土木工程材料第五章.ppt

土木工程材料教案 第五章,黑龍江工程學(xué)院 土木工程系 孫凌,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”。,5.1 石油瀝青及煤瀝青,一、石油瀝青的生產(chǎn)工藝概述 蒸餾法 直餾瀝青，直餾瀝青因?yàn)閮H分餾出一些輕質(zhì)油品，具化學(xué)組分并未發(fā)生化學(xué)變化，它與氧化瀝青相比，溫度穩(wěn)定性和氣候穩(wěn)定性較差。 .氧化法 氧化瀝青軟化點(diǎn)升高，針人度減小，延度降低。 溶劑法 溶劑瀝青可獲得兼具高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。,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”。,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。,組分對(duì)瀝青性質(zhì)的影響 瀝青質(zhì)和膠質(zhì)分的含量高，其針人度值較小（稠度較高），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(duì)針人度、軟化點(diǎn)無影響，但極性芳香分含量高，對(duì)其粘附性有利；膠質(zhì)分對(duì)其延度貢獻(xiàn)較大。,（三）石油瀝青的膠體結(jié)構(gòu) 1.膠體結(jié)構(gòu)的形成 瀝青的膠體結(jié)構(gòu)是以瀝青質(zhì)為膠核，膠質(zhì)分被吸附其表面，并逐漸向外擴(kuò)散形成膠團(tuán)，膠團(tuán)再分散于芳香分和飽和分中。 膠體結(jié)構(gòu)類型 溶膠結(jié)構(gòu)在路用性質(zhì)上具有較好的自愈性和低溫變形能力，但溫度感應(yīng)性較差。 溶一凝膠結(jié)構(gòu)在路用性能，在高溫時(shí)具有較低的感溫性，低溫時(shí)又有較好的形變能力。 凝膠結(jié)構(gòu)在路用性能上，具有較低的溫度感應(yīng)性，但低溫變形能力較差。,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(cè)定方法） 瀝青的針人度是在規(guī)定溫度（）和時(shí)間（）內(nèi)，附加一定重量（）的標(biāo)準(zhǔn)針垂直貫入試樣的深度，以表示。 結(jié)論：針入度越大，粘結(jié)性，針入度是劃分瀝青標(biāo)號(hào)的重要依據(jù)。 粘度（液體瀝青粘結(jié)性的測(cè)定方法） 瀝青的標(biāo)準(zhǔn)粘度（簡(jiǎn)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)定直徑的流孔流出所需的時(shí)間，以表示。,T,針入度測(cè)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(zhǎng)度，以厘米表示。 結(jié)論：延度越大，瀝青的延性越好。,延度測(cè)定儀,（三）溫度穩(wěn)定性 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（15.90.1mm），高（6.40.1）mm）內(nèi)，上置規(guī)定尺寸和重量的鋼球（直徑9.53mm，質(zhì)量（3.50.05）g），放于水（或甘油）中，以（50.5）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(píng)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(cè)定儀,思考題： 1.我國(guó)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？,主要內(nèi)容：石油瀝青的技術(shù)性質(zhì) 石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 重點(diǎn)內(nèi)容：針入度指數(shù)與膠體結(jié)構(gòu)及路用性能的關(guān)系 石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 難 點(diǎn)：針入度指數(shù)與膠體結(jié)構(gòu)及路用性能的關(guān)系 要 求：掌握石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 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,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)。 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(cè)定質(zhì)量損失，并測(cè)定殘留物的針人度。,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(cè)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)。,（六）溶解度 （七）含水量 （八）非常規(guī)的其它性能 針人度指數(shù) 針入度指數(shù)是根據(jù)瀝青在25的針人度值（0.1mm）和軟化點(diǎn)（）來表達(dá)瀝青感溫性和膠體結(jié)構(gòu)的流變學(xué)參數(shù)。 按針人度指數(shù)可將瀝青劃分為三種膠體結(jié)構(gòu)，即 針人度指數(shù)者為溶膠結(jié)構(gòu)； 針入度指數(shù)者為凝膠結(jié)構(gòu)； 針人度指數(shù)一十者為溶凝膠結(jié)構(gòu)。,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（）和溫度（）作為應(yīng)力（）與應(yīng)變（）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(jiǎn)稱勁度）,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(duì)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(jí)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(jí)路面的車轍和裂縫，對(duì)高等級(jí)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(duì)現(xiàn)有市場(chǎng)瀝青的性能進(jìn)行改善。,改性瀝青是瀝青與一種或數(shù)種摻加劑的混合物，通常這些摻加劑是天然的或人工合成的彈性體。結(jié)合料瀝青改性的目標(biāo)是改善低溫和高溫時(shí)的性質(zhì)，即達(dá)到改性瀝青材料高溫時(shí)具有較高的勁度以避免形成車轍，低溫時(shí)則具有較低的勁度以減少開裂。 應(yīng)用于改善瀝青性能的改性劑主要有：橡膠、塑料膠、纖維類等。 橡膠（合成橡膠） 塑料膠 纖維類,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(jí)。 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(hào)，同時(shí)對(duì)各標(biāo)號(hào)瀝青的延度、軟