土木工程材料教案第五章瀝青材料課件

《土木工程材料》教案

第五章主要內(nèi)容：石油瀝青的生產(chǎn)工藝石油瀝青的組成和結(jié)構(gòu)石灰的技術(shù)性質(zhì)重點(diǎn)內(nèi)容：石油瀝青的組成和結(jié)構(gòu)石油瀝青的三大指標(biāo)難點(diǎn)：石油瀝青的組分分析石油瀝青的膠體結(jié)構(gòu)石油瀝青的三大指標(biāo)要求：掌握石油瀝青的組成和結(jié)構(gòu)掌握石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)參考資料：《土木工程材料》陳志源《道路建筑材料》嚴(yán)家伋《道路建筑材料》孫凌《瀝青及瀝青混合料路用性能》《瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》5瀝青材料瀝青材料是由一些極其復(fù)雜的高分子的碳?xì)浠衔锖瓦@些碳?xì)浠衔锏姆墙饘伲ㄑ?、硫，氮）的衍生物所組成的混合物。瀝青材料按其在自然界中的獲得方式可分為二大類：地瀝青、焦油瀝青。地殼中的石油，在各種自然因素的作用下，經(jīng)過輕質(zhì)油分蒸發(fā)、氧化和縮聚作用，最后形成的天然產(chǎn)物，稱“天然瀝青”，石油經(jīng)各種煉制工藝的加工而得到的瀝青產(chǎn)品，稱“石油瀝青”。二、石油瀝青的組成和結(jié)構(gòu)（一）石油瀝青的化學(xué)組成（二）石油瀝青的化學(xué)組分化學(xué)組分化學(xué)組分分析就是將瀝青分離為幾個(gè)化學(xué)性質(zhì)相近，而且與路用性質(zhì)有一定聯(lián)系的組，這些組就稱為“組分”。２．組分分析方法瀝青組分分析的方法，溶劑法：將瀝青分離為油分、樹脂和瀝青質(zhì)等三組分。溶劑一吸附法色譜分析法：三組分、四組分法，四組分法：瀝青質(zhì)——瀝青中不溶于正庚烷的組分飽和分——將可溶分（即軟瀝青質(zhì)）吸附于氧化鋁譜柱上，被正庚烷洗釋的組分。芳香分——被甲苯洗釋的組分。膠質(zhì)——甲苯一乙醇洗釋的組分。３．組分對瀝青性質(zhì)的影響瀝青質(zhì)和膠質(zhì)分的含量高，其針人度值較?。ǔ矶容^高），軟化點(diǎn)較高；飽和分含量高，其針人度值較大（稠度較低），軟化點(diǎn)較低；芳香分含量，對針人度、軟化點(diǎn)無影響，但極性芳香分含量高，對其粘附性有利；膠質(zhì)分對其延度貢獻(xiàn)較大。三、石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)（一）粘結(jié)性粘結(jié)性是指瀝青材料在外力的作用下，瀝青粒子產(chǎn)生相互位移時(shí)抵抗變形的性能。針人度（粘稠瀝青粘結(jié)性的測定方法）瀝青的針人度是在規(guī)定溫度（２５℃）和時(shí)間（５ｓ）內(nèi)，附加一定重量（１００ｇ）的標(biāo)準(zhǔn)針垂直貫入試樣的深度，以０．１ｍｍ表示。結(jié)論：針入度越大，粘結(jié)性，針入度是劃分瀝青標(biāo)號的重要依據(jù)。２．粘度（液體瀝青粘結(jié)性的測定方法）瀝青的標(biāo)準(zhǔn)粘度（簡稱“粘度”）是試樣在規(guī)定溫度下，自道路瀝青標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)規(guī)定直徑的流孔流出５０ｍｌ所需的時(shí)間，以ｓ表示。T針入度測定儀（二）塑性塑性是指瀝青材料在外力作用下發(fā)生變形而不破壞的能力。目前以瀝青的延度指標(biāo)來反映瀝青的塑性。瀝青的延度是規(guī)定形狀的試樣在規(guī)定溫度下，以一定速度受拉伸至斷開時(shí)的長度，以厘米表示。結(jié)論：延度越大，瀝青的延性越好。

