土木工程课件 第八章 沥青及沥青混合料

6.沥青和沥青混合料
• 6.1 沥青材料 • 6.2 沥青混合料

学习目标：
• 掌握沥青材料的基本组成、工程性质及测 定方法；了解主要沥青制品及其用途。 • 掌握沥青混合料配合比，包括矿质材料配 合比的设计和配制；了解沥青混合料使用 要点。
6.1 沥青材料
• 6.1.1沥青的分类与基本组成结构
• 1.沥青的分类
6.2.1 分类
• 煤沥青可分为硬煤沥青与软煤沥青两 种。 • 硬煤沥青是从煤焦油中蒸馏出轻油、 中油、重油及蒽油之后的残留物，常温下 一般呈硬的固体；软煤沥青是从煤焦油中 蒸馏出水分、轻油及部分中油后得到的产 品。
6.2.2 煤沥青的技术指标
• 煤沥青的技术指标按国家标准GB 2290—80规定，见表6.3。
•(6)溶解度 • 沥青的溶解度是指沥青在溶剂中(苯 或二硫化碳)溶解的百分率。沥青溶解度是 用来确定沥青中有害杂质含量的。 • 沥青中有害物质含量高，主要会降低 沥青的粘滞性。一般石油沥青溶解度高达 98%以上，而天然沥青因含不溶性矿物质， 溶解度低。
•(7)水分
• 水在纯沥青中溶解度在0.001%~0.01% 之间。沥青吸收的水分取决于所含能溶于 水的盐分的多少，沥青含盐分越多，水作 用时间越长，水分就越大。
• 蒸发损失百分率愈小，蒸发后针入度比愈大，则 表示沥青大气稳定性愈好，亦即“老化“愈慢。
•(5)闪点和燃点
• 闪点是指沥青达到软化点后再继续加 热，则会发生热分解而产生挥发性的气体， 当与空气混合，在一定条件下与火焰接触， 初次产生蓝色闪光时的沥青温度。
• 燃点又称着火点。当沥青温度达到闪 点，温度如再上升，与火接触而产生的火 焰能持续燃烧5s以上时，这个开始燃烧的 温度即为燃点。 • 各种沥青的最高加热温度都必须低于 其闪点和燃点。
• 6.3 沥青的掺配、改性及主要沥青制品 • 1.沥青的掺配 • 施工中，若采用一种沥青不能满足配制沥青胶所 要求的软化点时，可用两种或三种沥青进行掺配。 掺配要注意遵循同源原则，即同属石油沥青或同 属煤沥青（或煤焦油）的才可掺配。 • 两种沥青掺配的比例可用下式估算：
• 6.4 改性石油沥青 • 1、 矿物填料改性沥青 • 在沥青中加入一定数量的矿物填充料， 可以提高沥青的粘性和耐热性，减小沥青 的温度敏感性，同时也减少了沥青的耗用 量，主要适用于生产沥青胶。 • （１）常用矿物填料 • 矿物填料有粉状和纤维状两种，常用 的有滑石粉、石灰石粉、硅藻土、石棉绒 和云母粉等。
40~60
树脂
粘稠状 物体 无定形 固体粉末
黄-黑色 略大于1
600~ 1000
15~30
地沥 青质
深褐黑色
大于1
＞1000
10~30
• 2）石油沥青的胶体结构 • 胶体结构的形成：沥青的胶体结构是以沥 青质为胶核，树脂和油分被吸附其表面，并逐渐 向外扩散形成胶团，胶团再分散于油分中。
• 胶体结构类型：
煤沥青
1.25~1.28 烟多、黄色、臭味大、有毒
锤击
颜色 溶解 温度稳定性 大气稳定性 防水性 抗腐蚀性
韧性较好
呈辉亮褐色 易溶于煤油与汽油中，呈棕黑色 较好 较高 较好 差
韧性差，较脆
浓黑色 较差 较低 较差(含酚、能溶于水) 强
难溶于煤油与汽油中，呈黄绿色
6.2.4 煤沥青的应用
• 煤沥青的许多性能都不及石油沥青。 煤沥青塑性、温度稳定性较差，冬季易脆， 夏季易于软化，老化快。加热燃烧时，烟 呈黄色，有刺激性臭味，略有毒性，但具 有较高的抗微生物侵蚀作用，适用于地下 防水工程或作为防腐材料用。
