河海大學(xué)講義材料學(xué)瀝青及瀝青混合料n

河海大學(xué)講義材料學(xué)瀝青及瀝青混合料n第一頁(yè)，共57頁(yè)。（一）瀝青

瀝青是一種有機(jī)膠凝材料，常溫下呈黑色或黑褐色的固體、半固體或粘稠性液體，能溶于汽油、二硫化碳等有機(jī)溶劑，但幾乎不溶于水，屬憎水材料。概述第二頁(yè)，共57頁(yè)。（二）瀝青的特點(diǎn)與用途

與礦物材料有較強(qiáng)的粘結(jié)力，具有良好的防水、抗?jié)B、耐化學(xué)侵蝕性。

在交通、建筑、水利等工程中，廣泛用作路面、防水、防潮和防護(hù)材料。第三頁(yè)，共57頁(yè)。第四頁(yè)，共57頁(yè)。第五頁(yè)，共57頁(yè)。（三）瀝青的種類瀝青石油瀝青地瀝青(按產(chǎn)源)天然瀝青焦油瀝青煤瀝青木瀝青頁(yè)巖瀝青

工程上使用的瀝青材料主要為石油瀝青和煤瀝青，石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)優(yōu)于煤瀝青，故應(yīng)用最廣?！魇蜑r青

——

用石油煉制其它油品后的殘?jiān)庸ざ玫降漠a(chǎn)品?！髅簽r青(俗稱柏油)——

由煤干餾所得的煤焦油，經(jīng)再加工后得到的瀝青。第六頁(yè)，共57頁(yè)。7.1瀝青材料第七頁(yè)，共57頁(yè)。7.1.1石油瀝青1、定義

石油瀝青是石油(原油)經(jīng)蒸餾等方法提煉出各種輕質(zhì)油(如汽油、煤油、柴油等)及潤(rùn)滑油以后的殘留物，或經(jīng)再加工而得的產(chǎn)品。第八頁(yè)，共57頁(yè)。2、石油瀝青的生產(chǎn)過(guò)程及特點(diǎn)（1）將石油瀝青經(jīng)常壓蒸餾和減壓蒸餾后，在蒸餾塔底所剩的黑色粘稠物稱為渣油，當(dāng)渣油技術(shù)性質(zhì)能達(dá)到某標(biāo)號(hào)瀝青的要求，即得到直餾瀝青；（2）渣油經(jīng)過(guò)再減壓蒸餾工藝，進(jìn)一步提出各種重質(zhì)油品，可得到不同稠度的直餾瀝青；（3）渣油經(jīng)過(guò)不同深度的氧化后，可以得到不同稠度的氧化瀝青或半氧化瀝青；（4）將渣油用溶劑法處理，使蠟質(zhì)溶解，瀝青脫出，稱為溶劑瀝青。第九頁(yè)，共57頁(yè)。(一)石油瀝青的組成與結(jié)構(gòu)1.石油瀝青的組成組成及組成元素由多種碳(80～87%)氫(10～15%)化合物,及少量非金屬衍生物(氧、硫、氮元素等<3%)組成的混合物。(2)主要組分將瀝青分離為物理化學(xué)性質(zhì)相近，而且與瀝青性質(zhì)又有一定聯(lián)系的幾個(gè)組，這些組稱為組分。瀝青中主要組分：油分、樹(shù)脂（瀝青脂膠）、瀝青質(zhì)（地瀝青質(zhì)）。第十頁(yè)，共57頁(yè)。(3).石油瀝青的組分特性（表7－1）(a)

油分：賦予瀝青以流動(dòng)性，降低瀝青粘度與軟化點(diǎn)，含量適當(dāng)還能增大瀝青粘度。含量過(guò)大時(shí)溫度穩(wěn)定性差。

(b)

樹(shù)脂（瀝青脂膠）：賦予瀝青具有良好的塑性和粘結(jié)性。

(c)

