沥青和沥青混合料讲解课件.ppt
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1、沥青和沥青混合料,主讲:马立国,沥青,的分,类,?,沥青材料是由高分子碳氢化合物及其衍生,物组成的、黑色或深褐色、不溶于水而几,乎全溶于二硫化碳的非晶态有机材料。,?,道路工程、防潮、防水、防腐蚀。,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,主要为可溶于二,硫化碳的碳氢化合物的半固体粘稠状物质。,?,沥青由高分子碳氢化合物及非金属衍生物,组成的混合物,是石油产品中相对分子量,最大、组成及结构最复杂的部分。,1,)三组分分析法,?,选择性溶解和对吸附剂的选择性吸附。,?,油份、树脂、地沥青质。,各组分作用,?,油分
2、赋予沥青以,流动性,,油分含量的多少直接影响沥青,的柔软性、抗裂性及施工难度。油分在一定条件下可以,转化为树脂甚至沥青质。其含量为,45,-60,。,?,树脂主要使沥青具有,塑性和粘性,。它分为中性树脂和,酸性树脂。中性树脂使沥青具有一定塑性、可流动性和,粘结性,其含量增加,沥青的粘聚力和延伸性增加。沥,青树脂中还含有少量的酸性树脂,它是沥青中活性最大,的部分,能改善沥青对矿质材料的浸润性,特别是提高,了与碳酸盐类岩石的粘附性,增加了沥青的可乳化性。,其含量为,15,-30,。,?,沥青质决定着沥青的,粘结力、粘度和温度稳定性,以,及沥青的硬度、软化点,等。沥青质含量增加时,沥青,的粘度和粘结
3、力增加,硬度和温度稳定性提高。其含量,为,5,-30,。,四组分分析法,?,沥青质、饱和分、芳香分和胶质,沥青的性质与各组分的含量比例有密切关系。沥,青质含量高,则沥青的粘度增大,温度敏感性降,低;饱和分含量增大则使沥青粘度降低;胶质含,量增加可使沥青延度增大。,石油沥青的胶体结构,?,根据石油沥青中各组分的化学组成和相对含量的,不同,可以形成溶胶型、凝胶型、溶胶,-,凝胶型,三种不同的胶体结构。,(,a,)溶胶结构,(,b,)溶,-,凝胶结构(,c,)凝胶结构,(1),溶胶型结构,?,沥青中沥青质的分子量较低,并且含量较少,具,有一定数量的胶质,它们形成的胶团能够完全胶,溶且分散在芳香分和饱
4、和分的介质中。此时,胶,团相距较远,它们之间的吸引力很小,甚至没有,吸引力,胶团可在分散介质粘度许可范围内自由,运动,这种胶体结构的沥青,称为溶胶型沥青。,?,溶胶型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,低温时变形能力较强,但温,度稳定性差,温度过高会发生流淌。,(2),凝胶型结构,?,沥青中沥青质含量高,并有相当数量芳香度较高,的胶质形成胶团,这样,胶体中胶团浓度很大,,它们之间的吸引力增强,胶团之间的距离很近,,形成空间网络结构。此时,液态的芳香分与饱和,分在胶团的网络中成为分散相,连续的胶团成为,分散介质。这种胶体结构的沥青,称为凝胶型沥,青。,?,凝胶型沥青的特点是弹
5、性和粘性较高,温度敏感,型较小,流动性和塑性较差,开裂后自行愈合能,力较差。在工程性能上,高温稳定性较好,但低,温变形能力较差。通常,深度氧化的沥青多属于,凝胶型沥青。,(3),溶胶,凝胶型结构,?,沥青中沥青质含量适当,并有较多数量芳香度较,高的胶质,这样,它们形成的胶团数量较多,胶,体中胶团浓度增加,胶团之间的距离相对靠近,,它们之间具有一定的吸引力。这是一种介乎溶胶,与凝胶之间的结构,称为溶胶,凝胶型沥青。,?,溶胶,凝胶型沥青的特点是高温时具有较低的感,温性,低温时又具有较强的变形能力。修筑现代,高等级沥青路面用的沥青,都属于这类胶体结构,的沥青。通常,环烷基稠油的直馏沥青或半氧化,沥
