土木工程材料 建筑材料第十五講

土木工程材料建筑材料第十五講第一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二二、石油瀝青的組成石油瀝青劃分為油分、樹脂和地瀝青質(zhì)三個主要組分。不同組分對石油瀝青性能的影響不同。油分賦予瀝青流動性；樹脂使瀝青具有良好的塑性和粘結(jié)性；地瀝青質(zhì)則決定瀝青的穩(wěn)定性（包括耐熱性、粘性和脆性），其含量愈多，軟化點愈高，粘性愈大，愈硬脆。2第二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二三、石油瀝青的結(jié)構(gòu)石油瀝青的結(jié)構(gòu)是以地瀝青質(zhì)為核心，周圍吸附部分樹脂和油分，構(gòu)成膠團，無數(shù)膠團分散在油分中而形成膠體結(jié)構(gòu)。當?shù)貫r青質(zhì)含量相對較少時，油分和樹脂含量相對較高，膠團外膜較厚，膠團之間相對運動較自由。這時瀝青形成的膠體結(jié)構(gòu)叫溶膠結(jié)構(gòu)。具有溶膠結(jié)構(gòu)的石油瀝青粘性小，流動性大，溫度穩(wěn)定性較差3第三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二當?shù)貫r青質(zhì)含量較多而油分和樹脂較少時，膠團外膜較薄，膠團靠近聚集，移動比較困難，這時瀝青形成的膠體結(jié)構(gòu)叫凝膠結(jié)構(gòu)。具有凝膠結(jié)構(gòu)的石油瀝青彈性和粘結(jié)性較高，溫度穩(wěn)定性較好，但塑性較差。當?shù)貫r青質(zhì)含量適當，并有較多的樹脂作為保護膜層時，膠團之間保持一定的吸引力，這時瀝青形成的膠體結(jié)構(gòu)叫溶膠－凝膠結(jié)構(gòu)。溶膠－凝膠型石油瀝青的性質(zhì)介于溶膠型和凝膠型兩者之間。4第四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二§7.1.2石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)一、粘滯性1.定義：石油瀝青的粘滯性是反映瀝青材料內(nèi)部阻礙其相對流動的一種特性。它反映了瀝青軟硬、稀稠的程度。是劃分瀝青牌號的主要技術(shù)指標。2.表示液體石油瀝青的粘滯性用標準粘度指標表示，它表征液體瀝青在流動時的內(nèi)部阻力；半固體或固體的石油瀝青則用針入度指標表示，它反映石油瀝青抵抗剪切變形的能力。5第五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二二、塑性

1.定義：塑性是指石油瀝青在外力作用時產(chǎn)生變形而不破壞，除去外力后仍保持變形后的形狀不變的性質(zhì)。2.表示石油瀝青的塑性用延度表示。延度值越大，表示瀝青塑性越好。瀝青中油分和地瀝青質(zhì)含量適當，樹脂含量越多，延度越大，塑性越好。溫度升高，瀝青的塑性隨之增大。6第六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二三、溫度敏感性1.定義：溫度敏感性（溫度穩(wěn)定性）是指石油瀝青的粘滯性和塑性隨溫度升降而變化的性能。2.指標：軟化點：瀝青材料從固態(tài)轉(zhuǎn)變至粘流態(tài)有一定的間隔，因此，規(guī)定其中某一狀態(tài)作為從固態(tài)轉(zhuǎn)到粘流態(tài)（或某一規(guī)定狀態(tài)）的起點，相應(yīng)的溫度稱為瀝青軟化點。針入度指數(shù)：7第七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二四、大氣穩(wěn)定性1.定義：大氣穩(wěn)定性是指石油瀝青在熱、陽光、氧氣和潮濕等因素長期綜合作用下抵抗老化的性能。2.原因：在大氣因素（熱、陽光、氧氣和水分）的綜合作用下，瀝青中的低分子量組分會向高分子量組分逐步轉(zhuǎn)化，發(fā)生遞變，即油分→樹脂→地瀝青質(zhì)。由于樹脂向地瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化的速度遠比油分變?yōu)闃渲乃俣瓤斓枚?，因此，石油瀝青會隨著使用時間的延長，樹脂顯著減少，地瀝青質(zhì)顯著增加，瀝青的塑性降低，脆性增加，亦即“老化”8第八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二五、溶解度、閃點和燃點1.