沥青混合料的组成与性质改性石油沥青煤沥青石油沥青6 沥青及沥青混合料沥青混合料的配合比设计 沥青材料沥青材料是一种有机胶凝材料，是由高分子碳氢化合物及其非金属（氧、氮、硫）衍生物组成的复杂混合物。在常温下沥青呈黑色或深褐色的固体、半固体或液体状态。不溶于水，能够溶于二硫化碳、氯仿、苯等多种有机溶剂。在土木工程中主要用于生产防水材料和铺筑沥青路面。一一 定定 义义二、分类二、分类地地沥沥青青焦焦油油沥沥青青石油沥青石油沥青天然沥青天然沥青煤沥青煤沥青页岩沥青页岩沥青石油原油分馏后的残渣加工制成的，其石油原油分馏后的残渣加工制成的，其成分和性能取决于原油的成分与性能。成分和性能取决于原油的成分与性能。由地表或岩石中直接采集、提炼加工后由地表或岩石中直接采集、提炼加工后得到的沥青得到的沥青由煤焦油蒸馏后的残留物制取的沥青由煤焦油蒸馏后的残留物制取的沥青由页岩焦油蒸馏后的残留物制取的沥青由页岩焦油蒸馏后的残留物制取的沥青。三、特点及应用三、特点及应用不透水性不透水性 不导电性不导电性耐腐蚀性耐腐蚀性良好黏结性良好黏结性良好塑性良好塑性特特 点：点： 防水工程防水工程 防腐工程防腐工程 道路工程道路工程应用：应用：三、特点及应用三、特点及应用沥青混合料的组成与性质改性石油沥青煤沥青石油沥青6 沥青及沥青混合料沥青混合料的配合比设计 分类按加工方法：直馏沥青、氧化沥青、溶剂沥青按原油成分：多蜡沥青、沥青基沥青、混合基沥青按用途不同：道路石油沥青；建筑石油沥青；普通 石油沥青6.1 石油沥青组分组分状态状态颜色颜色密度密度g/cmg/cm3 3含量含量% %作作 用用油分油分300-500粘性液体粘性液体淡黄淡黄- -红褐色红褐色小于小于1 140-6040-60使沥青具流动性使沥青具流动性树脂树脂600-1000粘稠状物粘稠状物体体黄黄- -黑黑色色略大略大于于1 115-3015-30中性：使沥青具粘结性、中性：使沥青具粘结性、塑性和可流动性；塑性和可流动性；酸性：增加沥青与矿物表酸性：增加沥青与矿物表面的粘附性面的粘附性地沥青质地沥青质1000以以上上无定形固无定形固体粉末体粉末深褐深褐- -黑色黑色大于大于1 110-3010-30能提高沥青的粘性和耐热能提高沥青的粘性和耐热性，将降低沥青的塑性，性，将降低沥青的塑性，使沥青变得硬脆使沥青变得硬脆另外，石油沥青中还含有另外，石油沥青中还含有2-3%的沥青碳和似碳物，能够降低沥青的黏结力。的沥青碳和似碳物，能够降低沥青的黏结力。6.1.1 石油沥青的组分9/4/20249石蜡对沥青路用性能的影响石蜡对沥青路用性能的影响o高温时会使沥青发软、导致沥青路面高温稳定性降低，出现车辙；o低温会使沥青变得脆硬，导致路面低温抗裂性能降低，出现裂缝；o会使沥青石料间的黏附力降低，有水的条件下会使路面石子产生剥落现象，造成破坏；o降低路面的抗滑性能，影响行车安全 我国规定含蜡量不大于36.1.1 石油沥青的组分 在石油沥青中，油分和树脂可以互溶，树在石油沥青中，油分和树脂可以互溶，树脂可以浸润地沥青质，在地沥青质表面形成树脂可以浸润地沥青质，在地沥青质表面形成树脂薄膜。脂薄膜。 其结构是以其结构是以地沥青质为核心，周围吸附部地沥青质为核心，周围吸附部分树脂和油分，构成溶团，分树脂和油分，构成溶团，无数溶团分散在油无数溶团分散在油分中形成胶体结构。分中形成胶体结构。