第七章沥青及沥青混合料第七章沥青及沥青混合料1沥青沥青2桥桥面面摊摊铺铺沥沥青青3沥青防水卷材沥青防水卷材防水卷材施工防水卷材施工41 石油沥青石油沥青1 概述概述2 组分组分3 胶体结构胶体结构4 技术性质技术性质5 标准及选用标准及选用BackBack5石油沥青是石油原油经蒸馏等提炼石油沥青是石油原油经蒸馏等提炼出各种轻质油及润滑油以后的残留出各种轻质油及润滑油以后的残留物或再加工而得的产品。物或再加工而得的产品。建筑上主要使用石油沥青制成各种建筑上主要使用石油沥青制成各种防水材料或铺路材料。防水材料或铺路材料。 石石 油油 沥沥 青青BackBack6 石油沥青是由许多石油沥青是由许多高分子碳氢化合物高分子碳氢化合物及其及其非金属衍生物非金属衍生物组成的复杂混合物，组成的复杂混合物，其化学成分非常复杂，因此在进行分其化学成分非常复杂，因此在进行分析时，将沥青中化学成分和性质极为析时，将沥青中化学成分和性质极为相近，并且与物理力学性质有一定关相近，并且与物理力学性质有一定关系的成分，划分为若干个组，称为组系的成分，划分为若干个组，称为组分。分。 7表表 1 1 石油沥青的组分与性能关系石油沥青的组分与性能关系 组组 成成 名名 称称 物理性质物理性质 对主要技术性对主要技术性质的影响质的影响 颜色颜色 状态状态 密度（密度（g/m） 分子量分子量 油分油分 淡黄淡黄 液体液体 0.71 300500红褐红褐 赋予沥青流动赋予沥青流动性性 树脂树脂 （沥青脂胶）（沥青脂胶） 黄色黄色 半固体半固体 1.01.1 6001000 黑褐色黑褐色（粘稠状）（粘稠状） 赋予沥青良好赋予沥青良好的粘结性、塑的粘结性、塑性和可流动性性和可流动性 地沥青质地沥青质 深褐深褐 固体固体 大于大于1 1000以上以上 黑色黑色 粉末粉末 决定温度敏感决定温度敏感性和粘性性和粘性 石油沥青的组分石油沥青的组分石油沥青的组成与性能关系石油沥青的组成与性能关系 如表如表 1所示所示823%的的沥青碳和似碳物沥青碳和似碳物，是在高温裂化等，是在高温裂化等过程中生成的，是石油沥青中分子量最大的，过程中生成的，是石油沥青中分子量最大的，它能降低石油沥青的粘结力。它能降低石油沥青的粘结力。石蜡石蜡：它会降低石油沥青的粘结性、塑性和：它会降低石油沥青的粘结性、塑性和温度稳定性。所以石蜡是石油沥青的有害成温度稳定性。所以石蜡是石油沥青的有害成分。多腊石油沥青的品质低，需进行脱蜡处分。多腊石油沥青的品质低，需进行脱蜡处理，使之达到使用要求。理，使之达到使用要求。其其 它它 组组 分分BackBack9在石油沥青中，油分、树脂、地沥青质在石油沥青中，油分、树脂、地沥青质是石油沥青的三大主要组分。是石油沥青的三大主要组分。油分和树脂可以相互溶解，树脂能浸润油分和树脂可以相互溶解，树脂能浸润地沥青质，而在地沥青质的超细颗粒表地沥青质，而在地沥青质的超细颗粒表面形成树脂薄膜。面形成树脂薄膜。所以石油沥青的结构是以地沥青质为核所以石油沥青的结构是以地沥青质为核心，周围吸附部分树脂和油分，构成胶心，周围吸附部分树脂和油分，构成胶团，无数胶团分散在油分中而形成胶体团，无数胶团分散在油分中而形成胶体结构。结构。