第九章瀝青與瀝青混合料

第九章瀝青材料本章內(nèi)容石油瀝青煤瀝青瀝青的調(diào)配與改性瀝青防水材料瀝青混合料1.概述定義瀝青是一種有機膠凝材料，它是由復(fù)雜的高分子碳氫化合物及非金屬（氧、硫、氮等）衍生物所組成的混合物。在常溫下呈固體、半固體或液體狀態(tài)。特點瀝青結(jié)構(gòu)致密，塑性及粘結(jié)力良好，并具有不導(dǎo)電、不吸水、不透水、耐酸堿腐蝕等性能。瀝青不溶于水，但能溶于多種有機溶液中。應(yīng)用主要用于屋面、地下及水下的防水工程，防腐蝕工程，鋪筑道路路面及飛機場跑道等。1.概述分類2.石油瀝青（PetroleumAsphalt）（1）石油瀝青的組分和結(jié)構(gòu)1）石油瀝青的組分組分性質(zhì)、狀態(tài)與含量作用油分淺色透明液體；可溶于大部分溶劑；占40～60%賦予瀝青流動性。樹脂深色粘稠半固體；占15～30%賦予瀝青良好的粘性、塑性。地瀝青質(zhì)深色固體微粒；加熱不熔，不溶于溶劑；占10～30%決定瀝青的粘性、溫度穩(wěn)定性性?！鞘驮徒?jīng)蒸餾提煉出輕質(zhì)油（汽油、煤油、柴油）及潤滑油后的殘留物，或再經(jīng)加工而得的產(chǎn)品。2）石油瀝青的結(jié)構(gòu)石油瀝青是一種膠體結(jié)構(gòu)。分散相(膠體顆粒)：吸附部分樹脂的地瀝青質(zhì)；分散介質(zhì)：溶有樹脂的油分。根據(jù)瀝青中各組分的化學(xué)組成和相對含量不同，可分為：溶膠型結(jié)構(gòu)、凝膠結(jié)構(gòu)、溶—凝膠結(jié)構(gòu)。溶膠型結(jié)構(gòu)凝膠型結(jié)構(gòu)溶－凝膠型結(jié)構(gòu)粘度小，流動性和塑性較好，開裂后自行愈合能力較強；而對溫度的敏感性較強彈性好、粘性較高，流動性和塑性較低，開裂后自行愈合能力較差，高溫穩(wěn)定性較好，但低溫變形能力較差在高溫時具有較低的溫度敏感性；低溫時又具有較好的變形能力（2）石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)1）粘滯性定義：外力作用下瀝青粒子產(chǎn)生相對位移時抵抗變形的能力影響因素：組分、溫度評價指標：針入度（用于粘稠瀝青）；——25℃時，100克標準針5S沉入深度，1/10mm為1度。標準粘度（用于液體瀝青）；——標準試驗溫度下，從一定直徑d的流孔流出50ml瀝青所用的時間（2）石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)2）變形性能塑性：外力作用下產(chǎn)生變形而不破壞，外力撤除后仍保持變形后的形狀的性質(zhì)。影響因素：組分，溫度，瀝青膜層的厚度。評價指標：延度——在規(guī)定溫度的水槽中(一般為25℃),以5cm/min速率拉伸瀝青試樣，當拉斷時所延伸的長度(單位cm)。瀝青的低溫抗裂性與塑性密切相關(guān)，延度一定程度反映瀝青開裂后自愈合能力。瀝青的塑性對沖擊振動荷載有一定的吸收能力，并能減少摩擦?xí)r的噪音。溫度降低時瀝青的塑性明顯下降，甚至表現(xiàn)為脆性，低溫脆性反映瀝青的抗低溫能力，瀝青中石蠟含量高時抗低溫能力差。2）變形性能3）溫度穩(wěn)定性（溫度敏感性）定義：瀝青的粘滯性和塑性受溫度變化而影響的程度。影響因素：組分評價指標：軟化點3）溫度穩(wěn)定性（溫度敏感性）軟化點是指瀝青由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢鲃有愿囿w的溫度，軟化點越高，瀝青耐熱性越好，溫度穩(wěn)定性越好。