定義：溶解度是指石油瀝青在三氯乙烯、四氯化碳和苯中溶解的百分率。用以限制有害的不溶物（如瀝青碳或似碳物）含量。不溶物會降低瀝青的粘結(jié)性。閃點也稱閃火點，是指加熱瀝青產(chǎn)生的氣體和空氣的混合物，在規(guī)定的條件下與火焰接觸，初次產(chǎn)生藍色閃光時的瀝青溫度。若按規(guī)定繼續(xù)加熱至瀝青試樣表面發(fā)生燃燒火焰，并持續(xù)5s以上，此時的溫度即為燃燒點（即燃點）。9第九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二§7.1.3石油瀝青的技術(shù)標準與選用一、建筑石油瀝青的標準與選用1.建筑石油瀝青：劃分：按瀝青針入度值劃分為40號、30號和10號三個標號特點：建筑石油瀝青針入度較小、軟化點較高，但延度較小。用途：它們主要用于屋面及地下防水、溝槽防水與防腐、管道防腐蝕等工程，還可用于制作油氈、油紙、防水涂料和瀝青瑪蹄脂等建筑材料。10第十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二二、道路石油瀝青§7.1.4瀝青的摻配及改性一、瀝青的摻配定義：施工中，若采用一種瀝青不能滿足配制瀝青所要求的軟化點時，可用兩種或三種瀝青進行摻配。摻配要注意遵循同源原則，即同屬石油瀝青或同屬煤瀝青（或煤焦油）的才可摻配。11第十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二二、氧化改性氧化也稱吹制，是在250～300℃高溫下向殘留瀝青或渣油中吹入空氣，通過氧化作用和聚合作用，使瀝青分子變大，提高瀝青的粘度和軟化點，從而改善瀝青的性能。工程使用的道路石油瀝青、建筑石油瀝青均為氧化瀝青。12第十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二三、礦物填充料改性為提高瀝青的粘結(jié)能力和耐熱性，降低瀝青的溫度敏感性，經(jīng)常在石油瀝青中加入一定數(shù)量的礦物填充料進行改性。常用的改性礦物填充料大多是粉狀和纖維狀的，主要有滑石粉、石灰石粉和石棉等。13第十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二四、聚合物改性（一）SBS改性瀝青SBS是丁苯橡膠的一種。丁苯橡膠由丁二烯和苯乙烯共聚制成，品種很多。如果將丁二烯與苯乙烯嵌段共聚，形成具有苯乙烯（S）－丁二烯（B）－苯乙烯（S）的結(jié)構(gòu)，則得到一種熱塑性的彈性體（簡稱SBS）。SBS具有橡膠和塑料的優(yōu)點，常溫下具有橡膠的彈性，高溫下又能像塑料那樣熔融流動，成為可塑性材料。14第十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二SBS對瀝青的改性十分明顯，它在瀝青內(nèi)部形成一個高分子量的凝膠網(wǎng)絡(luò)，大大提高了瀝青的性能。與瀝青相比，SBS改性瀝青具有彈性好、延伸率大，延度可達2000％；低溫柔性大大改善，冷脆點降至-40℃；熱穩(wěn)定性高，耐熱度可達90～100℃；耐候性好等優(yōu)點。

SBS改性瀝青是目前最成功和用量最大的一種改性瀝青，在國內(nèi)外己得到普遍使用。15第十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二（二）APP改性瀝青APP改性石油瀝青與石油瀝青相比，其軟化點高，延度大，冷脆點降低，粘度增大，具有優(yōu)異的耐熱性和抗老化性，尤其適用于氣溫較高的地區(qū)，主要用于制造防水卷材。16第十六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二§7.2瀝青混合料定義：瀝青混合料是指礦物集料與瀝青拌合而成的混合料的總稱，包括瀝青混凝土混合料和瀝青碎石混合料。瀝青混合料作為路面材料具有良好的力學性質(zhì)，有一定的高溫穩(wěn)定性和低溫柔韌性，鋪筑的路面平整元接縫，減振吸聲，行車舒適；且具有一定的粗糙度，無強烈反光，利于行車安全。瀝青路面的施工方便，不需養(yǎng)護，能及時開放交通；便于分期修建和再生利用。17第十七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二§7.2.1瀝青混合料的分類按礦料級配類型瀝青混合料分為連續(xù)級配瀝青混合料和間斷級配瀝青混合料。按礦料粒徑瀝青混合料分為砂粒式瀝青混合料（最大粒徑（4.75mm）、細粒式瀝青混合料（最大粒徑為9.5或13.2mm）、中粒式瀝青混合料（最大粒徑為16mm或19mm）、粗粒式瀝青混合料（最大粒徑為26.5mm或31.5.mm）和特粗式瀝青碎石混合料（最大粒徑）37.5mm）。