土木工程材料第五章.ppt

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1、土木工程材料教案第五章,黑龙江工程学院 土木工程系孙凌,主要内容：石油沥青的生产工艺 石油沥青的组成和结构 石灰的技术性质重点内容：石油沥青的组成和结构 石油沥青的三大指标难 点：石油沥青的组分分析 石油沥青的胶体结构 石油沥青的三大指标要 求：掌握石油沥青的组成和结构 掌握石油沥青的技术性质 参考资料：土木工程材料陈志源 道路建筑材料严家伋 道路建筑材料孙 凌 沥青及沥青混合料路用性能 沥青及沥青混合料试验规程,5 沥青材料,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：地沥青、焦油沥青

2、。地壳中的石油，在各种自然因素的作用下，经过轻质油分蒸发、氧化和缩聚作用，最后形成的天然产物，称“天然沥青”，石油经各种炼制工艺的加工而得到的沥青产品，称“石油沥青”。,5.1 石油沥青及煤沥青,一、石油沥青的生产工艺概述 蒸馏法直馏沥青，直馏沥青因为仅分馏出一些轻质油品，具化学组分并未发生化学变化，它与氧化沥青相比，温度稳定性和气候稳定性较差。.氧化法氧化沥青软化点升高，针人度减小，延度降低。溶剂法溶剂沥青可获得兼具高温稳定性和低温抗裂性。,二、石油沥青的组成和结构（一）石油沥青的化学组成（二）石油沥青的化学组分化学组分 化学组分分析就是将沥青分离为几个化学性质相近，而且与路用性质有一定联系

3、的组，这些组就称为“组分”。,组分分析方法沥青组分分析的方法，溶剂法：将沥青分离为油分、树脂和沥青质等三组分。溶剂一吸附法色谱分析法：三组分、四组分法，四组分法：沥青质沥青中不溶于正庚烷的组分饱和分将可溶分（即软沥青质）吸附于氧化铝谱柱上，被正庚烷洗释的组分。芳香分被甲苯洗释的组分。胶质甲苯一乙醇洗释的组分。,组分对沥青性质的影响 沥青质和胶质分的含量高，其针人度值较小（稠度较高），软化点较高；饱和分含量高，其针人度值较大（稠度较低），软化点较低；芳香分含量，对针人度、软化点无影响，但极性芳香分含量高，对其粘附性有利；胶质分对其延度贡献较大。,（三）石油沥青的胶体结构1.胶体结构的形成 沥青的

4、胶体结构是以沥青质为胶核，胶质分被吸附其表面，并逐渐向外扩散形成胶团，胶团再分散于芳香分和饱和分中。胶体结构类型溶胶结构在路用性质上具有较好的自愈性和低温变形能力，但温度感应性较差。溶一凝胶结构在路用性能，在高温时具有较低的感温性，低温时又有较好的形变能力。凝胶结构在路用性能上，具有较低的温度感应性，但低温变形能力较差。,三、石油沥青的技术性质（一）粘结性 粘结性是指沥青材料在外力的作用下，沥青粒子产生相互位移时抵抗变形的性能。针人度（粘稠沥青粘结性的测定方法）沥青的针人度是在规定温度（）和时间（）内，附加一定重量（）的标准针垂直贯入试样的深度，以表示。结论：针入度越大，粘结性，针入度是划分沥

5、青标号的重要依据。粘度（液体沥青粘结性的测定方法）沥青的标准粘度（简称“粘度”）是试样在规定温度下，自道路沥青标准粘度计规定直径的流孔流出所需的时间，以表示。,T,针入度测定仪,（二）塑性 塑性是指沥青材料在外力作用下发生变形而不破坏的能力。目前以沥青的延度指标来反映沥青的塑性。沥青的延度是规定形状的试样在规定温度下，以一定速度受拉伸至断开时的长度，以厘米表示。结论：延度越大，沥青的延性越好。,延度测定仪,（三）温度稳定性软化点软化点。该法是将沥青试样注入规定尺寸的金属环内径（15.90.1mm），高（6.40.1）mm）内，上置规定尺寸和重量的钢球（直径9.53mm，质量（3.50.05）g

6、），放于水（或甘油）中，以（50.5）min的速度加热，至钢球下沉达规定距离（25.4mm）时的温度，以表示。结论：软化点越高，温度稳定性越好。针人度、延度、软化点是评价粘稠石油沥青路用性能最常用的经验指标，所以通称“三大指标”。,软化点测定仪,思考题：1.我国现行规范采用四组分法将沥青材料划分为哪几个组分？各组分与沥青材料的技术性质关系如何？2.石油沥青有哪三种胶体结构类型？其路用性能如何？3.石油沥青三大指标是什么？其值大小说明其路用性能如何？,主要内容：石油沥青的技术性质石油沥青的技术标准重点内容：针入度指数与胶体结构及路用性能的关系石油沥青的技术标准难 点：针入度指数与胶体结构及路用性

