道路建筑材料

1. 高职高专道路桥梁工程技术专业“十二五”规划教材高职高专道路桥梁工程技术专业“十二五”规划教材 道路建筑材料 主编：翟晓静赵 毅 副主编：贾红霞 主审：李中秋马彦芹

2. 道路建筑材料 第五章有机胶凝材料 • 教学要点： • 1.石油沥青材料、改性沥青、乳化沥青的组成结构、技术性质和技术标准； • 2.石油沥青的化学组分、胶体结构、技术性质及试验检测方法； • 3.乳化沥青的形成机理及其应用； • 4.改性沥青的分类及特性。

3. 道路建筑材料 • 有机胶凝材料是指以天然或人工合成高分子化合物为基本组成的一类胶凝材料。最常用的有沥青、树脂、橡胶等。有机胶凝材料可用于胶结集料、矿粉等材料，从而形成具有一定整体力学性能及稳定性的混合料。 • 沥青是由一些极其复杂的高分子碳氢化合物及其非金属（氧、硫、氮）的衍生物所组成的混合物，是一种有机胶凝材料。在常温下，呈液态、半固态或固态，可溶解于汽油、苯、二硫化碳、四氯化碳、三氯甲烷等有机溶剂，颜色呈黑色以及黑褐色。 • 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。我国通用的命名和分类方法是按沥青在自然界中获得的方式不同，可分为地沥青和焦油沥青两大类。

4. 道路建筑材料 • 1.地沥青 • 地沥青是经地下原油演变而天然存在或由石油经人工提炼而得到的沥青材料。按其产源可分为天然沥青和石油沥青。 • （1）天然沥青 • （2）石油沥青 • 2.焦油沥青 • 焦油沥青是由各种有机物（煤、木材、页岩等）干馏加工得到的焦油经再加工而得到的产品。

5. 道路建筑材料 • 第一节石油沥青 • 一石油沥青的生产工艺概述 • 石油的基属分类 • 石油是炼制石油沥青的基本原材料，石油沥青的性质首先与石油的基属有关。原油按其所含烃类成分和硫含量的不同可划分为几种基本类别称为基属。 • 1.关键馏分特性分类 • 2.含硫量分类 • 石油沥青的生产工艺 • 原油经常压蒸馏后得到常压渣油；再经减压蒸馏后，得到减压渣油。这些渣油再进行加工可制得各种不同的石油沥青

6. 道路建筑材料 • 石油沥青的分类 • 石油沥青可根据不同分析角度进行分类，分类方法通常有以下几种。 • 1.按原油的成分分类 • 不同的原油可得到不同类型的沥青，其路用性能是不一样的。其中最典型的是石蜡基沥青、环烷基沥青和中间基沥青。 • (1)石蜡基沥青 • (2)环烷基沥青 • 也称沥青基沥青，含有较多的环烷烃和芳香烃，含蜡量一般小于2%，沥青的黏结性和塑性均较高。 • (3)中间基沥青 • 也称混合基沥青，所含烃类成分和沥青的性质一般均介于石蜡基和环烷基沥青之间。

7. 道路建筑材料 • 2.按加工方法分类 • 目前，我国生产沥青的主要工艺方法有：蒸馏法、氧化法、半氧化法、溶剂脱沥青法和调配法等。生产工艺方法不同，沥青的性状也有很大的差异。按不同的石油加工方法，沥青可分为直馏沥青、蒸馏沥青、氧化沥青、溶剂沥青、调配沥青等。 • （l）直馏沥青 • （2）蒸馏沥青 • （3）氧化沥青 • （4）溶剂沥青

8. 道路建筑材料 • 调配沥青 • 按照沥青的质量要求，将几种沥青按适当的比例进行调配，调整沥青组分之间的比例关系以获得所要求的产品。 • 3.按常温下的稠度分类 • 按常温下的稠度分为粘稠沥青和液体沥青两大类。 • 4.按用途分类 • （1）道路石油沥青 • 主要含直馏沥青，是石油蒸馏后的残留物或残留物氧化而得的产品。

9. 道路建筑材料 • （2）建筑石油沥青 • 主要含氧化沥青，是原油蒸馏后的重油经氧化而得的产品。 • （3）普通石油沥青 • 主要含蜡基沥青，它一般不能直接使用，需要掺配或调和后才能使用。 • （四）石油沥青的组成和结构 • 1.元素组成 • 2.化学组分 • 石油沥青是由多种化合物所组成的混合物，目前的分析技术将其分离为纯粹的化合物单体尚存在困难，在实际生产应用中，并没有这样做的必要。

