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第9章沥青材料概要.ppt

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    • 2019/10/19,1,第9章 沥青和沥青混合料,本章的目的要求 1、掌握沥青的组成、技术性质和技术标准; 2、 掌握石油沥青的参配; 3 、了解煤沥青和石油沥青改性的相关内容2019/10/19,2,9.1 沥青,沥青是高分子碳氢化合物及其非金属(氧、氮、碳等)衍生物组成的极其复杂的混合物,在常温下呈黑色或黑褐色的固体、半固体或液体状态 沥青是一种有机胶凝材料,具有粘性、塑性、耐腐蚀及憎水性等,因此在建筑工程中主要用作防潮、防水、防腐材料,用于屋面、地下、以及其他防水工程、防腐工程以及道路工程2019/10/19,3,9.1.1 沥青的分类与基本组成结构,1. 沥青的分类 沥青主要分为地沥青和焦油沥青 地沥青又分为天然沥青和石油沥青 焦油沥青分为煤沥青,木沥青,页岩沥青 见表9-1(P158)2019/10/19,4,2.沥青的基本组成结构,1)石油沥青的基本组成 石油沥青是以原油为原料,经过炼油厂常压蒸馏、减压蒸馏等提炼后,提取汽油、煤油、柴油、重柴油、润滑油等产品后得到的渣油,通常这些渣油属于低标号的慢凝液体沥青 组分:将沥青中化学成分和物理性质相近,并且有某些共同特征的部分,划分为一个组分。

      石油沥青组分划分方法有三组分法(油分、树脂、地沥青质)与四组分法(饱和分、芳香分、胶质、沥青质)2019/10/19,5,2)石油沥青的结构 (1)溶胶型(针入度指数<-2) (2)凝胶型(针入度指数>+2) (3)溶胶-凝胶型(针入度指数-2~+2),a) b) c) 沥青胶体结构示意图 a)溶胶型结构; b) 溶胶-凝胶型结构; c)凝胶型结构,2019/10/19,6,3.沥青的老化及再生 沥青的老化(Ageing)是指沥青材料在路面中受各种因素(氧、光、热、水等)的作用下,随时间而产生“不可逆的”化学组成结构和物理-力学性能变化的过程2019/10/19,7,再生沥青(Reclaimed asphalt):已经老化的沥青,经掺加再生剂(Rejuventor)后使其恢复到原来(甚至超过原来)性能的一种沥青 再生沥青机理: A、相容理论(沥青老化是沥青中的组分相容性降低造成的,增加氮基和第一酸性分即可再生); B、组分调节理论(沥青老化是由于沥青中某些成分偏多,而另一些成分偏少造成的,补充偏少的成分即可再生),2019/10/19,8,2)煤沥青的基本组成 煤沥青是煤干馏得到的煤焦油,经再提炼加工得到的产品,也称煤焦油沥青或柏油。

      采用选择性溶解等方法,将煤沥青分离为游离碳、油分、软树脂和硬树脂四个组分 煤沥青分为低温、中温、高温煤沥青三大类建筑中主要使用半固体的低温煤沥青煤沥青和石油沥青相比,煤沥青密度较大,塑性较差,温度敏感性较大,在低温下易变脆硬、老化快,与矿质材料表面结合紧密,防腐能力强,有毒和臭味等因此,煤沥青适用于地下防水工程及防腐工程中2019/10/19,9,9.1.2 石油沥青的主要性质及技术要求,1.石油沥青的主要性质 (1)黏滞性(简称黏性) 是指沥青在外力作用下抵抗变形的能力 沥青在工程使用中可能受到各种力的作用,如重力、温度应力、车轮荷载等在沥青路面中,沥青作为粘结材料将矿料粘结起来,形成强度,沥青的黏滞性决定了路面的力学行为为防止路面夏天出现车辙,冬天出现开裂,沥青的黏性选择是首要考虑的参数 沥青的黏性通常用粘度表示,黏度和针入度是划分沥青等级(标号)的主要依据2019/10/19,10,测定液体沥青等材料流动状态的黏度时,应采用标准黏度计,该试验方法是:在标准黏度计中,液体状态的沥青,于规定的温度条件下,通过规定的流孔直径,流出50ml体积,所需的时间秒数(s)被称为沥青的黏度,并以CT,d表示(T为试验温度℃,d为流孔直径mm)。

