第五章 瀝青及瀝青混凝土

-j-*Vr.弟五早瀝青及瀝青混凝土1概述瀝青材料的定義瀝青是一種有機膠凝材料，常溫下呈黑色或黑褐色的固體、半固體或粘稠性液體。有良好的憎水性、粘結(jié)性和可塑性，能抗沖擊荷載的作用，對酸堿鹽等化學物質(zhì)有較強的抗侵蝕能力。在交通、建筑、水利等工程中，廣泛用作路面、防潮、防水和防潮材料。分類：1、地瀝青：①天然瀝青（自然形成）②石油瀝青2、焦油瀝青：①頁巖瀝青木瀝青煤瀝青瀝青建筑材料瀝青材料一般情況下卻很少單獨使用；在工程上使用的瀝青必需具有一定的物理性質(zhì)，如在低溫條件下應有彈性和塑性，在高溫條件下要有足夠的強度和穩(wěn)定性，在加工和使用時具有抗“老化”能力，與各種骨料和結(jié)構(gòu)表面有較強的粘附力，以及對構(gòu)件變形的適應性和抗疲勞性等。因此在工程上使用的瀝青材料通常都是改性瀝青和瀝青混合料。（一）改性瀝青改性瀝青是指按工程需要的物理特性，對瀝青材料進行人工改造，使其滿足工程要求的瀝青材料。改性方法通常有摻配法、填充、乳化。（二）瀝青混合料瀝青混合料是瀝青與級配合適的礦物質(zhì)材料拌和均勻配制成建筑瀝青材料。常見的瀝青混合料有瀝青混凝土、瀝青砂漿、瀝青膠（又稱瑪碲脂）及瀝青嵌縫油膏等，主要用于鋪路、水工防滲及建筑防水。7.1石油瀝青一、石油瀝青石油瀝青是石油原油經(jīng)蒸餾等方法提煉出各種輕質(zhì)油（如汽油、煤油和柴油等）及潤滑油以后的殘留物，或再經(jīng)加工而得的產(chǎn)品。一石油瀝青的組成和結(jié)構(gòu)1、石油瀝青的組分石油瀝青是由許多高分子碳氫化合物及其非金屬（主要為氧、硫、氮等）衍生物組成的復雜混合物。它是石油中分子量最大、組成和結(jié)構(gòu)是為復雜的部分?；瘜W組分分析就是將瀝青分離為物理化學性質(zhì)相近，而且與瀝青性質(zhì)又有一定聯(lián)系的幾個組。石油瀝青的化學組分有三組分和四組分兩種分析法。石油瀝青三組分分析法：油分、樹脂（瀝青膠質(zhì)）、瀝青質(zhì)。四組分分析法：飽和分，芳香分，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。（1）油分：淡黃色至紅褐色的油狀液體，是瀝青中分子量最小和密度最小的組分，在170r較長時間加熱時會揮發(fā)，能溶于多種有機溶劑，但不溶于酒精。賦予瀝青以流動性，但含量多時，降低溫度穩(wěn)定性。樹脂：黃色至黑褐色稠狀半固體物質(zhì)，樹脂中絕大部分屬于中性樹脂。中性樹脂能溶于三氯甲烷、汽油和苯等有機溶劑，難溶于酒精和丙酮。中性樹脂含量越多，石油瀝青的延度和粘結(jié)力等性能越好。賦予瀝青以粘接性、塑性、流動性。瀝青質(zhì)：深褐色至黑色固體，不溶于酒精、正戊烷，溶于三氯甲烷、二硫化碳。染色力強，對光的敏感性強，感光后就不能溶解。決定石油瀝青的溫度敏感性和粘性，其含量越多，則軟化點越高，粘性越大，越硬脆。2、石油瀝青的膠體結(jié)構(gòu)油分和樹脂可互溶，樹脂能浸潤瀝青質(zhì)顆粒，而在其表面形成薄膜，從而構(gòu)成以瀝青質(zhì)為核心，周圍吸附部分樹脂和油分分子，構(gòu)成膠團，而無數(shù)膠團分散在油分中形成膠體結(jié)構(gòu)。