沥青及沥青混合料全套教学课件(20201021113118)

组成结构类型如下图1 所示。
a-悬浮密实结构
b- 骨架空隙结构
c-骨架密实结构
图1 沥青混合料的组成结构
强度理论
沥青混合料在路面结构中有二种破坏形 式：
1.库仑理论：在常温或较高温度下，粘结力 不足引起变形，抗剪强度不足引起的破坏。 2.在低温下，抗拉强度不足导致破坏。
强度理论
方法:三轴剪切试验
图 3 针入度试验示意图
图2 针入度仪
指标与性质间的关系
针入度越小
针入度与粘度之间 的关系是：针入度 越小, 粘度越大, 石油沥青越硬。
粘度越大
越硬
标准粘度
定义
表示液体石油沥青的相对粘度。
试验
标准粘度计 试验条件及方法：50cm³ 的沥青在规定温度（20、 25、30、60℃）流过规定 直径（3、5、10mm）的所 需时间（s）
1 概述 2 沥青混合料的组成结构及强度理论 3 沥青混合料的技术性质 4 沥青混合料的组成材料 5 沥青混合料的技术标准 6 沥青混合料的配合比设计
1 概 述
沥青混合料定义 沥青混合料的分类 沥青混合料的特点
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填料
沥青混合料
摊铺 沥青混凝土 压实
矿质集料
沥青混合料是由矿质混合料和沥青结合料 组成的混合体系。 矿料 (即矿质混合料) + 沥青 → 沥青混合料 → 摊铺，压实 → 沥青混凝土 或 沥青碎石
第七章 沥青及沥青混合料
沥青
桥 面 摊 铺 沥 青
防水卷材施工
沥青防水卷材
§1 石油沥青
1 概述 2 组分 3 胶体结构 4 技术性质 5 标准及选用
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石油沥青
概述
• 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 物或再加工而得的产品。 • 建筑上主要使用石油沥青制成各种 防水材料或铺路材料。

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1、高温稳定性
定义：高温条件下承受重复荷载没有很大变形（ 60℃夏季温度不产生车辙、拥包和波浪）。 评价方法： (1)马歇尔稳定度试验 (2)车辙试验
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(1)马歇尔稳定度——三项指标
101.6×63.5mm圆柱体试件 稳定度（MS）——规定温度和加荷速率时破坏 荷载（kN）； 流值（FL）——破坏时，试件的垂直变形（ 0.1mm）；
溶胶型结构
针入度↑ 延度↑ 软化点↓
粘性↓ 塑性↑ 耐热性↓
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三、石油沥青分类、标准与选用
1、分类 道路、建筑、普通石油沥青
2、标号 —— 按针入度划分，并保证其他性能
标号↑
针入度↑ 延度↑ 软化点↓
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粘性↓ 塑性↑ 耐热性↓
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3、选用依据： 工程性质、施工方法、环境温度
4、应用： 道路石油沥青 — 拌制混凝土、用于路面 和地坪，或防水防潮工程 建筑石油沥青 — 建筑防水、防腐 普通石油沥青 — 性能较差，少用
（2）中粒式
——（Dm为16 mm 或19 mm）
（3）细粒式
——（Dm为9.5mm或13.2mm）
（4）砂粒式沥青混合料——（Dm≤4.75mm）
也称沥青石屑或沥青砂
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按矿料级配和路面压实度分类 连续密级配沥青混合料——空隙率小于10%； 连续半开级配——空隙率大于10%；（沥青碎石) 开级配——空隙率＞15%；（开式） 间断级配
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决定沥青混合料C与ψ值的摩尔圆包络线
圆柱形试件 三轴剪切试验得到
摩尔-库伦包络线——应力圆的公切线 即为抗剪强度曲线

