8沥青材料土木工程材料.ppt

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1、第九章 沥青材料第第9 9章章 沥青材料沥青材料 主要内容：主要内容：1.1.沥青材料的基本概念沥青材料的基本概念 2.2.石油沥青的化学组分和胶体结构石油沥青的化学组分和胶体结构 3.3.石油沥青的技术性质和技术标准石油沥青的技术性质和技术标准 4.4.其他沥青材料其他沥青材料 概概 述述 1.1.定义定义 沥青材料沥青材料是由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢化合是由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属（氧、硫、氮）的衍生物所组成的混合物。物的非金属（氧、硫、氮）的衍生物所组成的混合物。在常温下，沥青呈黑色或黑褐色的固态、半固态或液态。在常温下，沥青呈黑色或黑褐

2、色的固态、半固态或液态。2.2.分类分类:沥青沥青地沥青地沥青 焦油沥青焦油沥青天然沥青：石油在自然条件下，长时天然沥青：石油在自然条件下，长时间经受地球物理因素作用形成的产物间经受地球物理因素作用形成的产物 石油沥青石油沥青：石油经各种炼制工艺加工而：石油经各种炼制工艺加工而得的沥青产品得的沥青产品 煤沥青：煤经干馏所得的煤焦油，经煤沥青：煤经干馏所得的煤焦油，经再加工后得到煤沥青再加工后得到煤沥青 页岩沥青：页岩炼油工业的副产品页岩沥青：页岩炼油工业的副产品 3.3.应用应用:广泛用作路面、屋面、防水、耐腐蚀等工程材料。广泛用作路面、屋面、防水、耐腐蚀等工程材料。土木工程建筑土木工程建筑主

3、要应用石油沥青主要应用石油沥青。1 1 石油沥青的生产工艺概述石油沥青的生产工艺概述2 2 石油沥青的组成和结构石油沥青的组成和结构 1.1.化学组分化学组分 化学组分分析方法化学组分分析方法:将沥青分离为化学性质相近，而且与其工程性质将沥青分离为化学性质相近，而且与其工程性质有一定联系的几个组，这些组就称为组分。有一定联系的几个组，这些组就称为组分。我国现行我国现行公路工程沥青及沥青混合料试验规程公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ052-2000JTJ052-2000）规定有规定有三组分三组分。三组分分析法三组分分析法 按三组分分析法所得各组分的性状列如下表。按三组分分析法所得各组分的

4、性状列如下表。石油沥青三组分分析法的各组分性状石油沥青三组分分析法的各组分性状 性状性状 组分组分外观特征外观特征平均平均分子量分子量碳氢比碳氢比/原子比原子比含量含量/%/%物化特征物化特征油分油分淡黄透明液体淡黄透明液体2002007007000.50.50.70.745456060几乎可溶于大部分有机溶剂，几乎可溶于大部分有机溶剂，具有光学活性，常发现有荧具有光学活性，常发现有荧光，相对密度约光，相对密度约0.9100.9100.9250.925树脂树脂红褐色粘稠红褐色粘稠半固体半固体800800300030000.70.70.80.815153030温度敏感性高，溶点低于温度敏感性高，

5、溶点低于100100，相对密度大于，相对密度大于1.0001.000地沥地沥青质青质深褐色固体深褐色固体微粒微粒10001000500050000.80.81.O1.O5 53030加热不熔化，分解为硬焦炭，加热不熔化，分解为硬焦炭，使沥青呈黑色，相对密度使沥青呈黑色，相对密度1.1001.1001.5001.500 2.2.石油沥青的结构石油沥青的结构 （1 1）溶胶型结构）溶胶型结构 （2 2）溶）溶-凝胶型结构凝胶型结构 （3 3）凝胶型结构）凝胶型结构 a)b)ca)b)c)沥青胶体结构示意图沥青胶体结构示意图a)a)溶胶型结构；溶胶型结构；b b)溶溶-凝胶型结构；凝胶型结构；c c

6、)凝胶型结构凝胶型结构 3 3 石油沥青的技术性质石油沥青的技术性质 1.1.物理常数物理常数 2.2.粘滞性粘滞性 3.3.延性延性 4.4.温度敏感性温度敏感性5.5.耐久性耐久性6.6.安全性安全性7.7.其他性质其他性质 1.1.粘滞性粘滞性 反映沥青材料内部阻碍沥青粒子产生相对流动的能力，简称为粘性，反映沥青材料内部阻碍沥青粒子产生相对流动的能力，简称为粘性，是划分沥青牌号的主要技术指标。是划分沥青牌号的主要技术指标。沥青的粘度是沥青首要考虑的技术指标之一。沥青的粘度是沥青首要考虑的技术指标之一。粘度粘度 针入度针入度（适应粘稠石油沥青）（适应粘稠石油沥青）液体沥青的粘滞度液体沥青的