      在温度和流孔直径相同的条件下,流出时间(T)愈长,表示沥青黏度愈大2019/10/19,11,针入度是在规定温度(25度)和时间(5秒)条件下,一定重量的标准针(100g),垂直贯入试样的深度表示沥青的针入度值,并以0.1mm为单位(0.1mm=1度)沥青的针入度用PT,m,t表示,其中P为针入度,T为试验温度,m为标准针(包括连杆及砝码)的质量,t为贯入时间按我国现行试验法,试验条件为P25℃,100g,5s ,根据需要如采用其它试验条件时,应在试验结果中注明 针入度是目前我国粘稠石油沥青的分级指标针入度大,粘性小,沥青愈软 牌号的数值:一般取针入度波动范围的中间值 例如:90号沥青,针入度范围为80~1002019/10/19,12,(2)塑性 塑性是指在外力作用下,产生变形而不破坏的能力用延度表示 沥青延度值的大小直接反映了工程中沥青在外力作用下,保持内部结构连续或抵抗开裂的能力 沥青的延度值是采用延度仪测定的,它是将沥青试样制成8字形标准试件(最小断面1cm2),在规定的试验温度(通常为25℃或15℃)和拉伸速度(通常为5cm/min)条件下,拉断时的长度伸长值(以cm计)在科研中有时需测定沥青低温(0℃,4℃)时的延度,其拉伸速度常为1cm/min 。

      2019/10/19,13,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: 沥青中油分和地沥青质适量时,树脂含量愈多,沥青的塑性愈大 温度升高,沥青的塑性增大 在常温下,塑性较好的沥青在产生裂缝时,也可能由于特有的粘塑性而自行愈合(反映了沥青开裂后的自愈能力) 沥青延度越大,其塑性变形越大,有利于低温变形2019/10/19,14,3、温度敏感性 沥青物理性能随温度变化的性质沥青是一种组成和结构非常复杂的非晶质高聚物,它由液态转变为固态时,没有敏感的固化点或液化点对于沥青的物理性质与温度之间的关系,通常采用产生硬化与滴落时相对应的某一温度区域范围来表示,在此温度区间内,沥青是一种粘滞流动状态在工程实际中为保证沥青不致由于温度升高而产生流动的状态,取这一温度区间的0.8721倍作为反映沥青物理状态与温度之间关系的参数,并称之为软化点——是指沥青由固态转变为液态时的温度 软化点用环球法测定2019/10/19,15,软化点测定方法——环球法: 如图,该法是将沥青试样注于规定内径的铜环中,试样上放置一标准钢球(3.5g),把它们一起放入水或甘油中,在规定的加热速度下(5℃/min ),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(25.4mm)的温度,称为软化点,单位:℃ 软化点高,温度敏感性小;温度稳定性好;耐热性好。

      土木工程必须选用软化点高(即温度敏感性小,或温度稳定性好)的沥青2019/10/19,16,表征石油沥青的黏滞性、塑性和温度敏感性这三项性质的三大指标为:针入度、延度、软化点是划分沥青标号的主要依据,是评价粘稠石油沥青技术性质最常用的经典指标2019/10/19,17,(4)大气稳定性(也称抗老化性) 指沥青长期在阳光,空气,温度等的综合作用下,性能稳定的程度 沥青在上述的这些因素综合作用下,逐渐失去粘性、塑性,而变脆变硬直至脆裂的现象称为沥青的老化 老化的原因—— 低分子量组分向高分子量组分转化,即:油分树脂地沥青质 ∴地沥青质相对含量少的沥青,具有较 ? 的大气稳定性 大气稳定性的好坏,反映了沥青的使用寿命的长短大气稳定性好的沥青,耐老化,使用寿命长2019/10/19,18,评价指标: 沥青的大气稳定性用蒸发前后的减量值(蒸发损失百分率)及针入度比来表示蒸发损失百分率越小,蒸发后针入度比越大,则表示沥青大气稳定性越好,亦既老化越慢2019/10/19,19,(5)安全性 沥青的闪点与燃点 闪点(也称闪火点)指沥青加热产生的可燃气体与空气的混合物,在规定的条件下与火焰接触,初次产生兰色闪光时的沥青温度。