表7.5道路石油沥青的适用范围
沥青等级
适用范围
A级沥青 B级沥青 C级沥青
各个等级的公路，适用于任何场合和层次。
①高速公路、一级公路沥青下面层及以下层次，二级及二级以下公路 的各个层次； ②用作改性沥青、乳化沥青、改性乳化沥青、稀释沥青的基质沥青。
三级及三级以下公路的各个层次。
（3）普通石油沥青 （4）沥青的掺配 应选用表面张力相近和化学性质相似的沥 青。试验证明，同产源的沥青容易保证掺配后 的沥青胶体结构的均匀性。
（5）溶解度、闪点和燃点
溶解度是指石油沥青在三氯乙烯、四氯化 碳和苯中溶解的百分率，以表示石油沥青中有 效物质的含量及纯净程度。
闪点也称闪火点，是指加热沥青产生的气 体和空气的混合物，在规定条件下与火焰接触， 初次产生蓝色闪光时的沥青温度。
燃点也称着火点，是指加热沥青产生的气 体和空气的混合物，在规定条件下与火焰接触， 能持续燃烧5s以上时，此时沥青的温度为燃点。
矿粉应干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流 出，其质量应符合相关要求。
3.沥青混合料的组成结构
（1）悬浮密实结构
当采用连续密级配矿料与沥青组成混合料 时，细集料较多，粗集料较少，粗集料被细集 料挤开，并以悬浮状态存在于细集料之间，不 能形成嵌挤骨架，形成悬浮密实结构。
（2）骨架空隙结构
当采用连续开级配矿料与沥青组成混合料 时，粗集料较多，彼此紧密相接，细集料的数 量较少，不足以充分填充空隙，形成骨架空隙 结构。
试验表明，沥青混合料在外力作用下不发 生剪切滑移时应满足下列条件：
τ ≤ c + σ tan φ
①沥青的影响
沥青本身的粘度高低直接影响着沥青混合 料粘聚力的大小。
适当的沥青用量，使混合料胶结性能好， 便于拌和，集料表面充分裹覆沥青薄膜，形成 良好的粘结。

沥青混 合料
改良土 或改善 土
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粘结层材料
沥青混凝土
水泥混凝土面板
沥青混凝土 沥青混凝土
防水粘结层材料
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二、沥青材料
沥青的分类： ① 地沥青 ➢ 天然沥青：湖沥青、岩石沥青、海底沥青 ➢ 石油沥青：用石油经开采、精炼加工而得到的 ② 焦油沥青 ➢ 煤沥青 ➢ 木沥青
天然沥青：湖沥青
特立尼达湖沥青（Triniada Lake Asphalt）是世界上最为著 名的天然沥青之一，它产于南美洲加勒比海岛国－风景秀丽的特 立尼达和多巴哥境内的沥青湖。该沥青湖又叫彼奇湖，面积44万 平方米，深约82米，湖中沥青储量达1200万吨，是世界上最大的 天然沥青产地。
石油沥青
二、 石油沥青的基本性能
2.沥青的化学组分
石油沥青
二、 石油沥青的基本性能
2.沥青的化学组分
性状 组分 饱和分 芳香分
胶质
外观特征
无色液体 黄色至红色液体 棕色粘稠液体
平均分子量
625 730 970
沥青质 深棕色至黑色固体 3400
主要化学结构
烷烃、环烷烃 芳香烃、含S衍生物 多环结构、含S、O、N衍生物 缩合环结构、含S、O、N衍生
5、钢材和木材 ➢ 桥梁、钢结构、预应力混凝土等 6、新型材料 ➢ 复合材料：两种或两种以上材料复合 ➢ 改性材料：高聚合物材料（常见）
橡胶类 SBR、CR、 EPDM
热塑性橡胶类 SBS
热塑性树脂类 PE、EVA
沥青路面各层位常用材料
上面层（表面层）
4～5cm
道
面层
中面层
5～6cm
路
下面层
物
石油沥青的生产与组成

