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文檔簡介

土木工程材料建筑材料第十五講第1頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六二、石油瀝青的組成石油瀝青劃分為油分、樹脂和地瀝青質(zhì)三個(gè)主要組分。不同組分對石油瀝青性能的影響不同。油分賦予瀝青流動(dòng)性;樹脂使瀝青具有良好的塑性和粘結(jié)性;地瀝青質(zhì)則決定瀝青的穩(wěn)定性(包括耐熱性、粘性和脆性),其含量愈多,軟化點(diǎn)愈高,粘性愈大,愈硬脆。2第2頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六三、石油瀝青的結(jié)構(gòu)石油瀝青的結(jié)構(gòu)是以地瀝青質(zhì)為核心,周圍吸附部分樹脂和油分,構(gòu)成膠團(tuán),無數(shù)膠團(tuán)分散在油分中而形成膠體結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)貫r青質(zhì)含量相對較少時(shí),油分和樹脂含量相對較高,膠團(tuán)外膜較厚,膠團(tuán)之間相對運(yùn)動(dòng)較自由。這時(shí)瀝青形成的膠體結(jié)構(gòu)叫溶膠結(jié)構(gòu)。具有溶膠結(jié)構(gòu)的石油瀝青粘性小,流動(dòng)性大,溫度穩(wěn)定性較差3第3頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六當(dāng)?shù)貫r青質(zhì)含量較多而油分和樹脂較少時(shí),膠團(tuán)外膜較薄,膠團(tuán)靠近聚集,移動(dòng)比較困難,這時(shí)瀝青形成的膠體結(jié)構(gòu)叫凝膠結(jié)構(gòu)。具有凝膠結(jié)構(gòu)的石油瀝青彈性和粘結(jié)性較高,溫度穩(wěn)定性較好,但塑性較差。當(dāng)?shù)貫r青質(zhì)含量適當(dāng),并有較多的樹脂作為保護(hù)膜層時(shí),膠團(tuán)之間保持一定的吸引力,這時(shí)瀝青形成的膠體結(jié)構(gòu)叫溶膠-凝膠結(jié)構(gòu)。溶膠-凝膠型石油瀝青的性質(zhì)介于溶膠型和凝膠型兩者之間。4第4頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六§7.1.2石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)一、粘滯性1.定義:石油瀝青的粘滯性是反映瀝青材料內(nèi)部阻礙其相對流動(dòng)的一種特性。它反映了瀝青軟硬、稀稠的程度。是劃分瀝青牌號的主要技術(shù)指標(biāo)。2.表示液體石油瀝青的粘滯性用標(biāo)準(zhǔn)粘度指標(biāo)表示,它表征液體瀝青在流動(dòng)時(shí)的內(nèi)部阻力;半固體或固體的石油瀝青則用針入度指標(biāo)表示,它反映石油瀝青抵抗剪切變形的能力。5第5頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六二、塑性

