市政道路工程沥青材料精品讲义.ppt
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1、第四章第四章 沥青材料沥青材料 二、分类二、分类一、概念一、概念:沥青材料是一种有机胶凝材料,其内部组成沥青材料是一种有机胶凝材料,其内部组成 是一些十分复杂的碳氢化合物及其非金属衍是一些十分复杂的碳氢化合物及其非金属衍 生物的混合物。生物的混合物。第二节第二节 石油沥青石油沥青 Petroleum asphalt 一、生产工艺一、生产工艺 溶剂膜溶剂膜溶剂膜溶剂膜 溶剂沥青溶剂沥青溶剂沥青溶剂沥青原油原油原油原油 常压塔常压塔常压塔常压塔 减压塔减压塔减压塔减压塔 沥青沥青沥青沥青 直馏沥青直馏沥青直馏沥青直馏沥青 氧化塔氧化塔氧化塔氧化塔 氧化沥青氧化沥青氧化沥青氧化沥青二、分类二、分类
2、1.1.按原油成分:按原油成分:石蜡基沥青(含蜡量石蜡基沥青(含蜡量 5%););沥青基沥青或环烷基沥青(含蜡量沥青基沥青或环烷基沥青(含蜡量 300300300300,液体沥青,液体沥青,液体沥青,液体沥青 针入度针入度针入度针入度=300=300=300=300,黏稠沥青:,黏稠沥青:,黏稠沥青:,黏稠沥青:又分为固体沥青(又分为固体沥青(又分为固体沥青(又分为固体沥青(40404040)和半固体沥青)和半固体沥青)和半固体沥青)和半固体沥青(40-300)(40-300)(40-300)(40-300)三、石油沥青的组成三、石油沥青的组成 沥青分子通式是:沥青分子通式是:,通常在石油沥,
3、通常在石油沥青中碳含量为青中碳含量为80%-87%80%-87%,氢为,氢为10%-15%10%-15%,氧、硫、和氮的,氧、硫、和氮的含量少于含量少于3%3%。由于石油沥青化学组成结构的复杂性,工。由于石油沥青化学组成结构的复杂性,工程上常将沥青所含烃类化合物中化学性质相近的成分归程上常将沥青所含烃类化合物中化学性质相近的成分归类分析,从而划分为若干组,即用组分进行分析。类分析,从而划分为若干组,即用组分进行分析。油分:使沥青具有流动性油分:使沥青具有流动性树脂:提高沥青的塑性和粘附性树脂:提高沥青的塑性和粘附性酸性树脂:是一种表面活性物质,能增强沥青与砂质材料表酸性树脂:是一种表面活性物质
4、,能增强沥青与砂质材料表 面的粘附性面的粘附性 。沥青质:提高沥青的粘性、耐热性,但能降低沥青的塑性沥青质:提高沥青的粘性、耐热性,但能降低沥青的塑性1.1.三组分分析法三组分分析法 油分、树脂、沥青质油分、树脂、沥青质2.2.四组分分析法四组分分析法 沥青质、饱和分、芳香分、胶质沥青质、饱和分、芳香分、胶质3.3.沥青的含蜡量沥青的含蜡量(对路面性能的影响)(对路面性能的影响)高温时,石蜡变软,导致沥青路面的高温稳定性降低,高温时,石蜡变软,导致沥青路面的高温稳定性降低,出现车辙,另一方面,低温会使沥青变脆硬,导致路面低出现车辙,另一方面,低温会使沥青变脆硬,导致路面低温抗裂性降低,出现裂缝
5、,且蜡会使石料与沥青之间的粘温抗裂性降低,出现裂缝,且蜡会使石料与沥青之间的粘附性降低,使路面石子与沥青产生剥落,石蜡的存在还会附性降低,使路面石子与沥青产生剥落,石蜡的存在还会降低沥青路面的抗滑性能。降低沥青路面的抗滑性能。四、石油沥青的结构四、石油沥青的结构1.1.胶体理论胶体理论 沥青的胶体结构是以沥青的胶体结构是以沥青质沥青质为胶核,为胶核,胶质胶质被吸附被吸附其表面,并逐渐向外扩散形成胶团,胶团再分散于其表面,并逐渐向外扩散形成胶团,胶团再分散于芳芳香分香分和和饱和分饱和分中。中。2.2.胶体结构类型(三种)胶体结构类型(三种)a a、溶胶型结构、溶胶型结构 b b、溶凝胶型结构、溶
