道路工程材料之瀝青和瀝青混合料

1、第五章 瀝青和瀝青混合料瀝青的定義：一系列分子量不等的高分子 聚合物組成的有機混合物質(zhì)。瀝青的分類：地瀝青、焦油瀝青瀝青特點： 粘結(jié)性、塑性、憎水性、不透水性 不導(dǎo)電性、耐蝕性瀝青的應(yīng)用：道路工程、防水工程、防腐工程 （一）、石油瀝青的生產(chǎn)、組叢和結(jié)構(gòu) 生產(chǎn): 石油渣油瀝青再加工輕質(zhì)油潤滑油提煉5-1 石油瀝青分類： 按原油基屬：石蠟基、環(huán)烷基、中間基 按加工方式：直餾、蒸餾、氧化、裂化、酸洗等 按狀態(tài)：粘稠瀝青、液體瀝青 按用途： 道路石油瀝青 建筑石油瀝青 普通石油瀝青 三組分分析法（溶解-稀釋法） 油分：黃色液體，賦予瀝青流動性。 樹脂：褐色粘稠體，賦予瀝青塑性和粘結(jié)性 地瀝青質(zhì)：黑色固

2、體，賦予瀝青溫度穩(wěn)定性 石蠟：有害組叢 四組分分析法 飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)組叢：瀝青中物理力學性質(zhì)相近的成分結(jié)構(gòu)： 結(jié)構(gòu)形式:膠體結(jié)構(gòu) 膠體結(jié)構(gòu)類型: 溶膠型結(jié)構(gòu) - 油分樹脂多,地瀝青質(zhì)少 凝膠型結(jié)構(gòu) - 油分樹脂少,地瀝青質(zhì)多 溶凝膠型結(jié)構(gòu) - 三者適中 土木工程常用瀝青結(jié)構(gòu) 膠體結(jié)構(gòu)劃分依據(jù):針入度指數(shù)(二)、瀝青技術(shù)性能 指標： 粘稠瀝青：針入度（0.1mm）,P（25，100g，5s） 液體瀝青：粘度（s），CdT 針入度、粘度粘性小1、粘性（粘滯性）定義：瀝青內(nèi)部阻礙其發(fā)生相對流動的性質(zhì)影響因素：地瀝青質(zhì)，油份粘滯性 溫度粘滯性 2、塑性（延展性） 定義：在外力作用下產(chǎn)生變

3、形而不破壞的能力影響因素： 油分、樹脂含量塑性 溫度塑性指標：延度（mm） 延度大 塑性好3、溫度穩(wěn)定性（溫度敏感性）定義：粘性和塑性隨溫度升降而變化的性能 Tg Tm 脆化點 軟化點T 溫度 玻璃態(tài) 高彈態(tài) 粘流態(tài)改善：增塑劑、橡膠、樹脂、填料指標：軟化點Tm 、脆化點Tg影響因素：地瀝青質(zhì)、油份樹脂 Tg 、Tm實際要求：軟化點高，脆化點低。針入度指數(shù) 評價原理：針入度（P）隨溫度變化（T）而變化 lgP=AT+K A針入度-溫度敏感系數(shù) A值的計算原理：已知直線上兩點，即可求得斜率值。 缺陷：A值為小數(shù)，應(yīng)用不方便。針入度指數(shù)（PI）概念的建立 原理：以針入度指數(shù)PI表示瀝青的溫度敏感性

4、，假設(shè)20為最佳值，-10為最差值。則： （20-PI）/（PI+10）可評價溫度敏感性針入度指數(shù)的計算： PI=30/（1+50A）-10 針入度指數(shù)與瀝青膠體結(jié)構(gòu)類型： PI2，凝膠結(jié)構(gòu) PI-2，溶膠結(jié)構(gòu) -2 PI 2，溶凝膠結(jié)構(gòu)土木工程用瀝青針入度指數(shù)的選擇： 道路瀝青： 通常： -2 PI 路面：-1 PI 1， 0.5 PI 1 灌漿材料： -3 PI 1 膠結(jié)劑： -2 PI 5PI越大，高溫穩(wěn)定性越好。低溫性能需做改性處理4、粘附性定義： 石油瀝青與其他材料界面粘結(jié)性能或抗剝落的能力。影響因素： 瀝青的組叢、被粘結(jié)材料的表面物理、化學性質(zhì)評價方法： 13.2mm骨料，水煮法