6、青,以及按要求重新调和的调和沥青等,均属,于这类胶体结构。,沥青,的主要性能及其,测试,?,物理特征常数,?,粘滞性,?,温度敏感性,?,延性和脆性,?,粘附性,?,耐久性,?,施工安全性,1.,物理特征常数,?,1,)沥青密度、想相对密度,?,沥青的密度在一定程度上可反映其化学组成,它,反映沥青各组分的比例及其排列的紧密程度。沥,青中含蜡量较高,则相对密度较小;沥青中含硫,量大、沥青质含量高则相对密度较大。沥青密度,是在沥青质量与体积之间相互换算以及沥青混合,料配合比设计中必不可少的重要参数,也是沥青,使用、贮存、运输、销售过程中不可或缺的参数。,2,)热胀系数,?,热胀系数(线胀系数和体胀
7、系数),?,热胀系数与沥青路面的路用性能具有密切,的关系,热胀系数越大,沥青路面在夏季,越易泛油,冬季因收缩而易产生开裂。,?,(3),介电常数,?,沥青的介电常数与沥青使用的耐久性有关。英,国道路研究所研究认为,沥青的介电常数与沥青,路面的抗滑性能有很好的相关性。,?,(4),溶解度,?,溶解度是指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或,苯中溶解的百分率。不溶解的物质会降低石油沥,青的性能,(,如粘性等,),,因而溶解度可以表示石油,沥青中有效物质含量。,2,粘滞性,?,沥青的粘滞性,(,简称粘性,),是指石油沥青内部阻碍,其相对流动的一种特性,它反映石油沥青在外力,作用下抵抗变形的能力。它是划分沥
8、青牌号的主,要技术指标。,?,粘滞性的大小与其组分及温度有关,石油沥青中,沥青质含量较多,同时有适量树脂,而油分含量,较少时,粘滞性较大。粘滞性受温度影响较大,,在一定温度范围内,温度升高,粘度降低,反之,,粘度增大。,粘滞性测定,?,绝对粘度法:毛细管粘度计,?,相对粘度法:针入度、软化点,?,),毛细管粘度计,?,毛细管粘度计的基本结构是毛细管,借,助液体的自重或外部压力,(,密度较大的其他,液体或真空减压等,),使被测液体流过毛细管,,测定毛细管内液体单位时间的流量或流速,,可以得到试样的流动变形特性。,?,沥青的运动粘度和动力粘度都可用毛细管,粘度计进行量测。,(2),针入度,?,我国
9、石油沥青采用的是针入度分级的标准体系,,针入度是划分沥青标号最重要的依据。针人度是,采用针入度仪测定的。,?,针入度试验是在规定温度条件下,以规定质量,的标准针,100 g,,经历规定时间,5 s,贯入试样中的,深度,以,0.1 mm,为单位表示。针人度试验常采用,的温度条件为,5,、,15,、,20,、,25,、,30,、,35 t,等,如未加说明,试验温度指的是,25,。显,然,针入度越大,表示沥青越软,稠度越小。实,质上,针入度是测定沥青稠度的指标,通常稠度,越大的沥青,粘度越大。,(,3,)软化点,?,沥青材料是一种非晶质高分子材料,是一,种混合物,它由液态转变为固态,或由固,态转变为
10、液态时,没有明确的固化点或液,化点,通常采用条件的硬化点和滴落点表,示,沥青材料在硬化点至滴落点之间的温,度范围内,呈一种粘滞流动状态,在工程,中为保证沥青不致因温度升高而产生流动,状态,因此采用滴落点和硬化点之间温度,间隔的,87.21,作为软化点。,环球法测定软化点,?,环球法是把沥青试样注入内径为,18.9 mm,的,铜环内,环上置一直径,9.53 mm,,重,3.5 g,的钢球。浸入水或甘油中,按规定升温速,度,(,每分钟,5,),从,O,开始升温,使沥青,软化下垂。当沥青下到规定距离,25.4mm,时,的温度,即为沥青软化点,(,单位为,),。,?,沥青软化点时的粘度大约为,1 20
11、0-1 300 Pa,s,,,或相当于针入度值,800(,单位为,0.1 mm),。可见,,在理论上,软化点是一个等粘温度,它反映了沥,青的粘度特性,软化点高意味着沥青的等粘温度,高。沥青软化点也是反映沥青温度敏感性的重要,指标,软化点越高,沥青的温度敏感性越小。,?,针入度是在规定温度下测定的沥青的条件粘度,,软化点是沥青达到规定条件粘度时的温度。,(4),沥青标准粘度计试验,?,该试验方法是:液体状态的沥青材料,在,标准粘度计中,与规定温度条件下,通过,规定的孔径,(3 mm,、,5 mm,或,10 mm),的流出,孔,测定流出,50 ml,体积沥青所需要的时间,,以,s,计,常用符号,C
