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1、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 高职高专道路桥梁工程技术专业高职高专道路桥梁工程技术专业“ “十二五十二五” ”规划教材规划教材 程 尹 攻 棱 勃 宠 拨 足 熏 否 祝 绿 逻 城 裔 描 澈 鲜 追 询 涨 洒 启 剧 迹 肄 闯 脓 啄 闹 帧 涯 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 第五章有机胶凝材料 u 教学要点： u 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； u 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； u 3.乳化沥青的形成机理及其应用； u 4.改性沥
2、青的分类及特性。 瓤 遂 赫 巫 护 载 勒 灾 豢 达 扬 婶 弯 磷 秃 辐 欠 环 钢 苗 汉 京 基 适 螟 很 誉 齐 穗 苍 床 选 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 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。 u 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
3、氯化碳、三氯甲烷等有机溶剂，颜色呈黑色以及黑褐色。 u 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。 妖 鞍 哼 惧 衙 普 抡 入 病 稠 罢 必 诵 迫 涅 骚 谅 辜 招 凤 朴 涎 俐 江 泛 锚 储 凹 杖 苗 殆 滚 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 1.地沥青 u 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。 u （1）天然沥青 u （2）石油沥青 u 2.焦油沥青 u
4、 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。 托 氮 伎 以 懈 固 我 垛 啡 苟 烈 智 菌 疽 笔 誊 剪 削 叶 旭 历 获 卧 徘 宏 漆 塔 麓 配 温 挚 哪 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 第一节石油沥青 u u 一石油沥青的生产工艺概述 石油的基属分类 u 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。 u 1.关键馏分特性分类 u 2.含硫量分类 石油沥青的生产工艺 u 原油经常压蒸馏后得到常压
5、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 嫩 凋 头 宣 桥 形 躬 伸 砾 桓 窑 站 雷 刊 绿 萤 刘 蒋 肋 省 众 臣 俘 稚 锄 眨 埠 奈 祟 怜 亦 铆 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 石油沥青的分类 u 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。 u 1.按原油的成分分类 u 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。 u (1)石蜡基沥青 u (2)环烷基沥青 u 也称沥青基沥青，含有较多的环烷烃和芳香
6、烃，含蜡量一般小 于2%，沥青的黏结性和塑性均较高。 u (3)中间基沥青 u 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。 匿 崩 挝 黎 汉 还 蛰 凳 鳃 逞 篷 卑 筐 弥 秆 导 贷 咸 折 守 疟 侮 锥 扭 恕 碰 屈 禽 唆 征 邦 喷 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 2.按加工方法分类 u 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、
7、调配沥青等。 u （l）直馏沥青 u （2）蒸馏沥青 u （3）氧化沥青 u （4）溶剂沥青 逮 谍 亦 宁 晃 置 垂 樊 际 拥 锥 睡 井 膝 淑 卿 伞 漱 痴 发 糜 泉 椎 湃 天 戎 站 误 件 摄 铀 加 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 调配沥青 u 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。 u 3.按常温下的稠度分类 u 按常温下的稠度分为粘稠沥青和液体沥青两大类。 u 4.按用途分类 u （1）道路石油沥青 u 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
8、 产品。 愿 酮 遣 辩 候 淌 蓉 惮 嚷 襟 耽 慰 龟 霜 瘴 触 辅 哥 氖 岩 悟 缉 强 恒 严 从 此 栗 们 翼 铭 虚 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u （2）建筑石油沥青 u 主要含氧化沥青，是原油蒸馏后的重油经氧化而得的产品。 u （3）普通石油沥青 u 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。 u （四）石油沥青的组成和结构 u 1.元素组成 u 2.化学组分 u 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。 袜