軟化點太低，則夏季融化發(fā)軟流淌；太高則不易施工，冬季易脆裂。軟化點與地瀝青質(zhì)含量和蠟含量密切相關(guān)。地瀝青質(zhì)增多，溫度敏感性降低；含蠟量多，溫度敏感性大。4）大氣穩(wěn)定性定義：指石油瀝青在熱、光、氧氣和潮濕等因素長期綜合作用下抵抗老化的性能。老化：在大氣因素綜合作用下，瀝青中輕組分會向重組分轉(zhuǎn)化，而樹脂向地瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化的速度比油分向樹脂轉(zhuǎn)化速度快得多，石油瀝青會隨時間進展而變硬變脆，這種現(xiàn)象稱老化。評價指標：以“蒸發(fā)損失百分率”和“蒸發(fā)后針入度比”來評定（160℃加熱5h）。蒸發(fā)損失百分率愈小，蒸發(fā)后針入度比愈大，瀝青大氣穩(wěn)定性愈好，老化愈慢。5）施工安全性粘稠瀝青在加熱使其軟化時，從中揮發(fā)出的可燃氣體與空氣混合，當達到一定濃度后，遇火易發(fā)生閃火甚至燃燒、爆炸等安全事故。為此，必須測定瀝青加熱閃火和燃燒的溫度，即所謂的閃點和燃點。瀝青的閃點：指加熱瀝青試樣至揮發(fā)出的可燃氣體與空氣混合，在規(guī)定的條件下與火焰接觸，當試驗液面最初出現(xiàn)一瞬即滅的藍色火焰時的溫度(以℃表示)。瀝青的燃點：是加熱瀝青試樣至揮發(fā)出的可燃氣體與空氣混合，在規(guī)定的條件下與火焰接觸能持續(xù)燃燒不少于５s時的試樣溫度(以℃表示)。（3）石油瀝青的技術(shù)標準與選用1）石油瀝青的技術(shù)標準公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTGF40-2004）建筑石油瀝青（GB494—1998）防水防潮石油瀝青(SH/T0002-1990)普通石油瀝青（SY1665—77）石油瀝青是按針入度指標來劃分標號的，同時每一標號的瀝青還必須滿足相應(yīng)的延度和軟化點等指標的要求。瀝青標號愈高針入度愈大

延度愈大軟化點愈低粘滯性愈小塑性愈好

溫度敏感性愈大2）石油瀝青的選用用于屋面防水層的瀝青：要求具有較好的粘結(jié)性、溫度敏感性和大氣穩(wěn)定性，因此，要求瀝青的軟化點應(yīng)高于當?shù)貧v年來達到的屋面最高氣溫20～25℃，即比當?shù)刈罡邭鉁馗叱?0℃左右。對“溫熱地區(qū)、易受日曬或受熱嚴重”的部位：為防止瀝青受熱過分軟化，應(yīng)選用“標號較小”的瀝青。在“寒冷地區(qū)”、在“夏季受曬，冬季受凍”的部位：不僅要考慮受熱軟化、還要考慮低溫脆裂，故適宜選用“中等標號”的瀝青。用于地下防潮、防水工程的瀝青：要求其粘性大，塑性和韌性好，對其軟化點要求不高，可選用“標號較大”的瀝青。當缺乏所需標號的瀝青時，可采用不同標號的瀝青相互摻配使用。煤瀝青的主要技術(shù)性質(zhì)多都不如石油瀝青好，且有毒，易污染水質(zhì)，因此，在水利工程中很少應(yīng)用，主要用于防腐及路面工程。使用煤瀝青時，應(yīng)嚴格遵守國家規(guī)定的安全操作規(guī)程，防止中毒。煤瀝青與石油瀝青一般不宜混合使用。2.煤瀝青（Coal-tarAsphalt）——是煉焦廠或煤氣廠的副產(chǎn)品，為煤焦油分餾提取各種油分后所得殘渣。3、瀝青的調(diào)配與改性（1）調(diào)配——某一種牌號的瀝青往往不能滿足工程技術(shù)要求的某種技術(shù)指標，需要用不同牌號瀝青進行摻配?？