《土木工程材料》教案

第五章主要內容：石油瀝青的生產工藝石油瀝青的組成和結構石灰的技術性質重點內容：石油瀝青的組成和結構石油瀝青的三大指標難點：石油瀝青的組分分析石油瀝青的膠體結構石油瀝青的三大指標要求：掌握石油瀝青的組成和結構掌握石油瀝青的技術性質參考資料：《土木工程材料》陳志源《道路建筑材料》嚴家伋《道路建筑材料》孫凌《瀝青及瀝青混合料路用性能》《瀝青及瀝青混合料試驗規程》5瀝青材料瀝青材料是由一些極其復雜的高分子的碳氫化合物和這些碳氫化合物的非金屬（氧、硫，氮）的衍生物所組成的混合物。瀝青材料按其在自然界中的獲得方式可分為二大類：地瀝青、焦油瀝青。地殼中的石油，在各種自然因素的作用下，經過輕質油分蒸發、氧化和縮聚作用，最后形成的天然產物，稱“天然瀝青”，石油經各種煉制工藝的加工而得到的瀝青產品，稱“石油瀝青”。二、石油瀝青的組成和結構（一）石油瀝青的化學組成（二）石油瀝青的化學組分化學組分化學組分分析就是將瀝青分離為幾個化學性質相近，而且與路用性質有一定聯系的組，這些組就稱為“組分”。２．組分分析方法瀝青組分分析的方法，溶劑法：將瀝青分離為油分、樹脂和瀝青質等三組分。溶劑一吸附法色譜分析法：三組分、四組分法，四組分法：瀝青質——瀝青中不溶于正庚烷的組分飽和分——將可溶分（即軟瀝青質）吸附于氧化鋁譜柱上，被正庚烷洗釋的組分。芳香分——被甲苯洗釋的組分。膠質——甲苯一乙醇洗釋的組分。３．組分對瀝青性質的影響瀝青質和膠質分的含量高，其針人度值較小（稠度較高），軟化點較高；飽和分含量高，其針人度值較大（稠度較低），軟化點較低；芳香分含量，對針人度、軟化點無影響，但極性芳香分含量高，對其粘附性有利；膠質分對其延度貢獻較大。三、石油瀝青的技術性質（一）粘結性粘結性是指瀝青材料在外力的作用下，瀝青粒子產生相互位移時抵抗變形的性能。針人度（粘稠瀝青粘結性的測定方法）瀝青的針人度是在規定溫度（２５℃）和時間（５ｓ）內，附加一定重量（１００ｇ）的標準針垂直貫入試樣的深度，以０．１ｍｍ表示。結論：針入度越大，粘結性，針入度是劃分瀝青標號的重要依據。２．粘度（液體瀝青粘結性的測定方法）瀝青的標準粘度（簡稱“粘度”）是試樣在規定溫度下，自道路瀝青標準粘度計規定直徑的流孔流出５０ｍｌ所需的時間，以ｓ表示。T針入度測定儀（二）塑性塑性是指瀝青材料在外力作用下發生變形而不破壞的能力。目前以瀝青的延度指標來反映瀝青的塑性。瀝青的延度是規定形狀的試樣在規定溫度下，以一定速度受拉伸至斷開時的長度，以厘米表示。結論：延度越大，瀝青的延性越好。