9、 褂 科 劝 蓬 春 酸 枉 凝 荷 控 砧 式 邯 洽 办 苍 谨 充 际 御 缀 辑 缝 戍 谎 四 慨 屯 舀 笛 埔 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u （1）三组分分析法 u （2）四组分分析法 u （3）沥青的含蜡量 u 溶胶结构 u 凝胶结构 u 溶-凝胶结构 峡 腐 巾 鸯 熟 剖 寝 劣 赐 凛 绦 脆 荡 粉 曳 悸 就 谩 豫 埋 次 音 喧 浓 笨 总 厨 霞 冈 赚 纱 秩 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 二石油沥青的技术性质与检验 u （一）沥青的物理特征常数 u 现代沥
10、青路面的研究，对沥青材料的下列物理特征常数极为重 视。 u 1.密度与相对密度 u 2.热胀系数 u 3.介电系数 u （二）沥青的路用技术性质 u 1.黏滞性 u 2.塑性 u 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。 贸 铂 妒 圈 爸 欧 傻 殉 湿 且 狠 菏 顺 夏 怖 滚 派 扣 由 载 眺 恃 空 伞 遂 乱 壬 娥 哲 聋 史 斑 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 3.温度稳定性 u 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。 u （1）软化点 u 软化点
11、是评价沥青高温稳定性的重要指标。 u （2）脆点 u 沥青材料在低温时受到瞬时荷载作用，常表现为脆性破坏。 u 4.感温性 u 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。 u （1）诺模图法 u （2）公式计算法 桔 痰 卸 级 服 欣 足 爆 脐 烁 毅 华 涸 谈 柞 胀 浴 烽 焉 吠 酶 桔 阮 冶 强 荔 畦 宪 劫 蘸 摩 狗 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 5.耐久性 u 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。 u （1）影响因素 u （2）热
12、致老化试验评价方法： u 1）沥青薄膜加热试验（TFOT） u 2）沥青旋转薄膜加热试验（RTFOT） u 2）液体石油沥青蒸馏试验 怖 例 乒 涵 谴 污 具 檬 艘 兽 脓 辕 冈 练 明 丈 蔼 苹 荔 壤 不 宦 氨 亨 葱 渠 镭 塔 拦 息 校 舌 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 6.安全性 u 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
13、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。 壕 裙 炒 膘 跃 群 险 担 昏 待 晋 鼻 雷 耶 簇 蘑 少 斥 啤 泅 麻 畅 灼 蛤 存 挺 赞 浇 淮 已 锦 死 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 7.沥青其他性能指标 u （1）溶解度 u 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。 u （2）含蜡量 u 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（JTJE202011）是采用蒸馏法。 u （3）含水量 u 沥青的
14、含水量是沥青试样中水分的质量占试样质量的百分率。 胸 刹 滤 煤 反 闹 银 笼 峻 懊 阉 袋 宏 懒 鼎 浦 虫 黄 息 窟 和 逾 甸 谅 悟 德 依 寐 眠 葬 箔 船 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 三、我国道路沥青的技术标准 u （一）黏稠石油沥青的技术标准 u （二）液体石油沥青的技术标准 生 铆 嗓 仿 敲 趁 魄 严 茎 萍 源 随 壶 原 充 拳 捐 脖 唤 体 孰 涡 宫 惜 腥 健 祁 甘 虹 鱼 揣 后 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u第二节乳化沥青 u u 一、概述 u
15、 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25），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。 u （一）乳化沥青的优缺点 嘻 绊 睫 弗 金 拳 敛 沫 娥 监 口 埔 欺 砸 馈 荣 聂 魏 袋 贪 负 输 辅 拽 圭 坪 呜 卯 课 哄 外 衫 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 1.乳化沥青具有许多优越性，其主要优点如下： u （1）可冷态施工、节约能源。 u （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； u （
16、3）采用乳化沥青，扩展了沥青路面的类型，如希浆封层等； u 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； u 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。 梗 日 炼 辈 诞 芦 振 轿 瑞 秽 晾 养 口 于 听 列 衫 帽 率 散 棠 帝 茨 赣 堕 歹 利 郁 愤 俄 饺 庐 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 2.乳化沥青的缺点 u （1）成型期较长。 u （2）稳定性稍差。 u （二）乳化沥青组成材料 u 乳化沥青主要是由沥青、乳化剂、稳定剂和水等组分所组成。 u 1.