12、,T,d,表示。在相同温度和,流孔直径的条件下,流出时间越长,表示,沥青粘度越大。,(5),布洛克菲尔德法,(Brookfield),?,美国战略公路研究计划,(SHRP),在沥青结合料路用,性能规范中采用布洛克菲尔德粘度计,(,简称布氏粘,度计,),测定道路沥青的表观粘度。布氏粘度计主要,用于测量沥青的高温粘度。将一定数量的沥青样,品置于恒温控制的盛样筒中,选择一个适当型号,的转子,让转子在沥青试验中以一定的角速度转,动,测定相应的转动阻力所反映出来的扭矩。扭,矩计读数乘以仪器参数即可得到沥青表观粘度,,以,Pa,s,表示。由该方法测定的沥青在不同温度条,件下的粘度曲线,可用于确定沥青混合料
13、的施工,温度。,3,温度敏感性,?,沥青胶结料的物理力学特性随温度变化而变化,,在不同的温度条件下表现为完全不同的性状,这,是沥青材料最具特色的而又最重要的性质。,?,沥青的感温性主要表现为稠度的变化,在沥青路,面的设计、施工和使用中对工程质量起着重要作,用。,?,石油沥青的温度敏感性是指疬青的粘滞性和塑性,随温度升降而变化的性能。变化程度小,则沥青,温度敏感性小,反之则温度敏感性大。,?,在相同的温度变化范围内,各种石油沥青,的粘滞性和塑性变化的幅度不相同。工程,要求沥青随温度变化而产生的粘滞性及塑,性变化幅度应较小,即温度敏感性较小,,以免沥青高温下流淌,低温下脆裂。,?,评价沥青温度敏感
14、性的指标很多,常用的,指标是针入度指数、针人度粘度指数,(PVN),、,粘度,-,温度敏感性指数,(VTS),。,4,延性与脆性,?,(1),延性,?,沥青的延性是当其受到外力作用时,所能承受的,塑性变形的总能力,通常用延度作为条件延性指,标来表征。,?,沥青延度是把沥青试样制成,8,字形标准试模,(,中,间最小截面积为,1cm,3,),,在规定的拉伸速度,(5,cm/min),和规定温度下拉断时的伸长长度,以,cm,为单位。经常采用的试验温度为,5,、,10,、,15,、,25,等。石油沥青延度值愈大,表示其塑,性越好。,?,沥青的延度与其流变特性、胶体结构、化,学组分等存在密切的关系。研究
15、表明,当,沥青化学组分不协调,胶体结构不均匀,,含蜡量增加时,都会使沥青的延度相对降,低。一般说来,在常温下,延性越好的沥,青在产生裂缝时,其自愈能力越强。而在,低温时延度越大,则沥青的抗裂性越好。,(2),脆性,?,沥青材料在低温下,受到瞬时荷载时,常表现为脆性破坏。,?,沥青脆性的测定极其复杂,弗拉斯脆点作为反映沥青低温,脆性的指标被不少国家采用。脆点的试验方法是将沥青试,样,0.4 g,在一个标准的金属片上摊成薄层,此金属片置于有,冷却设备的脆点仪内,摇动脆点仪曲柄,能使涂有沥青薄,膜的金属片产生弯曲。随着冷却设备中制冷剂温度以,1,/min,的速度降低,沥青薄膜的温度亦随之降低,当降低
16、,至某一温度时,沥青薄膜在规定弯曲条件下产生脆断时的,温度,即为沥青的脆点。,?,一般认为,沥青脆点越低,抗裂性越好。有研究表明,许,多含蜡量较高的沥青弗拉斯脆点虽低,但冬天开裂情况严,重,因此实测的弗拉斯脆点不能表征含蜡量较高沥青的低,温性能。,脆点仪,5,粘附性,?,粘附性是沥青材料的主要功能之一,沥青在沥青混合料中,以薄膜的形式裹覆在集料颗粒表面,并将松散的矿质集料,粘结为一个整体。粘附性不仅取决于沥青的性质,也取决,于集料的性质。,?,(1),粘附机理,?,沥青与石料之间的粘附强度与其本身的成分有密切的关,系。沥青中有极性组分和芳香分结构,特别是沥青中的表,面活性物质,如沥青酸和酸酐等
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