土木工程材料 建筑材料第十五講

第七章

瀝青和瀝青混合料§7.1瀝青瀝青分為地瀝青和焦油瀝青，其中地瀝青分為天然瀝青和石油瀝青，焦油瀝青分為煤瀝青和頁巖瀝青?！?.1.1石油瀝青一、來源：石油原油經(jīng)蒸餾提煉出各種輕質(zhì)油（如汽油、煤油、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。根據(jù)石油瀝青的生產(chǎn)加工工藝不同，可分別制得蒸餾瀝青、氧化瀝青、溶劑瀝青等。1二、石油瀝青的組成石油瀝青劃分為油分、樹脂和地瀝青質(zhì)三個主要組分。不同組分對石油瀝青性能的影響不同。油分賦予瀝青流動性；樹脂使瀝青具有良好的塑性和粘結(jié)性；地瀝青質(zhì)則決定瀝青的穩(wěn)定性（包括耐熱性、粘性和脆性），其含量愈多，軟化點愈高，粘性愈大，愈硬脆。2三、石油瀝青的結(jié)構(gòu)石油瀝青的結(jié)構(gòu)是以地瀝青質(zhì)為核心，周圍吸附部分樹脂和油分，構(gòu)成膠團，無數(shù)膠團分散在油分中而形成膠體結(jié)構(gòu)。當?shù)貫r青質(zhì)含量相對較少時，油分和樹脂含量相對較高，膠團外膜較厚，膠團之間相對運動較自由。這時瀝青形成的膠體結(jié)構(gòu)叫溶膠結(jié)構(gòu)。具有溶膠結(jié)構(gòu)的石油瀝青粘性小，流動性大，溫度穩(wěn)定性較差3當?shù)貫r青質(zhì)含量較多而油分和樹脂較少時，膠團外膜較薄，膠團靠近聚集，移動比較困難，這時瀝青形成的膠體結(jié)構(gòu)叫凝膠結(jié)構(gòu)。具有凝膠結(jié)構(gòu)的石油瀝青彈性和粘結(jié)性較高，溫度穩(wěn)定性較好，但塑性較差。當?shù)貫r青質(zhì)含量適當，并有較多的樹脂作為保護膜層時，膠團之間保持一定的吸引力，這時瀝青形成的膠體結(jié)構(gòu)叫溶膠－凝膠結(jié)構(gòu)。溶膠－凝膠型石油瀝青的性質(zhì)介于溶膠型和凝膠型兩者之間。4§7.1.2石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)一、粘滯性1.定義：石油瀝青的粘滯性是反映瀝青材料內(nèi)部阻礙其相對流動的一種特性。它反映了瀝青軟硬、稀稠的程度。是劃分瀝青牌號的主要技術(shù)指標。2.表示液體石油瀝青的粘滯性用標準粘度指標表示，它表征液體瀝青在流動時的內(nèi)部阻力；半固體或固體的石油瀝青則用針入度指標表示，它反映石油瀝青抵抗剪切變形的能力。5二、塑性1.定義：塑性是指石油瀝青在外力作用時產(chǎn)生變形而不破壞，除去外力后仍保持變形后的形狀不變的性質(zhì)。2.表示石油瀝青的塑性用延度表示。延度值越大，表示瀝青塑性越好。瀝青中油分和地瀝青質(zhì)含量適當，樹脂含量越多，延度越大，塑性越好。溫度升高，瀝青的塑性隨之增大。6三、溫度敏感性1.定義：溫度敏感性（溫度穩(wěn)定性）是指石油瀝青的粘滯性和塑性隨溫度升降而變化的性能。2.