土木工程材料之瀝青和瀝青混合料

第七章

瀝青和瀝青混合料§7.1瀝青瀝青分為地瀝青和焦油瀝青，其中地瀝青分為天然瀝青和石油瀝青，焦油瀝青分為煤瀝青和頁巖瀝青?！?.1.1石油瀝青一、來源：石油原油經(jīng)蒸餾提煉出各種輕質油（如汽油、煤油、柴油等）及潤滑油以后的殘留物，或再經(jīng)加工而得的產品。根據(jù)石油瀝青的生產加工工藝不同，可分別制得蒸餾瀝青、氧化瀝青、溶劑瀝青等。1二、石油瀝青的組成石油瀝青劃分為油分、樹脂和地瀝青質三個主要組分。不同組分對石油瀝青性能的影響不同。油分賦予瀝青流動性；樹脂使瀝青具有良好的塑性和粘結性；地瀝青質則決定瀝青的穩(wěn)定性（包括耐熱性、粘性和脆性），其含量愈多，軟化點愈高，粘性愈大，愈硬脆。2三、石油瀝青的結構石油瀝青的結構是以地瀝青質為核心，周圍吸附部分樹脂和油分，構成膠團，無數(shù)膠團分散在油分中而形成膠體結構。當?shù)貫r青質含量相對較少時，油分和樹脂含量相對較高，膠團外膜較厚，膠團之間相對運動較自由。這時瀝青形成的膠體結構叫溶膠結構。具有溶膠結構的石油瀝青粘性小，流動性大，溫度穩(wěn)定性較差3當?shù)貫r青質含量較多而油分和樹脂較少時，膠團外膜較薄，膠團靠近聚集，移動比較困難，這時瀝青形成的膠體結構叫凝膠結構。具有凝膠結構的石油瀝青彈性和粘結性較高，溫度穩(wěn)定性較好，但塑性較差。當?shù)貫r青質含量適當，并有較多的樹脂作為保護膜層時，膠團之間保持一定的吸引力，這時瀝青形成的膠體結構叫溶膠－凝膠結構。溶膠－凝膠型石油瀝青的性質介于溶膠型和凝膠型兩者之間。4§7.1.2石油瀝青的技術性質一、粘滯性1.定義：石油瀝青的粘滯性是反映瀝青材料內部阻礙其相對流動的一種特性。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指標。2.表示液體石油瀝青的粘滯性用標準粘度指標表示，它表征液體瀝青在流動時的內部阻力；半固體或固體的石油瀝青則用針入度指標表示，它反映石油瀝青抵抗剪切變形的能力。5二、塑性1.定義：塑性是指石油瀝青在外力作用時產生變形而不破壞，除去外力后仍保持變形后的形狀不變的性質。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含量適當，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：軟化點：瀝青材料從固態(tài)轉變至粘流態(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)轉到粘流態(tài)（或某一規(guī)定狀態(tài)）的起點，相應的溫度稱為瀝青軟化點。針入度指數(shù)：7四、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向高分子量組分逐步轉化，發(fā)生遞變，即油分→樹脂→地瀝青質。由于樹脂向地瀝青質轉化的速度遠比油分變?yōu)闃渲乃俣瓤斓枚?，因此，石油瀝青會隨著使用時間的延長，樹脂顯著減少，地瀝青質顯著增加，瀝青的塑性降低，脆性增加，亦即“老化”8五、溶解度、閃點和燃點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。不溶物會降低瀝青的粘結性。閃點也稱閃火點，是指加熱瀝青產生的氣體和空氣的混合物，在規(guī)定的條件下與火焰接觸，初次產生藍色閃光時的瀝青溫度。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，此時的溫度即為燃燒點（即燃點）。9§7.1.3石油瀝青的技術標準與選用一、建筑石油瀝青的標準與選用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號三個標號特點：建筑石油瀝青針入度較小、軟化點較高，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時，可用兩種或三種瀝青進行摻配。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，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。12三、礦物填充料改性為提高瀝青的粘結能力和耐熱性，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）的結構，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，常溫下具有橡膠的彈性，高溫下又能像塑料那樣熔融流動，成為可塑性材料。14SBS對瀝青的改性十分明顯，它在瀝青內部形成一個高分子量的凝膠網(wǎng)絡，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2000％；低溫柔性大大改善，冷脆點降至-40℃；熱穩(wěn)定性高，耐熱度可達90～100℃；耐候性好等優(yōu)點。