根據(jù)瀝青的組分含量和化學結(jié)構(gòu)，膠體結(jié)構(gòu)可分為：溶膠型結(jié)構(gòu)：油分、樹脂較多，瀝青質(zhì)含量較少，是高度分散的膠體結(jié)構(gòu)，流動性、塑性較好，愈合力較強，但溫度敏感性高，如液體瀝青。凝膠型結(jié)構(gòu)：油分、樹脂較少，瀝青質(zhì)含量很多、形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，彈性、粘性高，溫度敏感性低、愈合力差，流動性和塑性低，如氧化瀝青。溶一凝膠型結(jié)構(gòu)：瀝青質(zhì)和樹脂含量適量，形成一種介于溶膠與凝膠形質(zhì)之間的溶一凝膠結(jié)構(gòu)，性質(zhì)介于溶膠型結(jié)構(gòu)和凝膠型結(jié)構(gòu)之間，如道路瀝青。三石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)1、粘滯性2、耐熱性3、溫度穩(wěn)定性4、塑性5、大氣穩(wěn)定性6、其它技術(shù)指標1、粘滯性瀝青材料抵抗外力作用下發(fā)生粘性變形的能力。粘滯性可用動力粘度或運動粘度來表征。表示瀝青的粘滯性的指標：針入度標準粘度(1)針入度：以標準針在一定的荷載、時間及溫度及規(guī)定的時間下，垂直插入瀝青的深度(0.1mm)來表示。針入度測定條件P(25°C，100g，5s)表示實驗溫度為25°C，標準針重100g，貫入時間5s。

（2）標準粘度：溫度在20°C、25°C、30°C的瀝青試件經(jīng)過直徑（3、5、10mm）小孔流出50ml瀝青所經(jīng)歷的時間（秒數(shù)）為標準粘度。標準粘度可表示為，d表示小孔直徑，t為試樣溫度，T為標準粘度值，如2、耐熱性耐熱性是粘稠瀝青在高溫下不軟化、不流淌的性能，用軟化點t軟表示。瀝青注入標準銅環(huán)內(nèi)制成試件，并在中央放一鋼球，置于水中，以5C/min的速度加熱，瀝青軟化下垂至規(guī)定距離時的水溫（C）為軟化點。3、溫度穩(wěn)定性玻璃志：E高彈衣―>粘流志當溫度很低時，瀝青分子及其所組成的大分子團均不能自由運動，似被凍結(jié)一樣，有外力作用下變形很小，瀝青呈硬脆狀，稱為“玻璃態(tài)”。隨溫度的升高，瀝青分子獲得了一定的能量，大分子團雖不能自由運動，但組成分子團的瀝青分子已具有活動能力，在外力作用下，瀝青材料會產(chǎn)生明顯的可逆變形，具有很高的彈性變形能力。稱為“高彈態(tài)”。當溫度繼續(xù)升高時，更高的能量使瀝青分子及其大分子團均可自由運動，使瀝青如液體一樣呈粘性流動狀態(tài)，稱為“粘流態(tài)”。■溫度穩(wěn)定性可用針入度一溫度感應系數(shù)A或曰入度指數(shù)P,I表示，且=垣800—罡尸（25“仁100必5$）1）_，軟-25P-I=―10（7—2）1+50^PI越大，瀝青溫度穩(wěn)定性越好。溶膠型瀝青PK-2；溶一凝膠型瀝壹一2VP-IV+2；凝膠型瀝青P-Ia+24、塑性瀝青在外力作用下產(chǎn)生變形而不破壞，除去外力后仍能保持變形后形狀的性質(zhì)。