• 使用沥青，应对其牌号加以鉴别。在 施工现场的简易鉴别方法见表6.2。
表6.2 石油沥青牌号简易鉴别方法
牌号 10 30 60 140~100
简易鉴别方法 用铁锤敲击，成为较小碎块，表面呈黑色并有光 用铁锤敲击，成为较大碎块 用铁锤敲击，只发生变形，不破碎 质地较柔软
6.5 石油沥青的应用
6.2.3 煤沥青与石油沥青的区别
• 煤沥青与石油沥青都是一种复杂的高 分子碳氢化合物，它们的外观相似，具有 共同点，但由于组分不同，它们之间存在 着很大区别。石油沥青与煤沥青的主要区 别见表6.4。
表6.4 石油沥青与煤沥青的主要区别
性质
密度(g/cm3) 燃烧
石油沥青
近于1.0 烟少、无色、有松香味、无毒
• （2）塑性 • 塑性是指石油沥青在外力作用时产生变形而不破 坏，除去外力后仍保持变形后的形状不变的性质。 • 石油沥青的塑性用延度指标表示。沥青延度是把 沥青试样制成 ∞字形标准试模（中间最小截面 积为1㎝２）在规定的拉伸速度（5cm/min）和规 定温度（25℃）下拉断时的伸长长度，以cm为 单位。延度指标测定的示意图见下图。延度值愈 大，表示沥青塑性愈好。 • 一般，沥青中油分和地沥青质适量，树脂含量越 多，延度越大，塑性越好。温度升高，沥青的塑 性随之增大。
• 沥青材料是由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这 些碳氢化合物的非金属（氧、硫，氮）的衍生物所组成 的混合物。 • 沥青材料按其在自然界中的获得方式可分为二大类：
• （1）地沥青：天然沥青；石油沥青。
• （2）焦油沥青：煤沥青；页岩沥青。
• 沥青主要用于道路工程以及防潮、防水、防腐蚀材料。
• 2.沥青的基本组成结构 • （1）石油沥青的基本组成 • 石油沥青是由石油经蒸馏、吹氧、调和等工艺加工得到 的残留物。 • 化学组分分析就是将沥青分离为几个化学性质相近，而 且具有某些共同特征的部分划分为一组，这些组就称为 “组分”。
• 将沥青分离为油分、树脂和沥青质等三组分。 • 油分赋予沥青以流动性，其含量直接影响沥青的柔软性、 抗裂性及施工难度； • 树脂主要使沥青具塑性和粘性； • 沥青质决定沥青的粘结力、粘度和温度稳定性，以及沥 青的硬度、软化点等。
组分
状态
染色
比密度
分子量
含量， %
油分
油状液体
淡黄红褐色
小于1
300~500
• • • •
（2）丁基橡胶改性沥青 丁基橡胶沥青的配制方法与氯丁橡胶沥青类似。 （３）热塑性丁苯橡胶（SBS）改性沥青 SBS热塑性橡胶兼有橡胶和塑料的特性，常温下 具有橡胶的弹性，在高温下又能像塑料那样熔融 流动，成为可塑的材料。所以采用ＳＢＳ橡胶改 性沥青，其耐高、低温性能均有较明显提高。 • （４）再生橡胶改性沥青 • 再生橡胶掺入石油沥青中，同样可大大提高石油 沥青的气密性，低温柔性，耐光、热和臭氧性， 以及耐候性，且价格低廉。
• （4）大气稳定性 • 大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因 素长期综合作用下抵抗老化的性能。 • 在大气因素的综合作用下，沥青中的低分子量组分会向 高分子量组分转化递变，即油分一树脂—地沥青质。由 于树脂向地沥青质转化的速度要比油分变为树脂的速度 快得多，因此石油沥青会随时间进展而变硬变脆，亦即 “老化”。 • 石油沥青的大气稳定性以沥青试样在加热蒸发前后的 “蒸发损失百分率”和“蒸发后针入度比”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 再测定其质量和针入度，则