捎脙煞N或三種瀝青進行摻配。調(diào)配同源原則：即同屬石油瀝青或同屬煤瀝青才可摻配。三種瀝青摻配是兩種摻配得到新指標后再與另外一種摻配。例：軟化點調(diào)配比例公式Q1——較軟瀝青的用量，％；Q2——較硬瀝青的用量，％；T——調(diào)配后的瀝青軟化點，℃；T1——較軟瀝青的軟化點，℃；T2——較硬瀝青的軟化點，％；（2）瀝青的改性①礦物填充料物改性由于瀝青對礦物填充料的濕潤和吸附作用，瀝青可能成單分子狀排列在礦物顆粒（或纖維）表面，形成結(jié)合力牢固的瀝青薄膜，具有較高的黏性和耐熱性等。因而提高瀝青了的粘結(jié)能力、柔韌性和耐熱性，減少了瀝青的溫度敏感性，并且可以節(jié)省瀝青。礦物填充料大多是粉狀和纖維狀，加入填充料數(shù)量不宜小于15%。土木工程中使用的瀝青要求：低溫下應(yīng)有彈性和塑性；高溫下要有足夠的強度和穩(wěn)定性；加工和使用中具有抗老化能力；與礦物和結(jié)構(gòu)表面有較強的粘附力；對構(gòu)件變形的適應(yīng)性和耐疲勞性。聚合物（橡膠和樹脂）與石油瀝青相溶可改善石油瀝青的性能。聚合物摻量達一定的限度形成聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將瀝青膠團包裹。SBS改性瀝青（丁苯橡膠的一種）熱塑性彈性體，低溫變形能力↑，韌性↑，高溫粘度↑。主要用作改性瀝青防水卷材。APP改性瀝青（聚丙烯的一種）與石油瀝青相比，軟化點↑，延度↑，冷脆點↓，粘度↑，具有優(yōu)異的耐熱性和抗老化性。尤適用于氣溫較高的地區(qū)，主要用于制造防水卷材。②聚合物改性4、瀝青基防水材料（1）瀝青基防水卷材——用原紙、纖維織物、纖維氈等胎體浸涂瀝青，表面撒布粉狀、粒狀或片狀材料制成可卷曲的片狀防水材料，屬低檔防水材料。石油瀝青紙?zhí)ビ蜌?、油?）石油瀝青油紙——低軟化點石油瀝青浸漬原紙制成的無涂蓋層紙?zhí)シ浪聿?。用于建筑防潮和包裝，也可用于多層防水層的下層2）石油瀝青紙?zhí)ビ蜌帧蛙浕c石油瀝青浸漬原紙、高軟化點石油瀝青涂蓋油紙兩面、涂或撒隔離材料制成。用于簡易防水、臨時建筑防水、建筑防潮和包裝。特點：價格低廉，低溫柔性差，胎體易腐爛，耐用年限短。石油瀝青玻璃布油氈用玻璃纖維薄氈為胎基，浸涂石油瀝青，表面涂撒或覆蓋隔離材料制成。與玻璃布油氈特性、應(yīng)用范圍基本相同。石油瀝青玻璃纖維胎油氈以玻璃纖維布為胎體，浸涂石油瀝青并兩面涂撒隔離材料制成。低溫柔度明顯優(yōu)于紙?zhí)ビ蜌?，耐霉菌侵蝕，可用于長期受潮濕侵蝕的地下防水工程，適用于地下防水、防腐層以及屋面防水層及管道（熱管道除外）的防腐保護層。其他石油瀝青卷材（2）瀝青防水涂料以瀝青為基料配制而成的水乳型或溶劑型防水涂料。分溶劑型和水乳型。溶劑型防水涂料即冷底子油，一般不單獨使用。水乳型防水涂料即水性瀝青基防水涂料，是以乳化瀝青為基料的防水涂料。根據(jù)涂料厚薄不同，瀝青防水涂料防水層可采用一布二涂一砂、二布三~六涂一砂等結(jié)構(gòu)。布——胎體增強材料，通常為無紡布；涂——防水涂料；砂——散細粒材料做保護層。5.瀝青混合料定義：瀝青混合料是將粗、細骨料和填料與適量瀝青拌和而成的均勻的，具有粘-彈-塑性的混合材料。常用瀝青混合料：瀝青混凝土、瀝青碎石特點：1）具有良好的力學(xué)性能和一定的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性；2）具有較好的抗滑性；減震、吸音、行車安全舒適；3）施工方便快速，不需設(shè)置施工縫和伸縮縫，不需養(yǎng)護；4）經(jīng)濟耐久，便于改造。