土木工程材料第七章沥青及沥青混合料

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石油沥青的粘滞性又称粘性。
粘滞性应以绝对粘度表示,但因其测定方 法较复杂,故工程中常用相对粘度(条件 粘度)来表示粘滞性,对使用粘稠(半固 体或固体)的石油沥青用针入度表示,对 液体石油沥青则用粘滞度表示。

粘稠石油沥青的针入度是在规定温度
(25℃)条件下,以规定质量(100g)的
标准针,在规定时间(5s)内贯入试样中
1 不大于
1



闪点(开口) ℃,不低于
230
230
230
230
230
(2)石油沥青的应用
在选用沥青材料时,应根据工程性质(房屋、 道路、防腐)及当地气候条件、所处工程部位 (屋面、地下)来选用不同品种和牌号的沥青。
道路石油沥青牌号较多,主要用于道路路面 或车间地面等工程,一般拌制成沥青混凝土、沥 青拌合料或沥青砂浆等使用。
溶解度 (三氯 乙烯)%不小于
蒸发损失(163 ℃,5h)%,
不大于
蒸发后针入度 比,%,不小于
99.0 1 50
99.0 1 60
99.0 1 60
99.0 1 65
99.0 1 65
99.0 1 70
99.0 1 70
表 7-3 建筑石油沥青与普通石油沥青的技术指标要求H-90 80~100 100 42~52
230 3 99.0
AH-70 60~80 100 44~54
AH-50 40~60
80 45~55
表 7-2 道路石油沥青的技术指标要求(GB50092-2000)
项目
标号
A-200
A-180
A-140
A-100 甲
A-100 乙
A-60 甲
A-60 乙
石油沥青的大气稳定性以加热蒸发损失百分 率和加热前后针入度比来评定。其测定方法 是:先测定沥青试样的质量及其针入度,然 后将试样置于烘箱中,在160℃下加热蒸发 5h,,待冷却后再测定其质量及针入度。计 算出蒸发损失质量占原质量的百分数,称为 蒸发损失百分率;测得蒸发后针入度占原针 入度的百分数,称为蒸发后针入度比。蒸发 损失百分数愈小和蒸发后针入度比愈大,则 表示沥青的大气稳定性愈好,即‘老化”愈 慢。
土木工程材料
第七章沥青及沥青混合料
韩玉民 主讲
7.1 沥青
沥青是高分子碳氢化合物及其非金属衍生物 组成的极其复杂的混合物。 是有机胶凝材料。常温下呈黑色或黑褐色的 固体或半固体或液体。 沥青分类: 地沥青:天然沥青、石油沥青 焦油沥青:煤沥青、页岩沥青
1. 石油沥青
石油沥青是由石油原油经蒸馏提炼出各种 轻质油(如汽油、柴油等)及润滑油以后的残 留物,再经过加工而得的产品。
Q1

T2 T2
T T1
100%
Q2 100 Q1
式中

Q1——较软石油沥青用量(%); Q2——较硬石油沥青用量(%); T——掺配后的石油沥青软化点(℃);

T1——较软石油沥青软化点(℃);