7、粘滞度（适应液体石油沥青）（适应液体石油沥青）（1 1）针入度）针入度 1 1）针入度的定义）针入度的定义 针入度针入度在规定温度条件下，在规定温度条件下，以规定质量的标准针经过规定以规定质量的标准针经过规定的时间贯入沥青试样的深度，的时间贯入沥青试样的深度，单位：单位：0.1mm0.1mm。常用试验条件：常用试验条件：规定温度：规定温度：2525 标准针质量：标准针质量：100g100g 贯入时间：贯入时间：5s5s 2 2）表示方法）表示方法：P P（2525，100g100g，5s5s）。3 3）表征意义）表征意义 沥青的针入度值愈大，表示沥青的粘度愈小。针入度是目前沥青的针入度值愈大，

8、表示沥青的粘度愈小。针入度是目前我国粘稠石油沥青的我国粘稠石油沥青的分级指标分级指标。标号：一般取针入度的平均值。标号：一般取针入度的平均值。例如：例如：9090号沥青，针入度范围为号沥青，针入度范围为8080（.mmmm）110110号沥青，针入度范围为号沥青，针入度范围为8080（.mmmm）2.2.延性延性 是沥青材料当在外力作用下产生变形而不破坏，除去外力后仍能保持是沥青材料当在外力作用下产生变形而不破坏，除去外力后仍能保持变形后的形状不变的性质，以变形后的形状不变的性质，以延度延度作为塑性的表征指标。作为塑性的表征指标。（1 1）延度的）延度的定义定义 延度延度将沥青试样制成将沥青试

9、样制成8 8字形标准试件，采用延度仪，在规定拉伸速度字形标准试件，采用延度仪，在规定拉伸速度和规定温度下拉断时的长度，单位：和规定温度下拉断时的长度，单位：cmcm。规定条件为：试验温度有规定条件为：试验温度有00、1515、2525三种；三种；拉伸速度拉伸速度5cm/min5cm/min。沥青延度测定示意图沥青延度测定示意图（2 2）延度的表示方法：）延度的表示方法：D D（T T，v v）其中，其中，T T为试验温度，为试验温度，v v为拉伸速度。为拉伸速度。（3 3）测定延度的意义）测定延度的意义 沥青延度与其流变特性、胶体结构和化学组分等有着密切的关系。沥青延度与其流变特性、胶体结构和

10、化学组分等有着密切的关系。研究表明：研究表明：随着沥青胶体结构发育成熟度的提高，含蜡量的增加，以及饱和蜡随着沥青胶体结构发育成熟度的提高，含蜡量的增加，以及饱和蜡和芳香蜡的比例增大等，都会使沥青的延度值相对降低。和芳香蜡的比例增大等，都会使沥青的延度值相对降低。沥青延度越大，其塑性变形越大，有利于低温变形。沥青延度越大，其塑性变形越大，有利于低温变形。3.3.温度敏感性温度敏感性 （1 1）软化点）软化点 （2 2）脆点）脆点 高温性能指标高温性能指标低温性能指标低温性能指标（1 1）软化点）软化点 沥青材料是一种非晶质高分子的混合材料，没有固定的沥青材料是一种非晶质高分子的混合材料，没有固定

11、的熔点。沥青材料在由固态转变为液态的温度阶段是一种粘滞熔点。沥青材料在由固态转变为液态的温度阶段是一种粘滞流动状态，在工程施工和使用中为保证沥青不致由于温度升流动状态，在工程施工和使用中为保证沥青不致由于温度升高而产生流动的状态，常常采用软化点来表示沥青的温度敏高而产生流动的状态，常常采用软化点来表示沥青的温度敏感性。感性。1 1）定义）定义 软化点软化点人为选定的沥青由固态到液态的转变温度范围中人为选定的沥青由固态到液态的转变温度范围中的粘度。的粘度。2 2）测定方法）测定方法 我国现行试验方法要求采用环我国现行试验方法要求采用环与球法软化点。与球法软化点。如图，该法是将沥青试样注于如图，该