10. 道路建筑材料 • （1）三组分分析法 • （2）四组分分析法 • （3）沥青的含蜡量 • 溶胶结构 • 凝胶结构 • 溶-凝胶结构

11. 道路建筑材料 • 二 石油沥青的技术性质与检验 • （一）沥青的物理特征常数 • 现代沥青路面的研究，对沥青材料的下列物理特征常数极为重视。 • 1.密度与相对密度 • 2.热胀系数 • 3.介电系数 • （二）沥青的路用技术性质 • 1.黏滞性 • 2.塑性 • 塑性是指沥青在外力的作用下发生变形而不破坏的能力，沥青的塑性用延度指标表示，它是沥青的低温性能指标。

12. 道路建筑材料 • 3.温度稳定性 • 温度稳定性是指沥青的黏滞性和塑性随温度升降而变化的性能。 • （1）软化点 • 软化点是评价沥青高温稳定性的重要指标。 • （2）脆点 • 沥青材料在低温时受到瞬时荷载作用，常表现为脆性破坏。 • 4.感温性 • 沥青的感温性通常是采用黏度随温度而变化的行为（黏—温关系）来表达。 • （1）诺模图法 • （2） 公式计算法

13. 道路建筑材料 • 5.耐久性 • 耐久性是指沥青材料抵抗各种自然因素（氧、光、热、水和大气氧化剂等）和交通荷载（机械应力）作用的性能。 • （1）影响因素 • （2）热致老化试验评价方法： • 1）沥青薄膜加热试验（TFOT） • 2）沥青旋转薄膜加热试验（RTFOT） • 2）液体石油沥青蒸馏试验

14. 道路建筑材料 • 6.安全性 • 沥青材料在使用时必须加热，当加热至一定温度时，沥青材料中挥发的油分蒸气与周围空气组成混合气体，此混合气体遇火焰则易发生闪火。若继续加热，油分蒸气的饱和度增加，此混合气体遇火焰极易燃烧，而引起熔油车间发生火灾或导致沥青烧坏产生损失。为此，必须测定沥青加热闪火和燃烧的温度，即所谓闪点和燃点。它们是保证沥青加热质量和施工安全的一项重要指标。

15. 道路建筑材料 • 7.沥青其他性能指标 • （1）溶解度 • 沥青的溶解度是沥青试样在规定溶剂中可溶物的含量，以质量百分率表示。 • （2）含蜡量 • 对于沥青中含蜡量的测定，我国现行测定方法（《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ E20—2011））是采用蒸馏法。 • （3）含水量 • 沥青的含水量是沥青试样中水分的质量占试样质量的百分率。

16. 道路建筑材料 • 三、我国道路沥青的技术标准 • （一）黏稠石油沥青的技术标准 • （二）液体石油沥青的技术标准

17. 道路建筑材料 • 第二节乳化沥青 • 一、概述 • 乳化沥青是将粘稠沥青加热至流动状态，再经高速离心、搅拌及剪切等机械作用而形成微粒（粒径为2～5 ），且均匀分散在有乳化剂和稳定剂的水中，形成水包油（O/W）型沥青乳液，又称沥青乳液，简称乳液。 • （一）乳化沥青的优缺点

18. 道路建筑材料 • 1.乳化沥青具有许多优越性，其主要优点如下： • （1）可冷态施工、节约能源。 • （2）常温下具有较好的流动性，能保证洒布的均匀性，可提高路面修筑质量； • （3）采用乳化沥青，扩展了沥青路面的类型，如希浆封层等； • 保护环境、保障健康。乳化沥青施工不须加热，故不污染环境，避免了操作人员受沥青挥发物的毒害； • 乳化沥青施工受低温多雨季节影响较小，能及时进行路面的维护和养护。

19. 道路建筑材料 • 2.乳化沥青的缺点 • （1）成型期较长。 • （2）稳定性稍差。 • （二）乳化沥青组成材料 • 乳化沥青主要是由沥青、乳化剂、稳定剂和水等组分所组成。 • 1.沥青 • 沥青是乳化沥青组成的主要材料，其质量直接关系到乳化沥青的性能。

20. 道路建筑材料 • 2.乳化剂 • 乳化剂是乳化沥青形成的关键材料。 • 3.稳定剂 • 为使乳液具有良好的贮存稳定性以及在施工中喷洒或拌和的机械作用下的稳定性，必要时可加入适量的稳定剂。稳定剂可分为两类。 • （1）有机稳定剂 • （2）无机稳定剂

21. 道路建筑材料 • 4.水 • 水是乳化沥青的主要组成部分，不可忽视水对乳化沥青性能的影响。水常含有各种矿物质或其他影响乳化沥青形成的物质。自然界获得的水，可溶融或悬浮各种物质，影响水的ph值，或者含有钙或镁的离子等，这些因素都可能影响某些乳化沥青的形成或引起乳化沥青的过早分裂。因此，生产乳化沥青的水应不含其他杂质。