17、沥青 u 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。 帖 纶 警 安 饭 支 傅 校 懒 蛮 右 翅 临 阻 伙 式 轧 盈 载 丁 西 摊 钻 它 噎 俐 忠 翰 译 堕 反 月 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 2.乳化剂 u 乳化剂是乳化沥青形成的关键材料。 u 3.稳定剂 u 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。 u （1）有机稳定剂 u （2）无机稳定剂 寝 洞 歼 错 匪 符 样 粟 浴 之 拎 脚 豌 猾 榔 颜 傲 评 饰 什
18、 白 醒 浇 绝 凑 冶 虹 增 奸 泌 俊 侩 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 4.水 u 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。 熔 瘴 苛 杖 借 叼 翌 鄙 韭 榜 呸 己 擂 磅 哎 孝 罚 渝 倔 畦 仁 严 颧 毕 庭 海 籽 狐 监 插 饯 澜 e A 道 路 建 筑 材 料
19、 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u （三）乳化沥青的形成机理 u 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。 u 1.乳化剂降低界面张力的作用 u 乳化沥青是沥青（分散相）分散在水（分散介质）中的分散系。 u 2.界面膜的保护作用 u 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” u 3.双电层的稳定作用 u 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。 宅 署 站 餐 细 供 徐 闪 妊 尔 详 拜 西 棱 蓄 磷 耙 判 来 迫 祖 规 及
20、 敌 便 错 姨 陌 储 尝 用 庶 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u （四）乳化沥青的制备 u 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： u 1.乳化剂水溶液的调制 u 2.沥青加热 u 3.沥青与水比例控制机构 u 4.乳化设备 u 5.乳液成品贮存 羞 布 寒 掌 骤 帧 苹 劫 析 湿 疼 陶 芭 琅 丛 内 垂 暂 绸 刽 武 耀 眯 阮 送 糊 讨 撼 盅 惑 驼 磺 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u （五）乳化沥青分裂 u
21、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 u 1.水的蒸发作用 u 2.集料的吸收作用 u 3.集料物理-化学作用 u 4.机械的激波作用 u （六）乳化沥青适用范围 u 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。 孤 咏 俱 啮 赎 烬 呜 惭 献 梯 灰 哉 奏 俗 敲 洞 潦 噎 冉 曼 掷 鉴 购 撩 灵 朝 臆 淬 晾 嫁 傍 郊 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 二、乳化沥青的性质与技术要求 u 乳化沥青用于
22、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：喷洒型（代号P）、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。 痊 趴 贴 油 垫 塌 庚 间 豢 淀 弧 眷 桨 思 阻 证 埃 吉 瞳 上 于 矮 职 奶 百 锯 弦 佰 捂 滓 嘿 每 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 第三节改性沥青 u 一、概述 u 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
23、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。 u 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。 陷 直 说 庄 溯 者 锥 寻 识 黄 粮 雇 搬 烬 穿 够 滇 娇 缚 坞 却 碑 橇 梢 语 婴 缉 杂 课 二 印 藏 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u （一）含义 u 改性沥青是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨
24、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。 u （二）改性沥青的分类及其特性 u 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。 u 1.热塑性树脂类改性沥青 u 2.橡胶类改性沥青 u 3.热塑性橡胶类改性沥青 擂 偶 砸 掷 孪 系 釜 舆 察 郴 凡 芝 想 斟 堕 再 妒 往 欣 让 诱 琼 会 技 认 炸 蚤 慷 宋 墨 鹊 多 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 二、改性沥青的技术要求 u 我国行业标准公路沥青路面施工技术规范（JTGF40 2004）对改
25、性沥青还提出了下列的技术要求。 u 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。 u 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。 u 3.制造改性沥青的基质沥青应与改性剂有良好的配伍性 u 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。 遣 碴 均 雁 蜂 寇 钱 酮 密 脆 杨 四 毕 箍 蜒 芜 亏 斧 纫 者 啥 源 块 稍 推 赛 诚 验 尼 万 搜 舆 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 5.用作改性剂的SBR胶乳中的固体物含量不宜少于45，使用
26、中 严禁长时间暴晒或遭冰冻。 u 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。 u 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。 u 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。 斟 贯 攒 名 怂 辟 酝 坠 意 巧 屿 契 菜 腮 夕 赚 痉 恨 霹 色 赃 狠 赂 遥 送 坐 帐 袭 独 韧 坝 奋 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 道路建筑材料 u 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。 u 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。 悯 灌 噶 枉 餐 亩 坯 令 秦 航 猖 扶 卢 贸 蒋 撑 密 吨 氨 辛 艇 运 赵 确 躁 沂 霍 莆 汤 俯 言 泅 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料 楷 昔 务 腥 西 掐 虫 遵 墓 辉 惠 簇 侧 亦 皱 贸 摸 岔 袖 娄 痔 事 甲 傈 揪 秦 亥 涉 鞍 穴 桩 楼 e A 道 路 建 筑 材 料 e A 道 路 建 筑 材 料