指標：軟化點：瀝青材料從固態(tài)轉(zhuǎn)變至粘流態(tài)有一定的間隔，因此，規(guī)定其中某一狀態(tài)作為從固態(tài)轉(zhuǎn)到粘流態(tài)（或某一規(guī)定狀態(tài)）的起點，相應的溫度稱為瀝青軟化點。針入度指數(shù)：7四、大氣穩(wěn)定性1.定義：大氣穩(wěn)定性是指石油瀝青在熱、陽光、氧氣和潮濕等因素長期綜合作用下抵抗老化的性能。2.原因：在大氣因素（熱、陽光、氧氣和水分）的綜合作用下，瀝青中的低分子量組分會向高分子量組分逐步轉(zhuǎn)化，發(fā)生遞變，即油分→樹脂→地瀝青質(zhì)。由于樹脂向地瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化的速度遠比油分變?yōu)闃渲乃俣瓤斓枚?，因此，石油瀝青會隨著使用時間的延長，樹脂顯著減少，地瀝青質(zhì)顯著增加，瀝青的塑性降低，脆性增加，亦即“老化”8五、溶解度、閃點和燃點1.定義：溶解度是指石油瀝青在三氯乙烯、四氯化碳和苯中溶解的百分率。用以限制有害的不溶物（如瀝青碳或似碳物）含量。不溶物會降低瀝青的粘結(jié)性。閃點也稱閃火點，是指加熱瀝青產(chǎn)生的氣體和空氣的混合物，在規(guī)定的條件下與火焰接觸，初次產(chǎn)生藍色閃光時的瀝青溫度。若按規(guī)定繼續(xù)加熱至瀝青試樣表面發(fā)生燃燒火焰，并持續(xù)5s以上，此時的溫度即為燃燒點（即燃點）。9§7.1.3石油瀝青的技術(shù)標準與選用一、建筑石油瀝青的標準與選用1.建筑石油瀝青：劃分：按瀝青針入度值劃分為40號、30號和10號三個標號特點：建筑石油瀝青針入度較小、軟化點較高，但延度較小。用途：它們主要用于屋面及地下防水、溝槽防水與防腐、管道防腐蝕等工程，還可用于制作油氈、油紙、防水涂料和瀝青瑪蹄脂等建筑材料。10二、道路石油瀝青§7.1.4瀝青的摻配及改性一、瀝青的摻配定義：施工中，若采用一種瀝青不能滿足配制瀝青所要求的軟化點時，可用兩種或三種瀝青進行摻配。摻配要注意遵循同源原則，即同屬石油瀝青或同屬煤瀝青（或煤焦油）的才可摻配。11二、氧化改性氧化也稱吹制，是在250～300℃高溫下向殘留瀝青或渣油中吹入空氣，通過氧化作用和聚合作用，使瀝青分子變大，提高瀝青的粘度和軟化點，從而改善瀝青的性能。工程使用的道路石油瀝青、建筑石油瀝青均為氧化瀝青。12三、礦物填充料改性為提高瀝青的粘結(jié)能力和耐熱性，降低瀝青的溫度敏感性，經(jīng)常在石油瀝青中加入一定數(shù)量的礦物填充料進行改性。常用的改性礦物填充料大多是粉狀和纖維狀的，主要有滑石粉、石灰石粉和石棉等。13四、聚合物改性（一）SBS改性瀝青SBS是丁苯橡膠的一種。丁苯橡膠由丁二烯和苯乙烯共聚制成，品種很多。如果將丁二烯與苯乙烯嵌段共聚，形成具有苯乙烯（S）－丁二烯（B）－苯乙烯（S）的結(jié)構(gòu)，則得到一種熱塑性的彈性體（簡稱SBS）。SBS具有橡膠和塑料的優(yōu)點，常溫下具有橡膠的彈性，高溫下又能像塑料那樣熔融流動，成為可塑性材料。14SBS對瀝青的改性十分明顯，它在瀝青內(nèi)部形成一個高分子量的凝膠網(wǎng)絡，大大提高了瀝青的性能。與瀝青相比，SBS改性瀝青具有彈性好、延伸率大，延度可達2000％；低溫柔性大大改善，冷脆點降至-40℃；熱穩(wěn)定性高，耐熱度可達90～100℃；耐候性好等優(yōu)點。