6.1.2 石油沥青的胶体结构 沥青中的油分和树脂可以互溶，而只有树脂才能浸润地沥青中的油分和树脂可以互溶，而只有树脂才能浸润地沥青质。由于三大组分含量的变化，使石油沥青具有三种结沥青质。由于三大组分含量的变化，使石油沥青具有三种结构。构。地沥青质地沥青质树脂（与油分无界面）树脂（与油分无界面）油分油分溶胶结构溶胶结构溶胶溶胶- -凝胶结构凝胶结构凝胶结构凝胶结构6.1.2 石油沥青的胶体结构溶胶结构o地沥青较少时，油分及树脂含地沥青较少时，油分及树脂含量较多，地沥青质在胶体结构量较多，地沥青质在胶体结构中运动较为自由。中运动较为自由。o特点：粘性小，流动性大，塑特点：粘性小，流动性大，塑性好，但温度稳定性差。性好，但温度稳定性差。6.1.2 石油沥青的胶体结构凝胶结构凝胶结构o当地沥青含量增多，油分和树当地沥青含量增多，油分和树脂相对较少时，胶团相互吸引脂相对较少时，胶团相互吸引力增大，相互移动较困难，地力增大，相互移动较困难，地沥青质成为不规则网状的凝胶沥青质成为不规则网状的凝胶结构。结构。o特点：弹性和粘性较高，温度特点：弹性和粘性较高，温度稳定性较好，流动性、塑性差。稳定性较好，流动性、塑性差。6.1.2 石油沥青的胶体结构溶胶溶胶-凝胶结构凝胶结构o地沥青含量少于凝胶结构，又含地沥青含量少于凝胶结构，又含适量的油分和树脂，它们组成的适量的油分和树脂，它们组成的胶团之间有一定的吸引力。在常胶团之间有一定的吸引力。在常温下结构和性质介于以上两者之温下结构和性质介于以上两者之间。间。高温时具有较低的感温性，高温时具有较低的感温性，低温时具有较好的变形能力。低温时具有较好的变形能力。o大多数优质沥青属于溶胶大多数优质沥青属于溶胶-凝胶结凝胶结构，常温下粘稠的石油沥青即为构，常温下粘稠的石油沥青即为此结构。此结构。6.1.2 石油沥青的胶体结构防水性防水性粘粘 性性塑塑 性性温度敏感性温度敏感性 大气稳定性大气稳定性6.1.2 石油沥青的技术性质石油沥青的防水性石油沥青是憎水材料，几乎完全不溶于水，而且本身构造致密，加之与矿物材料有很好的黏结力，能紧密黏附于矿物材料表面。它还具有一定的塑性，能适应材料与构件的变形，所以具有良好的防水性。16.1.2 石油沥青的技术性质石油沥青的粘性石油沥青是憎水材料，几乎完全不溶于水，而且本身构造致密，加之与矿物材料有很好的黏结力，能紧密黏附于矿物材料表面。它还具有一定的塑性，能适应材料与构件的变形，所以具有良好的防水性。26.1.2 石油沥青的技术性质50cm50cm3 3流孔直径流孔直径D D为为3 3、5 5或或10mm10mm试样温度试样温度t=20t=20、2525、3030或或6060秒数秒数T粘滞度测定粘滞度测定液体沥青液体沥青针入度测定针入度测定固体沥青固体沥青C TC Tt tD D针入度针入度2525100g100g5s5s0.1mm=10.1mm=1度度以1/10mm为单位6.1.2 石油沥青的技术性质石油沥青的粘性2用“粘滞度或针入度”表示石油沥青按针入度划分牌号石油沥青按针入度划分牌号牌号牌号200200180180140140100100甲甲100100乙乙6060甲甲6060乙乙针入度针入度201-201-300300161-161-200200121-121-16016091-12091-12081-12081-12051-8051-8041-8041-80道路石油沥青道路石油沥青建筑石油沥青建筑石油沥青普通石油沥青普通石油沥青牌号牌号30301010757565655555针入度针入度26-3526-3510-2510-25757565655555普通石油沥青含较多的有害组分蜡，温度敏感性大，建筑工程上不宜直接使用普通石油沥青含较多的有害组分蜡，温度敏感性大，建筑工程上不宜直接使用6.1.2 