10沥青的胶体结构沥青的胶体结构图图图图1 1 1 1 胶体结构示意图胶体结构示意图胶体结构示意图胶体结构示意图溶胶型溶胶型溶凝胶型溶凝胶型凝胶型凝胶型胶体结构示意图如图胶体结构示意图如图1所示所示, 胶体结构的类型和性胶体结构的类型和性质如表质如表2所示。所示。11结构类型结构类型结构类型结构类型 组成及结构特点组成及结构特点组成及结构特点组成及结构特点 特特特特 性性性性 溶胶型溶胶型溶胶型溶胶型 油分和树脂较多，胶团外油分和树脂较多，胶团外油分和树脂较多，胶团外油分和树脂较多，胶团外膜较厚，胶团之间运动较膜较厚，胶团之间运动较膜较厚，胶团之间运动较膜较厚，胶团之间运动较自由自由自由自由流动性和塑性较流动性和塑性较流动性和塑性较流动性和塑性较好，温度敏感性好，温度敏感性好，温度敏感性好，温度敏感性强强强强 溶凝胶型溶凝胶型溶凝胶型溶凝胶型地沥青质不如凝胶型多，地沥青质不如凝胶型多，地沥青质不如凝胶型多，地沥青质不如凝胶型多，胶团靠的较近，相互之间胶团靠的较近，相互之间胶团靠的较近，相互之间胶团靠的较近，相互之间有一定吸引力有一定吸引力有一定吸引力有一定吸引力介于溶胶型和凝介于溶胶型和凝介于溶胶型和凝介于溶胶型和凝胶型之间胶型之间胶型之间胶型之间 凝胶型凝胶型凝胶型凝胶型 油分和树脂含量较少，胶油分和树脂含量较少，胶油分和树脂含量较少，胶油分和树脂含量较少，胶团外膜胶薄，胶团间移动团外膜胶薄，胶团间移动团外膜胶薄，胶团间移动团外膜胶薄，胶团间移动较困难较困难较困难较困难 弹性和粘性较高，弹性和粘性较高，弹性和粘性较高，弹性和粘性较高，温度敏感性较小，温度敏感性较小，温度敏感性较小，温度敏感性较小，流动性和塑性较流动性和塑性较流动性和塑性较流动性和塑性较低低低低表表 2 沥青胶体结构类型及特点沥青胶体结构类型及特点 BackBack12防水性防水性 粘性粘性塑性塑性温度敏感性温度敏感性大气稳定性（耐久性）大气稳定性（耐久性） 技技 术术 性性 质质BackBack13防防 水水 性性石油沥青有以下性质：憎水性，构造致密，石油沥青有以下性质：憎水性，构造致密，附着力强和好的塑性，所以它有很好的防附着力强和好的塑性，所以它有很好的防潮和防水性能。潮和防水性能。BackBack石油沥青性质石油沥青性质憎水性憎水性构造致密构造致密附着力强附着力强好的塑性好的塑性好的防潮和好的防潮和防水材料防水材料14粘性粘性反映沥青材料反映沥青材料反映沥青材料反映沥青材料内部阻碍其相对流动内部阻碍其相对流动内部阻碍其相对流动内部阻碍其相对流动的一种性质，指的一种性质，指的一种性质，指的一种性质，指沥青沥青沥青沥青在外力作用下抵抗变形的能力在外力作用下抵抗变形的能力在外力作用下抵抗变形的能力在外力作用下抵抗变形的能力。是石油沥青性。是石油沥青性。是石油沥青性。是石油沥青性质的重要指标之一。质的重要指标之一。质的重要指标之一。质的重要指标之一。绝对粘度绝对粘度绝对粘度绝对粘度粘性用绝对粘度来表示，但其测试方法较复杂，故粘性用绝对粘度来表示，但其测试方法较复杂，故粘性用绝对粘度来表示，但其测试方法较复杂，故粘性用绝对粘度来表示，但其测试方法较复杂，故工程上常用相对粘度来表示。工程上常用相对粘度来表示。工程上常用相对粘度来表示。工程上常用相对粘度来表示。