SBS改性瀝青是目前最成功和用量最大的一種改性瀝青，在國內外己得到普遍使用。15（二）APP改性瀝青APP改性石油瀝青與石油瀝青相比，其軟化點高，延度大，冷脆點降低，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§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性質，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，無強烈反光，利于行車安全。瀝青路面的施工方便，不需養(yǎng)護，能及時開放交通；便于分期修建和再生利用。17§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）。按密實程度瀝青混合料分為密實式（空隙率<5％）、半密實式（空隙率為5％～10％）和半開式（空隙率>10％）。按結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§7.2.2瀝青混合料的組成結構定義：瀝青混合料一般指熱拌瀝青混合料，是經(jīng)人工組配的礦質混合料與粘稠瀝青在專門設備中加熱拌合而成，用保溫運輸工具運送至施工現(xiàn)場，并在熱態(tài)下進行攤鋪和壓實的混合料，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。19一、昌瀝青湖混合喚料的抓結構（一做）懸仔浮密絮實結著構礦質掠材料注由大舅到小更形成唐連續(xù)第型密尼實混醒合料謝，因街較大驚顆粒芒都被檔小一固檔顆叫粒擠委開，系因此狹，大摘顆粒茄以懸屋浮狀犧態(tài)處言于較蘋小顆悲粒之乎中。此種拔結構破雖然為密實淹度大叮，但腹各級泳集料欺均為變次級質集料落所隔終開，覺不能殊直接港接觸累形成恰骨架鋒，而復懸浮介于次刻級集挽料和蹦瀝青袖膠漿欺之間由，粘聚股力較糊高，籍但是勞內摩筑擦角免較低溫，因寨此，腳其高溪溫穩(wěn)公定性旬差。20（二待）骨勿架空金隙結鵲構當采暖用連內續(xù)型選開級羊配礦炊質混姿合料鍬（如璃圖7荷－7b）時，戀較大蓄粒徑伯集料刑彼此傲緊密壤相接他，而熟較小責粒徑填集料市的數(shù)煉量較標少，播不足跡以充凈分填芽充空躍隙，呼而形絲式成骨饅架空容隙結豈構，復瀝青暴碎石趟混合偵料多縮慧屬這越一類踐型，言其組乞成結姻構如揮圖7狀－8b，這種樂結構平的瀝洽青混塑合料具有較采高的拾內摩性擦角褲，但愛是粘租聚力絨較低。21（三崗）骨拼架密弊實結喪構當采碰用間罩斷型勢密級團配礦章質混低合料御（如振圖7逼－7c）時，畏礦質扶混合察料既支有一是定量織的粗劉集料舞形成諷骨架及，又餅根據(jù)汗粗集市料空堤隙的悔數(shù)量張加入綠適量記細集恢料，晌使之援填滿扭骨架荒空隙穩(wěn)，形春成較炊高密唉實度有的結睬構，雁間斷大級配緩即按垃此原亮理構用成，恥其組吹成的噴結構神如圖吼7－浙8c。這種弄結構界的瀝承青混峰合料癢不僅救具有較高禿的粘定聚力翼，而籌且具斧有較見高的仰內摩睬擦角。22二、乳瀝青闖混合關料的油強度掉理論強度版決定仰于兩洽個參停數(shù)：免粘結件力C和內決摩擦絲式角φ三、疫影響碼瀝青紛混合騰料抗慮剪強濱度的再因素(一勻)瀝算青粘醉度的僑影響粘度賤越大并，抗腳剪強莊度越世高。(二旅)骨煉料的陰粒徑劈燕、顆痰粒形悔狀和搬表面旬特性技的影焦響集料哄顆粒眾的粒鍛徑越糠大，汽瀝青琴混合灑料的溝內摩找擦角焰越大度，粗找粒式鉛瀝青篇混凝積土的炎內摩獸擦角戰(zhàn)比細癢粒式進和砂食粒式佳瀝青功混凝葵土大庫得多焦。棱角撕尖銳長的顆爐粒組勤成的功混合謀料，睛由于劫顆粒箭問相惕互嵌條緊，糟要比雁渾圓栗顆粒拒的內浴摩擦濃角大訓得多胞。23(三構)礦已粉的槍比表儀面積怎和瀝巧青用翅量的怪影響(四宵)礦們料表宇面的避性質是的影娃響(五控)影緒響瀝它青混票合料恒抗剪崖強度撈的外鬧因1.激溫度2.史變形汪速率膏的影竄響§7.2殺.3怒瀝青清混合眉料的撞技術雷性質一、顯高溫近穩(wěn)定島性二、務低溫啄抗裂愧性三、缺耐久躁性四、盼抗滑衰性五、翼施工幫和易憐性24§7.2驗.4陡瀝青仇混合販料組耽成材尾料的日技術漁要求一、扮對瀝軍青的杏要求炎熱致的氣喝候區(qū)攻、繁始重的月交通譯及細旱粒式菠或砂雅粒式抵的混產合料淹，應記采用達稠度俱較高矩的瀝瞎青；艇反之招，則巖采用永稠度喝較低鄰的瀝蜜青。旋在條犁件相潛同的孕情況錄下，族較粘芬稠的捧瀝青婚配制校的混最合料渴具有醒較高全的力危學強粗度和籃穩(wěn)定貸度較政低的偉瀝青沫。在漏條件僅相同夠的情蠅況下孫，較第粘稠泰的瀝跑青配咳制的繡混合掌料具洗有較刪高的基力學茅強度其和穩(wěn)芒定性條，但為如稠樂度過俘高，戴則瀝閣青混臥合料椒的低亮溫變雁形能遞力較桃差，膚瀝青積路面岸容易召產生恰裂縫喊。反屑之，堅采用講稠度劫較低開的瀝賓青，置雖然畝配制障的混士合料忌在低盛溫時虹具有慌較好性的變編形能把力，股但在允夏季譽高溫影時，疫往往昏穩(wěn)定此性不繼足，籮使路摔面產攻生推冬擠現(xiàn)巧象。25二、績對粗唇集料津的要約求三、捏對細對集料葉的要治求用于春拌制昆瀝青穩(wěn)混合衰