6、凝胶型结构 c c、凝胶型结构、凝胶型结构溶胶结构:沥青质含量少,饱和分和芳香分、胶质多。溶胶结构:沥青质含量少,饱和分和芳香分、胶质多。凝胶结构:沥青质含量较多,并有相应数量的胶质形成凝胶结构:沥青质含量较多,并有相应数量的胶质形成 胶团,使得胶团的相互移动较困难。胶团,使得胶团的相互移动较困难。溶溶-凝胶结构:适中(理想结构)。凝胶结构:适中(理想结构)。3.3.胶体结构的评价方法胶体结构的评价方法针入度指数(针入度指数(PIPI)沥青的针入度指数沥青的针入度指数沥青的针入度指数沥青的针入度指数沥青胶体结构类型沥青胶体结构类型沥青胶体结构类型沥青胶体结构类型 2 2 2 2溶胶溶胶溶胶溶胶
7、 2 2 2 2 2 2 2 2溶凝胶溶凝胶溶凝胶溶凝胶 2 2 2 2凝胶凝胶凝胶凝胶沥青的针入度指数和胶体结构类型沥青的针入度指数和胶体结构类型五、石油沥青的技术性质五、石油沥青的技术性质1.1.黏滞性:指沥青在外力作用下抵抗变形的能力,其大小取决黏滞性:指沥青在外力作用下抵抗变形的能力,其大小取决 于沥青的化学组分及温度。用黏度表示。于沥青的化学组分及温度。用黏度表示。1 1)沥青的绝对黏度)沥青的绝对黏度 (动力黏度)(动力黏度)2 2)沥青的相对黏度)沥青的相对黏度 (条件黏度)(条件黏度)技术指标:技术指标:针入度针入度 、黏度、黏度 沥青绝对黏度概念图沥青绝对黏度概念图针入度针入
8、度 penetration 针入度试验适用于测定黏稠石针入度试验适用于测定黏稠石油沥青稠度,针入度划分沥青技术油沥青稠度,针入度划分沥青技术等级的重要指标。等级的重要指标。1 1)定义:在规定的温度和时)定义:在规定的温度和时间内,附加一定质量的标准针垂直间内,附加一定质量的标准针垂直贯入试样的深度,以贯入试样的深度,以0.1mm0.1mm表示。表示。2 2)表示方法:)表示方法:沥青针入度试验示意图沥青针入度试验示意图粘度粘度 viscosity 1 1)定义:)定义:液态沥青在规定温度条件下,液态沥青在规定温度条件下,通过规定的流孔直径,流出通过规定的流孔直径,流出50ml50ml体积所需
9、要体积所需要的时间的时间。(适用于测定液体石油沥青、煤。(适用于测定液体石油沥青、煤沥青和乳化沥青等的粘度)沥青和乳化沥青等的粘度)2 2)试验方法:)试验方法:标准粘度计法标准粘度计法3 3)表示方法:)表示方法:eg:4 4)结论)结论:相同的温度和流孔条件下,流出时间相同的温度和流孔条件下,流出时间越长,表示沥青黏度越大。越长,表示沥青黏度越大。道路标准黏度计道路标准黏度计2.2.塑性塑性1 1)定义)定义:沥青在外力作用下发生变形而不破坏的能力。沥青在外力作用下发生变形而不破坏的能力。2 2)影响因素:沥青的组分及温度)影响因素:沥青的组分及温度3 3)衡量指标:)衡量指标:延度延度
10、4 4)试验:延度仪测定)试验:延度仪测定 延度试件延度试件结论:结论:沥青延度越大,塑性越好,沥青延度越大,塑性越好,柔性和抗断裂性能越好。柔性和抗断裂性能越好。3.3.温度稳定性温度稳定性1 1)高温敏感性(用)高温敏感性(用软化点软化点表示,单位:表示,单位:)测定方法:环球法软化点仪;测定方法:环球法软化点仪;以沥青由固化点到滴落点的温度间隔的以沥青由固化点到滴落点的温度间隔的87.21%87.21%为软为软化点。化点。环球法的软化点仪环球法的软化点仪定义:指沥青的黏结性和塑性随温度升降而变化的性能。定义:指沥青的黏结性和塑性随温度升降而变化的性能。2 2)低温抗裂性(用)低温抗裂性(