      燃点(着火点)指沥青加热产生的可燃气体与空气的混合物,与火焰接触能维持燃烧5s以上,此时沥青的温度就为燃点 燃点是沥青可持续燃烧的最低温度,燃点温度比闪点温度高约10℃ 闪点和燃点是保证沥青安全加热和施工的一项重要指标2019/10/19,20,(6)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 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2019/10/19,21,2.石油沥青的技术要求,1)石油沥青的选用 (1)石油沥青按用途分 ①建筑石油沥青——制作防水卷材、防水涂料和密封膏;用于建筑屋面和地下防水;管道防腐工程3个牌号) ②防水防潮石油沥青——性能高于建筑石油沥青,适用于作油毡的覆盖材料及建筑屋面和地下防水的胶粘剂 (4个牌号) ③道路石油沥青——适用于铺筑路面,也可用于屋面防水、生产油纸、油毡和绝缘材料 (7个牌号) ④普通石油沥青——含蜡量较多,温度敏感性大,不宜在建筑工程中直接使用,可与其他沥青掺配使用3个牌号),2019/10/19,22,(2)石油沥青的牌号 主要根据针入度、延度和软化点等指标划分,并以针入度(平均)值表示。

      牌号大,针入度大,延度大,软化点低;沥青愈__软___ 牌号大,粘性__小___,塑性__好___,温度敏感性__高__ 牌号大,使用年限愈__长___ ∴在选用石油沥青时,在满足使用要求的前提下应尽量选用较大牌号的沥青,可以保证较长的使用年限2019/10/19,23,(3)石油沥青的选用 选用原则——根据工程类别(房屋、道路或防腐)、气候条件及工程部位(屋面、地下)选择石油沥青的品种和牌号 屋面工程用沥青—— 软化点应比当地屋面最高温度高 20~25℃(而沥青屋面温度高于气温25~30℃ ) 气温较高的南方地区——主要考虑路面热稳定性,宜采用针入度较小、粘度高的沥青 北方严寒地区——为防止和减少地面开裂,面层宜采用针入度较大的沥青 地下防水工程——要求沥青粘性较大,塑性较大,能与基层牢固粘结,并能适应建筑物的各种变形,保证防水层完整由于不受高温影响,通常选用牌号稍大的沥青2019/10/19,24,①道路沥青的选用 石油道路沥青分为: •重交通道路沥青 •中、轻交通道路沥青 重交通道路 —— 高速公路、一级公路、城市快速路及主干道 中、轻交通道路 —— 其它等级公路和城市道路2019/10/19,25,石油沥青在道路工程中主要用作胶凝材料,与各级集料形成沥青混合料铺筑路面。

      道路石油沥青牌号越大,针入度越大,延展性越好 选择石油沥青重点考虑的技术性质是高温稳定性和低温抗裂性,即避免石油沥青路面出现高温下流淌、低温下脆裂以及拥包、推移、车辙等永久变形 一般来说,南方高温地区宜选用低牌号石油沥青,如 AH-50 、AH-70 、A-60、 A-100等;北方寒冷地区宜选用高牌号石油沥青,如 AH-90 、AH-110 、 A-140 、A-180 等2019/10/19,26,② 建筑沥青的选用,建筑石油沥青主要用作: 制造油纸、油毡、 防水涂料 、沥青嵌缝膏等 这些石油沥青制品大部分用于屋面及地下防水、沟槽防水防腐蚀及管道防腐等工程施工时制成的沥青胶膜较厚,加之本身为黑色易吸热,使其温度敏感性很大选用时必须重点考虑工程环境及使用要求比如作屋面防水层,高温季节沥青防水屋面的表面温度会比其它材料表面温度高得多,常常比当地最高气温高出 25℃~30℃所以选用屋面沥青材料时,其软化点应比本地区屋面最高温度高20℃~25℃,即比当地最高气温高出 50℃以上2019/10/19,27,③普通石油沥青的选用,普通石油沥青含蜡量较高,又称多蜡石油沥青这种沥青 ,针入度较大,塑性较差,与其它石油沥青相比,其温度敏感性较大,到达液态时的温度与其软化点相差很小,故这种沥青一般不单独用于建筑工程,有时可少量掺配在其它沥青中使用。

      2019/10/19。

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