SBS改性瀝青是目前最成功和用量最大的一種改性瀝青，在國內(nèi)外己得到普遍使用。15（二）APP改性瀝青APP改性石油瀝青與石油瀝青相比，其軟化點高，延度大，冷脆點降低，粘度增大，具有優(yōu)異的耐熱性和抗老化性，尤其適用于氣溫較高的地區(qū)，主要用于制造防水卷材。16§7.2瀝青混合料定義：瀝青混合料是指礦物集料與瀝青拌合而成的混合料的總稱，包括瀝青混凝土混合料和瀝青碎石混合料。瀝青混合料作為路面材料具有良好的力學性質(zhì)，有一定的高溫穩(wěn)定性和低溫柔韌性，鋪筑的路面平整元接縫，減振吸聲，行車舒適；且具有一定的粗糙度，無強烈反光，利于行車安全。瀝青路面的施工方便，不需養(yǎng)護，能及時開放交通；便于分期修建和再生利用。17§7.2.1瀝青混合料的分類按礦料級配類型瀝青混合料分為連續(xù)級配瀝青混合料和間斷級配瀝青混合料。按礦料粒徑瀝青混合料分為砂粒式瀝青混合料（最大粒徑（4.75mm）、細粒式瀝青混合料（最大粒徑為9.5或13.2mm）、中粒式瀝青混合料（最大粒徑為16mm或19mm）、粗粒式瀝青混合料（最大粒徑為26.5mm或31.5.mm）和特粗式瀝青碎石混合料（最大粒徑）37.5mm）。按密實程度瀝青混合料分為密實式（空隙率<5％）、半密實式（空隙率為5％～10％）和半開式（空隙率>10％）。按結(jié)合料溫度瀝青混合料分為熱拌熱鋪瀝青混合料和常溫瀝青混合料。18§7.2.2瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)定義：瀝青混合料一般指熱拌瀝青混合料，是經(jīng)人工組配的礦質(zhì)混合料與粘稠瀝青在專門設備中加熱拌合而成，用保溫運輸工具運送至施工現(xiàn)場，并在熱態(tài)下進行攤鋪和壓實的混合料，通稱“熱拌熱鋪瀝青混合料”，簡稱“熱拌瀝青混合料”。其他類型的瀝青混合料必須冠以說明，如：常溫瀝青混合料等。19一、把瀝青挪混合鎮(zhèn)料的桌結(jié)構(gòu)（一種）懸櫻浮密零實結(jié)槳構(gòu)礦質(zhì)秤材料慌由大叨到小蹤蝶形成擁連續(xù)據(jù)型密機實混超合料括，因灶較大辜顆?；囟急豢∫焕n顆絕粒擠伯開，蝦因此椒，大拆顆粒繁以懸厘浮狀姑態(tài)處結(jié)于較恨小顆普粒之觸中。此種街結(jié)構(gòu)箭雖然談密實叛度大撈，但囑各級甚集料偉均為積次級振集料外所隔秩開，尺不能困直接柴接觸右形成題骨架濾，而壩懸浮敢于次烈級集恒料和響瀝青泄膠漿塌之間豈，粘聚近力較剝高，視但是商內(nèi)摩智擦角漲較低譜，因孟此，裙其高輸溫穩(wěn)施定性坡差。20（二鴿）骨某架空筒隙結(jié)昌構(gòu)當采跌用連圾續(xù)型掘開級猶配礦顏質(zhì)混點合料慶（如脊圖7論－7b）時，掩較大擇粒徑閑集料債彼此泄緊密需相接倍，而羅較小晚粒徑憐集料隨的數(shù)凝量較疾少，做不足波以充蜻分填癢充空典隙，視而形德成骨笑架空頁隙結(jié)籃構(gòu)，犧瀝青戚碎石時混合疫料多茂屬這貴一類櫻型，啊其組娘成結(jié)兆構(gòu)如喊圖7暴－8b，這種孫結(jié)構(gòu)財?shù)臑r狂青混窯合料具有較肯高的儲內(nèi)摩訓擦角巡壽，但很是粘獄聚力頃較低。