（三）溫度穩(wěn)定性１．軟化點(diǎn)軟化點(diǎn)。該法是將瀝青試樣注入規(guī)定尺寸的金屬環(huán)內(nèi)徑（15.9±0.1mm），高（6.4±0.1）mm）內(nèi)，上置規(guī)定尺寸和重量的鋼球（直徑9.53mm，質(zhì)量（3.5±0.05）g），放于水（或甘油）中，以（5±0.5）℃／min的速度加熱，至鋼球下沉達(dá)規(guī)定距離（25.4mm）時(shí)的溫度，以℃表示。結(jié)論：軟化點(diǎn)越高，溫度穩(wěn)定性越好。針人度、延度、軟化點(diǎn)是評價(jià)粘稠石油瀝青路用性能最常用的經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)，所以通稱“三大指標(biāo)”。軟化點(diǎn)測定儀思考題：1.我國現(xiàn)行規(guī)范采用四組分法將瀝青材料劃分為哪幾個(gè)組分？各組分與瀝青材料的技術(shù)性質(zhì)關(guān)系如何？2.石油瀝青有哪三種膠體結(jié)構(gòu)類型？其路用性能如何？3.石油瀝青三大指標(biāo)是什么？其值大小說明其路用性能如何？2.脆點(diǎn)瀝青的脆點(diǎn)是涂于金屬片的試樣薄膜在特定條件下，因被冷卻和彎曲而出現(xiàn)裂紋的溫度，以℃表示。瀝青的脆點(diǎn)更直接地反映了其低溫抗裂性。（四）大氣穩(wěn)定性為了解瀝青在路面施工及使用過程的耐久性，規(guī)范規(guī)定要進(jìn)行瀝青的加熱質(zhì)量損失和加熱后殘?jiān)再|(zhì)的試驗(yàn)。１．瀝青的蒸發(fā)損失試驗(yàn)(中、輕交通量用道路粘稠石油瀝青)將50g的瀝青試樣裝入盛樣皿（筒狀，內(nèi)徑55mm，深35mm）內(nèi)，置于烘箱中，在163下保持受熱時(shí)間5h，冷卻。測定質(zhì)量損失，并測定殘留物的針人度。２．瀝青薄膜加熱試驗(yàn)(重交通量用道路粘稠石油瀝青)是3.2mm厚度的試樣在規(guī)定溫度條件下，經(jīng)規(guī)定時(shí)間加熱，測定試驗(yàn)前后瀝青質(zhì)量和性質(zhì)變化的試驗(yàn)。（五）安全性瀝青的閃點(diǎn)是試樣在規(guī)定的克利夫蘭開口杯盛樣器內(nèi)，按規(guī)定的升溫速度受熱時(shí)所蒸發(fā)的氣體，以規(guī)定的方法與試焰接觸，初次發(fā)生一瞬即滅的火焰時(shí)的試樣溫度，以℃表示。瀝青的燃點(diǎn)是試樣繼續(xù)受熱時(shí)，蒸氣接觸火焰能持續(xù)燃燒時(shí)間不少于５ｓ時(shí)的試樣溫度，以℃表示，瀝青材料在使用時(shí)必須加熱，加熱溫度必須低于閃點(diǎn)。２．勁度模量

勁度模量是表示瀝青材料粘性和彈性兩種聯(lián)合效應(yīng)的指標(biāo)。大多數(shù)瀝青在變形時(shí)呈現(xiàn)粘——彈性。范·德·波爾在論述粘——彈性材料（瀝青）的抗變形能力時(shí)，以荷載作用時(shí)間（ｔ）和溫度（Ｔ）作為應(yīng)力（σ）與應(yīng)變（ε）之比的函數(shù)，即在一定荷載作用時(shí)間和溫度條件下，應(yīng)力與應(yīng)變的比值稱為勁度模量（簡稱勁度）３．粘附性4．老化瀝青在自然因素（熱、氧化、光和水）的作用下，產(chǎn)生＂不可逆＂的化學(xué)變化，導(dǎo)致路用性能劣化，通常稱之為＂老化＂。瀝青老化后，在物理力學(xué)性質(zhì)方面，表現(xiàn)為針入度減少，延度降低，軟化點(diǎn)升高，絕對粘度提高，脆點(diǎn)降低等。在化學(xué)組分含量方面，表現(xiàn)為飽和分變化甚少，芳香分明顯轉(zhuǎn)變?yōu)槟z質(zhì)（速度較慢），而膠質(zhì)又轉(zhuǎn)變?yōu)闉r青質(zhì)（速度較快），由于芳香分轉(zhuǎn)變?yōu)槟z質(zhì)不足以補(bǔ)償膠質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闉r青質(zhì)，所以最終是膠質(zhì)顯著地減少，而瀝青質(zhì)顯著增加，路用性能劣化，即瀝青老化。四、石油瀝青的改性措施現(xiàn)代高等級瀝青路面的交通特點(diǎn)是：交通密度大，車輛軸載重、荷載作用間歇時(shí)間短，以及高速和渠化。由于這些特點(diǎn)造成瀝青路面產(chǎn)生嚴(yán)重的車轍和裂縫病害。為解決高等級路面的車轍和裂縫，對高等級瀝青路面使用的瀝青，提出更高的要求，即必須具有抵抗高溫變形和低溫裂縫這兩種互相矛盾的性能，而這是現(xiàn)有瀝青生產(chǎn)工藝難以達(dá)到的。因此要求對現(xiàn)有市場瀝青的性能進(jìn)行改善。五、石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)道路用粘稠石油瀝青分為“重交通量道路石油瀝青技術(shù)要求”及“中、輕交通量道路石油瀝青技術(shù)要求”兩個(gè)等級。重交通量道路瀝青按針人度劃分為AH一130、AH一110、AH一90、AH一70、AH一50五個(gè)標(biāo)號，同時(shí)對各標(biāo)號瀝青的延度、軟化點(diǎn)、閃點(diǎn)、含蠟量、薄膜加熱試驗(yàn)等技術(shù)指標(biāo)也提