道路建筑（工程）材料 第2章 沥青材料

nullnull第2章 沥青材料   主要内容： *.沥青材料的基本概念 2.石油沥青的化学组分和胶体结构 3.石油沥青的技术性质和技术 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 4.其他沥青null  概 述 1.定义 沥青材料——是由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属（氧、硫、氮）的衍生物所组成的混合物。 主要原子：C、H， 杂原子：S、N、O。 微量金属元素：V、Ne、Fe、Na、Ca、Cu等 在常温下，沥青呈黑色或黑褐色的固态、半固态或液态。null2.分类:沥青地沥青 焦油沥青天然沥青：石油在自然条件下，长时间经受地球物理因素作用形成的产物 石油沥青：石油经各种炼制工艺加工而得的沥青产品 煤沥青：煤经干馏所得的煤焦油，经再加工后得到煤沥青 页岩沥青：页岩炼油工业的副产品 3.应用: 广泛用作路面、屋面、防水、耐腐蚀等工程材料。 土木工程建筑主要应用石油沥青。 null第一节 石油沥青 一 石油沥青的生产工艺概述null2.按用途分类石油沥青道路石油沥青特种石油沥青建筑石油沥青普通石油沥青null二、元素和组成 1、石油的元素组成 　2、.化学组分 化学组分分析方法:将沥青分离为化学性质相近，而且与其工程性质有一定联系的几个组，这些组就称为组分。 我国现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）规定有三组分和四组分两种分析法。 （1）三组分分析法 按三组分分析法所得各组分的性状列如下表。 null石油沥青三组分分析法的各组分性状 性状null（2）四组分分析法 石油沥青的四组分分析法是将石油沥青分离为：饱和分、芳香分、胶质和沥青质。石油沥青按四组分分析法所得各组分的性状如下表：性状null 2.胶体结构 （1）溶胶型结构 （2）溶-凝胶型结构 （3）凝胶型结构 a) b) c) 沥青胶体结构示意图 a)溶胶型结构； b) 溶-凝胶型结构； c)凝胶型结构 沥青质含量小于10%沥青质含量10-25% 沥青质含量25－30%nullnull三 石油沥青的技术性质 1.物理常数 2.粘滞性 3.延性 4.温度敏感性5.耐久性 6.安全性 7.其他性质√√√√null 1.物理常数 （1）密度——在规定温度条件下，单位体积的质量。 单位：kg/m3或 g/cm3。 我国现行试验方法规定测定15℃下沥青密度。 （2）相对密度——在规定温度下，沥青质量与同体积水质量 之比。 我国现行方法规定测定25℃下的相对密度。 沥青15℃密度与25℃相对密度之间的换算公式： 沥青与水的相对密度（25/25℃）= 沥青的密度（15℃）×0.996null粘稠沥青的密度多在0.97～1.04 g/cm3范围。                                                                                                                         null2．体膨胀系数 概念：当温度上升时，沥青材料的体积发生膨胀。 作用：对于沥青与储罐的设计和沥青作为填缝、密封材料是十分重要的数据，与沥青路面的路用性能也有密切的关系，体膨胀系数越大，沥青路面在夏季易泛油，冬季因收缩而产生裂缝。 计算：沥青的体膨胀系数可以通过测定不同温度下的密度，由式（4-1）计算null3．介电常数 概念：沥青的介电常数与沥青对氧、雨、紫外线等的耐候性（耐老化性）有关，介电常数定义为：　英国道路研究所（TRRL）研究认为，沥青路面的抗滑阻力的改善与介电常数有关，因此英国标准对道路用沥青介电常数提出了 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 。null 二、沥青的路用性能 　1.粘滞性 ——反映沥青材料内部阻碍沥青粒子产生相对流动的能力，简称为粘性，以绝对粘度表示。 沥青的粘度是沥青首要考虑的技术指标之一。 