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。§7.1.1石油瀝青一、來源：石油原油經(jīng)蒸餾提煉出各種輕質(zhì)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(chǎn)品。根據(jù)石油瀝青的生產(chǎn)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(zhì)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(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，軟化點愈高，粘性愈大，愈硬脆。2三、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，油分和樹脂含量相對較高，膠團(tuán)外膜較厚，膠團(tuán)之間相對運動較自由。這時瀝青形成的膠體結(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，流動性大，溫度穩(wěn)定性較差3當(dāng)?shù)貫r青質(zhì)含量較多而油分和樹脂較少時，膠團(tuán)外膜較薄，膠團(tuán)靠近聚集，移動比較困難，這時瀝青形成的膠體結(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，膠團(tuán)之間保持一定的吸引力，這時瀝青形成的膠體結(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§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時的內(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。5二、塑性1.定義：塑性是指石油瀝青在外力作用時產(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：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，相應(yīng)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(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，石油瀝青會隨著使用時間的延長，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(jié)性。閃點也稱閃火點，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(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號三個標(biāo)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(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(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，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(nèi)部形成一個高分子量的凝膠網(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。

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（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宜瀝正青混慶合料定義丟：瀝省青混倦合料禁是指利礦物績集料吹與瀝段青拌君合而趣成的牙混合題料的驢總稱擦，包獅括瀝傻青混貴凝土予混合犬料和囑瀝青括碎石框混合羅料。討瀝青柔混合肌料作肢為路迫面材飯料具悉有良勺好的澇力學(xué)羽性質(zhì)暮，有僚一定培的高鏡溫穩(wěn)飯定性鉤和低巨溫柔全韌性起，鋪蛾筑的繳路面壁平整車元接融縫，已減振壘吸聲趙，行語車舒長適；目且具拍有一進(jìn)定的鹽粗糙議度，獎無強(qiáng)妖烈反叫光，依利于睬行車坊安全捉。瀝歉青路爬面的宿施工底方便認(rèn)，不禽需養(yǎng)摧護(hù)，歡能及捆時開嚼放交紫通；鑒便于常分期往修建圾和再總生利階用。17§7.2繞.1響瀝青帳混合償料的隙分類按礦文料級坐配類蜂型瀝嶺青混值合料峽分為愁連續(xù)撿級配火瀝青瓜混合菊料和甘間斷旅級配僅瀝青堪混合針料。按礦乒料粒匆徑瀝侵青混洽合料容分為耕砂粒唯式瀝繞青混純合料比（最妖大粒牛徑（燥4.移75mm銀）、細(xì)粒緞式瀝狼青混墊合料休（最唐大粒喬徑為貪9.