瀝青混合料高等級公路的斷面構(gòu)成瀝青碎石混合料（瀝青碎石）：剩余空隙率大于10%，適用于公路過渡層及整平層。瀝青混凝土混合料（瀝青混凝土）：剩余空隙率小于10%，適用于各種等級公路的瀝青面層。分類：①按膠結(jié)材料：石油瀝青、煤瀝青混合料、乳化瀝青混合料②按集料最大粒徑：特粗式、粗粒式、中粒式、細粒式、砂粒式；③按攤鋪壓實后的密實程度分:：密實式（剩余空隙率<10%）、半開式（剩余空隙率10~15%）、開式（剩余空隙率大于15%）。④按施工溫度分：熱拌熱鋪、熱拌冷鋪、冷拌冷鋪瀝青混合料；⑤按集料級配類型分：連續(xù)級配、間斷級配瀝青混合料；⑥按用途分：公路用、機場道面、橋面鋪裝用瀝青混合料；⑦按特性分：防滑式、排水性、高強、彩色瀝青混合料；我國公路和城市道路目前大多采用連續(xù)級配密實式熱拌熱鋪瀝青混合料。3.瀝青混合料3.瀝青混合料（1）瀝青混合料的組成材料及其技術(shù)要求1）瀝青標號的選擇應(yīng)考慮所在地區(qū)的氣候條件、交通量以及混合料的類型。參見表9-52）粗集料粒徑大于2.36mm。應(yīng)清潔、干燥、無風化，符合一定級配要求。應(yīng)具有足夠的力學(xué)性能，用壓碎值、磨耗值和抗沖擊值來衡量。應(yīng)與瀝青有較好的粘結(jié)性。粘結(jié)性與顆粒形狀和表面構(gòu)造及礦物成分有關(guān)。（1）瀝青混合料的組成材料及其技術(shù)要求3）細集料粒徑小于2.36mm。應(yīng)清潔、干燥、無風化，符合一定級配要求，與瀝青有較好的粘結(jié)性。要求富有棱角。為了保證瀝青混合料的強度，應(yīng)優(yōu)先選用堿性集料。酸性集料用于高等級公路時，應(yīng)采取抗剝離措施：①在瀝青中摻抗剝離劑；②用石灰粉、水泥作為填料的一部分；③將粗集料用石灰漿處理后使用。4）礦粉粒徑小于0.075mm，起填充作用，又稱礦粉填料。應(yīng)使用堿性石料，用消石灰粉或水泥代替更佳。與瀝青形成膠漿，對混合料強度影響很大。（2）瀝青混合料的結(jié)構(gòu)根據(jù)粗集料的級配和粗、細集料比例不同分為三種：1）懸浮密實結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特征：由連續(xù)級配礦質(zhì)料配制的密實瀝青混合料，結(jié)構(gòu)上，大顆粒骨料懸浮在小顆粒骨料之中。性能特點：密實度和強度較高，穩(wěn)定性較差。2）骨架空隙結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)特征：較細骨料少，較粗骨料彼此相互接觸連接。性能特點：穩(wěn)定性較好，粘聚力較差。3）骨架密實結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)特征：粗骨料相互接觸，其堆積空隙完全被較細顆粒填充密實。

性能特點：較高的粘聚力和穩(wěn)定性，較高的內(nèi)摩擦角（2）瀝青混合料的結(jié)構(gòu)（3）瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)1）強度工程應(yīng)用要求：在高溫時，瀝青混合料必須具有一定的的抗剪強度與抵抗變形的能力。研究表明：抗剪強度主要取決于瀝青與礦料的粘結(jié)力和礦料骨架作用的內(nèi)摩阻角。①