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土木工程材料沥青
第7章沥青胶结料
本章导学
教学内容
石油沥青的组成与结构,技术性质、技术标准;外界因素对沥青材料性能的影响;乳化沥青的形成,沥青的改性措施;沥青主要制品及应用。
教学目标
掌握石油沥青的化学组成与结构,掌握石油沥青的技术性质、技术标准;掌握沥青材料在外界因素作用下产生性能变化的规律;掌握沥青常规指标的测试方法;理解乳化沥青形成原理、对组成材料要求、分裂原理,了解沥青的改性及主要制品在工程中的应用。
重点
沥青材料的技术性质、技术标准,沥青材料在外界因素作用下产生性能变化的规律。
难点
沥青材料在外界因素作用下产生性能变化的规律。
7.1沥青
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。
7.1.1沥青的分类
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。
1.地沥青:
是天然存在的或由石油精制加工得到的沥青材料。
按其产源又可分为:
(1)天然沥青:
是石油在自然条件下,长时间经受地球物理因素作用而形成的产物,我国新疆克拉玛依等地产有天然沥青。
(2)石油沥青:
石油沥青是指石油原油经蒸馏等提炼出各种轻质油及润滑油以后的残留物,或将残留物进一步加工得到的产物。
2.焦油沥青:
是利用各种有机物(煤、泥炭、木材等)干馏加工得到的焦油,经再加工而得到的产品。
焦油沥青按其加工的有机物名称而命名,如由煤干馏所得的煤焦油,经再加工后得到的沥青,即称为煤沥青。
页岩沥青按其技术性质接近石油沥青,而按其生产工艺则接近焦油沥青,目前暂归焦油沥青类。
以上各类沥青,可归纳如下:
7.1.2石油沥青的生产
目前,大量使用的都是石油沥青,石油沥青是石油原油经蒸馏等提炼出各种轻质油(如汽油、柴油等)及润滑油以后的残留物,或再经加工而得的产品。
其生产流程示意图如下:
图7-1石油沥青生产示意图
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;这些渣油都属于低标号的慢凝液体沥青。
为提高沥青的稠度,以慢凝液体沥青为原料,可以采用不同的工艺方法得到粘稠沥青。
渣油经过再减蒸工艺,进一步深拔出各种重质油品,可得到不同稠度的直馏沥青;渣油经不同深度的氧化后,可以得到不同稠度的氧化沥青或半氧化沥青。
除轻度氧化的沥青属于高标号慢凝沥青外,这些沥青都属于粘稠沥青。
有时为施工需要,希望在常温条件下具有较大的施工流动性,在施工完成后短时间内又能凝固而具有高的粘结性,为此在粘稠沥青中掺加煤油或汽油等挥发速度较快的溶剂,这些用快速挥发溶剂作稀释剂的沥青,称为中凝液体沥青或快凝液体沥青。
为得到不同稠度的沥青,也可以采用硬的沥青与软的沥青(粘稠沥青或慢凝液体沥青)以适当比例调配,称为调合沥青。
按照比例不同所得成品可以是粘稠沥青,亦可以是慢凝液体沥青。
快凝液体沥青需要耗费高价的有机稀释剂,同时要求石料必须是干燥的。
为节约溶剂和扩大使用范围,可将沥青分散于有乳化剂的水中而形成沥青乳液,这种乳液亦称为乳化沥青。
为更好地发挥石油沥青和煤沥青的优点,选择适当比例的煤沥青与石油沥青混合而成一种稳定的胶体,这种胶体称为混合沥青。
目前我国在炼厂中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。
制造方法不同,沥青的性状有很大的差异。
(1)蒸馏法:
原油经过常压塔和减压塔装置,根据原油中所含的馏分沸点不同,将汽油、煤油、柴油等馏分分离后,可以得到加工沥青的原料(渣油),也可以直接获得“针入度级的粘稠沥青”。
这种直接由蒸馏得到的沥青,称为“直馏沥青”。
与氧化沥青相比,通常直馏沥青具有较好的低温变形能力,但温度感应性大(即温度升高容易变软)。
(2)氧化法:
以蒸馏法得到的渣油或直馏沥青为原料,在氧化釜(或氧化塔)中,经加热并吹入空气(有时还加入催化剂),空气中的氧使其产生脱氢、氧化和缩聚等化学反应,沥青中低分子量的烃类转变为高分子量的烃类,这样得到稠度较高、温度感应性较低的沥青,称为吹气沥青或称氧化沥青,与直馏沥青相比,通常氧化沥青具有较低的温度感应性,高温时抗变形能力较好,但低温时变形能力较差(即低温时容易脆裂)。
(3)半氧化法:
半氧化法是一种改进的氧化法。
为了避免直馏沥青的温度感应性和氧化沥青的低温变形能力差的缺点,在氧化时,采用较低的温度、较长的时间、吹入较少风量的空气,这样可以用控制温度、时间和风量方法,使沥青中各种不同分子量的烃组,按人为意志所转移。
最终达到适当兼顾高温和低温两方面性能的沥青。
(4)溶剂脱沥青法:
在炼制高级润滑油时,用溶剂脱沥青装置萃取脱沥青油后,剩下的沥青称为溶剂脱沥青。
常用的溶剂有:
丙烷、丙-丁烷和丁烷等。
如以丙烷为溶剂时,得到的沥青,脱沥青的含蜡量大大降低,使沥青的路用性能得到改善。
(5)调配法:
采用两种(或两种以上)不同稠度(或其他技术性质)的沥青,按选定的比例互相调配后,得到符合要求稠度(或其它技术性质)的沥青产品称调配沥青。
调配比例可根据要求指标,用实验法,计算法或组分调节法确定。
7.2石油沥青的组成与结构
7.2.1组分组成
石油沥青是由多种碳氢化合物及其非金属(氧、硫、氮)的衍生物组成的混合物。
所以它的组成主要是碳(80%~87%)、氢(10%~15%),其余是非烃元素,如氧、硫、氮等(<3%)。
此外,还含有一些微量的金属元素,如镍、钡、铁、锰、钙、镁、钠等,但含量都很少,约为几个至几十个PPm(百分之一)。
由于沥青化学组成结构的复杂性,虽然多年来许多化学家致力这方面的研究,可是目前仍不能直接得到沥青元素含量与工程性能之间的关系。
目前对沥青组成和结构的研究主要集中在组分理论、胶体理论和高分子溶液理论。
石油沥青是由多种化合物组成的混合物,由于它的结构复杂性,目前分析技术还很难将其分离为纯粹的化合物单体。
实际上,在生产应用中,并没有这样的必要。
因此,许多研究者就致力于沥青“化学组分”分析的研究。
化学组分分析就是将沥青分离为化学性质相近,而且与其工程性能有一定联系的几个化学成分组,这些组就称为“组分”。
石油沥青的化学组分,许多研究者曾提出不同的分析方法。
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。
(一)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(Oil)、树脂(Resin)和沥青质(Asphaltene)三个组分。
因我国富产石蜡基或中间基沥青,在油分中往往含有蜡(Paraffin),故在分析时还应半油蜡分离。
由于这组分分析方法,是兼用了选择性溶解和选择性吸附的方法,所以又称为溶解—吸附法。
石油沥青三组分分析法的各组分性状表7-1。
表7-1石油沥青三组分分析法的各组分性状
性状
组分
外观特征
平均分子量
碳氢比
含量%
物化特征
油分
淡黄色透明液体
200~700
0.5~0.7
45~60
几乎溶于大部分有机溶剂,焦油光学活性,常发现有荧光,比重约0.7~1.0
树脂
红褐色粘稠半固体
800~3000
0.7~0.8
15~30
温度敏感性高,熔点低于100℃,比重大于1.0~1.1
沥青质
深褐色固体微粒
1000~5000
0.8~1.0
5~30
加热不熔化而碳化,比重1.1~1.5
油分赋予沥青以流动性,油分含量的多少直接影响沥青的柔软性,抗裂性及施工度难。
油分在一定条件下可以转化为树脂甚至沥青质。
树脂又分为中性树脂和酸性树脂,中性树脂使沥青具有一定塑性、可流动性和粘结性.其含量增加,沥青的粘结力和延伸性增加。
除中性树脂外,沥青树脂中还含有少量的酸性树脂,即沥青酸和沥青酸酐,为树脂状黑褐色粘稠状物质,密度大于1.0g/cm3,是油分氧化后的产物,呈固态或半固态,具有酸性,能为碱皂化,易溶子酒精、氯仿,而难溶于石油醚和苯。