5、13.2mm骨料，水浸法5、大氣穩(wěn)定性定義： 瀝青在光、熱、水、氣等環(huán)境因素作用下抵抗老化的性質(zhì)。老化原因： 油分 樹脂地瀝青質(zhì)老化結(jié)果： 變硬、變脆、易開裂評價方法： 蒸發(fā)質(zhì)量損失率、加熱前后針入度比、加熱前后延度變化6、施工安全性定義：石油瀝青在加熱使用時，不易發(fā)生閃火或燃火的性質(zhì)。評價指標： 閃點： 燃點：石油瀝青組分、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系溶膠型結(jié)構(gòu)粘性軟化點延度針入度塑性耐熱性油分樹脂地瀝青質(zhì)三、石油瀝青分類、標準與選用1、分類道路、建筑、普通石油瀝青2、標號 按針入度劃分，并保證其他性能標號粘性軟化點延度針入度塑性耐熱性3、選用依據(jù)： 工程性質(zhì)、施工方法、環(huán)境溫度4、應(yīng)用：道路石油瀝

6、青 拌制混凝土、用于路面 和地坪，或防水防潮工程建筑石油瀝青 建筑防水、防腐普通石油瀝青 性能較差，少用1、改性的目的改善性能，延長使用壽命屋面防水：高溫不流淌，抗老化，抗低溫脆斷。路面工程：高溫抗剪強度高、不擁包、推移、抗車轍等永久變形；抗低溫開裂；抗老化；較強的粘附性、抗疲勞應(yīng)力、抗滑等。 四、瀝青的改性及應(yīng)用 樹脂 耐寒性、耐熱性、粘性 瀝青橡膠 高溫變形性 低溫柔順性 填料 粘性、耐熱性、溫度穩(wěn)定性 2、改性劑和效果定義 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。 瀝青混凝土混合料AC適當比例的粗集料、細集料及填料與瀝青在嚴格控制條件下拌合壓實后空隙率

7、10%的瀝青混合料。 瀝青碎石混合料AM適當比例的粗骨料、細骨料及少量填料或不摻填料拌合壓實后空隙率10%的瀝青混合料5-2 路面用瀝青混合料瀝青混合料的技術(shù)特點物理力學性能較高的抵抗荷載的能力、高溫穩(wěn)定性、低溫柔韌性、水穩(wěn)定性施工和易性平整無接縫、減震吸聲、行車舒適交通安全具一定粗糙度、無強烈反光耐久性在環(huán)境光、熱、水、氣等因素作用下保持性能瀝青混合料的分類 按最大公稱粒徑分類（1）粗粒式瀝青混合料（Dm為26.5mm或31.5mm）（2）中粒式 （Dm為16 mm 或19 mm）（3）細粒式 （Dm為9.5mm或13.2mm）（4）砂粒式瀝青混合料（Dm為4.75mm） 也稱瀝青石屑或瀝青

8、砂 按礦料級配和路面壓實度分類連續(xù)密級配瀝青混凝土混合料空隙率3%6% 密實式瀝青混凝土混合料 AC 密級配瀝青穩(wěn)定碎石 ATB半開級配瀝青混合料空隙率6%12% 半開式瀝青穩(wěn)定碎石混合料AM開級配瀝青混合料 排水式瀝青磨耗層混合料 OGFC 空隙率18%25% 排水式瀝青穩(wěn)定碎石混合料 ATPB 空隙率18%間斷級配 瀝青瑪蹄脂碎石混合料 SMA 按施工溫度分類熱拌熱鋪瀝青混合料（熱態(tài)拌合、熱態(tài)鋪筑）；常溫瀝青混合料乳化瀝青、稀釋瀝青， （常溫下操作，冷施工）一、瀝青混合料的強度理論和組成結(jié)構(gòu)1、瀝青混合料強度理論 瀝青路面破壞形式高溫時塑性變形過?？辜魪姸炔蛔愕蜏卮嗔芽估瓘姸炔蛔悖冃文芰?/p>