21（三燥）骨梁架密嬸實結(jié)油構(gòu)當采渡用間港斷型恒密級機配礦鬧質(zhì)混歲合料虹（如粥圖7龜－7c）時，哥礦質(zhì)文混合描料既寸有一干定量脆的粗但集料餓形成齒骨架神，又唇根據(jù)曬粗集間料空驕隙的幕數(shù)量縮慧加入晝適量何細集訂料，置使之截填滿游骨架中空隙罪，形游成較橫高密嬌實度華的結(jié)袖構(gòu)，剩間斷丘級配污即按忽此原屈理構(gòu)作成，均其組銜成的工結(jié)構(gòu)堵如圖辟7－柏8c。這種滑結(jié)構(gòu)腦的瀝湖青混鳴合料殃不僅汗具有較高卡的粘掉聚力惕，而閥且具塞有較肉高的爬內(nèi)摩梅擦角。22二、純?yōu)r青罷混合慈料的恰強度丙理論強度帥決定滿于兩風個參販數(shù)：疾粘結(jié)墨力C和內(nèi)們摩擦裕角φ三、碰影響洽瀝青熔混合恐料抗打剪強腿度的腿因素(一弦)瀝巡壽青粘余度的仔影響粘度蠅越大碑，抗掛剪強社度越解高。(二踐)骨喝料的蘆粒徑楚、顆份粒形備狀和沙表面哨特性拿的影桿響集料肚顆粒價的粒宗徑越拒大，無瀝青初混合幟料的檢內(nèi)摩大擦角狀越大灘，粗鐵粒式鮮瀝青騾混凝舒土的蠅內(nèi)摩升擦角嚼比細移粒式格和砂形粒式棉瀝青如混凝秋土大擦得多襲。棱角眠尖銳慢的顆劃粒組皂成的奏混合課料，縫由于速顆粒寄問相石互嵌才緊，降要比刺渾圓犬顆粒稻的內(nèi)宴摩擦墓角大養(yǎng)得多刊。23(三痕)礦李粉的卷比表負面積鉤和瀝低青用移量的瓶影響(四按)礦兩料表丹面的小性質(zhì)濁的影閱響(五朗)影屠響瀝吃青混擔合料注抗剪昌強度束的外病因1.愛溫度2.粱變形掘速率擴的影憂響§7.2戒.3辜瀝青環(huán)混合預料的鼠技術(shù)聾性質(zhì)一、襲高溫斤穩(wěn)定擔性二、鏡低溫器抗裂臘性三、稍耐久床性四、紐奉抗滑膨性五、眉施工肆和易女性24§7.2竊.4啟瀝青礎混合域料組室成材忙料的光技術(shù)拳要求一、莫對瀝使青的圖要求炎熱憤的氣襪候區(qū)蜜、繁愁重的疫交通匠及細滲粒式滑或砂貿(mào)粒式會的混趁合料估，應墾采用知稠度賄較高閉的瀝漫青；烏反之慌，則黎采用答稠度惹較低鍵的瀝撐青。漿在條伏件相頸同的簽情況遭下，余較粘支稠的竭瀝青正配制芝的混牽合料教具有該較高臨的力井學強略度和糞穩(wěn)定洲度較攝低的斃瀝青聽。在魂條件暑相同澡的情曲況下園，較揭粘稠么的瀝京青配是制的鴨混合予料具棋有較顫高的吼力學帖強度側(cè)和穩(wěn)禁定性蔑，但郵如稠塵度過道高，諷則瀝居青混滔合料愿的低續(xù)溫變嘗形能巨力較協(xié)差，協(xié)瀝青這路面蜘容易沒產(chǎn)生票裂縫植。反幟之，葛采用粗稠度娛較低便的瀝門青，突雖然轎配制前的混沫合料滾在低孟溫時孝具有悔較好柜的變潛形能俱力，錢但在藥夏季襯高溫寬時，側(cè)往往叮穩(wěn)定報性不響足，尿使路激面產(chǎn)佛生推棗擠現(xiàn)拍象。25二、找對粗丙集料震的要價求三、破對細針集料扣的要網(wǎng)求用于觀拌制晴瀝青刷混合孫料