酸性树脂是沥青中活性最大的组分,它能改善沥青对矿质材料的浸润性,特别是提高了与碳酸盐类岩石的粘附性,增加了沥青的可乳化性。
沥青质决定着沥青的粘结力、粘度和温度稳定性,以及沥青的硬度、软化点等。
沥青质含量增加时,沥青的粘度和粘结力增加,硬度和温度稳定性提高。
溶解一吸附法的优点是组分界限很明确,组分含量能在一定程度上说明它的工程性能,但是它的主要缺点是分析流程复杂,分析时间很长。
(二)四组分组成
L.W.科尔贝特首先提出将沥青分离为:
饱和分(Saturate)、环烷一芳香分(Naphetene-aromatics)、极性一芳香分(Palar-aromatics)和沥青质(Asphaltenes)等的色.层分析方法。
后来也有将上述4个组分称为:
饱和分、芳香分(Aromatic)、胶质(Resin)和沥青质。
故这一方法亦称SARA法。
我国现行四组分分析法(SHT0509-92和JTJ052T0618-93)是将沥青分离为沥青质(At)、饱和分(S)、芳香分(A)和胶质(R)。
石油沥青按四组分分析法所得各组分的性状如表7-2。
表7-2石油沥青四组分分析法的各组分性状
性状
组分
外观特征
平均相对密度
平均分子量
主要化学结构
饱和分
无色液体
0.89
625
烷烃、环烷烃
芳香分
黄色至红色液体
0.99
730
芳香烃、含S衍生物
胶质
棕色粘稠液体
1.09
970
多环结构、含S、O、N衍生物
沥青质
深棕色至黑色固体
1.15
3400
缩合环结构、含S、O、N衍生物
按照四组分分析法,各组分对沥青性质的影响,根据LW科尔贝特的研究认为:
饱和分含量增加,可使沥青稠度降低(针入度增大);树脂含量增大,可使沥青的延性增加,在有饱和分存在的条件下,沥青质含量增加,可使沥青获得低的感温性;树脂和沥青质的含量增加,可使沥青的粘度提高。
7.2.2胶体结构
(一)胶体结构的形成
现代胶体理论认为:
沥青的胶体结构,是以固态超细微粒的沥青质为分散相。
通常是若干个沥青质聚集在一起,它们吸附了极性半固态的胶质,而形成“胶团”。
由于胶溶剂——胶质的胶溶作用,而使胶团胶溶、分散于液态的芳香分和饱和分组成的分散介质中。
形成稳定的胶体。
在沥青中,分子量很高的沥青质不能直接胶溶于分子量很低的芳香分得饱和分的介质中,特别是饱和分为胶凝剂,它会阻碍沥青质的胶溶。
沥青所以能形成稳定的胶体,是因为强极性的沥青质吸附极性较强的胶质,胶质中极性最强的部分吸附在沥青质表面,然后逐步向外扩散,极性逐渐减小,芳香度也逐渐减弱,距离沥青质愈远,则极性愈小,直至与芳香分接近,甚至到几乎没有极性的饱和分。
这样,在沥青胶体结构中,从沥青质到胶质,乃至芳香分和饱和分,它们的极性是逐步递变的,没有明显的分界线。
所以,只有在各组分的化学组成和相对含量相匹配时,才能形成稳定的胶体。
(二)胶体结构分类
根据沥青中各组分的化学组成和相对含量的不同,可以形成不同的胶体结构。
沥青的胶体结构,可分下列3个类型。
图7—2沥青的胶体结构示意图
a)溶胶型结构;b)溶—凝胶型结构;c)凝胶型结构
(1)溶胶型结构:
当沥青中沥青质分子量较低,并且含量很少(例如在10%以下),同时有一定数量的芳香度较高的胶质,这样使胶团能够完全胶溶而分散在芳香分和饱和分的介质中。
在此情况下,胶团相距较远,它们之间吸引力很小(甚至没有吸引力),胶团可以在分散介质粘度许可范围之内自由运动,这种胶体结构的沥青,称为溶胶型沥青(如图7-2a)。
溶胶型沥青的特点是,流动性和塑性较好,开裂后白行愈合能力较强,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。
通常,大部分直馏沥青都属于溶胶型沥青。
(2)溶-凝胶型结构:
沥青中沥青质含量适当(例如在15%~25%之间),并有较多数量芳香度较高的胶质。
这样形成的胶团数量增多,胶体中胶团的浓度增加,胶团距离相对靠近(如图7-2b),它们之间有一定的吸引力。