9、差因此研究瀝青混合料的抗剪強度和抗變形能力。摩爾-庫倫包絡(luò)線應(yīng)力圓的公切線 即為抗剪強度曲線 圓柱形試件三軸剪切試驗得到?jīng)Q定瀝青混合料C與值的摩爾圓包絡(luò)線瀝青混合料的抗剪強度()公式正應(yīng)力（Mpa）； C瀝青混合料的粘力（Mpa）；瀝青混合料的內(nèi)摩擦角。粘聚力C，內(nèi)摩擦角 抗剪強度2影響瀝青混合料強度與穩(wěn)定性的因素 內(nèi) 因 瀝青粘度 瀝青與礦物的化學性質(zhì) 礦粉比表面（細度） 瀝青用量 集料的級配類型、粒徑、顆粒狀態(tài) 瀝青粘度 瀝青是膠結(jié)材料，其粘度大，對集料約束使其嵌鎖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，粘滯阻力大，抗變形能力強。因此 粘聚力C 內(nèi)摩擦角、抗剪強度 瀝青與礦物的化學性質(zhì) 瀝青與礦物表面形成一層厚度0的“

10、結(jié)構(gòu)瀝青”，該瀝青化學組分重新排列，粘度，粘聚力，0以外的瀝青稱“自由瀝青”。自由瀝青結(jié)構(gòu)瀝青討 論： 以“結(jié)構(gòu)瀝青”接觸的兩顆粒，粘聚力C 以“自由瀝青”接觸的兩顆粒，瀝青混合料粘聚力C較小“結(jié)構(gòu)瀝青” 0的厚度與礦料的化學性質(zhì)有關(guān)： 瀝青石灰石（堿性集料）界面的0 厚度大，礦料之間更有可能通過結(jié)構(gòu)瀝青聯(lián)結(jié)。 瀝青石英石（酸性集料）界面的0 厚度小。 礦粉比表面（細度）瀝青用量一定，礦粉比表面積大，形成的“結(jié)構(gòu)瀝青”數(shù)量，瀝青混合料的粘聚力C。 礦粉的性質(zhì)和用量對瀝青混合料的抗剪強度影響很大。摻礦粉的重要性結(jié)論： 配制瀝青混凝土時，必須摻適量礦粉產(chǎn)生“結(jié)構(gòu)瀝青”混合料粘結(jié)力C抗剪強度高溫抗變

11、形能力 提高溫度穩(wěn)定性 瀝青用量 瀝青用量適當，可形成足夠數(shù)量的“結(jié)構(gòu)瀝青”，使得粘聚力，且礦料之間以“結(jié)構(gòu)瀝青”連接，此時，瀝青膠漿有最優(yōu)的粘聚力。 所以在瀝青混合料配合比設(shè)計時，要考慮最佳瀝青用量。 集料的級配類型、粒徑和顆粒狀態(tài)合理級配顆粒間成嵌鎖結(jié)構(gòu)，摩擦阻力，近似正方體，表面粗糙的顆粒內(nèi)摩擦角較強的力學穩(wěn)定性瀝青混合料抗剪力 外 因 溫度瀝青屬熱塑性材料 溫度，粘聚力C抗剪強度。 形變速率C，抗剪強度3.瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)和性能瀝青混合料組成結(jié)構(gòu)的膠漿理論三種瀝青混合料的結(jié)構(gòu)常數(shù)不同，穩(wěn)定性有差異。1、懸浮密實結(jié)構(gòu) 連續(xù)型密級配集料密實度高，但各級集料均為次級集料所隔開，有大量的細

12、顆粒，但粗集料不能互相靠攏形成骨架，懸浮于次級集料及瀝青膠漿之間。 特點：結(jié)構(gòu)瀝青多，粘聚力C大，內(nèi)摩阻角較小，高溫穩(wěn)定性較差 密實，水穩(wěn)性、耐久性較好2、骨架空隙結(jié)構(gòu) 集料組成為連續(xù)型開級配。粒徑遞減系數(shù)大，粗集料多，細集料少，甚至沒有。粗集料形成骨架后，細集料不能填滿其空隙。 特點：結(jié)構(gòu)瀝青少，粘聚力C小，內(nèi)磨阻角高，難以攤鋪壓實成平整路面。 高溫穩(wěn)定性好、耐久性可能受影響3、密實骨架結(jié)構(gòu) 集料組成采用間斷級配。粗集料形成骨架后，相當數(shù)量的細集料填滿其空間。 特點：結(jié)構(gòu)瀝青多，粘聚力C較高，內(nèi)磨阻角較高，可攤鋪成結(jié)構(gòu)密實、表面平整、物理力學性能比較穩(wěn)定的路面。二、瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)和標準

