土木工程材料第2版柯国军配套教学课件PPT 09土木工程材料.ppt

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1、第9章沥青及沥青混合料返回总目录沥　　青沥青混合料思考题本章内容一、石油沥青石油沥青是石油原油经蒸馏提炼出各种轻质油(如汽油、煤油和柴油等)及润滑油以后的残留物，或再经加工而得的产品。1.石油沥青的组成与结构1)石油沥青的组分石油沥青是由多种碳氢化合物及其非金属(氧、硫和氮)衍生物组成的混合物。它的组分主要有碳(80%～87%)、氢(10%～15%)，其余是非烃元素，如氧、硫、氮等(<3%)。此外尚有一些微量的金属元素，如镍、钡、铁、锰、钙、镁和钠等。石油沥青化学组成十分复杂，对其进行化学成分分析十分困难，同时化学组成还不能反映沥青物理性质的差异。因此从工程使用角度，将沥青中化学成

2、分和物理性质相近，并且具有某些共同特征的部分，划分为若干组，这些组即称为组分。在沥青中各组分含量多寡，与沥青的技术性质有着直接的关系。我国现行《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTJ052—2000)中规定有三组分和四组分两种分析法。现简述如下。沥　　青(1)三组分分析法，石油沥青的三组分分析法是将石油沥青分离为油分、树脂和沥青质三个组分。因我国富产石蜡基和中间基沥青，在油分中往往含有蜡，故在分析时还应进行油蜡分离。①油分，油分为淡黄色至红褐色的油状体，是沥青中分子量最小和密度最小的组分，密度介于0.7g/cm3～1g/cm3之间。在170℃较长时间加热，油分可以挥发。油分能溶于石

3、油醚、二硫化碳、三氯甲烷、苯、四氯化碳和丙酮等有机溶剂中，但不溶于酒精。油分赋予沥青以流动性。油分在一定条件下可以转化为树脂甚至沥青质。②树脂，树脂为黄色至黑褐色粘稠状物质(半固体)，分子量比油分大(600～1000)，密度为1.0g/cm3～1.1g/cm3。沥青树脂大部分属于中性树脂。中性树脂能溶于三氯甲烷、汽油和苯等有机溶剂，但在酒精和丙酮中难溶解或溶解度很低，它赋予沥青以良好的粘结性、塑性和可流动性。此外沥青树脂还含少量酸性树脂，即地沥青酸和地沥青酸酐。它易溶于酒精、氯仿而难溶于石油醚和苯，是沥青中的表面活性物质，提高对碳酸盐类岩石的粘附性，并有利于石油沥青的可乳化性。③沥青质

4、，沥青质为深褐色至黑色固态无定形物质，分子量比树脂更大(1000以上)，密度大于1g/cm3，不溶于酒精、正戌烷，但溶于三氯甲烷和二硫化碳，染色力强，对光的敏感性强，感光后不能溶解。沥青质决定沥青的粘结力、粘度和温度稳定性。沥　　青此外石油沥青中还含有2%～3%的沥青碳和似碳物，它能降低石油沥青的粘结力。石油沥青中还含蜡，它会降低石油沥青的粘结性和塑性，同时对温度特别敏感(即温度稳定性差)。(2)四组分分析法，我国现行四组分分析法(JTJ052—2000T0618)是将沥青分离为沥青质、饱和分、芳香分和胶质(见表9-1)。表9-1石油沥青四组分分析法的各组分性状沥　　青(3)沥青的含蜡

5、量，蜡对沥青路面使用性能有极大影响。现有研究认为沥青中蜡的存在，在高温时会使沥青容易发软，导致沥青路面高温稳定性降低，出现车辙。同样，在低温时会使沥青变得脆硬，导致路面低温抗裂性降低，出现裂缝；此外，蜡会使沥青与石料的粘附性降低，在有水的条件下，会使路面石子产生剥落现象，造成路面破坏；更严重的是，含蜡沥青会使沥青路面的抗滑性降低，影响路面的行车安全。《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40－2004)规定，A级石油沥青含蜡量(蒸馏法)不大于2.2%，B级石油沥青含蜡量不大于3%，C级石油沥青含蜡量不大于4.5%。2)石油沥青的胶体结构(1)胶体结构形成，胶体理论认为，油分、树脂和地沥

6、青质是石油沥青中和三大主要组分。油分和树脂可以互相溶解，树脂能浸润地沥青质，而在地沥青质的超细颗粒表面形成树脂薄膜。所以石油沥青的结构是以地沥青质为核心，周围吸附部分树脂和油分，构成胶团，无数胶团分散在油分中形成胶体结构。在这个分散体系中，分散相为吸附部分树脂的地沥青质，分散介质为溶有树脂的油分。在沥青胶体内，从地沥青质到油分逐渐递变的，无明显界面。沥　　青(2)胶体结构分类，沥青胶体结构可分为如下三种类型。①溶胶型结构，当油分和树脂较多时，胶团外膜较厚，胶团之间相对运动较自由，这种胶体结构的石油沥青，称为溶胶型石油沥青。溶胶型石油沥青的特点是，流动性和塑性较好，开裂后自行愈合能力较强

7、，而对温度的敏感性强，即对温度的稳定性较差，温度过高会流淌。②凝胶型结构，当油分和树脂含量较少时，胶团外膜较薄，胶团靠近聚集，相互吸引力增大，胶团间相互移动比较困难。这种胶体结构的石油沥青称为凝胶型石油沥青。凝胶型石油沥青的特点是，弹性和粘性较高，温度敏感性较小，开裂后自行愈合能力较差，流动性和塑性较低。在工程性能上，虽具有较好的温度稳定性，但低温变形能力较差。③溶凝胶型结构，当地沥青质不如凝胶型石油沥青中的多，而胶团间靠得又较近，相互间有一定