石油沥青的技术性质石油沥青牌号的简易鉴别石油沥青牌号的简易鉴别牌号牌号简易鉴别方法简易鉴别方法140-100140-100606030301010质软质软用铁锤敲，不碎，只变形用铁锤敲，不碎，只变形用铁锤敲，成为大的碎块用铁锤敲，成为大的碎块用铁锤敲，成为较小的碎块，表面黑色有用铁锤敲，成为较小的碎块，表面黑色有光光6.1.2 石油沥青的技术性质延长长度延长长度cmcm断裂断裂终止终止最小截面积最小截面积1cm1cm2 2拉伸速度拉伸速度5cm/min5cm/min2525石油沥青延度测定示意图石油沥青延度测定示意图v延度值越大，表示沥青塑性越延度值越大，表示沥青塑性越好。好。v塑性与组分和温度有关。组分塑性与组分和温度有关。组分中含树脂较多时，塑性好。温度中含树脂较多时，塑性好。温度高，塑性大。高，塑性大。v沥青的塑性对冲击振动荷载有沥青的塑性对冲击振动荷载有一定的吸收能力，并能减少磨擦一定的吸收能力，并能减少磨擦时的噪声，故常用于道路路面材时的噪声，故常用于道路路面材料。料。6.1.2 石油沥青的技术性质石油沥青的塑性3用“延度”表示o 温温度度敏敏感感性性是是指指石石油油沥沥青青的的粘粘滞滞性性和塑性随温度升降而变化的性能。和塑性随温度升降而变化的性能。o沥青软化点一般采用沥青软化点一般采用环与球法环与球法测测定。一般建筑石油沥青软化点定。一般建筑石油沥青软化点 7070；低温敏感性用脆点表示。低温敏感性用脆点表示。o 通常地沥青质含量较高时，温度敏通常地沥青质含量较高时，温度敏感性减小。工程上往往加入滑石粉、石感性减小。工程上往往加入滑石粉、石灰石粉或其它矿物填料来减小石油沥青灰石粉或其它矿物填料来减小石油沥青的温度敏感性。的温度敏感性。软化点测定软化点测定9.53mm9.53mm，3.5g3.5g16mm16mm6mm6mm25.4cm25.4cm升温速率升温速率5/min5/min铜环铜环6.1.2 石油沥青的技术性质用“软化点”表示石油沥青的温度敏感性46.1.2 石油沥青的技术性质石油沥青的大气稳定性5“蒸发损失百分率”和“蒸发后针入度比”（蒸发条件1605h）来评定。热、阳光、氧气和潮湿等多因素长期作用下，石油沥青中“油分树脂地沥青质”转变， 石油沥青流动性和塑性逐渐减小、硬脆性逐渐增大。这个过程称为石油沥青的“老化”。大气稳定性即为沥青抵抗老化的性能。“蒸发损失百分率愈小”或“蒸发后针入度比愈大”，则其大气稳定性愈好6.1.2 石油沥青的技术性质石油沥青的其它性质6u溶解度溶解度 是指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或苯中溶解的百分率是指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或苯中溶解的百分率。u闪点闪点 指加热沥青至挥发出的可燃气体和空气的混合物，在规定条件下与指加热沥青至挥发出的可燃气体和空气的混合物，在规定条件下与火焰接触，初次闪火时的温度。