用延伸度（延度）表示。溫度為25。。標準試件以一定拉伸速度延伸，試件拉斷時延伸的長度為延度（cm計）。5、大氣穩(wěn)定性（耐久性）瀝青在熱、陽光、氧氣和潮濕等大氣因素的長期綜合作用下抵抗老化的性能，也是瀝青材料的耐久性。瀝青的大氣穩(wěn)定性以蒸發(fā)損失和針入度比來評定。將瀝青試樣灌于平底金屬皿內(nèi)，把試樣放入烘箱內(nèi)，在163。溫度下加熱5小時，測定加熱前后瀝青試樣質(zhì)量和針入度的變化：

蒸發(fā)損失針入度比瀝青試樣原質(zhì)量-加熱后的質(zhì)量蒸發(fā)損失針入度比瀝青試樣原質(zhì)量-加熱后的質(zhì)量瀝青試樣質(zhì)量瀝青試樣加熱后的針入度me瀝青試樣原針入度——x100%x100%技術(shù)指標包括：針入度、延度、軟化點、溶解度、蒸發(fā)損失、閃點等。石油瀝青的技術(shù)標準對石油瀝青產(chǎn)品：道路瀝青、建筑瀝青、普通瀝青等分別規(guī)定。1、道路石油瀝青道路石油瀝青有七個標號：A—200、A—180、A—140、A—100甲、A—100乙、A—60甲、A—60乙。標號越高，粘性越小，塑性越好，溫度敏感性越大（軟化點越低〉道路石油瀝青主要用于道路路面或車間地面等工程，一般拌制成瀝青混凝土或瀝青砂漿。還可作密封材料和粘結(jié)劑以及瀝青涂料等。2、建筑石油瀝青建筑石油瀝青針入度較小，軟化點較高，但延伸度較小，主要用于制造油紙、油氈、防水涂料和瀝青嵌縫油膏等。3、普通石油瀝青普通石油瀝青中有害成分蠟較多，一般含量大于5%，有的高達20%以上，又稱為多蠟石油瀝青。溫度敏感性較大，達到液態(tài)時的溫度與其軟化點相差較小，針入度較大，塑性較差，不宜直接使用。4、專用瀝青專用瀝青是用于特殊工業(yè)的瀝青，如油漆瀝青、絕緣瀝青、電纜瀝青等。三、瀝青改性方法為了改善瀝青材料的使用性能，提高瀝青在低溫條件下的彈性和塑性，在高溫條件下的強度和熱穩(wěn)定性，在加工和使用時的抗老化能力，提高瀝青的粘附力，以適應構(gòu)件的變形等，常對瀝青進行改性。一瀝青材料的摻配同產(chǎn)源，不同標號的瀝青易摻配成均勻的瀝青膠體結(jié)構(gòu)。兩種瀝青摻配時，摻配量與軟化點呈線性比例關(guān)系。”2一Tx100T-T=100-Q1軟4匕點揍酉己量10O0=會與X100Q.=1。0—Q軟4匕點揍酉己量10O0=會與X100Q.=1。0—Q二乳化法乳化法是指將瀝青微粒（1~6um）分散在含有表面活性物質(zhì)（如乳化劑、穩(wěn)定劑）的水溶液中，形成穩(wěn)定乳狀液的新型瀝青材料。乳化瀝青乳化瀝青是將熱熔瀝青，經(jīng)強力機械作用使其分散成瀝青微滴，并分散在含有表面活性物質(zhì)的水溶液中，所構(gòu)成的穩(wěn)定乳狀液。乳化瀝青的應用乳化瀝青的一般組分含量為：瀝青50%~60%，含有乳化劑、穩(wěn)定劑的水溶液40%~50%；其中乳化劑等的摻量約為1%~3%。1、在0°C以上任意溫度下可流動，宜于涂刷和噴涂2、采用乳化瀝青粘結(jié)防水卷材做防水層。