这是一种介乎溶胶与凝胶之间的结构,称为溶一凝胶结构。
这种结构的沥青,称为“溶-凝胶型沥青”。
修筑现代高等级沥青路用的沥青,都应属于这类胶体结构类型。
通常,环烷基稠油的直馏沥青或半氧化沥青,以及按要求组分重(新)组(配)的溶剂沥青等,往往能符合这类胶体结构。
这类沥青的工程性能,在高温时具有较低的感温性;低温时又具有较好的形变能力。
(3)凝胶型结构:
沥青中沥青质含量很高(例如>30%),并有相当数量芳香度高的胶质来形成胶团。
这样,沥青中胶团浓度很大程度的增加,它们之间相互吸引力增强,使胶团靠得很近,形成空间网络结构。
此时,液态的芳香分和饱和分在胶团的网络中成为“分散相”,连续的胶团成为“分散介质”(如图7-2c)。
这种胶体结构的沥青,称为凝胶型沥青,这类沥青的特点是,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,虽具有较好的温度感应性,但低温变形能力较差。
(三)胶体结构类型的判定
沥青的胶体结构与其工程性能有密切的关系。
胶体结构类型的确定,可以根据流变学的方法和物理化学的方法等。
为工程使用方便,通常采用根据其对温度的敏感程度——针入度指数来进行判断。
沥青针入度指数的确定方法,参见本章沥青的感温性。
随着对石油沥青研究的深入发展,有些学者已开始摒弃石油沥青胶体结构观点,而认为它是一种高分子溶液。
在石油沥青高分子溶液里,分散相沥青质与分散介质软沥青质(树脂和油分)具有很强的亲和力,而且在每个沥青质分子的表面上紧紧地保持着一层软沥青质的溶剂分子,而形成高分子溶液。
石油沥青高分子溶液对电解质具有较大的稳定性,即加入电解质不能破坏高分子溶液。
高分子溶液具有可逆性,即随沥青质与软沥青质相对含量的变化,高分子溶液可以是较浓的或是较稀的。
较浓的高分子溶液,沥青质含量就多,相当于凝胶型石油沥青;较稀的高分子溶液,沥青质含量少,软沥青质含量多,相当于溶胶型石油沥青;稠度介于二者之间的为溶凝胶型。
这是一个新的研究发展方向,目前这种理论,应用于沥青老化和再生机理的研究,已取得一些初步的成果。
7.3石油沥青的主要技术性质
7.3.1物理特征常数
1、密度
沥青密度是在规定温度条件下,单位体积的质量,单位为kg/m3或g/cm3。
我国现行试验法(JTGE20-2011)规定温度为15℃。
也可用相对密度表示,相对密度是指在规定温度下,沥青质量与同体积水质量之比。
沥青的密度与其化学组成有密切的关系,通过沥青的密度测定,可以概略地了解沥青的化学组成。
通常粘稠沥青的密度波动在0.96~1.04范围。
我国富产石蜡基沥青,其特征为含硫量低、含蜡量高、沥青质含量少,所以密度常在1.00以下。
2、热胀系数
沥青在温度上升1℃时的长度或体积的变化,分别称为线胀系数和体胀系数,统称热胀系数。
沥青路面的开裂,与沥青混合料的温缩系数有关。
沥青混合料的温缩系数,主要取决于沥青热学性质。
特别是含蜡沥青,当温度降低时,蜡由液态转变为固态,比容突然增大,沥青的温缩系数发生突变,因而易导致路面产生开裂。
7.3.2粘滞性(粘性)
石油沥青的粘滞性是反映沥青材料内部阻碍其相对流动的一种特性,以绝对粘度表示,是沥青性质的重要指标之—。
各种石油沥青的粘滞性变化范围很大,粘滞性的大小与组分及温度有关。
沥青质含量较高,同时又有适量树脂,而油分含量较少时,则粘滞性较大。
在一定温度范围内,当温度升高时,则粘滞性随之降低.反之则随之增大。
绝对粘度的测定方法因材而异,并且较为复杂。
工程上常用相对粘度(条件粘度)来表示。
测定沥青相对粘度的主要方法是用标准粘度计和针入度仪。
粘稠石油沥青的相对粘度是用针入度仪测定的针入度来表示,如图7-3所示。
它反映石油沥青抵抗剪切变形的能力。
针入度值越小,表明粘度越大。
粘稠石油沥青的针入度是在规定温度25℃条件下,以规定重量100g的标准针,经历规定时间5s贯入试样中的深度,以0.1mm为单位表示,符号为P(25℃,100g,5s)。