火焰接触，初次闪火时的温度。u燃点燃点 指加热沥青产生的气体和空气的混合物，与火焰接触能够持续燃指加热沥青产生的气体和空气的混合物，与火焰接触能够持续燃烧烧5 5秒以上时的温度。秒以上时的温度。6.1.4 石油沥青的技术标准及选用建筑石油沥青针入度较小（粘性较大）针入度较小（粘性较大）软化点较高（耐热性较好）软化点较高（耐热性较好）延伸度较小（塑性较小）延伸度较小（塑性较小） 因沥青屋面的表面温度可以比当因沥青屋面的表面温度可以比当地最高温度高地最高温度高25-3025-30度。所以选度。所以选择沥青牌号时，软化点要比择沥青牌号时，软化点要比本地屋面最高温度高本地屋面最高温度高2020。6.1.4 石油沥青的技术标准及选用道路石油沥青重交通道路石油沥青主要用于高速公路、一级公路路面、机场道面以及重要的城市道路路面。相对于建筑石油沥青：针入度大，延度大，软化点低。相对于建筑石油沥青：针入度大，延度大，软化点低。6.1.4 石油沥青的技术标准及选用沥青的掺配 Q Q2 2=100-Q=100-Q1 1Q Q1 1较软沥青用量，较软沥青用量，% %；Q Q2 2较硬沥青用量，较硬沥青用量，% %；T T要求配制沥青的软化点，要求配制沥青的软化点，；T T1 1较软沥青的软化点，较软沥青的软化点，；T T2 2较硬沥青的软化点，较硬沥青的软化点，；沥青混合料的组成与性质改性石油沥青煤沥青石油沥青6 沥青及沥青混合料沥青混合料的配合比设计煤沥青煤沥青煤沥青的特点：煤沥青的特点： 温度敏感性较大，夏天易软化流淌；温度敏感性较大，夏天易软化流淌； 大气稳定性差；大气稳定性差； 塑性较差，易变形而开裂，含较多的游离碳；塑性较差，易变形而开裂，含较多的游离碳； 含蒽、酚等油有毒性和臭味，可作木材的防腐处理；含蒽、酚等油有毒性和臭味，可作木材的防腐处理； 与矿料表面粘结较好。与矿料表面粘结较好。 烟煤干馏时所挥发的物质冷凝为煤焦油，煤焦油经分馏加工，提出各种油质后的产品即为煤沥青。煤沥青与石油沥青成分不同。沥青混合料的组成与性质改性石油沥青煤沥青石油沥青6 沥青及沥青混合料沥青混合料的配合比设计改性沥青改性沥青氧化改性沥青氧化改性沥青矿物填充料改性沥青矿物填充料改性沥青聚合物改性沥青聚合物改性沥青通过氧化作用和聚合作用，使沥青分子通过氧化作用和聚合作用，使沥青分子变大，提高沥青的粘度和软化点。建筑变大，提高沥青的粘度和软化点。建筑工程中使用的沥青均为氧化（改性）沥工程中使用的沥青均为氧化（改性）沥青。青。橡胶和树脂改性橡胶和树脂改性橡胶改性橡胶改性树脂改性树脂改性提高沥青的粘结能力和耐热性，降低沥提高沥青的粘结能力和耐热性，降低沥青的温度敏感性。主要矿物填充料有：青的温度敏感性。主要矿物填充料有：滑石粉、石灰石粉、硅藻土和石棉等，滑石粉、石灰石粉、硅藻土和石棉等，掺量掺量20-40%。树脂改性沥青树脂改性沥青o改进沥青的耐寒性、耐热性、粘结性和不透气改进沥青的耐寒性、耐热性、粘结性和不透气性。性。 o树脂与石油沥青的相容性较差，常用树脂有：树脂与石油沥青的相容性较差，常用树脂有：聚乙烯、无规聚丙烯（聚乙烯、无规聚丙烯（APPAPP）、古马隆树脂等。）、古马隆树脂等。橡胶改性沥青橡胶改性沥青o橡胶与沥青有很好的相溶性，并能使沥青具有橡胶的很橡胶与沥青有很好的相溶性，并能使沥青具有橡胶的很多优点，如高温变形性小、低温柔性好等。