7、能的关系要 求：掌握石油沥青的技术性质和技术标准参考资料：土木工程材料陈志源 道路建筑材料严家伋 道路建筑材料孙 凌 沥青及沥青混合料路用性能 沥青及沥青混合料试验规程,2.脆点 沥青的脆点是涂于金属片的试样薄膜在特定条件下，因被冷却和弯曲而出现裂纹的温度，以表示。沥青的脆点更直接地反映了其低温抗裂性。,（四）大气稳定性 为了解沥青在路面施工及使用过程的耐久性，规范规定要进行沥青的加热质量损失和加热后残渣性质的试验。沥青的蒸发损失试验(中、轻交通量用道路粘稠石油沥青)将50g的沥青试样装入盛样皿（筒状，内径55mm，深35mm）内，置于烘箱中，在163下保持受热时间5h，冷却。测定质量损失，并

8、测定残留物的针人度。,沥青薄膜加热试验(重交通量用道路粘稠石油沥青)是3.2mm厚度的试样在规定温度条件下，经规定时间加 热，测定试验前后沥青质量和性质变化的试验。（五）安全性 沥青的闪点是试样在规定的克利夫兰开口杯盛样器内，按规定的升温速度受热时所蒸发的气体，以规定的方法与试焰接触，初次发生一瞬即灭的火焰时的试样温度，以表示。沥青的燃点是试样继续受热时，蒸气接触火焰能持续燃烧时间不少于时的试样温度，以表示，沥青材料在使用时必须加热，加热温度必须低于闪点。,（六）溶解度（七）含水量（八）非常规的其它性能针人度指数针入度指数是根据沥青在25的针人度值（0.1mm）和软化点（）来表达沥青感温性和胶

9、体结构的流变学参数。按针人度指数可将沥青划分为三种胶体结构，即针人度指数者为溶胶结构；针入度指数者为凝胶结构；针人度指数一十者为溶凝胶结构。,劲度模量 劲度模量是表示沥青材料粘性和弹性两种联合效应的指标。大多数沥青在变形时呈现粘弹性。范德波尔在论述粘弹性材料（沥青）的抗变形能力时，以荷载作用时间（）和温度（）作为应力（）与应变（）之比的函数，即在一定荷载作用时间和温度条件下，应力与应变的比值称为劲度模量（简称劲度）,粘附性4 老化 沥青在自然因素（热、氧化、光和水）的作用下，产生不可逆的化学变化，导致路用性能劣化，通常称之为老化。沥青老化后，在物理力学性质方面，表现为针入度减少，延度降低，软化

10、点升高，绝对粘度提高，脆点降低等。在化学组分含量方面，表现为饱和分变化甚少，芳香分明显转变为胶质（速度较慢），而胶质又转变为沥青质（速度较快），由于芳香分转变为胶质不足以补偿胶质转变为沥青质，所以最终是胶质显著地减少，而沥青质显著增加，路用性能劣化，即沥青老化。,四、石油沥青的改性措施 现代高等级沥青路面的交通特点是：交通密度大，车辆轴载重、荷载作用间歇时间短，以及高速和渠化。由于这些特点造成沥青路面产生严重的车辙和裂缝病害。为解决高等级路面的车辙和裂缝，对高等级沥青路面使用的沥青，提出更高的要求，即必须具有抵抗高温变形和低温裂缝这两种互相矛盾的性能，而这是现有沥青生产工艺难以达到的。因此要求

11、对现有市场沥青的性能进行改善。,改性沥青是沥青与一种或数种掺加剂的混合物，通常这些掺加剂是天然的或人工合成的弹性体。结合料沥青改性的目标是改善低温和高温时的性质，即达到改性沥青材料高温时具有较高的劲度以避免形成车辙，低温时则具有较低的劲度以减少开裂。应用于改善沥青性能的改性剂主要有：橡胶、塑料胶、纤维类等。橡胶（合成橡胶）塑料胶纤维类,五、石油沥青的技术标准 道路用粘稠石油沥青分为“重交通量道路石油沥青技术要求”及“中、轻交通量道路石油沥青技术要求”两个等级。重交通量道路沥青按针人度划分为AH一130、AH一110、AH一90、AH一70、AH一50五个标号，同时对各标号沥青的延度、软化点、闪点、含蜡量、薄膜加热试验等技术指标也提出相应的要求。中、轻交通量道路石油沥青按计人度划分为A一200、A一180、A一140、A一100甲、A一100乙、A一60甲、A一60乙六个标号。,思考题：1.试比较重交通量与中、轻交通量道路石油沥青技术要求有何不同，在实际工程中的意义何在？.什么是沥青材料的老化？从组分转化的角度说明老化过程？,