相对粘度相对粘度相对粘度相对粘度针入度：粘稠沥青，即固体或半固体沥青针入度：粘稠沥青，即固体或半固体沥青针入度：粘稠沥青，即固体或半固体沥青针入度：粘稠沥青，即固体或半固体沥青 标准粘度：液体或较稀的石油沥青标准粘度：液体或较稀的石油沥青标准粘度：液体或较稀的石油沥青标准粘度：液体或较稀的石油沥青 指标及测试方法指标及测试方法定义定义15针针 入入 度度表示粘稠石油沥青表示粘稠石油沥青表示粘稠石油沥青表示粘稠石油沥青的相对粘度的相对粘度的相对粘度的相对粘度定定 义义试验仪器试验仪器针入度仪如图针入度仪如图针入度仪如图针入度仪如图 2 2所示所示所示所示图图图图2 2 针入度仪针入度仪针入度仪针入度仪试验条件及方法试验条件及方法如图如图如图如图3 3 3 3所示所示所示所示25252525，重量为，重量为，重量为，重量为100g100g100g100g标准针，标准针，标准针，标准针，5s5s5s5s深深深深入试样中的深度，单位为入试样中的深度，单位为入试样中的深度，单位为入试样中的深度，单位为1/10mm1/10mm1/10mm1/10mm。 读出针入度值读出针入度值读出针入度值读出针入度值图图 3 针入度试验示意图针入度试验示意图16指标与性质间的关系指标与性质间的关系越硬越硬针入度越小针入度越小粘度越大粘度越大针入度与粘度之间针入度与粘度之间的关系是：针入度的关系是：针入度越小越小, , 粘度越大粘度越大, , 石油沥青越硬。石油沥青越硬。 17表示液体石油沥青的相对粘度表示液体石油沥青的相对粘度。标标 准准 粘粘 度度标准粘度计标准粘度计试验条件及方法：试验条件及方法：50cm的沥青在规定温度（的沥青在规定温度（20、25、30、60）流过规定）流过规定直径（直径（3、5、10mm）的所的所需时间（需时间（s）定义定义试验试验图图4 标准粘度计标准粘度计BackBack18塑塑 性性指标指标概念概念石油沥青在外力作用下产生变形，除去外石油沥青在外力作用下产生变形，除去外力后，仍保持变形后的形状的性质。力后，仍保持变形后的形状的性质。延延 度度试验试验在在25，把沥青试样制成，把沥青试样制成字型标准试模字型标准试模（中间最小截面积为（中间最小截面积为1cm）以以5cm/min的速度，进行拉伸试验，的速度，进行拉伸试验，拉断时的长度即为延度，单位为拉断时的长度即为延度，单位为cm延度大延度大塑性好塑性好19石油沥青的粘性和塑性随温石油沥青的粘性和塑性随温石油沥青的粘性和塑性随温石油沥青的粘性和塑性随温度升降而变化的性能。度升降而变化的性能。度升降而变化的性能。度升降而变化的性能。用软化点表示沥青温度敏感性用软化点表示沥青温度敏感性用软化点表示沥青温度敏感性用软化点表示沥青温度敏感性定定 义义指指 标标温度敏感性温度敏感性试验仪器设备试验仪器设备环球法软化点仪环球法软化点仪环球法软化点仪环球法软化点仪图图图图 5 5 环球法软化点仪环球法软化点仪环球法软化点仪环球法软化点仪软化点软化点温度温度 敏感性敏感性关关 系系20试验条件和方法试验条件和方法图图 6 软化点试验软化点试验示意图示意图 将沥青试样装入规定尺寸将沥青试样装入规定尺寸(D=16mm,h=6mm)的铜环的铜环内，试样上放置一标准钢内，试样上放置一标准钢球球(5mm,W=3.5g)，浸入水，浸入水或甘油中，以规定的速度或甘油中，以规定的速度（5/min）加热，使沥青）加热，使沥青下垂，当下垂到规定距离下垂，当下垂到规定距离时的温度（时的温度（）即为软化）即为软化点。