1.定義:塑性是指石油瀝青在外力作用時(shí)產(chǎn)生變形而不破壞,除去外力后仍保持變形后的形狀不變的性質(zhì)。2.表示石油瀝青的塑性用延度表示。延度值越大,表示瀝青塑性越好。瀝青中油分和地瀝青質(zhì)含量適當(dāng),樹脂含量越多,延度越大,塑性越好。溫度升高,瀝青的塑性隨之增大。6第6頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六三、溫度敏感性1.定義:溫度敏感性(溫度穩(wěn)定性)是指石油瀝青的粘滯性和塑性隨溫度升降而變化的性能。2.指標(biāo):軟化點(diǎn):瀝青材料從固態(tài)轉(zhuǎn)變至粘流態(tài)有一定的間隔,因此,規(guī)定其中某一狀態(tài)作為從固態(tài)轉(zhuǎn)到粘流態(tài)(或某一規(guī)定狀態(tài))的起點(diǎn),相應(yīng)的溫度稱為瀝青軟化點(diǎn)。針入度指數(shù):7第7頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六四、大氣穩(wěn)定性1.定義:大氣穩(wěn)定性是指石油瀝青在熱、陽光、氧氣和潮濕等因素長期綜合作用下抵抗老化的性能。2.原因:在大氣因素(熱、陽光、氧氣和水分)的綜合作用下,瀝青中的低分子量組分會(huì)向高分子量組分逐步轉(zhuǎn)化,發(fā)生遞變,即油分→樹脂→地瀝青質(zhì)。由于樹脂向地瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化的速度遠(yuǎn)比油分變?yōu)闃渲乃俣瓤斓枚?,因此,石油瀝青會(huì)隨著使用時(shí)間的延長,樹脂顯著減少,地瀝青質(zhì)顯著增加,瀝青的塑性降低,脆性增加,亦即“老化”8第8頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六五、溶解度、閃點(diǎn)和燃點(diǎn)1.定義:溶解度是指石油瀝青在三氯乙烯、四氯化碳和苯中溶解的百分率。用以限制有害的不溶物(如瀝青碳或似碳物)含量。不溶物會(huì)降低瀝青的粘結(jié)性。閃點(diǎn)也稱閃火點(diǎn),是指加熱瀝青產(chǎn)生的氣體和空氣的混合物,在規(guī)定的條件下與火焰接觸,初次產(chǎn)生藍(lán)色閃光時(shí)的瀝青溫度。若按規(guī)定繼續(xù)加熱至瀝青試樣表面發(fā)生燃燒火焰,并持續(xù)5s以上,此時(shí)的溫度即為燃燒點(diǎn)(即燃點(diǎn))。9第9頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六§7.1.3石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與選用一、建筑石油瀝青的標(biāo)準(zhǔn)與選用1.建筑石油瀝青:劃分:按瀝青針入度值劃分為40號、30號和10號三個(gè)標(biāo)號特點(diǎn):建筑石油瀝青針入度較小、軟化點(diǎn)較高,但延度較小。用途:它們主要用于屋面及地下防水、溝槽防水與防腐、管道防腐蝕等工程,還可用于制作油氈、油紙、防水涂料和瀝青瑪蹄脂等建筑材料。10第10頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六二、道路石油瀝青§7.1.4瀝青的摻配及改性一、瀝青的摻配定義:施工中,若采用一種瀝青不能滿足配制瀝青所要求的軟化點(diǎn)時(shí),可用兩種或三種瀝青進(jìn)行摻配。摻配要注意遵循同源原則,即同屬石油瀝青或同屬煤瀝青(或煤焦油)的才可摻配。11第11頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六二、氧化改性氧化也稱吹制,是在250~300℃高溫下向殘留瀝青或渣油中吹入空氣,通過氧化作用和聚合作用,使瀝青分子變大,提高瀝青的粘度和軟化點(diǎn),從而改善瀝青的性能。工程使用的道路石油瀝青、建筑石油瀝青均為氧化瀝青。12第12頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六三、礦物填充料改性為提高瀝青的粘結(jié)能力和耐熱性,降低瀝青的溫度敏感性,經(jīng)常在石油瀝青中加入一定數(shù)量的礦物填充料進(jìn)行改性。常用的改性礦物填充料大多是粉狀和纖維狀的,主要有滑石粉、石灰石粉和石棉等。13第13頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六四、聚合物改性(一)SBS改性瀝青SBS是丁苯橡膠的一種。丁苯橡膠由丁二烯和苯乙烯共聚制成,品種很多。如果將丁二烯與苯乙烯嵌段共聚,形成具有苯乙烯(S)-丁二烯(B)-苯乙烯(S)的結(jié)構(gòu),則得到一種熱塑性的彈性體(簡稱SBS)。SBS具有橡膠和塑料的優(yōu)點(diǎn),常溫下具有橡膠的彈性,高溫下又能像塑料那樣熔融流動(dòng),成為可塑性材料。14第14頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六SBS對瀝青的改性十分明顯,它在瀝青內(nèi)部形成一個(gè)高分子量的凝膠網(wǎng)絡(luò),大大提高了瀝青的性能。與瀝青相比,SBS改性瀝青具有彈性好、延伸率大,延度可達(dá)2000%;低溫柔性大大改善,冷脆點(diǎn)降至-40℃;熱穩(wěn)定性高,耐熱度可達(dá)90~100℃;耐候性好等優(yōu)點(diǎn)。