T2——较硬石油沥青软化点(℃)。
以估算的掺配比例和其邻近的比例(5%~10%)进行
另外,沥青的脆点是反映温度敏感性的另 一个指标,它是指沥青从高弹态转到玻璃 态过程中的某一规定状态的相应温度,该 指标主要反映沥青的低温变形能力。寒冷 地区应用的沥青应考虑沥青的脆点。沥青 的软化点愈高,脆点愈低,则沥青的温度 敏感性越小。
(4)大气稳定性
石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等 大气因素的长期综合作用下抵抗老化的性 能,称为大气稳定性。也是沥青材料的耐 久性。在大气因素的综合作用下,沥青中 各组分会发生不断递变,低分子化合物将 逐步转变成高分子物质,即油分和树脂逐 渐减少,而地沥青质逐渐增多。石油沥青 随着时间的进展,流动性和塑性将逐渐减 小,硬脆性逐渐增大,直至脆裂。这个过 程称为石油沥青的“老化”。所以大气稳 定性即为沥青抵抗老化的性能。
1.1 石油沥青的组分
石油沥青是由许多高分子碳氢化合物及其 非金属(主要为氧、硫、氮等)衍生物组成的 复杂混合物。将沥青中化学成分及性质极为接 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,这些组就称为“组分”。
沥青中各组分的主要特性简述如下:
(1)油分。油分为淡黄色至红褐色 的油状液体,是沥青中分子量最小和密 度最小的组分,密度介于0.7~1.0g/ cm3之间。在170°C较长时间加热,油 分可以挥发。油分能溶于石油醚、二硫 化碳、三氯甲烷、苯、四氧化碳和丙酮 等有机溶剂中,但不溶于酒精。油分赋 予沥青以流动性。
项目
针入度(25℃,100g,5s) 0.1mm
延度(5cm/min, 15℃),cm, 不小于
软化点(环球法)℃, 不小于
闪点(开口) ℃,不低于 含腊量(蒸馏法) %,不大于 溶解度 (三氯乙烯)%,不
小于
AH-130 120~140
100 40~50
AH-110 100~120
100 41~51
(3)温度敏感性
温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和 塑性随温度升降而变化的性能。由于沥青 是一种高分子非晶态热塑性物质,故没有 一定的熔点。
沥青的粘滞性和塑性随温度变化而变化。 石油沥青中地沥青质含量较多时,其温度 敏感性较小。在工程中使用时往往加入滑 石粉、石灰石粉等矿物填料,以减小其温 度敏感性。沥青中含蜡量较多时,则会产 生温度较高(60℃左右)时就发生流淌, 在温度较低时又易变硬开裂。
指标
30
10
75
65
55
针入度(25℃,100g,5s)
25~40 10~25
75
65
55
0.1mm
延度(5cm/min, 25℃),cm,
3
1.5
2
1.5
1
不小于
软化点(环球法)℃,
70
95
60
80
100
不小于
溶解度 (三氯乙烯)%,不
99.5
99.5
98
98
98
小于
蒸发损失(163℃,5h)%,
针入度(25℃, 201~ 100g)0.1mm 300
161~ 200
121~ 160
81~ 120
81~ 120
41~80 41~80
延度(25℃),