3、乳化瀝青可以與濕骨料混合，用于鋪筑壩面、渠道、路面等（三）填充法礦物填充料改性瀝青為了提高瀝青的粘性和溫度穩(wěn)定性，常在瀝青中加入一定數(shù)量的礦物填充料。礦物填充料的種類1）滑石粉。由滑石經(jīng)粉碎、篩選而制得的。親油性好，易被瀝青潤濕，可提高瀝青的機械強度和抗老化性能。2）石灰石粉。由天然石灰石粉碎、篩選而制成。親水性較弱，與瀝青有較強的物理吸附和化學吸附力。3）云母粉。由天然云母礦粉碎、篩選而成。多覆于瀝青材料表面。用于屋面防護層時有反射作用，可降低表面溫度，防止老化，延長瀝青使用壽命。4）石棉粉。由低級石棉經(jīng)加工而成。內(nèi)部有很多微孔，吸油量大，摻入瀝青后可提高抗拉強度和溫度穩(wěn)定性。此外，可用作瀝青礦物摻和料的還有白云石粉、磨細砂、粉煤灰、水泥、硅藻土等。礦物填充料的作用機理由于瀝青對礦物填充料表面的潤濕和吸附作用，在填充料顆粒表面形成了瀝青質(zhì)含量較多的結(jié)合力牢固瀝青薄膜，稱為結(jié)構(gòu)瀝青膜.結(jié)構(gòu)瀝青具有較高的粘性和大氣穩(wěn)定性.當?shù)V物填充料的摻量適當時，瀝青混合料的粘結(jié)力及耐老化性能得到改善.礦物填充料越細，物理吸附和化學吸附作用越強，形成結(jié)構(gòu)瀝青越多。7.4瀝青混凝土以瀝青為膠凝材料與級配合適的礦物質(zhì)材料拌和均勻配制成瀝青混合料，經(jīng)鋪筑、成型后則成為瀝青混凝土。主要用于鋪路、水工防滲及建筑防水。瀝青混凝土可按不同的用途，不同的施工方法和孔隙率的大小分類。按用途可劃分為道路瀝青混凝土和水工瀝青混凝土等。按孔隙率的大小可分為密級配瀝青混凝土、開級配瀝青混凝土和瀝青碎石。按施工方法可分為碾壓式瀝青混凝土和澆筑式瀝青混凝土。瀝青混凝土的應用瀝青混凝土是高級公路最主要的路面材料，路面不需設(shè)置施工縫和伸縮，施工方便，速度快，路面平整。它也是水利工程一種主要的防滲和防護材料，抗?jié)B性好，變形能力大，工程量小，并能機械化作業(yè)。(二)水工瀝青砼的技術(shù)要求水工瀝青砼技術(shù)要求項目包括：1、抗?jié)B性2、穩(wěn)定性3、柔性4、耐久性5、和易性1、抗?jié)B性瀝青砼的抗?jié)B性用滲透系數(shù)來評定。面層防滲用密級配瀝青砼，滲透系數(shù)K=10-6?10-9mm/s排水層開級配瀝青砼，滲透系數(shù)K=1.0?0.1mm/s抗?jié)B性的影響因素：礦料級配、瀝青用量、瀝青砼壓實程度。可用孔隙率P來評判其抗?jié)B性，P?K關(guān)系如圖7—13:當孔隙率<4%，KV10-6mm/s?？?jié)B性還隨所受壓力的增大而增大，一般實際抗?jié)B性較測定的抗?jié)B性大2、穩(wěn)定性穩(wěn)定性是指瀝青砼在高溫條件下及外荷長期作用下不發(fā)生嚴重變形或流淌的性質(zhì)，又稱高溫穩(wěn)定性。（1（1）熱穩(wěn)定系數(shù)熱穩(wěn)定系數(shù)人。=20oC時的抗壓強度值疔50oC時的抗壓強度值熱穩(wěn)定系數(shù)越小，穩(wěn)定性越好。（2）斜坡流淌值將^100mmX63mm的試件置于與壩面坡度相同的斜坡上（一般取1:1.7），在可能達到的最大溫度下（一般為70^）保持48h，測出距試件底部高度為50mm處的位移值（1/10mm）即為斜坡流淌值。