多优点，如高温变形性小、低温柔性好等。o所用橡胶有天然橡胶、合成橡胶（氯丁橡胶、丁基橡胶、所用橡胶有天然橡胶、合成橡胶（氯丁橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、丁苯橡胶、SBSSBS橡胶橡胶等）、废旧橡胶。等）、废旧橡胶。o使用不同品种的橡胶掺入的量与方法不同，形成的改性使用不同品种的橡胶掺入的量与方法不同，形成的改性沥青性能也不同。沥青性能也不同。橡胶和树脂改性沥青橡胶和树脂改性沥青（橡树改性沥青）（橡树改性沥青） 沥青、橡胶、树脂三者混溶，兼有橡沥青、橡胶、树脂三者混溶，兼有橡胶和树脂的特性，可获得优良的性能。胶和树脂的特性，可获得优良的性能。6.3.4 矿物填充料改性沥青为了提高沥青的粘结能力和耐热性，降低沥青的温度敏感性，经常加入一定数量的矿物填充料。矿物填充料的品种：矿物填充料的品种： 滑石粉滑石粉 石灰石粉石灰石粉 硅藻土硅藻土 石棉等石棉等6.3.4 矿物填充料矿物填充料的作用机理：矿物填充料的作用机理：沥青与矿粉相互作用的结构图式1自由沥青；2结构沥青3钙质薄膜；4矿粉颗粒沥青混合料的组成与性质改性石油沥青煤沥青石油沥青6 沥青及沥青混合料沥青混合料的配合比设计6.4 沥青混合料的组成与性质沥青混合料是一种粘弹塑性材料，具有良好的力学性能，一定的高温稳定性和低温柔性，修筑路面不需设置接缝，行车较舒适。沥青混合料是由沥青混合料是由矿料矿料(粗集料、细集料和填料粗集料、细集料和填料)与与沥青沥青拌拌和而成的混合料。和而成的混合料。6.4.2 沥青混合料的结构沥青混合料是由沥青混合料是由沥青沥青、粗细集料粗细集料和和矿粉矿粉按一定比例拌和按一定比例拌和而成的一种复合材料。按矿质骨架的结构状况，其组成而成的一种复合材料。按矿质骨架的结构状况，其组成结构分为以下三个类型结构分为以下三个类型。 (a)悬浮密实结构；(b)骨架空隙结构； (c)骨架密实结构6.4.3 沥青混合料的技术性质耐久性高温稳定性低温抗裂性抗滑性在车轮引起的垂直力和水平力的综合作用下，能抵抗高温的作用，保持稳定而不产生车辙和波浪等破坏现象。当温度较低时，沥青混合料表现为弹性性质，变形能力大大降低。沥青混合料的耐久性与组成材料的性质和配合比有密切关系。采取适当增大集料粒径、减少沥青用量及控制沥青的含蜡量等措施，均可提高路面的抗滑性。施工和易性从混合料的材料性质看，影响施工和易性的是混合料的级配和沥青用量。马歇尔实验、车辙实验沥青混合料的组成与性质改性石油沥青煤沥青石油沥青6 沥青及沥青混合料沥青混合料的配合比设计6.5 沥青混合料的配合比设计1.确定工程设计级配范围2.材料选择与准备3.矿料配合比设计4.马歇尔试验5.确定最佳沥青用量6.5 沥青混合料的配合比设计确定工程设计级配范围按JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范表6-5确定采用（C型）或细型（F型）的混合料。配合比设计宜适当减少公称最大粒径附件的粗集料用量，减少0.6 mm以下部分细粉的用量。确定各层的工程设计级配范围时应考虑不同层位的功能需要。根据公路等级和施工设备的控制水平，确定的工程设计级配范围应比规范级配范围窄。沥青混合料的配合比设计应充分考虑施工性能，使沥青混合料容量摊铺和压实，避免造成严重的离析。