控5或氣13寧.2mm掌）、中粒乳式瀝懇青混平合料雙（最征大粒距徑為逃16mm或1裙9mm森）、粗粒暴式瀝閣青混登合料據(jù)（最涌大粒趁徑為鞋26考.5mm或3級1.恥5.mm柴）和特像粗式過瀝青宏碎石剃混合飯料（孔最大烘粒徑烈）3突7.士5mm較）。按密稈實程惹度瀝魄青混曲合料貌分為鞠密實衫式（處空隙喪率<課5％郵）、喂半密棵實式咽（空抗隙率旦為5牛％～折10閉％）友和半詠開式侄（空飽隙率球>1搖0％司）。按結(jié)職合料逮溫度蓋瀝青撇混合惜料分評為熱賀拌熱悔鋪瀝值青混姥合料值和常擱溫瀝徐青混樣合料勒。18§7.2面.2噴瀝青娃混合嚼料的鋪組成簽結(jié)構(gòu)定義優(yōu)：瀝痕青混延合料餡一般鼠指熱古拌瀝修青混顧合料啞，是健經(jīng)人密工組暢配的尿礦質(zhì)伐混合穿料與媽粘稠蔑瀝青少在專展門設(shè)岡備中載加熱兼拌合肆而成熱，用情保溫繞運輸鑄工具炊運送直至施逮工現(xiàn)聽場，冬并在忙熱態(tài)罵下進(jìn)妨行攤幻玉鋪和店壓實余的混榜合料傅，通扔稱“察熱拌舊熱鋪扯瀝青羞混合顆料”忙，簡蹦稱“剪熱拌腦瀝青墓混合愿料”菊。其桶他類辜型的狡瀝青錫混合框料必激須冠其以說身明，甩如：位常溫符瀝青侄混合浸料等爺。19一、覺瀝青掌混合章料的軋結(jié)構(gòu)（一蔬）懸欺浮密內(nèi)實結(jié)培構(gòu)礦質(zhì)誼材料上由大巡壽到小籍形成禍連續(xù)破型密持實混介合料強(qiáng)，因縣較大區(qū)顆粒五都被臥小一耳檔顆倆粒擠蕩開，斤因此掉，大抬顆粒盾以懸終浮狀泡態(tài)處狂于較文小顆偉粒之娘中。此種愉結(jié)構(gòu)兇雖然噸密實鼓度大掀，但液各級篇集料扒均為辦次級增集料踏所隔鉤開，光不能福直接殖接觸擴(kuò)形成臂骨架店，而低懸浮擋于次遺級集餡料和值瀝青沫膠漿次之間趴，粘聚寒力較能高，運但是屆內(nèi)摩避擦角肚較低易，因眠此，梨其高版溫穩(wěn)剝定性嶼差。20（二戶）骨劉架空述隙結(jié)點構(gòu)當(dāng)采韻用連奴續(xù)型侮開級不配礦矮質(zhì)混答合料漲（如脅圖7鋸－7b）時，荷較大難粒徑西集料文彼此禽緊密盼相接蕩，而察較小鄭粒徑股集料雜的數(shù)羅量較描少，甲不足桐以充旦分填略充空微隙，牛而形訊成骨績架空塔隙結(jié)澇構(gòu)，勺瀝青借碎石禍混合蓬料多簽屬這桑一類切型，閃其組帖成結(jié)燦構(gòu)如肯圖7銹－8b，這種米結(jié)構(gòu)深的瀝威青混擁合料具有較泛高的倦內(nèi)摩棗擦角呈，但富是粘風(fēng)聚力設(shè)較低。21（三蜜）骨福架密波實結(jié)再構(gòu)當(dāng)采餅用間甘斷型職密級地配礦梨質(zhì)混珠合料擺（如釋圖7各－7c）時，矛礦質(zhì)墾混合拘料既俱有一憑定量潛的粗祥集料盒形成岔骨架減，又蘆根據(jù)刺粗集架料空努隙的胸數(shù)量值加入題適量狀細(xì)集時料，在使之兄填滿誰骨架委空隙漿，形廊成較牢高密癢實度塊的結(jié)吳構(gòu)，己間斷最級配榮即按你此原慈理構(gòu)啄成，艦其組茫成的教結(jié)構(gòu)殲如圖訂7－名8c。這種遺結(jié)構(gòu)偉的瀝奧青混夠合料縮慧不僅書具有較高膀的粘乞聚力錘，而薦且具影有較尋高的廁內(nèi)摩糠擦角。22二、亮瀝青較混合誦料的隙強(qiáng)度捎理論強(qiáng)度欄決定議于兩厚個參渠數(shù)：圣粘結(jié)猴力C和內(nèi)輸摩擦鴨角φ三、盼影響境瀝青哭混合啟料抗倘剪強(qiáng)播度的廟因素(一餃)瀝慶青粘宇度的赴影響粘度集越大萌，抗前剪強(qiáng)莊度越梳高。(二細(xì))骨盆料的搞粒徑怠、顆脊粒形致狀和煎表面工特性嫁的影麻響集料質(zhì)顆?；⒌牧Ｓ箯皆椒来?，催瀝青紙混合令料的稿內(nèi)摩而擦角躲越大荷，粗跌粒式蠅瀝青魂混凝柱土的慨內(nèi)摩肚擦角顛比細(xì)急粒式甩和砂預(yù)粒式方瀝青氧混凝芽土大猶得多酬。棱角滑尖銳河的顆膛粒組柔成的梁混合案料，繳由于者顆粒北問相產(chǎn)互嵌爛緊，喪要比慣渾圓堤顆粒希的內(nèi)泛摩擦范角大晝得多告。23(三驢)礦遭粉的結(jié)比表殺面積導(dǎo)和瀝姓青用召量的春影響(四捎)礦持料表肌面的杠性質(zhì)講的影師響(五值)影攜響瀝費青混景合料杰抗剪裁強(qiáng)度沈的外距因1.楚溫度2.候變形織速率攝的影物響§7.2軟.3星瀝青少混合千料的絹技術(shù)吊性質(zhì)一、謠高溫守穩(wěn)定紀(jì)性二、杯低溫道抗裂湯性三、缺耐久蛙性四、暫抗滑各性五、笨施工喪和易濕性24§7.2敲.4皇瀝青椅混合穴料組擠成材趕料的矩技術(shù)焦要求一、叉對瀝岡青的瓶要求炎熱已的氣呼候區(qū)拼、繁趣重的夜交通亮及細(xì)標(biāo)粒式菜或砂赤粒式黃的混俗合料敘，應(yīng)局采用攝稠度芬較高致的瀝銷青；圾反之貧，則妹采用洋稠度謝較低店的瀝爺青。妄在條華件相挪同的郊情況考下，閑較粘發(fā)稠的模瀝青嘴配制攀的混虎合料忽具有遙較高淡的力希學(xué)強(qiáng)纖度和耗穩(wěn)定碼度較線低的癢瀝青卻。在顛條件賊相同圣的情靠