瀝青質(zhì)（地瀝青質(zhì)）：賦予瀝青溫度穩(wěn)定性和粘性的重要組成。其含量愈高，則軟化點(diǎn)愈高，粘性愈大，愈硬脆。第十一頁(yè)，共57頁(yè)。2.石油瀝青的膠體結(jié)構(gòu)1--瀝青質(zhì)；2--膠質(zhì)；3--油分第十二頁(yè)，共57頁(yè)。(二)石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)粘滯性耐熱性塑性溫度穩(wěn)定性耐久性其它技術(shù)指標(biāo)第十三頁(yè)，共57頁(yè)。1.粘滯性l

粘滯性是指瀝青在外力作用下抵抗變形的能力,反映了瀝青的軟硬程度和膠結(jié)能力.l

瀝青質(zhì)含量越多,瀝青的粘滯性越高,其粘結(jié)性越好.

l

在施工拌和中,粘滯性高,不易拌和均勻.因此,施工時(shí)常用加熱或摻入溶劑的方法降低瀝青的粘滯性。第十四頁(yè)，共57頁(yè)。針入度及其測(cè)定l針入度是粘稠石油瀝青的粘度指標(biāo)，表示瀝青材料抵抗剪切變形的能力。l

在一定溫度條件下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)針垂直貫入瀝青試件的深度(以l／l0mm計(jì))稱為針入度。

針人度值表示瀝青材料抵抗剪切變形的能力。針人度值越大，瀝青的粘度越小。針入度值P(25℃,100g,5s)越小,表示瀝青的粘滯性越大。l石油瀝青的牌號(hào)就是按針入度值的大小來(lái)劃分的。第十五頁(yè)，共57頁(yè)。針入度測(cè)定

針人度試驗(yàn)通常規(guī)定：試驗(yàn)溫度為25oC，標(biāo)準(zhǔn)針質(zhì)量為l00g，貫人時(shí)間為5s，表示為P(25oC，l00g，5s)。第十六頁(yè)，共57頁(yè)。標(biāo)準(zhǔn)粘度及其測(cè)定l標(biāo)準(zhǔn)粘度是表示液體瀝青粘度的指標(biāo)。用流出型粘度計(jì)測(cè)定。l

一定溫度(20、25、30、50℃或60oC)的瀝青試樣，通過(guò)一定孔徑(3、5或10mm)的孔口流出50mL所經(jīng)歷的時(shí)間(s)，即為其標(biāo)準(zhǔn)粘度。l

標(biāo)準(zhǔn)粘度表示為CtdT，上標(biāo)d代表流孔的直徑，下標(biāo)t代試驗(yàn)溫度，T代表流出時(shí)間。l

試驗(yàn)溫度越高，流孔直徑越大，流出時(shí)間越長(zhǎng)，則表示瀝青的粘度越大。第十七頁(yè)，共57頁(yè)。2.耐熱性l

耐熱性是指粘稠瀝青在高溫下不軟化、不流淌的性能.可用軟化點(diǎn)(t軟)表示。l

軟化點(diǎn)是瀝青達(dá)到特定粘性流動(dòng)狀態(tài)時(shí)的溫度,試驗(yàn)證明瀝青在軟化點(diǎn)溫度下的針入度值約為800。l

軟化點(diǎn)越高,瀝青的耐熱性越好。l

瀝青材料的軟化點(diǎn)應(yīng)與環(huán)境溫度相適應(yīng),不能太低,也不能太高.第十八頁(yè)，共57頁(yè)。軟化點(diǎn)的測(cè)定測(cè)定方法：環(huán)球法3.5g鋼球，

50C/min加熱，下垂25.4mm。加熱速度過(guò)快，測(cè)定值偏高。第十九頁(yè)，共57頁(yè)。3.塑性l

塑性是指瀝青材料在外力作用下，產(chǎn)生變形而不破壞，除去外力后，仍能保持變形后形狀的性質(zhì)。l

瀝青材料采用延伸度(簡(jiǎn)稱延度)表示塑性。l

延度越大，表示瀝青的塑性越好。塑性好的瀝青材料能隨著構(gòu)件的變形而變形，不致產(chǎn)生裂縫，這對(duì)水工建筑物的防水作用有著重要意義.