11、用脆点脆点表示)表示)脆点的表示:沥青材料由黏塑状态转变为固体状态达脆点的表示:沥青材料由黏塑状态转变为固体状态达到条件脆裂时的温度。到条件脆裂时的温度。测定方法:弗拉斯脆点仪测定方法:弗拉斯脆点仪软化点越高,表明沥青的耐热性越好,即温度稳定性愈好。软化点越高,表明沥青的耐热性越好,即温度稳定性愈好。沥青的三大指标:针入度、延度、软化点沥青的三大指标:针入度、延度、软化点要求沥青具有较高的软化点和较低的脆点。要求沥青具有较高的软化点和较低的脆点。4.4.加热稳定性加热稳定性1 1)定义:)定义:沥青在过热或长时间加热过程中,会发生轻质馏分沥青在过热或长时间加热过程中,会发生轻质馏分挥发、氧化、
12、裂化、聚合等一系列物理及化学变化,使沥青的挥发、氧化、裂化、聚合等一系列物理及化学变化,使沥青的化学组成及性质相应地发生变化,称为沥青加热稳定性。化学组成及性质相应地发生变化,称为沥青加热稳定性。2 2)试验:)试验:按规定要进行对沥青的加热质量损失和加热后残渣按规定要进行对沥青的加热质量损失和加热后残渣性质的试验性质的试验对于道路石油沥青(黏稠沥青):沥青的薄膜加热试验对于道路石油沥青(黏稠沥青):沥青的薄膜加热试验对于液体石油沥青:液体石油沥青蒸馏试验对于液体石油沥青:液体石油沥青蒸馏试验测定:测定:1.1.质量损失百分率质量损失百分率2.2.针入度针入度3.3.延度(延度(2525)(c
13、m)(cm)4.4.延度(延度(1515)(cm)(cm)5.5.安全性安全性2 2)闪点测定方法:)闪点测定方法:克利夫兰开口杯式闪点测定仪克利夫兰开口杯式闪点测定仪1 1)指标)指标:主要是闪点和燃点。主要是闪点和燃点。闪点:闪点:指加热沥青挥发出可燃气体与空气组成的混合气体在规指加热沥青挥发出可燃气体与空气组成的混合气体在规定条件下与火接触,产生闪光时的沥青温度定条件下与火接触,产生闪光时的沥青温度。燃点燃点:指沥青加热产生的混合气体与火接触,持续燃烧指沥青加热产生的混合气体与火接触,持续燃烧 5s 5s 以以上时的沥青温度,一般与闪点相差上时的沥青温度,一般与闪点相差1010。6.6.
14、溶解度溶解度 定义:石油沥青在三氯乙烯中溶解的百分率。(定义:石油沥青在三氯乙烯中溶解的百分率。(用以确定沥青含有用以确定沥青含有 对筑路有利的有效成分的百分含量对筑路有利的有效成分的百分含量)7.7.含水量含水量 含水危害:含水危害:1.1.影响施工速度影响施工速度 2.2.加热时加热时“溢锅溢锅”易引起火灾易引起火灾 3.3.造成材料损失造成材料损失解决措施:解决措施:在熔化沥青时,加快搅拌速度,促进水分蒸发,控制在熔化沥青时,加快搅拌速度,促进水分蒸发,控制 加热温度。加热温度。粘稠沥青用水分测定仪测定,液体沥青可直接抽提。粘稠沥青用水分测定仪测定,液体沥青可直接抽提。8.8.其他性能指
15、标其他性能指标(1 1 1 1)针入度指数:)针入度指数:)针入度指数:)针入度指数:是表征沥青感温性和胶体结构的指标,也可采是表征沥青感温性和胶体结构的指标,也可采是表征沥青感温性和胶体结构的指标,也可采是表征沥青感温性和胶体结构的指标,也可采 用针入度指数(用针入度指数(用针入度指数(用针入度指数(PIPIPIPI)值判别沥青的胶体结构状态。)值判别沥青的胶体结构状态。)值判别沥青的胶体结构状态。)值判别沥青的胶体结构状态。则:则:则:则:A-A-A-A-针入度温度感应性系数针入度温度感应性系数针入度温度感应性系数针入度温度感应性系数 针入度指数针入度指数针入度指数针入度指数当当PI-2
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