土木工程材料沥青及木材

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第7章 沥青及沥青混合
料
（4）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。当温度升高时，沥青由固态或半固态逐 渐软化，产生粘性流动，称为粘流态。与此相反，随温度降 低又逐渐由粘流态凝固为固态，甚至变硬变脆，成为玻璃态。 建筑工程要求沥青随温度变化时，其粘滞性及塑性变化幅度 应较小，即宜选用温度稳定性较高的沥青。
城市快速路、主干路沥青面层。必须使用时，应采用抗剥离措
施。
• ④填料：在沥青混合料中起填充作用的粒径小于0.075mm
的矿质粉末称为填料。填料宜采用某些石料经磨细得到的矿粉，
泥土杂质应除去。矿粉要求干燥、洁净，其质量符合规范要求。
当采用水泥、石灰、粉煤灰作填料时，其用量不宜超过矿料总
量的2％。
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用质地坚硬具有棱角的碎石，通常采用玄武岩。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。我国现行标准对抗滑层集料提出了磨光值、
道瑞磨耗值和冲击值等三项指标。
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压碎值等力学性能指标应满足规范要求。
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• ③细骨料：可采用天然砂、人工砂及石屑。细骨料应该洁
净、干燥、无风化、无杂质，有适当的颗粒组成，其质量应符
合规范要求，并与沥青有良好的粘结能力。天然砂及花岗石等
酸性石料破碎的人工砂或石屑，不宜用于高速公路、一级公路、
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• 2.沥青混合料的结构
• （1）悬浮密实结构 • （2）骨架空隙结构 • （3）骨架密实结构
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• 3.沥青混合料的技术性质 • （1）高温稳定性 沥青混合料高温稳定性，是指在
高温（通常为60℃）条件下，沥青混合料承受多次重复荷 载作用而不发生过大的累积塑性变形的能力。即经车辆荷 载长期重复作用后，不产生车辙和波浪等破坏现象。
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。
• 石油沥青的大气稳定性常以蒸发损失率和蒸发后针入度 比来评定。
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• 3.石油沥青的技术标准及选用 根据我国现行石油沥青标准，在工程建设中常用的石
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• 3) 地沥青质
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料
• 地沥青质为深褐色至黑色固态无定形的超细颗粒固体
粉末，分子量比树脂更大。地沥青质是决定石油沥青温度敏
感性和粘性的重要组分。沥青中地沥青质含量在10％一30％。
其含量愈多，则软化点愈高，粘性愈大，也愈硬脆。
• 此外，石油沥青中还含2％一3％的沥青碳和似碳物， 为无定形的黑色固体粉末，是石油沥青中分子量最大者。它
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• （2）粘滞性（粘性、稠度） 料
石油沥青的粘滞性是反映沥青材料内部阻碍其相对
流动的一种特性，是沥青材料软硬、稀稠程度的反映。粘滞
性的大小与其组分及温度有关。当地沥青质含量较高，同时
又有适量树脂，而油分含量较少时，则粘滞性较大；在一定
温度范围内，当温度升高时，则粘滞性随之降低，反之则增
大。
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，对于粘稠
(半固体或固体)的石油沥青用针入度表示，对液体石油沥青
则用标准粘度表示。
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❖ 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。粘稠石油沥青的针入度是在规定温度 (25℃)条件下，以规定重量(100g)的标准针，在规定时间(5s) 内贯入试样中的深度表示，单位以1/10mm计。 ❖标准粘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“ ” 表示粘滞度，其中d为小孔直径(mm)，t为试样温度，T为流 出50cm3沥青的时间。d有10、5、3(mm)三种，t通常为20、 25、30或60℃。
种主要路面材料。ห้องสมุดไป่ตู้
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• 1.沥青混合料的组成材料料
• 沥青混合料的组成材料有沥青、粗骨料、细骨 料和填料。 • ①沥青：应根据当地气候条件、施工季节气温、
路面类型、施工方法等具体情况选用沥青标号。煤
沥青不宜用于热拌沥青混合料路面的表面层。
• ②粗骨料：所用粗骨料包括碎石、破碎砾石和 矿渣等。粗骨料应该洁净、干燥、无风化、无杂质。
我国现行国标（GB 50092－96）规定，采用马歇尔稳 定度试验（包括稳定度、流值、马歇尔模数）来评价沥青 混合料高温稳定性；对高速公路、一级公路、城市快速路、 主干路用沥青混合料，还应通过车辙试验检验其抗车辙能 力。
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• （2）低温抗裂性
沥青混合料不仅应具备高温的稳定性，同时还要具有低 温的抗裂性，以保证路面在冬季低温时不产生裂缝。 • 沥青混合料是粘-弹-塑性材料，在低温下表现为弹性。 沥青混合料的低温开裂是由混合料的低温脆化、低温收缩和 温度疲劳引起的。混合料的低温脆化一般用不同温度下的弯 拉破坏试验来评定；低温收缩可采用低温收缩试验评定；温 度疲劳可以用低频疲劳试验来评定。
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• （3） 塑性
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• 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。石油沥青的塑性
与其组丛、温度及沥青膜层有关，当其中树脂含量较多，且 其它组丛含量又适当时，则塑性较好；温度升高，则塑性增
大；当膜层增厚，塑性也增大。在常温下，塑性较好的沥青