第二十頁(yè)，共57頁(yè)。延度的測(cè)定將一定溫度(25、15或0℃)的瀝青標(biāo)準(zhǔn)試件,以一定的拉伸速度(50或100mm/min)延伸,試件拉斷時(shí)延伸的長(zhǎng)度即為延伸度,單位以cm計(jì)。通常采用的試驗(yàn)條件為溫度25℃,拉伸速度50mm/min.

試驗(yàn)時(shí)拉伸速度快，瀝青延度偏小。

第二十一頁(yè)，共57頁(yè)。其它技術(shù)指標(biāo)l溫度穩(wěn)定性l耐久性l脆點(diǎn)l

溶解度l

閃點(diǎn)和燃點(diǎn)第二十二頁(yè)，共57頁(yè)。(三)石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)石油瀝青產(chǎn)品主要分為：（三類）l

道路石油瀝青l(xiāng)

建筑石油瀝青l(xiāng)

普通石油瀝青是土建及水利工程中應(yīng)用的主要瀝青產(chǎn)品。三類石油瀝青都是按針人度指標(biāo)來(lái)劃分牌號(hào)的，每個(gè)牌號(hào)還應(yīng)保證相應(yīng)的延度和軟化點(diǎn)。

針入度、軟化點(diǎn)和延伸度三個(gè)指標(biāo)是確定試驗(yàn)瀝青牌號(hào)的主要依據(jù),常被稱為瀝青的三大技術(shù)指標(biāo).見(jiàn)表7—2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第二十三頁(yè)，共57頁(yè)。

1．道路石油瀝青

道路石油瀝青有七個(gè)牌號(hào)，牌號(hào)越高，粘性越小(即針人度越大)、塑性越好(即延度越大)、溫度敏感性越大(即軟化點(diǎn)越低)。l

主要用于道路路面或車間地面等工程，一般拌制成瀝青混凝土或?yàn)r青砂漿等拌和料使用。l

還可作密封材料和粘結(jié)劑以及瀝青涂料等。此時(shí)一般選用粘性較大和軟化點(diǎn)較高的瀝青，如

A一60甲。第二十四頁(yè)，共57頁(yè)。l采用重交通量道路石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，表7—3。有五個(gè)牌號(hào)，對(duì)針人度、軟化點(diǎn)、延度等要求更高，并提出了其它指標(biāo)(蠟含量、密度等)要求。

l

較重要水利工程宜采用AH一70、AH一90號(hào)。

第二十五頁(yè)，共57頁(yè)。2．建筑石油瀝青l(xiāng)

建筑石油瀝青針人度較小(粘性較大)，軟化點(diǎn)較高(耐熱性較好)，但延伸度較小(塑性較小)。l

主要用于制造油紙、油氈、防水涂料和瀝青嵌縫油膏等。它們絕大部分用于屋面及地下防水、溝槽防水及管道防腐蝕等工程。

第二十六頁(yè)，共57頁(yè)。3．普通石油瀝青

l

普通石油瀝青含有害成分的蠟較多，一般含量大于5％，有的高達(dá)20％以上，故又稱多蠟石油瀝青。l

由于含有較多的蠟，針人度較大(即粘性較小)，塑性較差。故在建筑工程上不宜直接使用。第二十七頁(yè)，共57頁(yè)。7.1.2煤瀝青1.定義

煤瀝青又稱焦油瀝青。在煙煤煉焦或制煤氣時(shí)，從所揮發(fā)的物質(zhì)中冷凝出煤焦油，再將煤焦油繼續(xù)蒸餾出輕油、中油、重油和蒽油后所剩的殘?jiān)礊槊簽r青。2.應(yīng)用