点。温度敏感性温度敏感性BackBack21石油沥青长期在热、阳光、氧气和潮湿等综合因素石油沥青长期在热、阳光、氧气和潮湿等综合因素的作用下抵抗老化的性能。的作用下抵抗老化的性能。指标指标大气稳定性大气稳定性定义定义用用蒸发损失蒸发损失和和蒸发后的针入度比蒸发后的针入度比来评定。来评定。 试验试验: :沥青试样，先测重量和针入度，于沥青试样，先测重量和针入度，于160160烘箱烘箱中蒸发中蒸发5h5h，冷却后再测重量和针入度。，冷却后再测重量和针入度。蒸发损失越低，稳定性越好。蒸发损失越低，稳定性越好。22蒸发后的针入度比越大，稳定性越好蒸发后的针入度比越大，稳定性越好BackBack大气稳定性大气稳定性23标准与选用标准与选用关于石油沥青的标准：关于石油沥青的标准： JTG F40-2004JTG F40-2004JTG F40-2004JTG F40-2004道路石油沥青道路石油沥青道路石油沥青道路石油沥青公路沥青路面施工技术规范公路沥青路面施工技术规范公路沥青路面施工技术规范公路沥青路面施工技术规范 GB/T494-1998GB/T494-1998GB/T494-1998GB/T494-1998建筑石油沥青建筑石油沥青建筑石油沥青建筑石油沥青牌号划分方法牌号划分方法石油沥青都是石油沥青都是按针入度指标来划分按针入度指标来划分牌号。牌号。每个牌号还应保证相应的延度和软化点，每个牌号还应保证相应的延度和软化点，以及溶解度、蒸发损失、蒸发后针入度比、以及溶解度、蒸发损失、蒸发后针入度比、闪点等。闪点等。24建筑石油沥青分为建筑石油沥青分为4040号、号、3030号和号和1010号三个牌号号三个牌号道路石油沥青分七个牌号道路石油沥青分七个牌号(160(160号、号、130130号、号、110110号、号、9090号、号、7070号、号、5050号、号、3030号等号等) )，并根据沥青，并根据沥青的性能指标，再将其分为的性能指标，再将其分为A A、B B、C C三个等级。三个等级。常用牌号常用牌号牌号与性能的关系牌号与性能的关系牌号高牌号高针入度高针入度高延度大延度大软化点低软化点低粘聚力低粘聚力低塑性好塑性好温度敏感性大温度敏感性大251 概述概述2 沥青混合料的组成结构及强度理论沥青混合料的组成结构及强度理论3 沥青混合料的技术性质沥青混合料的技术性质4 沥青混合料的组成材料沥青混合料的组成材料5 沥青混合料的技术标准沥青混合料的技术标准6 沥青混合料的配合比设计沥青混合料的配合比设计2沥青混合料沥青混合料261 概概 述述v沥青混合料定义沥青混合料定义v沥青混合料的分类沥青混合料的分类v沥青混合料的特点沥青混合料的特点BackBack27BackBack沥青混凝土沥青混凝土填料填料矿质集料矿质集料沥青混合料沥青混合料压实压实 摊铺摊铺沥青混合料是由矿质混合料和沥青结合料沥青混合料是由矿质混合料和沥青结合料组成的混合体系。组成的混合体系。矿料矿料 (即矿质混合料即矿质混合料) + 沥青沥青 沥青混合料沥青混合料 摊铺，压实摊铺，压实 沥青混凝土沥青混凝土 或或 沥青碎石沥青碎石 281）按）按沥青种类沥青种类分为：分为：石油沥青混合料和煤沥青混石油沥青混合料和煤沥青混合料。合料。