瀝青分為A、B、C等三個等級，其中B級瀝青與重交通道路瀝青相近，C級瀝青比原規(guī)范中輕交通道路石油瀝青技術(shù)要求稍有提高。那么，現(xiàn)行重交通道路瀝青的技術(shù)指標有哪些呢？1、針入度：是在規(guī)定溫度5、15、25℃下，100g標準針，5s貫入瀝青中的深度，以0.1mm表示。在以針入度為分級技術(shù)指標時，用以劃分瀝青的標號。針入度越小，表示瀝青的稠度越大。2、軟化點：實質(zhì)上反映瀝青的稠度，是一種條件粘度。一般認為軟化點高，則其等粘溫度高，則溫度穩(wěn)定性好，或者說熱穩(wěn)定性好。3、延度：是瀝青在一定溫度下，按一定速度拉伸至瀝青斷裂時的長度，反映瀝青的柔韌性。低溫延度大，則瀝青的抗裂性越好。一般來說,延度大的瀝青含蠟量低，粘結(jié)性和耐久性都好。4、溶解度：瀝青在溶劑中的溶解度表明瀝青中的有效成分。5、閃點：為保證施工安全，需要了解瀝青材料的閃點。6、薄膜烘箱試驗：是在室內(nèi)模擬瀝青老