煤瀝青具有很好的防腐能力、良好的粘結(jié)能力。用于配制防腐涂料、膠粘劑、防水涂料、油膏以及制作油氈等。第二十八頁(yè)，共57頁(yè)。

(一)煤瀝青的組成煤瀝青主要組分如下：1.油分油分主要由較低分子量的液態(tài)芳香族碳?xì)浠衔锼M成。它賦予煤瀝青流動(dòng)性，但降低粘性。2.樹(shù)脂油可提高煤瀝青的粘性；使煤瀝青具有塑性。3.游離碳游離碳有利于提高煤瀝青的粘性和溫度穩(wěn)定性。但超過(guò)一定限度，將使煤瀝青變得硬脆。第二十九頁(yè)，共57頁(yè)。(二)煤瀝青的性質(zhì)特點(diǎn)

煤瀝青與石油瀝青相比，其性質(zhì)具有以下特點(diǎn)：(1)

溫度穩(wěn)定性較差：溫度敏感性較大，夏天易軟化流淌，冬天易脆裂。(2)

塑性較差：煤瀝青由于含有較多的游離碳，塑性降低，易因變形而開(kāi)裂。(3)

大氣穩(wěn)定性差：在熱、陽(yáng)光、氧氣等長(zhǎng)期綜合作用下，其組分容易變化，故易老化而硬脆。第三十頁(yè)，共57頁(yè)。(4)

防腐性較好：煤瀝青中含有蒽、酚等具有毒性和臭味的物質(zhì)，故其防腐能力較好。適用于木材等材料的防腐處理。(5)

粘結(jié)性較好：煤瀝青中含有較多的表面活性物質(zhì)，與礦物材料表面有較強(qiáng)的粘結(jié)力。l

根據(jù)煤瀝青和石油瀝青的某些特征，可按表7—5所列方法識(shí)別兩種瀝青。第三十一頁(yè)，共57頁(yè)。7.2瀝青混合料第三十二頁(yè)，共57頁(yè)。1．定義

以瀝青為膠凝材料，并與級(jí)配合適的礦物質(zhì)材料(礦料)拌和均勻，經(jīng)鋪筑、成型后制成瀝青混凝土、瀝青砂漿、瀝青膠等統(tǒng)稱為瀝青混合料。礦物質(zhì)材料又稱為礦料，包括：l

粗骨料——指粒徑大于2.5mm的礦料；l

細(xì)骨料——指粒徑2.5～0.075mm的礦料；l

填料——指粒徑小于0.075mm(或0.08mm)的礦料。概述第三十三頁(yè)，共57頁(yè)。2．分類(1)

瀝青混凝土按所用礦料的最大粒徑分為：l

粗粒式——礦料最大料徑為35mm或30mm；l

中粒式——礦料最大料徑為25mm或20mm；l

細(xì)粒式——礦料最大料徑為15mm或10mm；l

砂粒式——礦料最大料徑為5mm。

水工瀝青混凝土礦料多選擇Dmax＝15~25mm，即細(xì)粒式和中粒式。第三十四頁(yè)，共57頁(yè)。

(2)瀝青混凝土按密實(shí)程度分為：l

密級(jí)配——瀝青混凝土的孔隙率小于5％，主要用作防滲層材料；l

開(kāi)級(jí)配——瀝青混凝土的孔隙率大于5％，主要用作整平膠結(jié)層材料；l瀝青碎石——瀝青碎石的孔隙率大于15％，滲透性強(qiáng)，主要用作排水層材料。第三十五頁(yè)，共57頁(yè)。

(3)瀝青混合料按施工方法分為：l

碾壓式——瀝青混合料須用碾壓機(jī)械壓實(shí)；l

澆筑式——瀝青混合料具有大的流動(dòng)性，混合料在自重作用下可自行密實(shí)。

碾壓式和澆筑式瀝青混合料在防滲墻工程中均被采用。第三十六頁(yè)，共57頁(yè)。（4）瀝青混合料按施工溫度分為：l

熱鋪瀝青混合料-----是將材料加熱后，在高溫下進(jìn)行拌和、攤鋪和壓實(shí)。l

冷鋪瀝青混合料-----采用稀釋瀝青或乳化瀝青配制，可在常溫下施工。第三十七頁(yè)，共57頁(yè)。3．應(yīng)用

主要用途：鋪路、水工防滲、建筑防水。水利工程中，瀝青混合料主要用作防滲和防護(hù)材料，在堤壩、渠道、貯水池等工程中廣泛應(yīng)用。l

瀝青混凝土面板自下而上由排水層瀝青混凝土(瀝青碎石)、整平膠結(jié)層瀝青混凝土(開(kāi)級(jí)配)、防滲層瀝青混凝土(密級(jí)配)及封閉層瀝青膠或?yàn)r青砂漿組成。l