60～80，80～100，100～ 120
2-3 20～30 -21.5～-9.0
70号，90号
60～80，80～100
2-4 20～30
＞-9.0
70号
60～80
3-2
＜20 -37.0～-21.5
110号
100～120
（2）沥青等级的选择
沥青等 级
适用范围
A级沥青 各个等级的公路，适用于任何场合和层次。
特粗式沥青混合料ATB-40 粗粒式沥青混合料AC25\ATB30
中粒式沥青混合料AC16-20 细粒式沥青混合料AC10-13
砂粒式沥青混合料AC-5
热拌沥青混合料种类
混合料类型
密级配
连续级配
间断级配
沥青混 沥青稳 沥青玛蹄 凝土 定碎石 脂碎石
开级配
半开级配
间断级配
排水式沥 排水式沥青 青磨耗层 碎石基层
增水性石料经磨细得到矿粉，原石料中的泥土杂质应除净。矿粉要 干燥、洁净，其质量应符合本规范附录C表C.12的技术要求。 B、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%。 粉煤灰作为填料使用时，用量不得超过填料总量的50%，粉煤 灰的烧失量应小于12%，与矿粉混合后的塑性指数应小于4%，其余质 量要求与矿粉相同。高速公路、一级公路的沥青面层不宜采用粉煤 灰作填料。拌和站的一级除尘回收的粉尘可以用着填料，但二级粉 尘一般不用。 C、为了改善沥青混合料的水稳性，可以采用干燥的磨细生石灰粉、消 石灰粉或水泥作为填料，其用量不宜超过矿料总量的1%～2%。
留3％～6％空隙，以备夏季沥青材料膨胀。 2.沥青含量：沥青用量不能过少（过少，松散）
四、沥青混合料的技术性质
抗滑性

沥青的分类与用途
石油沥青
天然沥青
从石油中提取，主要用于道路建设和 防水工程。
天然形成的沥青，主要用于道路建设 和防水材料。
煤焦沥青
从煤焦油中提取，主要用于防腐涂料 和铺路材料。
沥青的生产与加工
沥青的生产
通过高温和压力将石油或煤焦油进行 蒸馏和裂化，分离出各种成分，最后 得到沥青。
沥青的加工
为了满足不同用途的需求，需要对沥 青进行各种加工处理，如氧化、乳化 、改性等。
性能
沥青混合料的性能取决于其组成材料的性质、配比以及生产工艺。其性能指标包 括抗压强度、抗弯拉强度、耐磨性、抗疲劳性能等。
沥青混合料的应用领域
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道路建设
沥青混合料主要用于高速 公路、城市道路、桥梁等 道路建设领域。
机场跑道
由于其良好的防滑性能， 沥青混合料也常用于机场 跑道的建设。
其他领域新技术ຫໍສະໝຸດ 新型搅拌设备、自动化控制系统等新技术的 应用，能够提高沥青混合料制备的效率和精 度，降低人为因素的影响。
沥青混合料性能提升与环保要求
性能提升
通过新型添加剂、改性剂等的应用，沥青混合料的性能 如耐久性、抗车辙性、防滑性等得到显著提升，提高了 道路的安全性和舒适性。
环保要求
随着环保意识的提高，沥青混合料制备过程中的环保要 求也越来越严格。新型环保材料、低排放技术和设备的 研发和应用，能够降低沥青混合料制备过程中的环境污 染。
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沥青混合料概述
沥青混合料的定义与组成
定义
沥青混合料是一种由沥青、骨料（沙、石等）、填充料（石灰、水泥等）经过 加热、搅拌而成的复合材料，用于铺设道路表面。
组成
沥青混合料主要由沥青、骨料和填充料组成，有时还会加入一些添加剂以改善 其性能。