沥青混合料的分类沥青混合料的分类2）按）按施工温度施工温度分为：热拌热铺、热拌冷铺和冷拌分为：热拌热铺、热拌冷铺和冷拌冷铺沥青混合料。冷铺沥青混合料。3）按）按集料最大粒径集料最大粒径分为：特粗式沥青碎石混合分为：特粗式沥青碎石混合料（料（31.5mm）及粗粒式及粗粒式(26.5mm)、中粒式、中粒式(19或或16mm)、细粒式（、细粒式（13.2或或9.5mm)和砂粒式和砂粒式(4.75mm)沥青混合料。沥青混合料。4 4）按）按矿料级配矿料级配分为分为: :密级配密级配(孔隙率孔隙率10%）、）、半开级配半开级配(10%） 、开级配、开级配( 15%）、间）、间断级配沥青混合料等。断级配沥青混合料等。 29沥青混合料的特点沥青混合料的特点粘粘- -弹弹- -塑性好，力学性质优良，有塑性好，力学性质优良，有高温稳定性和低温柔性。高温稳定性和低温柔性。安全性好安全性好施工方便施工方便经济耐久经济耐久可再生利用可再生利用30热拌热铺沥青混合料热拌热铺沥青混合料它是沥青混合料中使用最广泛、它是沥青混合料中使用最广泛、最典型的材料最典型的材料工程应用广泛工程应用广泛BackBack31v组成结构组成结构v强度理论强度理论BackBack2沥青混合料的组成结构及强沥青混合料的组成结构及强度理论度理论32沥青混合料的组成结构沥青混合料的组成结构图图1 沥青混合料的组成结构沥青混合料的组成结构沥青混合料的组成结构沥青混合料的组成结构 a-a-a-a-悬浮密实结构悬浮密实结构悬浮密实结构悬浮密实结构 b- b- b- b- 骨架空隙结构骨架空隙结构骨架空隙结构骨架空隙结构c-c-c-c-骨架密实结构骨架密实结构骨架密实结构骨架密实结构组成结构类型如下图组成结构类型如下图组成结构类型如下图组成结构类型如下图1 1 所示。所示。所示。所示。 33沥青混合料在路面结构中有二种破坏形沥青混合料在路面结构中有二种破坏形式：式：1.1.库仑理论：在常温或较高温度下，粘结力库仑理论：在常温或较高温度下，粘结力不足引起变形，抗剪强度不足引起的破坏。不足引起变形，抗剪强度不足引起的破坏。2.2.在低温下，抗拉强度不足导致破坏。在低温下，抗拉强度不足导致破坏。强度理论强度理论34方法方法: :三轴剪切试验三轴剪切试验抗剪强度抗剪强度 C C 粘聚力粘聚力剪切法向压应力剪切法向压应力 内摩擦角内摩擦角结论：结论： 沥青混合料抗剪强度沥青混合料抗剪强度取决于粘聚力取决于粘聚力C C和和内摩擦阻角内摩擦阻角强度理论强度理论BackBack35v高温稳定性高温稳定性v低温抗裂性低温抗裂性v耐久性耐久性v抗滑性抗滑性v施工和易性施工和易性BackBack3 沥青混合料的技术性质沥青混合料的技术性质 36 定义：定义：沥青混合料在高温条件下，沥青混合料在高温条件下，承受多次重复荷载不产生过承受多次重复荷载不产生过大的累积塑性变形的性质。大的累积塑性变形的性质。经长期荷载作用不产生车辙经长期荷载作用不产生车辙、波浪等现象的性质。、波浪等现象的性质。影响因素影响因素：沥青粘度、沥青与石料相沥青粘度、沥青与石料相互作用特征、矿料性质。互作用特征、矿料性质。