湖南大学等四校合编《土木工程材料》(第2版)【课后习题】(第七章 沥青及沥青混合料)【圣才出品】

第七章沥青及沥青混合料

7-1．从石油沥青的主要组分说明石油沥青三大指标与组分之间的关系。

答：石油沥青的三大组分为：油分、树脂(沥青脂胶)、地沥青质(沥青质)。石油沥青的组分与其性质的关系为：油分赋予沥青以流动性，油分的多少决定了沥青的流动性；沥青脂胶使石油沥青具有良好的塑性和粘结性，中性树脂含量增加，石油沥青的延度和联结力等品质愈好。地沥青质含量愈多，则软化点愈高，粘性愈大，即愈硬脆。

7-2．如何改善石油沥青的稠度、粘结力、变形、耐热性等性质？并说明改善措施的原因。

答：（1）石油沥青的稠度、粘结力、变形、耐热性等改善需要将石油组分中的油分或树脂含量增加或保持不变。稠度答石油沥青的粘接力好，但是变形差，热稳定性不好。

（2）加入改性沥青材料例如橡胶树脂之类的填充物，使其温度敏感性降低，稠度变小，粘接力也不会改变。

7-3．某工程需石油沥青40t，要求软化点为75℃。现有A-60甲和10号石油沥青，测得它们的软化点分别为49℃和96℃，问这两种牌号的石油沥青如何掺配？

答：掺配时较软沥青A-60甲用量为：

式中：T2=96℃，T=75℃，T1=49℃。

则配制40t需沥青A-60甲的质量为：44.7%×40=17.88t；需10号石油沥青质量为：

40-17.88=22.12t。

7-4．试述石油沥青的胶体结构，并据此说明石油沥青各组分的相对比例对其性能的影响。

答：（1）石油沥青中，油分、树脂和地沥青质是石油沥青中的三大主要组分。油分和树脂可以互相溶解，树脂能浸润地沥青质，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，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的逐步递变的，并无明显界面。

（2）石油沥青各组分的相对比例对其性能的影响如下：

①当油分和树脂较多时，胶团外膜较厚，胶团之间相对运动较自由，这种胶体结构的石油沥青，称为溶胶型石油沥青。溶胶型石油沥青的特点是，流动性和塑性较好，开裂后自行愈合能力较强，而对温度的敏感性强，即对温度的稳定性较差，温度过高会流淌。

②当油分和树脂含量较少时，胶团外膜较薄，胶团靠近聚集，相互吸引力增大，胶团间相互移动比较困难。这种胶体结构的石油沥青称为凝胶型石油沥青。凝胶型石油沥青的特点是，弹性和黏性较高，温度敏感性较小，开裂后自行愈合能力较差，流动性和塑性较低。

③当地沥青质不如凝胶型石油沥青中的多，而胶团间靠得又较近，相互间有一定的吸引力，形成一种介于溶胶型和凝胶型二者之间的结构，称为溶凝胶型结构。溶凝胶型石油沥青的性质也介于溶胶型和凝胶型二者之间。

7-5．石油沥青为什么会老化？如何延缓其老化？

答：（1）石油沥青老化是因为在阳光、空气和热的综合作用下，沥青各组分会不断递变。低分子化合物将逐步转变高分子物质，油分和树脂逐渐减少，地沥青质逐渐增多。实验发现，树脂转变为地沥青质比油分变为树脂的速度快很多（约50％）。因此，石油沥青随时间的进展流动性和塑性逐渐减小，硬脆性逐渐增大，直至脆裂，这个过程称石油沥青“老化”。

（2）延缓石油沥青老化对石油沥青加入橡胶、树脂、矿物填充料，树脂与橡胶合成体来改变其性能，使其抗老化能力增强。

7-6．何谓沥青混合料？沥青混凝土与沥青碎石有什么区别？

答：（1）沥青混合料是一种复合材料，它由沥青、粗集料、细集料、矿粉及外掺剂组成。由这些不同质量和数量的材料混合可形成不同的结构，并具有不同的力学性质。

（2）沥青混凝土与沥青碎石区别在于：

①矿质混合料级配不同。

②沥青混凝土混合料中有矿粉，而沥青碎石混合料没有。

③剩余空隙率不同。沥青碎石一般不用在路面结构的上面层上，沥青碎石空隙率比较大。

7-7．沥青混合料的组成结构有哪几种类型？它们各有何特点？

答：（1）沥青混合料按矿质骨架的结构状况，其组成结构可分为悬浮密实结构、骨架空隙结构、骨架密实结构三个类型。

（2）它们各自特点如下：

①悬浮密实结构。有很大的密度，由于各级集料被次级集料和沥青胶浆所分离，不能直接互相嵌锁形成骨架，结构具有较高黏聚力，内摩擦角较小，高温稳定性较差。

②骨架空隙结构。粗集料所占比例大，细集料很少甚至没有。粗集料互相嵌锁形成骨架；

细集料过少容易在粗集料之间形成空隙。这种结构内摩擦角较高，但黏聚力较低。

③骨架密实结构。较多数量粗集料形成空间骨架，相当数量细集料填充骨架间空隙形成连续级配，内摩擦角较高，黏聚力较高。

7-8．试述沥青混合料应具备的主要技术性能，并说明沥青混合料高温稳定性的评定方法。

答：（1）沥青混合料应具备的主要技术性能有：①高温稳定性；②低温抗裂性；③耐久性；④抗滑性；⑤施工和易性。

（2）沥青混合料高温稳定性的评定方法通常采用高温强度与稳定性作为主要技术指标。常用的测试评定方法有：马歇尔试验法、无侧限抗压强度试验法、史密斯三轴试验法等。

7-9．在热拌沥青混合料配合比设计时，沥青最佳用量（OAC）是怎样确定的？

答：沥青混凝土配合比设计通常按下列两步进行：①选择矿质混合料的配合比例，使矿质混合料的级配符合规范的要求，即石料、砂、矿粉应有适当的配合比例；②确定矿料与沥青的用量比例，即最佳沥青用量。

在混合料中，沥青用量波动0.5％的范围可使沥青混合料的热稳定性等技术性质变化很大。在确定矿料间配合比例后，通过稳定度、流值、空隙率、饱和度等试验数值选择出最佳沥青用量。