13、 路面瀝青混合料要求具備的技術(shù)性質(zhì) 力學強度承受交通荷載，抗高溫變形，低溫脆裂； 耐久性抵抗自然因素作用； 抗滑性交通安全； 施工和易性攤鋪和壓實1、高溫穩(wěn)定性定義：高溫條件下承受重復(fù)荷載沒有很大變形（60夏季溫度不產(chǎn)生車轍、擁包和波浪）。 評價方法： (1)馬歇爾穩(wěn)定度試驗 (2)車轍試驗(1)馬歇爾穩(wěn)定度三項指標101.663.5mm圓柱體試件穩(wěn)定度（MS）規(guī)定溫度和加荷速率時破壞荷載（kN）；流值（FL）破壞時，試件的垂直變形（0.1mm）；馬歇爾模數(shù)（T）（kN/mm）（2）車轍試驗高速公路、一級公路、城市快速路、主干路要求此項試驗。 試件： 30030050 mm 溫度： 60 方法

14、：車輪反復(fù)行走。指標：動穩(wěn)定度（DS） 試件變形1mm深時，車輪行走次數(shù)。GBJ50092-96規(guī)定60時動穩(wěn)定度 高速公路，城市快速路 DS 800次/mm 一級公路、城市主干道 DS 600次/mm 新規(guī)定見表3-212、低溫抗裂性定義：瀝青混合料抵抗低溫開裂的能力。評價方法低溫蠕變試驗低溫彎曲試驗列入新規(guī)范3、耐久性(水穩(wěn)定性)定義：抵抗自然因素和車載長期作用，保持原有性能的能力。 瀝青老化、集料破壞、水導(dǎo)致瀝青與集料粘附性降低而出現(xiàn)剝落 試驗方法：浸水馬歇爾試驗 浸水車轍試驗 凍融劈裂試驗（列入新規(guī)范） 評價指標：殘留穩(wěn)定度MS0（%）、空隙率VV 、飽和度VFA 、礦料間隙率VMA、

15、凍融劈裂強度比TSR耐久性影響因素 化學性質(zhì)：瀝青、集料的化學性質(zhì) 混合料的組成結(jié)構(gòu)空隙率。 空隙率，防陽光及滲水， 空隙率，瀝青-集料之間粘結(jié)力差，飽水后集料剝離，顆粒相互推移，力學強度下降，路面破壞。一般空隙率保留36%；以備夏季瀝青膨脹 壓實度4、抗滑性瀝青路面抗滑性與下列因素有關(guān)： 集料表面特性選擇硬質(zhì)有棱角； 混合料級配合理 瀝青用量及瀝青含蠟量最佳瀝青用量，路面含蠟量3% 規(guī)范中對抗滑層集料有磨光值、道瑞磨耗值和沖擊值的要求 5施工和易性易于拌和、攤鋪和碾壓。 與氣溫、施工條件及混合料性質(zhì)有關(guān)，骨料級配具有直接影響。 目前憑經(jīng)驗，無測定方法。路面熱拌瀝青混合料的技術(shù)標準 不同等級道路、不同類型混合料具有不同的指標要求。主要指標（表3-19、20、21、22、23） 力學指標（高溫穩(wěn)定性）：擊實次數(shù)、MS、 FL、DS 耐久性指標（水穩(wěn)性） 空隙率VV、瀝青飽和度VFA、礦料間隙率VMA、殘留穩(wěn)定度MS0 、凍融劈裂強度比TSR 低溫抗裂性：最大彎拉應(yīng)變?nèi)?、瀝青混合料組成材料的技術(shù)要求1、瀝青 根據(jù)氣候條件、施