高高 温温 稳稳 定定 性性试验试验方法方法车辙试验车辙试验马歇尔试验马歇尔试验37马歇尔试验仪马歇尔试验仪38马歇尔稳定度试验马歇尔稳定度试验设备：设备：马歇尔试验机马歇尔试验机方法：方法：称取一定的矿料和沥青，按规定条称取一定的矿料和沥青，按规定条件加热拌合，夯实成型，制成件加热拌合，夯实成型，制成D=101.6mm，h=63.5mm的圆柱体，在马歇尔试验机上的圆柱体，在马歇尔试验机上进行测试稳定度及流值。进行测试稳定度及流值。39稳定度稳定度：评价高温稳定性的指标。：评价高温稳定性的指标。定义：定义： 60保温保温30min以上，以以上，以505mm/min的的速度加荷，试件破坏时的最大荷载（速度加荷，试件破坏时的最大荷载（N）即为稳即为稳定度。定度。流值：表示抵抗塑性变形的能力。流值：表示抵抗塑性变形的能力。测试测试Sm的同时测定试件流动变形，达到最大荷的同时测定试件流动变形，达到最大荷载瞬间的压缩变形值（载瞬间的压缩变形值（0.1）。）。技术指标技术指标40低低 温温 抗抗 裂裂 性性定义定义： 温度较低时沥青混合料抵抗收缩变形，不温度较低时沥青混合料抵抗收缩变形，不产生开裂的性质。产生开裂的性质。沥青路面裂纹原因：沥青路面裂纹原因： 重复荷载重复荷载 疲劳开裂疲劳开裂 低温脆化低温脆化 变形能力变形能力开裂开裂 低温收缩低温收缩 41影响因素：影响因素： 沥青质量及用量，矿料级配等沥青质量及用量，矿料级配等试验试验： 纯拉试验纯拉试验: 测圆柱形试件的应力、应变、抗拉强度和测圆柱形试件的应力、应变、抗拉强度和极限变形极限变形 求出劲度模量及温度收缩系数求出劲度模量及温度收缩系数 估计沥青混合料的断裂温度估计沥青混合料的断裂温度低低 温温 抗抗 裂裂 性性BackBack42耐耐 久久 性性p定定 义义: 沥青混合料抵抗长时间的大气因素的反复作用沥青混合料抵抗长时间的大气因素的反复作用和行车荷载作用的能力。和行车荷载作用的能力。p影响因素影响因素:沥青的化学性质沥青的化学性质矿料成分矿料成分沥青混合料的组成结构沥青混合料的组成结构沥青用量沥青用量43耐耐 久久 性性p改善耐久性的措施改善耐久性的措施:采用坚固矿料采用坚固矿料提高混合料的密实度提高混合料的密实度选用细粒密级配沥青混合料选用细粒密级配沥青混合料增加沥青用量等增加沥青用量等p试验试验： 加速老化试验加速老化试验加速老化试验加速老化试验、马歇尔试验马歇尔试验马歇尔试验马歇尔试验p指标：指标：耐久性可由下列指标来评价：耐久性可由下列指标来评价：耐久性可由下列指标来评价：耐久性可由下列指标来评价： 孔隙率孔隙率饱和度（沥青填隙率）饱和度（沥青填隙率）残留稳定度残留稳定度44抗滑性抗滑性影响因素：影响因素： 矿料表面结构、级配、混合料组成及沥矿料表面结构、级配、混合料组成及沥青用量。青用量。改善措施改善措施： 选用耐磨石料，对磨耗率及冲击值有一选用耐磨石料，对磨耗率及冲击值有一定要求。定要求。 控制沥青用量：沥青用量控制沥青用量：沥青用量表面平滑表面平滑 抗滑性抗滑性 BackBack45施施 工工 和和 易易 性性 沥青混合料的施工和易性取决于沥青混合料的施工和易性取决于: : 矿料级配：适当级配不易产生离析矿料级配：适当级配不易产生离析现象现象沥青粘度及用量沥青粘度及用量气温及施工条件气温及施工条件BackBack46v道路石油沥青道路石油沥青v矿质材料矿质材料！此部分见教材或资料！此部分见教材或资料BackBack4沥青混合料的组成材料沥青混合料的组成材料 47Chapter 948