22. 道路建筑材料 • （三）乳化沥青的形成机理 • 沥青微滴能够均匀地分散在有乳化剂——稳定剂的水中而形成稳定的分散系，其形成机理如下。 • 1.乳化剂降低界面张力的作用 • 乳化沥青是沥青（分散相）分散在水（分散介质）中的分散系。 • 2.界面膜的保护作用 • 乳化剂在沥青-水的界面上定向排列，在降低界面张力的同时，乳化剂在沥青微滴的周围形成 “界面膜” • 3.双电层的稳定作用 • 通常稳定的沥青乳液中沥青微滴都带有电荷，这电荷来源于电离、吸附和沥青微滴与水之间的摩擦。

23. 道路建筑材料 • （四）乳化沥青的制备 • 沥青乳液的制备可以采用各种设备，但其主要流程基本相同，如图5-15所示,一般由下列5个主要部分组成： • 1.乳化剂水溶液的调制 • 2.沥青加热 • 3.沥青与水比例控制机构 • 4.乳化设备 • 5.乳液成品贮存

24. 道路建筑材料 • （五）乳化沥青分裂 • 乳化沥青在路面施工时，为发挥其黏结的功能，沥青微滴必须从乳液中分裂出来，聚集在集料的表面而形成连续的薄膜 • 1.水的蒸发作用 • 2.集料的吸收作用 • 3.集料物理-化学作用 • 4.机械的激波作用 • （六）乳化沥青适用范围 • 乳化沥青适用于沥青表面处治路面、沥青贯入式路面、冷拌沥青混合料路面，修补裂缝，喷洒透层、黏层与封层等。

25. 道路建筑材料 • 二、乳化沥青的性质与技术要求 • 乳化沥青用于修筑路面，不论是阳离子乳化沥青（代号C）、阴离子乳化沥青（代号A）或非离子乳化沥青（代号N）都有两种施工方法：①喷洒型（代号P）、②拌和型（代号B）。乳化沥青按其分裂速度，可分为快裂、中裂和慢裂3种类型。

26. 道路建筑材料 第三节改性沥青 • 一、概述 • 现代高等级公路的交通特点是：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。由于这些交通特点容易造成沥青路面高温抗车辙能力、低温抗裂能力以及抗水损害能力减弱、抗滑性很快衰降、使用年限不长。因此，为了改善沥青路面的路用性能有必要对沥青材料进行改性。 • 通过对沥青材料的改性，可以提高沥青高温抗变形能力，增强沥青路面的抗车辙能力；可以提高沥青的弹性性能，改善其抗低温和抗疲劳开裂性能；可以改善沥青与矿料的黏附性；可以提高沥青的抗老化能力，延长沥青路面的寿命。

27. 道路建筑材料 • （一）含义 • 改性沥青是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂 （改性剂）或采用对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青的性能得以改善而制成的沥青结合料。 • （二）改性沥青的分类及其特性 • 改性沥青根据改性剂类型及所起作用的不同，可按图进行分类。 • 1.热塑性树脂类改性沥青 • 2.橡胶类改性沥青 • 3.热塑性橡胶类改性沥青

28. 道路建筑材料 • 二、改性沥青的技术要求 • 我国行业标准 《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF 40—2004）对改性沥青还提出了下列的技术要求。 • 1.改性沥青可单独或复合采用高分子聚合物、天然沥青及其他改性材料制作。 • 2.各类聚合物改性沥青的质量应符合表5-12的技术要求，其中PI值可作为选择性指标。 • 3.制造改性沥青的基质沥青应与改性剂有良好的配伍性 • 4.天然沥青可以单独与石油沥青混合使用或与其他改性沥青混融后使用。

29. 道路建筑材料 • 5.用作改性剂的SBR胶乳中的固体物含量不宜少于45％，使用中严禁长时间暴晒或遭冰冻。 • 6.改性沥青的剂量以改性剂占改性沥青总量的百分数计算，胶乳改性沥青的剂量应以扣除水以后的固体物含量计算。 • 7.改性沥青宜在固定式工厂或在现场设厂集中制作，也可在拌和厂现场边制造边使用，改性沥青的加工温度不宜超过180℃。 • 8.用溶剂法生产改性沥青母体时，挥发性溶剂回收后的残留量不得超过5％。

30. 道路建筑材料 • 9.现场制造的改性沥青宜随配随用，需作短时间保存，或运送到附近的工地时，使用前必须搅拌均匀，在不发生离析的状态下使用。 • 10.工厂制作的成品改性沥青到达施工现场后存贮在改性沥青罐中，改性沥青罐中必须加设搅拌设备并进行搅拌，使用前改性沥青必须搅拌均匀。

31. 谢谢大家！