瀝青混凝土防滲墻碾壓式瀝青混凝凝土和澆筑式瀝青混凝土兩種心墻。l瀝青膠：用于混凝土壩伸縮縫或沉陷縫。第三十八頁(yè)，共57頁(yè)。

7.2.1

瀝青膠1、定義：

瀝青膠是用瀝青、粉狀或纖維狀填充料及改性添加材料配制而成。2、用途：

瀝青防水卷材鋪設(shè)防水層的粘結(jié)劑；嵌縫材料、防水涂層、瀝青砂漿防水層的底層。第三十九頁(yè)，共57頁(yè)。7.2.2

水工瀝青混凝土(瀝青砂漿)(一)組成材料1、石油瀝青應(yīng)根據(jù)氣候條件、建筑物工作條件、瀝青混凝土種類和施工方法等來(lái)選擇瀝青材料。l

氣候炎熱地區(qū)，受荷載較大的建筑物，細(xì)?；蛏傲；旌狭?，應(yīng)選用牌號(hào)較低的瀝青；反之選用牌號(hào)較高的瀝青。l

較重要的工程宜采用AH--70或AH--90重交通量道路石油瀝青；l

瀝青混凝土面板封閉層宜采用AH--50瀝青；l

澆筑式瀝青混凝土工程，溫和地區(qū)宜用A—60甲，寒冷地區(qū)宜用A--100甲乙，均需通過(guò)試驗(yàn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證。第四十頁(yè)，共57頁(yè)。2.礦料(粗、細(xì)骨料)

瀝青混凝土礦料應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬、密實(shí)、清潔、不含過(guò)量的有害雜質(zhì)，級(jí)配良好，與瀝青材料有較好的粘結(jié)性。礦料與瀝青材料粘結(jié)能力的評(píng)定方法：粗骨料的粘附力-----根據(jù)瀝青膜剝離現(xiàn)象，將骨料粘結(jié)力分為5個(gè)等級(jí)(表7--8)。〔水工要求不低于4級(jí)〕細(xì)骨料水穩(wěn)定等級(jí)-----根據(jù)瀝青膜被剝落，所對(duì)應(yīng)的碳酸鈉溶液濃度，為細(xì)骨料水穩(wěn)定等級(jí)，分為10級(jí)(表7--9)。〔水工要求不低于4級(jí)〕第四十一頁(yè)，共57頁(yè)。3.摻料

摻料是為了改善瀝青混凝土的某些技術(shù)性質(zhì)而摻人的材料。l

為了提高礦料與瀝青的粘附性，增強(qiáng)抗剝離的能力，可摻入消石灰，水泥；l

為了提高瀝青混凝土的耐熱性和低溫抗裂能力，可摻入橡膠或合成高分子材料；l

為了提高瀝青混凝土的溫度穩(wěn)定性，可摻入石棉。第四十二頁(yè)，共57頁(yè)。(二)水工瀝青混凝土的技術(shù)要求

水工瀝青混凝土的主要技術(shù)要求有抗?jié)B性、穩(wěn)定性、柔性、耐久性及施工和易性等。

1．抗?jié)B性瀝青混凝土抗?jié)B性用滲透系數(shù)來(lái)評(píng)定。

防滲用密級(jí)配瀝青混凝土的滲透系數(shù)一般為10-6～10-9mm／s，排水層開(kāi)級(jí)配瀝青混凝土的滲透系數(shù)可達(dá)1.0～0.1mm／s。