（2）矿料配合比设计计算 ）
2、最佳沥青用量确定 、 （1）马歇尔稳定度试验 ）马歇尔稳定度试验 按比例称取矿料配制5种油石比 制作马歇尔试件， 种油石比， 按比例称取矿料配制 种油石比，制作马歇尔试件，进行 马歇尔稳定度试验，试验结果见表5。 马歇尔稳定度试验，试验结果见表 。
（2）最佳油石比的确定 ）最佳油石比的确定 a.绘制密度、稳定度、流值、空隙率、VMA、饱和度与油石比 绘制密度 绘制密度、稳定度、流值、空隙率、 、 的关系曲线。 的关系曲线。 b.确定 确定OAC1 确定 从曲线上找出相应 于 最大密度 、 最大稳定度 、 目标空隙率 个油石比a （4.5%）、沥青饱和度范围中值对应的 个油石比 1、 a2、a3、 ） 沥青饱和度范围中值对应的4个油石比 a4 ， 分别为 分别为5.5%， 4.5%， 4.9%， 5.0％ 。 沥青饱和度涵盖了 ， ， ， ％ 65~75的范围 ， 则 求出四者的平均值作为最佳油石比初始值 的范围， 的范围 OAC1，为5.0%。 。 c.确定 确定OAC2 确定 作图求出能满足沥青混凝土各项指标要求的油石比范围 （ OACmax， OACmin） ， 为 4.6%～ 5.2%， 则 OAC2 为 4.9%， ， ） ～ ， ， d.最佳油石比 最佳油石比OAC 最佳油石比 OAC1 与 OAC2 的平均值为 的平均值为4.95%， 根据经验取最佳油石比为 ， 5.0%，得 到VMA满足设计要求。 满足设计要求。 ， 满足设计要求
例：AC-13F型沥青混合料目标配合比设计 型沥青混合料目标配合比设计 原材料性能如表1、 所示 采用70#石油沥青，目标空隙率 所示， 石油沥青， 原材料性能如表 、2所示，采用 石油沥青 目标空隙率4.5%。 。
解：1、矿料配合比设计 、 型沥青混合料工程设计级配范围见表3 （1）查规范，AC-13型沥青混合料工程设计级配范围见表 。 ）查规范， 型沥青混合料工程设计级配范围见表

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土木性
概念 敏感性是指石油沥青的粘性和塑性随温度升降 而改变的程度。 评价指标 软化点，它是沥青材料由固态转变为粘流 态时的温度。 测定方法 环球法 影响因素
• 地沥青质含量高，软化点高，温度敏感性减小； • 沥青中蜡含量高，增大其温度敏感性； • 加入矿物粉末填料（滑石粉、石灰石粉等）可减小其温度 敏感性。
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土木工程材料
石油沥青的技术性质
• 粘性（粘滞性）
概念： 粘性反映石油沥青材料抵抗外力或自重作用下 变形的能力。
评价指标：相对粘度和针入度。相对粘度越大或针入度 越小，粘性越大。 测定方法：标准粘度计和针入度仪法。 影响因素：
组成： 地沥青质含量较高，油分含量较小但有时量树脂，则 粘性大； 温度： 在一定温度范围内，粘性随温度升高而降低，反之则 随之增大。
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土木工程材料
分类
地沥青 天然沥青：石油在自然条件下，长时间经受 地球物理因素作用形成的产物。 石油沥青：石油经各种炼油制工艺加工 而得的石油产品。
沥 青
焦油沥 青
煤沥青：煤经干馏所得的煤焦油， 经再加工后得到的产品。 页岩沥青：页岩炼油油工业 的副产品。
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土木工程材料
• 观察与讨论： • 建筑石油沥青的选用 • 请比较下列A、B两种建筑石油沥青的针入度、延度及软化点测定 值。若于南方夏季炎热地区屋面选用何种沥青较合适，请讨论。 • 讨论：宜用B石油沥青，一般屋面用沥青应比当地屋面可能达到 的最高温度高出20～25℃，亦即比当地最高温度高出50℃左右。 南方炎热地区气温相当高，A沥青软化点较低，难以满足要求， 夏季易流淌。可选B，但B沥青延伸度较小，在严寒地区不宜使用，