12、法是将沥青试样注于规定内径的铜环中，环上置一钢规定内径的铜环中，环上置一钢球，在规定的加热速度下，沥青球，在规定的加热速度下，沥青试样逐渐软化，直至在钢球荷重试样逐渐软化，直至在钢球荷重作用下滴落到下层金属板时的温作用下滴落到下层金属板时的温度，称为软化点，单位：度，称为软化点，单位：。表示：表示：T TR&BR&B 注意：初始温度注意：初始温度55 加热速度为加热速度为5/min5/min 3 3）软化点的意义）软化点的意义 沥青软化点越高，沥青的温度稳定性越好。沥青软化点越高，沥青的温度稳定性越好。针入度是在规定温度下测定沥青的粘度，针入度是在规定温度下测定沥青的粘度，软化点则是沥青达到规

13、定条件粘度时的温度。软化点则是沥青达到规定条件粘度时的温度。因此，软化点既是反映沥青材料温度稳定性的一项指标，又是沥青粘因此，软化点既是反映沥青材料温度稳定性的一项指标，又是沥青粘度的一种量度。度的一种量度。（2 2）脆点）脆点 沥青材料在低温下受到瞬时荷载时常表现为脆性破坏，沥青脆性的测定沥青材料在低温下受到瞬时荷载时常表现为脆性破坏，沥青脆性的测定极为复杂。极为复杂。目前测试方法：采用弗拉斯（目前测试方法：采用弗拉斯（FraassFraass）脆点。）脆点。拉斯脆点试验原理：将沥青试样在一个标准的金属薄片上摊成薄层，将拉斯脆点试验原理：将沥青试样在一个标准的金属薄片上摊成薄层，将其置于脆点

14、仪内并使其稍稍弯曲。当以其置于脆点仪内并使其稍稍弯曲。当以1/min1/min的速度降温时，沥青薄膜的速度降温时，沥青薄膜的温度随之逐渐降低，当降至某一温度时，沥青薄膜在规定弯曲条件下会的温度随之逐渐降低，当降至某一温度时，沥青薄膜在规定弯曲条件下会出现一个或多个裂缝，此时的温度即为沥青的出现一个或多个裂缝，此时的温度即为沥青的脆点脆点。我们讲述了石油沥青的粘滞性、延性和温度敏感性。我们讲述了石油沥青的粘滞性、延性和温度敏感性。表征这三项性质的表征这三项性质的三大指标三大指标为：为：针入度、延度、软化点针入度、延度、软化点 是评价粘稠石油沥青技术性质最常用的经典指标是评价粘稠石油沥青技术性质最

15、常用的经典指标。4.4.耐久性（大气稳定性）耐久性（大气稳定性）（1 1）影响因素）影响因素 沥青材料在施工时需要加热，工程完成投入使用过程中又要长期经受大沥青材料在施工时需要加热，工程完成投入使用过程中又要长期经受大气、日照、降水、气温变化等自然因素的作用而影响耐久性。气、日照、降水、气温变化等自然因素的作用而影响耐久性。（2 2）沥青的老化）沥青的老化 1 1）定义：）定义：在上述因素的综合作用下会产生不可逆的化学变化，在上述因素的综合作用下会产生不可逆的化学变化，而导致工程性能逐渐劣化的过程称为老化。而导致工程性能逐渐劣化的过程称为老化。2 2）评价方法：）评价方法：采用蒸发损失试验和薄

16、膜加热试验。采用蒸发损失试验和薄膜加热试验。（沥青试样在（沥青试样在160160条件下，加热蒸发条件下，加热蒸发5h5h）3 3）评价指标：）评价指标：%100蒸发前沥青质量蒸发后残留物质量蒸发前沥青质量蒸发损失百分率%100蒸发前沥青针入度蒸发后残留物针入度针入度比 5.5.安全性安全性 沥青使用时必须加热，由于沥青在加热过程中挥发出的油会与周围的沥青使用时必须加热，由于沥青在加热过程中挥发出的油会与周围的空气组成混合气体，当遇到火焰会发生闪火，此时的温度称为空气组成混合气体，当遇到火焰会发生闪火，此时的温度称为闪点闪点。评价指标：评价指标：闪点闪点。闪点是保证沥青安全加热和施工的一项重要指标。闪点是保证沥青安全加热和施工的一项重要指标。通常采用克利夫兰开口杯法测定（简称通常采用克利夫兰开口杯法测定（简称COCCOC法）。法）。6.6.其他性质其他性质 为综合评价沥青的技术性能，还应全面地了解沥青的其他性质，如溶解度、为综合评价沥青的技术性能，还应全面地了解沥青的其他性质，如溶解度、含蜡量、粘附性等。含蜡量、粘附性等。（1 1）溶解度：）溶解度：指沥青在有机溶剂（三氯乙烯、四氯化碳、