沥青绝对粘度的测定方法精密度要求高，操作复杂，不适于作为工程试验，因此，工程中通常采用条件粘度反映沥青的粘性。 条件粘度 针入度（适应粘稠石油沥青）∆ 液体沥青的粘度（适应液体石油沥青）（1）针入度（1）针入度1）针入度的定义 针入度——在规定温度条件下，以规定质量的标准针经过规定的时间贯入沥青试样的深度， 单位：0.1mm。 常用试验条件： 规定温度：25℃ 标准针质量：100g 贯入时间：5s沥青针入度仪沥青针入度仪null（1）针入度 PT,m,t 量纲0.1mm 式中：T 是试验温度，m 是荷重 t是贯入时间 仪器设备：针入度仪，标准针（2.5g），盛样皿； 盛样皿按针入度的大小不同分为三种类型： 当针入度≤200时，用高h=35mm，直径为D=55mm的小盛样皿； 当针入度为=200~350时，用高为h=45mm，直径为D=70mm的大盛样皿； 当针入度≥350时，用高≮60mm，体积≮125ml的特殊盛样皿。null恒温水槽：不少于10L，温控的准确度为0.1℃ 平底玻璃皿：不少于1L 温度计（0~50℃，分度为0.1℃）、秒表 等。 试样准备：试验温度25℃（或15℃、30℃、5℃） 按规定将试样装入试杯，并冷却； 调整仪器； 试验步骤：将试样移入平底玻璃皿中，测定针入度，同一试样进行3次平行试验；null误差要求 针入度（0.1mm） 允许误差（0.1mm） 0—49 2 50—149 4 150—249 12 250—500 20 （2）粘度（液体沥青） CT,d (s) T为试验温度 d为流孔直径 标准条件：C60,5，即试验温度为60℃，试验孔径为5mm。null2）表示方法：P（25℃，100g，5s）。 3）表征意义 沥青的针入度值愈大，表示沥青的粘度愈小。针入度是目前我国粘稠石油沥青的分级指标。 标号：一般取针入度的平均值。 例如：90号沥青，针入度范围为80～１００（０.１mm） 110号沥青，针入度范围为100～120（０.１mm）null2、温度敏感性高温性能指标 （1）软化点 （2）针入度指数 （3）脆点 ——高温性能指标——低温性能指标null（1）软化点 沥青材料是一种非晶质高分子的混合材料，没有固定的熔点。沥青材料在由固态转变为液态的温度阶段是一种粘滞流动状态，在工程 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 和使用中为保证沥青不致由于温度升高而产生流动的状态，常常采用软化点来表示沥青的温度敏感性。 1）定义 软化点——人为选定的沥青由固态到液态的转变温度范围中的一个条件粘度。null2）测定方法 我国现行试验方法要求采用环与球法软化点。 如图，该法是将沥青试样注于规定内径的铜环中，环上置一钢球，在规定的加热速度下，沥青试样逐渐软化，直至在钢球荷重作用下滴落到下层金属板时的温度，称为软化点，单位：℃ 。 • 表示：TR&B• 注意：初始温度5℃ 加热速度为5℃/min沥青软化点仪沥青软化点仪null 3）软化点的意义 • 沥青软化点越高，沥青的温度稳定性越好。 • 针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度， 软化点则是沥青达到规定条件粘度时的温度。 因此，软化点既是反映沥青材料温度稳定性的一项指标，又是沥青粘度的一种量度。null2、沥青的低温性能 （1）延性 ——是沥青材料当受到外力拉伸作用时，所能承受的塑性变形的总能力，以延度作为条件延性的表征指标。 （1）延度的定义 延度——将沥青试样制成8字形标准试件，采用延度仪，在规定拉伸速度和规定温度下拉断时的长度，单位：cm。 规定条件为：试验温度有0℃、15℃、25℃三种； 拉伸速度有1 cm/min、5cm/min两种。null仪器、延度仪 试模：8字模 隔离剂：（甘油与滑石粉的质量比2：1） 步骤：试模（涂隔离剂，注模、冷却30-40min）恒温30min 取出刮平，再恒温1—1.5h拉伸：水面距试件表面不小于25mm 水流：不循环流动，沥青丝不得浮于水面或沉于槽府 记录：长度（cm）并记录断口情况 误差：做三次平行试验，取平均 测定结果均大于100cm时，记作大于100即可， 结果小于100cm时，重复性误差20%，复现性30%沥青延度仪沥青延度仪null沥青延度测定示意图null（2）延度的表示方法： D（T，v） 其中，T为试验温度，v为拉伸速度。 （3）测定延度的意义 沥青延度与其流变特性、胶体结构和化学组分等有着密切的关系。 研究表明： • 随着沥青胶体结构发育成熟度的提高，含蜡量的增加，以及饱和蜡和芳香蜡的比例增大等，都会使沥青的延度值相对降低。 • 沥青延度越大，其塑性变形越大，有利于低温变形。null （3）脆点 • 沥青材料在低温下受到瞬时荷载时常表现为脆性破坏，沥青脆性的测定极为复杂。 • 目前测试方法：采用弗拉斯（Fraass）脆点。 • 拉斯脆点试验原理：将沥青试样在一个标准的金属薄片上摊成薄层，将其置于脆点仪内并使其稍稍弯曲。当以1℃/min的速度降温时，沥青薄膜的温度随之逐渐降低，当降至某一温度时，沥青薄膜在规定弯曲条件下会出现一个或多个裂缝，此时的温度即为沥青的脆点。null 我们讲述了石油沥青的粘滞性、延性和温度敏感性。 表征这三项性质的三大指标为： 针入度、延度、软化点 是评价粘稠石油沥青技术性质最常用的经典指标。 null 2、温度敏感性 （1）针入度指数 1）定义 沥青的针入度指数——评价沥青技术性质的一个重要指标，既可以反映沥青的感温性，又可以划分沥青的胶体结构。 2）公式 针入度指数（Penetration Index，简称PI）是P.Ph.普费（Pfeifer）和F.M.范·杜尔马尔（Van Doormaal）等提出的一种评价沥青感温性的指标。 研究观点：沥青针入度值的对数（lgP）与温度（T）具有线性关系，表达式为：null 式中： A——为直线斜率，称为针入度-温度感应性系数。 表示沥青针入度随温度的变化率。 如图，A 值越高，沥青对温度的敏感性越大。 K——为截距（常数）。 针入度-温度感应性关系图 ①针入度—温度感应性系数Anull A　值的求取公式： • 根据已知的针入度值P（25℃，100g，5s）和软化点TR&B • 假设软化点时的针入度值为 800 （0.1mm） （沥青达到软化点时，针入度一般为600～1000，0.1mm） • 建立针入度-温度感应性系数A的基本公式： TR&B——环球法测定的软化点温度，℃。 null　由于软化点温度时的针入度常与800相距甚大，因此斜率A应根据不同温度的针入度值确定，常采用的温度为15℃，25℃及30℃（或5℃），由式（2-13）计算。 null 存在问题：针入度-温度感应性系数A值为小数，使用不方便， 引入PI值的概念。 经验公式：②针入度指数（PI）的确定 null 3）针入度指数的应用 • 针入度指数愈大，表示沥青对温度的敏感性愈低。 • 划分沥青的胶体结构：PI＜-2者，属溶胶型沥青 PI=-2～+2之间者，属溶-凝胶型沥青 PI＞+2者，属凝胶型沥青null当PI<-2时，沥青的温度敏感性强，当PI>+2时有明显的凝胶特征，耐久性差，一般认为选用-1~+1的溶凝胶型沥青适宜修筑沥青路面。null③当量软化点T800与当量脆点T1.2 当量软化点T800和当量脆点T1.2分别定义为与沥青针入度800和1.2对应的温度，它们可以代替软化点和脆点映沥青高温性能和低温性能。当量软化点T800和当量脆点T1.2分别由式（2-16）和式（2-17）计算： （2-16） (2-17) 式中：A，K——意义同式（2-11）。null4、粘附性 与沥青及集料性质有关，一般应优先使用碱性集料 测定方法：1、水浸法 DO13.2mm 2、水煮法 D>13.2mm 水煮法：取13.2—19mm颗粒5个，烘干，加热，置于热沥青中，冷却5min，水煮微沸，3min后观察沥表剥落情况，评价等级，5—1级，5级最好，1级最差5.耐久性5.耐久性（1）影响因素 沥青材料在施工时需要加热，工程完成投入使用过程中又要长期经受大气、日照、降水、气温变化等自然因素的作用而影响耐久性。 （2）沥青的老化 1）定义：在上述因素的综合作用下会产生不可逆的化学变化， 而导致工程性能逐渐劣化的过程称为老化。 2）评价方法：采用蒸发损失试验和薄膜加热试验。 （沥青试样在160℃条件下，加热蒸发5h）null沥青老化后，在物理力学性质方面，表现为针入度减少，延度降低，软化点升高，绝对粘度提高，脆点降低等。