（3）馬歇爾試驗瀝青混凝土穩(wěn)定性還可用馬歇爾試驗的穩(wěn)定度和流值作為評定指標。將祖101.6mmX63.5mm的圓柱試件側(cè)放在加荷壓頭內(nèi)，試驗機以50±5mm/min的速率加荷，試件破壞時達到的最大荷載為穩(wěn)定度（KN），試件達到最大荷載時所產(chǎn)生的變形為流值（1/10mm）。高穩(wěn)定性瀝青砼的選料：瀝青：軟化點較高，溫度穩(wěn)定性較好的瀝青，用量適當；骨料：級配良好的堿性碎石；填充料適量，保證瀝青混凝土有一定的孔隙率。當孔隙率＞2%，可使砼具有較好的穩(wěn)定性3、柔性（抗裂性）瀝青砼在自重或外力作用下抵抗開裂或斷裂破壞的能力，稱為柔性。瀝青砼的柔性一般用不同溫度下梁的彎曲破壞試驗來反映，用撓跨比和極限拉伸變形評定。影響柔性的因素：1、瀝青材料的性質(zhì)：選用針入度較大、低溫延伸度較大的瀝青，軟化點必須保證耐熱性

的要求。2、瀝青用量：可在滿足耐熱性的前提下多用瀝青，增加柔性。但是過多的瀝青會使瀝青混合料的溫度變形隨之增大，受溫度影響而產(chǎn)生裂縫的可能性也要增加。3、礦物質(zhì)混合料的級配。連續(xù)級配細粒式瀝青混合料的均勻性好，柔性也好4、填充料與瀝青用量比值。一般應控制在1.5左右4、耐久性瀝青砼在各種自然條件和使用條件下經(jīng)久耐用的性質(zhì)，稱為耐久性。耐久性的影響因素：瀝青材料的抗老化性；礦料與瀝青材料的粘結(jié)力；瀝青砼的孔隙率。真空飽水后瀝青混凝土抗壓強度―未浸水的瀝青砼抗壓強度―真空飽水后瀝青混凝土抗壓強度―未浸水的瀝青砼抗壓強度―浸水飽和后馬歇爾穩(wěn)定度未浸水的馬歇爾穩(wěn)定度殘留穩(wěn)定度水穩(wěn)定性系數(shù)水穩(wěn)定性系數(shù)、殘留穩(wěn)定度越大耐久性越好，一般要求兩者均習.85。殘留穩(wěn)定度5、和易性瀝青混合料的和易性是指其在拌和、運輸、攤鋪及壓實過程中，與施工條件適應，既保證質(zhì)量又便于施工的性能。瀝青混合料的和易性的判斷，大多在施工前進行現(xiàn)場鋪筑試驗來決定。（三）水工瀝青砼配合比設(shè)計瀝青砼配合比設(shè)計采用兩參數(shù)法：（1）礦料級配（2）瀝青最佳用量使之既滿足技術(shù)要求又符合經(jīng)濟要求的原則。2、礦料礦料應質(zhì)地堅硬、密實、清潔、不含過量的有害雜質(zhì)，級配良好，與瀝青材料有良好的粘結(jié)性。粘結(jié)力根據(jù)三方面評定：（1）粗骨料的粘結(jié)力（2）細骨料的水穩(wěn)定性等級（3）填料的親水系數(shù)（1）粗骨料的粘結(jié)力將粗骨料表面用熱熔瀝青裹包，再懸掛于燒杯中煮沸3min，按圖7-12及表7—8，將骨料粘結(jié)力分為5級。水工瀝青粗骨料的粘結(jié)力要求不低于4級。(2)細骨料的水穩(wěn)定性等級將裹覆瀝青膜的細骨料放入不同濃度的碳酸鈉溶液中煮沸1min，當剝落量不超過總量50%時的溶液濃度，即為細骨料水穩(wěn)定性等級。水工瀝青砼細骨料的水穩(wěn)定性不低于4級