沥青材料土木工程材料
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第5章沥青材料本章导学学习目的:沥青是一种典型的有机胶结材料,也是现代高速公路及城市道路的主要路面胶结材料和常用的防水材料;通过本章的学习,重点掌握沥青的主要性能特点,深刻认识沥青性能于环境的关系,为沥青混合料的学习打下基础。
教学要求:结合现代路面工程和屋面防水工程,讲解沥青材料的主要技术性能,重点使学生掌握,沥青性能与组成及环境的关系,并了解沥青防水材料的基本性能。
学习重点:1.通过学习沥青的分类和石油沥青的生产,了解不同生产工艺和基属的沥青的性能特点。
2.重点掌握石油沥青的组成和结构,包括组分组成和胶体结构组成,及其对路用性能的影响。
3.学习掌握石油沥青的重要技术性质的含义、测试方法及所表征的路用性能。
有条件的学员应亲自动手进行三大指标试验,并通过阅读参考文献了解美国SHRP沥青指标体系中对沥青性能的要求。
4.通过阅读参考文献,了解有关沥青老化和改性的知识。
5.结构工程专业的学员还应掌握常用的沥青基防水卷材的基本性能。
提示:沥青材料是目前我国高速公路面层的主要胶结材料,同时也是重要的屋面防水材料,由于沥青属于有机胶凝材料,因此具有与无机胶凝材料明显不同的性能特点和使用注意事项,学习中应注意对比掌握。
5.1沥青的分类与生产5.1.1沥青的分类沥青材料是由一些极其复杂的高分子碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属(氧、硫、氮)的衍生物所组成的黑色或黑褐色的固体、半固体或液体的混合物。
沥青属于有机胶凝材料,与矿质混合料有非常好的粘结能力,是道路工程重要的筑路材料;沥青属于憎水性材料,结构致密,几乎完全不溶于水和不吸水,因此广泛用于土木工程的防水、防潮和防渗;同时沥青还具有较好的抗腐蚀能力,能抵抗一般酸性、碱性及盐类等具有腐蚀性的液体和气体的腐蚀,因此可用于有防腐要求而对外观质量要求较低的表面防腐工程。
对于沥青材料的命名和分类,目前世界各国尚未取得统一的认识。
现就我国通用的命名和分类简述如下:沥青按其在自然界中获得的方式,可分为地沥青和焦油沥青两大类。
沥青是有机胶凝材料,由很多高分子化合物组成,常温下呈固态、半固态、或黏稠状态。
按产地分为地沥青(天然沥青、石油沥青),焦油沥青(煤沥青、页岩沥青),建筑常用石油沥青,有时也用煤沥青。
一、石油沥青(一)石油沥青组成组丛:按其中的化学成分和物理力学成分相近者划分为若干组,这些组称为组丛。
石油沥青组丛如下:油分:淡黄色液体,占总量40%~60%,赋予沥青以流动性。
树脂:黄色到黑褐色的半固体,总量15%~30%赋予沥青以黏性与塑性。
地沥青质:黑色固体,总量10%~30%是决定石油沥青热稳定性与黏性。
此外还有固体石蜡,降低沥青的黏性与塑性,增加其对温度的敏感性。
由于各组丛间相对比例不同,胶体结构可分为溶胶型、凝胶型、溶凝胶型。
建筑工程中使用的氧化沥青多属凝胶型胶体结构。
(二)石油沥青的主要技术性质1.黏性黏性用针入度表示,针入度:在规定温度(25℃)下,以规定质量(100g)的标准针在规定时间(5s)内贯入试样中的深度(0.1mm)2.塑性用延度表示沥青的塑性。
将“8”字型的标准试件放入延度仪25℃的水中,以5cm/min的速度拉伸致拉断,拉断的长度为延度。
延度越大,塑性越好。
3.温度稳定性软化点来表示。
用环球法测,沥青式样置于规定的铜环内,上置一个规定质量的钢球,水或甘油中逐渐升温,试件受热软化下垂,测得与底板接触时的温度,为软化点。
越高表示耐热性或温度稳定性越好。
4.大气稳定性大气因素下,沥青抵抗老化的性能称为大气稳定性,一般用蒸发实验测定。
指标为蒸发损失率或蒸发后的针入度比(蒸发后与蒸发前的针入度比)。
前者小而后者大则表示沥青的大气稳定性好,即老化慢。
黏稠石油沥青分为道路石油沥青、建筑石油沥青、普通石油沥青。
牌号依据针入度划分,同一品种,牌号越小,针入度越小,延度越小,软化点越高,满足条件下应选择牌号大的。
二、煤沥青煤焦厂或煤气厂的副产品。
烟煤干馏时得到煤焦油,煤焦油分馏加工提取各种油类后所剩下的残渣为煤沥青,蒸馏程度的不同分为低温、中温、高温煤沥青。