表6.3 煤沥青的技术指标
指标名称 软化点(环球法)(℃) 甲苯不溶物含量(%) 灰分(%)不大于 水分(%)不大于 挥发分(%) 喹啉不溶物含量(%)不大 于 低温沥青 一类 30~45 — — — — 二类 中温沥青 电极用 一般用 高温沥青
＞75~90 ＞45~75 ＞75~95 ＞95~120 15~25 — — ＜25 0.3 — 0.5 — 5.0 — 5.0 5.0 60~70 — 55~75 — 10
• 建筑石油沥青主要用于屋面、地下防 水及沟槽防水、防腐蚀等工程。道路石油 沥青主要用于沥青混凝土或沥青砂浆，用 于道路路面或工业厂房地面等工程。根据 工程需要还可以将建筑石油沥青与道路石 油沥青掺和使用。
6.2 煤沥青的主要技术性质及应用 • 煤沥青是炼焦或生产煤气的副产品。 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，提取出各种油质后的 产品即为煤沥青。
• 3、橡胶改性沥青 • （１）氯丁橡胶改性沥青 • 石油沥青中掺入氯丁橡胶后，可使其气密 性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐光、耐 臭氧性、耐候性和耐燃性等得到大大改善。 氯丁橡胶掺入的方法有溶剂法和水乳法。 溶剂法是先将氯丁橡胶溶于一定的溶剂 （如甲苯）中形成溶液，然后掺入液态沥 青中并混合均匀即可。水乳法是将橡胶和 石油沥青分别制成乳液，然后混合均匀即 可使用。
• （２）矿物填充料改性机理 • 由于沥青对矿物填充料的润湿和吸附作用， 沥青可以单分子状态排列在矿物颗粒（或纤 维）表面，形成结合力牢固的沥青薄膜，称 之为“结构沥青”。结构沥青具有较高的粘 性和耐热性等，但是矿物填充料的掺入量要 适当，一般掺量为２０％～４０％时，可以 形成恰当的结构沥青膜层。 • 2 、树脂改性沥青 • 用树脂改性石油沥青，可以改善沥青的耐寒 性、耐热性、粘结性和不透气性。在生产卷 材、密封材料和防水涂料等产品时均需应用。 常用的树脂有：古马隆树脂，聚乙烯，聚丙 烯，酚醛树脂及天然松香等。
• 第二节 沥青基防水材料 • 1. 沥青防水卷材 • 凡用原纸或玻璃布、石棉布、棉麻织品等胎料浸 渍石油沥青（或焦油沥青）制成的卷状材料，称 为浸渍卷材（有胎卷材）。将石棉、橡胶粉等掺 入沥青材料中，经碾压制成的卷状材料称为辊压 卷材（无胎卷材）。这两种卷材通称沥青防水卷 材。 • 1.1 普通原纸胎基油毡和油纸 • 采用低软化点沥青浸渍原纸所制成的无涂盖层的 纸胎防水卷材叫油纸，当再用高软化点沥青涂盖 油纸的两面，并撒布隔离材料后，则称为油毡。 按原纸1m2的质量克数，油毡分为200、350和500 三种标号，油纸分为200和350两种标号。
• 粘滞度是在规定温度t（通常为20℃、25℃、 30℃或60℃），规定直径d（为3mm、5mm或者 10mm）的孔流出50㎝３沥青所需的时间秒数T。 Ctd T ”表示。粘滞度测定示意图见下 常用符号“ 图。 • 针入度是在规定温度25℃条件下，以规定100 g 的标准针，在规定时间5s 内贯入试样中的深度 （1/10mm为1度）表示。针入度测定示意图见下 图。显然，针入度越大，表示沥青越软，粘度越 小。 • 一般，地沥青质含量高，有适量的树脂和较少的 油分时，石油沥青粘滞性大。温度升高，其粘性 降低。