在化学组分含量方面，表现为饱和分变化较少，芳香分明显转变为胶质（速度较慢），而胶质又转变为沥青质（速度较快），由于芳香分转变为胶质，不足以补偿胶质转变为沥青质，所以最终是胶质明显减少，而沥青质显著增加。null3）评价指标：• 蒸发后沥青延度• • null 6.安全性 沥青使用时必须加热，由于沥青在加热过程中挥发出的油会与周围的空气组成混合气体，当遇到火焰会发生闪火，此时的温度称为闪点。 若继续加热，挥发的油分饱和度增加，与空气组成的混合气体遇火极易燃烧，燃烧时的温度称为燃点。 评价指标：闪点。 闪点和燃点是保证沥青安全加热和施工的一项重要指标。 通常采用克利夫兰开口杯法测定（简称COC法）。null 7.其他性质 为综合评价沥青的技术性能，还应全面地了解沥青的其他性质，如溶解度、含蜡量、粘附性等。 （1）溶解度：指沥青在有机溶剂（三氯乙烯、四氯化碳、苯等）中可溶物的百分含量。可以反映沥青中起粘结作用的有效成分的含量。 （2）蜡：性脆，易裂缝，对沥青的生产和使用都有重要的影响。对我国采用石蜡基原油炼制的沥青尤为重要，含蜡量将直接影响沥青产品的质量。null三、 石油沥青的技术标准 1.建筑石油沥青技术标准 标号：建筑石油沥青按针入度值划分为40号、30号和10号 三个标号。 特点：与道路石油沥青相比，针入度较小，延度较小，软化 点较高。 技术标准：《建筑石油沥青》GB/T494-98的规定，见下表：null建筑石油沥青技术标准 null 2.道路石油沥青技术标准 道路石油沥青的质量应符合道路石油沥青技术标准。 沥青结合料各个等级的适用范围、适宜的气候分区应如下表。null1、重交通量见教材表4-3所示 根据针入度分为AH-50，AH-70，AH-90，AH-110，AH-130五个标号。 2、中、轻交通量见教材表4-4所示 根据针入度为A-60甲，A-60乙，A-100甲，A-100乙，A-140甲，A-180，A-200七个标号。 （二）液体沥青见教材表4-5所示null 沥青路面温度分区由高温和低温组合而成。 第一个数字代表高温分区：采用最近30年内年最热月的平均日最高气温 的平均值作为反映高温和重载条件下出现车辙等流动变形的气候因子。 第二个数字代表低温分区：采用最近30年内的极端最低气温作为反映路 面温缩裂缝的气候因子。数字越小表示气候因素越严重。null　　2.3 其他沥青 一、 改性沥青 改性沥青是通过在沥青中加入不同的改性剂，实现改善 沥青多种性能的目的。 目前，道路沥青可以采用热塑橡胶、热塑聚合物和热固 树脂三种改性剂改善其使用性能。其中，热塑橡胶弹性体改 性剂使用最为普遍，如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）和丁苯橡胶（SBR）在道路改性沥青中都具有良好的使用效果。 null2.4 乳化沥青 乳化沥青是将粘稠沥青热融，经过机械的作用，以细小的 微滴（粒径约为2～5μm）状态分散于含有乳化—稳定剂的水溶 液中，形成水包油状的沥青乳液。 1. 乳化沥青的优点 （1）常温施工、节约能源。 （2）便于施工、节约沥青 （3）保护环境、保障健康。 （4）路面粗糙，减少事故。 null 2.乳化沥青的应用 一般，针入度为10～30（0.1mm）的石油沥青多用来制备建筑防水用乳化沥青；针入度为100～300（0.1mm）的石油沥青多用来制备路用乳化沥青。 近几年阳离子乳化沥青发展很快。在道路工程中，以阳离子乳化沥青为主，可以用于路面的保护层结构、修补路面，也可以用作路面抗滑表层。 null2.5 煤沥青 1.化学组成和组分 煤沥青的组成主要是芳香族碳氢化合物及其氧、硫、碳的 衍生物的混合物。煤沥青化学组分的分析方法与石油沥青的方 法相似，目前主要将煤沥青分离为：油分、树脂A、树脂B、游 离碳C1和游离碳C2等5个组分。 2.技术性质 煤沥青与石油沥青相比，在技术性质上有下列差异： （1）温度稳定性较差。 （2）气候稳定性较差。 （3）与矿质集料的粘附性较好。 The 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