100
100
80
60
60
40
cm,不小于
软化点(环球 30~45
法 )℃ ,不小 于
35~45
38~48
42~52
42~52
45~55
45~55
以上四种性质是石油沥青材料的主要性质, 前三项是划分石油沥青牌号的依据。此外, 为评定沥青的品质和保证施工安全,还应了
1.4 石油沥青的技术标准及应用
(1)石油沥青的技术标准
根据我国现行石油沥青标准,在工程建设中 常用的石油沥青分道路石油沥青、建筑石油 沥青和普通石油沥青等,各品种按技术性质 划分牌号。不同石油沥青的技术指标要求见 表10-1、10-2、10-3。
(3)地沥青质(沥青质)。地沥青质为深褐色 至黑色固态无定形物质(固体粉末),分子量比 树脂更大(1000以上),密度大于1 g/cm3,不 溶于酒精、正戊烷,但溶于三氯甲烷和二硫化碳, 染色力强,对光的敏感性强,感光后就不能溶解。 地沥青质是决定石油沥青温度敏感性、粘性的重 要组成部分,其含量愈多,则软化点愈高,粘性 愈大,即愈硬脆。
建筑石油沥青粘性较大,耐热性较好,但塑 性较小,主要用作制造油毡、油纸、防水涂料和 沥青胶。它们绝大部分用于屋面及地下防水沟槽 防水、防腐蚀及管道防腐等工程。对于屋面防水 工程,应注意防止过分软化。
为避免夏季流淌,屋面用沥青材料的软化 点还应比当地气温下屋面可能达到的最高 温度高20℃以上。但软化点也不宜选择过 高,否则冬季低温易发生硬脆甚至开裂。 对一些不易受温度影响的部位,可选用牌 号较大的沥青。
从表10-1、10-2、10-3可以看出,道路石油 沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青都是按 针入度指标来划分牌号的。在同一品种石油 沥青材料中,牌号愈小,沥青愈硬;牌号愈 大,沥青愈软。同时随着牌号增加,沥青的 粘性减小(针入度增加),塑性增加(延度 增大),而温度敏感性增大(软化点降低)
表 7-1 重交通道路石油沥青的技术要求(GB50092-1996)
3mm三种,t通常为25℃或60℃。
(2)塑性
塑性指石油沥青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 后的形状的性质。沥青的塑性对冲击振动 荷载有一定吸收能力,并能减少摩擦时的 噪声,故沥青是一种优良的道路路面材料。
石油沥青的塑性用延度表示。延度愈 大,塑性愈好。延度测定是把沥青制成 “8”字形标准试件,置于延度仪内25℃ 水中,以 5cm/min的速度拉伸,用拉断时 的伸长度来表示,单位用cm计。(P319 附 图6-2)
(3)溶一凝胶结构介于溶胶与凝胶之间,并有较多 的树脂,胶团间有一定吸引力,在常温下受力变形 的最初阶段呈现出明显的弹性效应,当变形增加到 一定数值后,则变为有阻尼的粘性流动。
大部分优质道路沥青均配成溶~凝胶型结构, 具有粘弹性和触变性,故亦称弹性溶胶。
1.3 石油沥青的技术性质
(1)粘滞性
(1)溶胶结构。地沥青质含量较少,胶团间完全没 有引力或引力很小,在外力作用下随时间发展的变 形特性与粘性液体一样。直馏沥青的结构多为溶胶 结构。
(2) 凝胶结构。凝胶结构地沥青质含量很多,胶团 间有引力形成立体网状,地沥青质分散在网格之间, 在外力作用下弹性效应明显。氧化沥青多属于凝胶 结构。
的深度来表示,单位以1/10mm计。针入度反
映了石油沥青抵抗剪切变形的能力。针入度
值越小,表明粘度越大。(P317 附图6-1)
粘滞度是将一定量的液体沥青,在某温
度下经一定直径的小孔流出50cm3所需的时 间,以秒表示。常用符号“CdtT”表示粘滞度, 其中d为小孔直径(mm),t为试样温度,
T为流出50 cm3沥青的时间。d有10、5、
试配(混合熬制均匀),测定掺配后沥青的软化点,然
后绘制“掺配比一软化点”关系曲线,即可从曲线上确
定出所要求的掺配比例。
普通石油沥青含蜡较多,其一般含量 大于5%,有的高达20%以上(称多蜡石油 沥青),因而温度敏感性大,故在工程中 不直单独使用,只能与其他种类石油沥青 掺配使用。
1.5 石油沥青的掺配与稀释
当不能获得合适牌号的沥青时,可采用两种牌号的 石油沥青掺配使用,但不能与煤沥青相掺。两种石油沥 青的掺配比例可用下式估算:
另外,石油沥青中还含2~3%的沥青碳和 似碳物,是石油沥青中分子量最大的。它降低石 油沥青的粘结力。
石油沥青中还含有蜡,它会降低石油沥青的 粘结性和塑性,同时对温度特别敏感(即温度稳 定性差)。所以蜡是石油沥青的有害成分。
1.2 石油沥青的胶体结构
油分、树脂和地沥青质是石油沥青的 三大组分,其中油分和树脂可以互相溶解, 树脂能浸润地沥青质,并在地沥青质的超 细颗粒表面形成树脂薄膜。所以石油沥青 的结构是以地沥青质为核心,周围吸附部 分树脂和油分的互溶物而构成胶团,无数 胶团分散在油分中而形成胶体结构。根据 沥青中各组分的相对比例不同,胶体结构 可分为溶胶型、凝胶型和溶凝胶型三种类 型。
(2)树脂(沥青脂胶)。沥青脂胶为黄色至黑褐 色粘稠状物质(半固体),分子量比油分大 (600~1000),密度为1.0~1.1g/cm3。沥青 脂胶中绝大部分属于中性树脂。中性树脂能溶于 三氯甲烷、汽油和苯等有机溶剂,但在酒精和丙 酮中难溶解或溶解度很低,它赋予沥青以良好的 粘结性、塑性和可流动性。中性树脂含量增加, 石油沥青的延度和粘结力等品质愈好。另外,沥 青树脂中还含有少量的酸性树脂,即地沥青酸和 地沥青酸酐,是沥青中的表面活性物质。它改善 了石油沥青对矿物材料的浸润性,特别是提高了 对碳酸盐类岩石的粘附性,并有利于石油沥青的 可乳化性。沥青脂胶使石油沥青具有良好的塑性 和粘结性。
温度敏感性以软化点指标表示。由于沥青 材料从固态至液态有一定的变态间隔,故 规定以其中某一状态作为从固态转变到粘 流态的起点,相应的温度则称为沥青的软 化点。沥青软化点一般采用‘环球法’测 定。它是把沥青试样装入规定尺寸(直径 15.88mm,高6mm)的铜环内,试样上放置 一标准钢球(直径9.53mm,质量3.5g), 浸入水或甘油中,以规定的速度升温(5 ℃/min),当沥青软化下垂至规定距离 (25.4mm)时的温度即为其软化点,以摄 氏度(℃)计。(P321 附图6-3)
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