（三）溫度穩定性１．軟化點軟化點。該法是將瀝青試樣注入規定尺寸的金屬環內徑（15.9±0.1mm），高（6.4±0.1）mm）內，上置規定尺寸和重量的鋼球（直徑9.53mm，質量（3.5±0.05）g），放于水（或甘油）中，以（5±0.5）℃／min的速度加熱，至鋼球下沉達規定距離（25.4mm）時的溫度，以℃表示。結論：軟化點越高，溫度穩定性越好。針人度、延度、軟化點是評價粘稠石油瀝青路用性能最常用的經驗指標，所以通稱“三大指標”。軟化點測定儀思考題：1.我國現行規范采用四組分法將瀝青材料劃分為哪幾個組分？各組分與瀝青材料的技術性質關系如何？2.石油瀝青有哪三種膠體結構類型？其路用性能如何？3.石油瀝青三大指標是什么？其值大小說明其路用性能如何？2.脆點瀝青的脆點是涂于金屬片的試樣薄膜在特定條件下，因被冷卻和彎曲而出現裂紋的溫度，以℃表示。瀝青的脆點更直接地反映了其低溫抗裂性。（四）大氣穩定性為了解瀝青在路面施工及使用過程的耐久性，規范規定要進行瀝青的加熱質量損失和加熱后殘渣性質的試驗。１．瀝青的蒸發損失試驗(中、輕交通量用道路粘稠石油瀝青)將50g的瀝青試樣裝入盛樣皿（筒狀，內徑55mm，深35mm）內，置于烘箱中，在163下保持受熱時間5h，冷卻。測定質量損失，并測定殘留物的針人度。２．瀝青薄膜加熱試驗(重交通量用道路粘稠石油瀝青)是3.2mm厚度的試樣在規定溫度條件下，經規定時間加熱，測定試驗前后瀝青質量和性質變化的試驗。（五）安全性瀝青的閃點是試樣在規定的克利夫蘭開口杯盛樣器內，按規定的升溫速度受熱時所蒸發的氣體，以規定的方法與試焰接觸，初次發生一瞬即滅的火焰時的試樣溫度，以℃表示。瀝青的燃點是試樣繼續受熱時，蒸氣接觸火焰能持續燃燒時間不少于５ｓ時的試樣溫度，以℃表示，瀝青材料在使用時必須加熱，加熱溫度必須低于閃點。２．勁度模量

勁度模量是表示瀝青材料粘性和彈性兩種聯合效應的指標。大多數瀝青在變形時呈現粘——彈性。范·德·波爾在論述粘——彈性材料（瀝青）的抗變形能力時，以荷載作用時間（ｔ）和溫度（Ｔ）作為應力（σ）與應變（ε）之比的函數，即在一定荷載作用時間和溫度條件下，應力與應變的比值稱為勁度模量（簡稱勁度）３．粘附性4．老化瀝青在自然因素（熱、氧化、光和水）的作用下，產生＂不可逆＂的化學變化，導致路用性能劣化，通常稱之為＂老化＂。瀝青老化后，在物理力學性質方面，表現為針入度減少，延度降低，軟化點升高，絕對粘度提高，脆點降低等。在化學組分含量方面，表現為飽和分變化甚少，芳香分明顯轉變為膠質（速度較慢），而膠質又轉變為瀝青質（速度較快），由于芳香分轉變為膠質不足以補償膠質轉變為瀝青質，所以最終是膠質顯著地減少，而瀝青質顯著增加，路用性能劣化，即瀝青老化。四、石油瀝青的改性措施現代高等級瀝青路面的交通特點是：交通密度大，車輛軸載重、荷載作用間歇時間短，以及高速和渠化。由于這些特點造成瀝青路面產生嚴重的車轍和裂縫病害。為解決高等級路面的車轍和裂縫，對高等級瀝青路面使用的瀝青，提出更高的要求，即必須具有抵抗高溫變形和低溫裂縫這兩種互相矛盾的性能，而這是現有瀝青生產工藝難以達到的。因此要求對現有市場瀝青的性能進行改善。五、石油瀝青的技術標準道路用粘稠石油瀝青分為“重交通量道路石油瀝青技術要求”及“中、輕交通量道路石油瀝青技術要求”兩個等級。重交通量道路瀝青按針人度劃分為AH一130、AH一110、AH一90、AH一70、AH一50五個標號，同時對各標號瀝青的延度、軟化點、閃點、含蠟量、薄膜加熱試驗等技術指標也提