第四十三頁(yè)，共57頁(yè)。

瀝青混凝土抗?jié)B性可用瀝青混凝土孔隙率來(lái)評(píng)定。當(dāng)孔隙率小于4％時(shí)，滲透系數(shù)可小于10-6mm／s。瀝青混凝土抗?jié)B性還隨所受壓力的增加而增大。第四十四頁(yè)，共57頁(yè)。2．穩(wěn)定性

穩(wěn)定性——指瀝青混凝土在高溫條件下及外荷長(zhǎng)期作用下不發(fā)生嚴(yán)重變形或流淌的性質(zhì)，又稱為高溫穩(wěn)定性。

穩(wěn)定性包括l

瀝青混凝土的穩(wěn)定性可用高溫抗壓強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性系數(shù)或斜坡流淌值及馬歇爾試驗(yàn)來(lái)評(píng)定。常用馬歇爾試驗(yàn)的穩(wěn)定度和流值作為評(píng)定瀝青混凝土穩(wěn)定性指標(biāo)。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性(高溫不流淌、低溫不開(kāi)裂)水穩(wěn)定性第四十五頁(yè)，共57頁(yè)。馬歇爾試驗(yàn)將Φ101.6mm×63.5mm的圓柱試件側(cè)放在加荷壓頭內(nèi)，使試件在試驗(yàn)機(jī)上以50±5mm／min的變形速率加荷，試件破壞時(shí)達(dá)到的最大荷載即為穩(wěn)定度(以N計(jì))，試件達(dá)到最大荷載時(shí)所發(fā)生的變形即為流值(以1/10mm計(jì))。第四十六頁(yè)，共57頁(yè)。l

水工瀝青混凝土用馬歇爾試驗(yàn)對(duì)其配合比進(jìn)行初步選擇，并用馬歇爾試驗(yàn)作為施工質(zhì)量控制的主要方法。l

為提高穩(wěn)定性，應(yīng)選用軟化點(diǎn)較高、溫度穩(wěn)定性較好的瀝青，并選用級(jí)配良好的堿性巖石碎石作骨料。l

溫度升高時(shí)，瀝青材料體積膨脹，膨脹的瀝青會(huì)造成礦料顆粒間距增大，穩(wěn)定性降低。當(dāng)孔隙率大于2％時(shí)，可保證瀝青混凝土具有較好的穩(wěn)定性。初步設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)孔隙率2～4％穩(wěn)定度大于4kN流值40～60(0.1mm)第四十七頁(yè)，共57頁(yè)。3．柔性l

柔性是指瀝青混凝土(或砂漿)在自重或外力作用下，能適應(yīng)變形而不產(chǎn)生裂縫的性能。l

柔性好的瀝青混凝土，能適應(yīng)變形而不易裂縫，即使產(chǎn)生裂縫，在高水頭壓力作用下裂縫也能自行封閉(自愈)。l

為了提高瀝青混合料的柔性，應(yīng)選用針人度較大、低溫延伸度較大的瀝青，但瀝青的軟化點(diǎn)必須能保證耐熱性的要求。第四十八頁(yè)，共57頁(yè)。4．耐久性

瀝青混凝土耐久性指水飽和狀態(tài)下瀝青混凝土抗壓強(qiáng)度、馬歇爾穩(wěn)定度不嚴(yán)重降低，用水穩(wěn)定性系數(shù)和殘留穩(wěn)定度作為評(píng)定指標(biāo)。水工瀝青混凝土防滲層要求水穩(wěn)定系數(shù)不小于0.85.。耐久性合格的瀝青混凝土，殘留穩(wěn)定度應(yīng)不小于0.85。第四十九頁(yè)，共57頁(yè)。

5．施工和易性施工和易性指瀝青混凝土在拌和、運(yùn)輸，攤鋪及壓實(shí)過(guò)程中具有與施工條件相適應(yīng)，既保證質(zhì)量又便于施工的性能。

第五十頁(yè)，共57頁(yè)。

(三)水工瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)——