SBS改性瀝青是目前最成功和用量最大的一種改性瀝青,在國內(nèi)外己得到普遍使用。15第15頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六(二)APP改性瀝青APP改性石油瀝青與石油瀝青相比,其軟化點(diǎn)高,延度大,冷脆點(diǎn)降低,粘度增大,具有優(yōu)異的耐熱性和抗老化性,尤其適用于氣溫較高的地區(qū),主要用于制造防水卷材。16第16頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六§7.2瀝青混合料定義:瀝青混合料是指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。瀝青混合料作為路面材料具有良好的力學(xué)性質(zhì),有一定的高溫穩(wěn)定性和低溫柔韌性,鋪筑的路面平整元接縫,減振吸聲,行車舒適;且具有一定的粗糙度,無強(qiáng)烈反光,利于行車安全。瀝青路面的施工方便,不需養(yǎng)護(hù),能及時(shí)開放交通;便于分期修建和再生利用。17第17頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六§7.2.1瀝青混合料的分類按礦料級配類型瀝青混合料分為連續(xù)級配瀝青混合料和間斷級配瀝青混合料。按礦料粒徑瀝青混合料分為砂粒式瀝青混合料(最大粒徑(4.75mm)、細(xì)粒式瀝青混合料(最大粒徑為9.5或13.2mm)、中粒式瀝青混合料(最大粒徑為16mm或19mm)、粗粒式瀝青混合料(最大粒徑為26.5mm或31.5.mm)和特粗式瀝青碎石混合料(最大粒徑)37.5mm)。按密實(shí)程度瀝青混合料分為密實(shí)式(空隙率<5%)、半密實(shí)式(空隙率為5%~10%)和半開式(空隙率>10%)。按結(jié)合料溫度瀝青混合料分為熱拌熱鋪瀝青混合料和常溫瀝青混合料。18第18頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六§7.2.2瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)定義:瀝青混合料一般指熱拌瀝青混合料,是經(jīng)人工組配的礦質(zhì)混合料與粘稠瀝青在專門設(shè)備中加熱拌合而成,用保溫運(yùn)輸工具運(yùn)送至施工現(xiàn)場,并在熱態(tài)下進(jìn)行攤鋪和壓實(shí)的混合料,通稱“熱拌熱鋪瀝青混合料”,簡稱“熱拌瀝青混合料”。其他類型的瀝青混合料必須冠以說明,如:常溫瀝青混合料等。19第19頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六一、瀝青混合料的結(jié)構(gòu)(一)懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)礦質(zhì)材料由大到小形成連續(xù)型密實(shí)混合料,因較大顆粒都被小一檔顆粒擠開,因此,大顆粒以懸浮狀態(tài)處于較小顆粒之中。此種結(jié)構(gòu)雖然密實(shí)度大,但各級集料均為次級集料所隔開,不能直接接觸形成骨架,而懸浮于次級集料和瀝青膠漿之間,粘聚力較高,但是內(nèi)摩擦角較低,因此,其高溫穩(wěn)定性差。20第20頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六(二)骨架空隙結(jié)構(gòu)當(dāng)采用連續(xù)型開級配礦質(zhì)混合料(如圖7-7b)時(shí),較大粒徑集料彼此緊密相接,而較小粒徑集料的數(shù)量較少,不足以充分填充空隙,而形成骨架空隙結(jié)構(gòu),瀝青碎石混合料多屬這一類型,其組成結(jié)構(gòu)如圖7-8b,這種結(jié)構(gòu)的瀝青混合料具有較高的內(nèi)摩擦角,但是粘聚力較低。21第21頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六(三)骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)當(dāng)采用間斷型密級配礦質(zhì)混合料(如圖7-7c)時(shí),礦質(zhì)混合料既有一定量的粗集料形成骨架,又根據(jù)粗集料空隙的數(shù)量加入適量細(xì)集料,使之填滿骨架空隙,形成較高密實(shí)度的結(jié)構(gòu),間斷級配即按此原理構(gòu)成,其組成的結(jié)構(gòu)如圖7-8c。這種結(jié)構(gòu)的瀝青混合料不僅具有較高的粘聚力,而且具有較高的內(nèi)摩擦角。22第22頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六二、瀝青混合料的強(qiáng)度理論強(qiáng)度決定于兩個(gè)參數(shù):粘結(jié)力C和內(nèi)摩擦角φ

三、影響瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的因素 (一)瀝青粘度的影響粘度越大,抗剪強(qiáng)度越高。(二)骨料的粒徑、顆粒形狀和表面特性的影響集料顆粒的粒徑越大,瀝青混合料的內(nèi)摩擦角越大,粗粒式瀝青混凝土的內(nèi)摩擦角比細(xì)粒式和砂粒式瀝青混凝土大得多。棱角尖銳的顆粒組成的混合料,由于顆粒問相互嵌緊,要比渾圓顆粒的內(nèi)摩擦角大得多。23第23頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六(三)礦粉的比表面積和瀝青用量的影響(四)礦料表面的性質(zhì)的影響(五)影響瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的外因1.溫度2.變形速率的影響§7.2.3瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)一、高溫穩(wěn)定性二、低溫抗裂性三、耐久性四、抗滑性五、施工和易性24第24頁,共26頁,2023年,2月20日,星期六§7.2.4瀝青混合料組成材料的技術(shù)要求一、對瀝青的要求炎熱的氣候區(qū)、繁重的交通及細(xì)粒式或砂粒式的混合料,應(yīng)采用稠度較高的瀝青;反之,則采用稠度較低的瀝青。在條件相同的情況下,較粘稠的瀝青配制的混合料具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和穩(wěn)定度較低的瀝青。在條件相同的情況下,較粘稠的瀝青配制的混合料具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和穩(wěn)定性,但如稠度過高,則瀝青混合料的低溫變形能力較差,瀝青路面容易產(chǎn)生裂縫。反之,采用稠度較低的瀝青,雖然配制的混合料在低溫時(shí)具有較好的變形能力,但在夏季高溫時(shí),往

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