按密實程度瀝青混合料分為密實式（空隙率<5％）、半密實式（空隙率為5％～10％）和半開式（空隙率>10％）。按結(jié)合料溫度瀝青混合料分為熱拌熱鋪瀝青混合料和常溫瀝青混合料。18第十八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二§7.2.2瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)定義：瀝青混合料一般指熱拌瀝青混合料，是經(jīng)人工組配的礦質(zhì)混合料與粘稠瀝青在專門設(shè)備中加熱拌合而成，用保溫運輸工具運送至施工現(xiàn)場，并在熱態(tài)下進行攤鋪和壓實的混合料，通稱“熱拌熱鋪瀝青混合料”，簡稱“熱拌瀝青混合料”。其他類型的瀝青混合料必須冠以說明，如：常溫瀝青混合料等。19第十九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二一、瀝青混合料的結(jié)構(gòu)（一）懸浮密實結(jié)構(gòu)礦質(zhì)材料由大到小形成連續(xù)型密實混合料，因較大顆粒都被小一檔顆粒擠開，因此，大顆粒以懸浮狀態(tài)處于較小顆粒之中。此種結(jié)構(gòu)雖然密實度大，但各級集料均為次級集料所隔開，不能直接接觸形成骨架，而懸浮于次級集料和瀝青膠漿之間，粘聚力較高，但是內(nèi)摩擦角較低，因此，其高溫穩(wěn)定性差。20第二十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二（二）骨架空隙結(jié)構(gòu)當采用連續(xù)型開級配礦質(zhì)混合料（如圖7－7b）時，較大粒徑集料彼此緊密相接，而較小粒徑集料的數(shù)量較少，不足以充分填充空隙，而形成骨架空隙結(jié)構(gòu)，瀝青碎石混合料多屬這一類型，其組成結(jié)構(gòu)如圖7－8b，這種結(jié)構(gòu)的瀝青混合料具有較高的內(nèi)摩擦角，但是粘聚力較低。21第二十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二（三）骨架密實結(jié)構(gòu)當采用間斷型密級配礦質(zhì)混合料（如圖7－7c）時，礦質(zhì)混合料既有一定量的粗集料形成骨架，又根據(jù)粗集料空隙的數(shù)量加入適量細集料，使之填滿骨架空隙，形成較高密實度的結(jié)構(gòu)，間斷級配即按此原理構(gòu)成，其組成的結(jié)構(gòu)如圖7－8c。這種結(jié)構(gòu)的瀝青混合料不僅具有較高的粘聚力，而且具有較高的內(nèi)摩擦角。22第二十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二二、瀝青混合料的強度理論強度決定于兩個參數(shù)：粘結(jié)力C和內(nèi)摩擦角φ

三、影響瀝青混合料抗剪強度的因素 (一)瀝青粘度的影響粘度越大，抗剪強度越高。(二)骨料的粒徑、顆粒形狀和表面特性的影響集料顆粒的粒徑越大，瀝青混合料的內(nèi)摩擦角越大，粗粒式瀝青混凝土的內(nèi)摩擦角比細粒式和砂粒式瀝青混凝土大得多。棱角尖銳的顆粒組成的混合料，由于顆粒問相互嵌緊，要比渾圓顆粒的內(nèi)摩擦角大得多。23第二十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二(三)礦粉的比表面積和瀝青用量的影響(四)礦料表面的性質(zhì)的影響(五)影響瀝青混合料抗剪強度的外因1.溫度2.變形速率的影響§7.2.3瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)一、高溫穩(wěn)定性二、低溫抗裂性三、耐久性四、抗滑性五、施工和易性24第二十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二§7.2.4瀝青混合料組成材料的技術(shù)要求一、對瀝青的要求炎熱的氣候區(qū)、繁重的交通及細粒式或砂粒式的混合料，應(yīng)采用稠度較高的瀝青；反之，則采用稠度較低的瀝青。在條件相同的情況下，較粘稠的瀝青配制的混合料具有較高的力學強度和穩(wěn)定度較低的瀝青。在條件相同的情況下，較粘稠的瀝青配制的混合料具有較高的力學強度和穩(wěn)定性，但如稠度過高，則瀝青混合料的低溫變形能力較差，瀝青路面容易產(chǎn)生裂縫。反之，采用稠度較低的瀝青，雖然配制的混合料在低溫時具有較好的變形能力，但在夏季高溫時，往