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• 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，则会产生温度不太高 (60℃左右)时就发生流淌，在温度较低时又易变硬开裂。 • 温度敏感性以软化点指标表示。软化点是人为规定的沥 青从固态转变到粘流态时的温度。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的铜环内，试样上放置一 标准钢球，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(℃)计。
在产生裂缝时，也可能由于特有的粘塑性而自行愈合，故塑 性也反映了沥青开裂后的自愈能力。沥青的塑性对冲击振动
荷载有—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。
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• 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。延度也是 石油沥青的重要技术指标之一。
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• 2. 石油沥青的技术性质
第7章 沥青及沥青混合 料
• （1）防水性
• 石油沥青是憎水性材料，几乎完全不溶于水，而且本身 构造致密，并与矿物材料表面有很好的粘结力，能紧密粘附 于矿物材料表面，同时，它还具有一定的塑性，能适应材料 或构件的变形，所以石油沥青具有良好的防水性，故广泛用 作土木工程的防潮、防水材料。
油沥青分道路石油沥青，建筑石油沥青，防水防潮石油沥青 和普通石油沥青等四种，各品种按技术性质划分牌号。 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)。
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• （3）耐久性
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第7章 沥青及沥青混合
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沥青混合料的耐久性是指其抵抗长时间自然因素（风、日
光、温度、水分等）和行车荷载反复作用的能力。目前评价沥
青混合料耐久性的方法有浸水马歇尔试验或真空饱水马歇尔试
验。
• （3）抗滑性
沥青路面的抗滑性能与集料的表面结构（粗糙度）、级配
组成、沥青用量等因素有关。为保证抗滑性能，面层集料应选
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• （5）大气稳定性
第7章 沥青及沥青混合 料
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大气稳定性是指石油沥青在热、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，也是沥青材
料的耐久性。在大气因素的综合作用下，沥青中各组丛会发
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。因此，石油沥青
会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)。
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第7章 沥青及沥青混合
料
• （2）石油沥青的胶体结构 • 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，构成胶团，无数胶团分散在油分中而形成胶体 结构。在这个分散体系中，分散相为吸附部分树脂的地沥青 质，分散介质为溶有树脂的油分。在胶体结构中，从地沥青 质到油分是均匀地逐步递变的，并无明显界面。
土木工程材料-沥青及木 材
2020/11/11
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第7章 沥青及沥青混合
•§ 7.1 沥青材料 料
•7.1.1 石油沥青 • 石油沥青是石油原油经蒸馏等提炼出各种轻质油及
润滑油以后的残留物，或再经加工而得的产品。它是一种 有机胶凝材料，在常温下呈固体、半固体或粘性液体，颜 色为褐色或黑褐色。采用不同产地的原油及不同的提炼加 工方式，可以得到组成、性质各异的多种石油沥青品种。 按用途不同将石油沥青分为道路石油沥青、建筑石油沥青、 防水、防潮石油沥青和普通石油沥青。
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第7章 沥青及沥青混合
料
• 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，在石油沥青中，油分的 含量为40％一60％。油分赋予沥青以流动性。 • 2) 树脂：树脂又称脂胶，为黄色至黑褐色半固体粘稠 物质，分子量比油分大，沥青脂胶中绝大部分属于中性树脂。 中性树脂含量增加，石油沥青的延度和粘结力等性能愈好。 另外，树脂中还含有少量酸性树脂。它改善了石油沥青对矿 物材料的浸润性。在石油沥青中，树脂的含量为15％一30％， 它使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。
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第7章 沥青及沥青混合
• 1. 石油沥青的组成与结料构
• （1）石油沥青的组分 • 石油沥青是由多种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。因为沥青的化学 组成复杂，对组成进行分析很困难，且其化学组成也不能反 映出沥青性质的差异，所以一般不作沥青的化学分析。通常 从使用角度出发，将沥青中按化学成分和物理力学性质相近 的成分划分为若干个组，这些组就称为“组丛”或“组分”。 在沥青中各组丛含量的多寡与沥青的技术性质有着直接的关 系。
❖普通石油沥青含蜡较多，其一般含量大于5％，有的达20％以上，因而 温度敏感性大，故在工程中不宜单独使用，只能与其它种类石油沥青掺 配使用。
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第7章 沥青及沥青混合
料
•§ 7.2 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。而且，施工方便、速度快，能及时开 放交通，并可再生利用。因此，是高等级道路修筑中的一
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第7章 沥青及沥青混合
料
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、沥青混合料或沥青砂浆等使用。还可作密封材料、粘 结剂及沥青涂料等。 ❖ 建筑石油沥青粘性较大，耐热性较好，但塑性较小，主要用作制造防 水卷材、防水涂料和沥青胶。它们绝大部分用于防水及防腐工程。对于屋 面防水工程，应注意防止过分软化。