对于液体石油沥青或较稀的石油沥青的相对粘度,可用标准粘度计测定的标准粘度表示,如图7-4所示。
标难粘度是在规定温度(20、25、30或60℃)、规定直径(3、5或10mm)的孔口流出50cm3沥青所需的时间秒数,常用符号“CtdT”表示,d为流孔直径,t为试样温度,T为流出50cm3沥青所需的时间。
图7-4标准粘度计测定液体沥青示意图
图7-3针入度法测定粘稠沥青针入度示意图1-沥青试样;2-活动球塞;3-流孔;4-水
7.3.3温度敏感性
温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能。
因沥青是一种高分子非晶态热塑性物质,故没有一定的熔点,当温度升高时,沥青由固态或半固态逐渐软化,使沥青分子之间发生相对滑动,此时沥青就像液体一样发生了粘性流动,称为粘流态。
与此相反,当温度降低时,沥青又逐渐由粘流态凝固为固态(或称高弹态),甚至变硬变脆(像玻璃一样硬脆称作玻璃态)。
在此过程中,反映了沥青随温度升降其粘滞性和塑性的变化。
在相同的温度变化间隔里,各种沥青粘滞性及塑性变化幅度不会相同,工程要求沥青随温度变化而产生的粘滞性及塑性变化幅度应较小,即温度敏感性应较小。
建筑工程宜选用温度敏感性较小的沥青。
所以温度敏感性是沥青性质的重要指标之一。
通常石油沥青中沥青质含量多,在一定程度上能够减小其温度敏感性。
在工程使用时往往加入滑石粉、石灰石粉或其他矿物填料来减小其温度敏感性。
沥青中含蜡量较多时,则会增大温度敏感性。
多蜡沥青不能用于土木工程,就是因为该沥青温度敏感性大,当温度不太高(60℃左右)时就发生流淌;在温度较低时又易变硬开裂。
1、软化点
沥青软化点是反映沥青的温度敏感性的重要指标。
由于沥青材料从固态至液态有一定的变态间隔,故规定其中某一状态作为从固态转到粘流态(或某一规定状态)的起点,相应的温度称为沥青软化点。
软化点的数值随采用的仪器不同而异,我国现行试验法(JTGE20-2011)是采用环球法软化点。
该法是沥青试样注于内径为18.9mm的铜环中,环上置一重3.5g的钢球,在规定的加热速度(5℃/min)下进行加热,沥青试样逐渐软化,直至在钢球荷重作用下,使沥青下坠25.4mm时的温度称为软化点,符号为TR&B。
根据已有研究认为:
沥青在软化点时的粘度约为1200Pa•s,或相当于针入度值800(0.1mm)。
据此,可以认为软化点是一种人为的“等粘温度”。
2、针入度指数
软化点是沥青性能随温度变化过程中的重要的标志点,在软化点之前,沥青主要表现为粘弹态,而在软化点之后主要表现为粘流态;软化点越低,表明沥青在高温下的体积稳定性和承受荷载的能力越差。
但仅凭软化点这一点的性质,来反应沥青性能随温度变化的规律,并不全面。
目前用来反映沥青感温性的常用指标为针入度指数PI。
针入度指数(简称PI)是P.Ph.普费(Pfeifer)和F.M.范杜尔马尔(VanDoormaal)等提出的一种评价沥青感温性的指标。
建立这一指标的基本思路是:
根据大量试验结果,沥青针入度值的对数(lgP)与温度(T)具有线性关系如图7-5b,以式7-1表示。
(7-1)
式中:
A—为直线斜率
K—为截距(常数)。
A表征沥青针入度(1gP)随温度(T)的变化率,越大表明温度变化时,沥青的针入度变化得越大,也即沥青的感温性大。
因此,可以采用斜率A=d(1gP)/dT来表征沥青的温度敏感性,故称A针入度—温度感应性系数。
为了计算A值,可以根据已知的25℃时的针入度值P(25℃,100g,5s)(0.1mm)和软化点TR&B(℃),并假设软化点时的针入度值为800(0.1mm),由此可建立针入度—温度感应性系数A的基本公式:
(7-2)
式中:
P(25℃,100g,5s)—在25℃,100g,5s,条件下测定的针入度值(1/10mm)
TR&B—环球法测定的软化点(℃)。
按式(7-2)计算得的A值均为小数,为使用方便起见,普费等作了一些处理,改用针入度指数(PI)表示如下式:
(7-3)
由式(7-3)可知沥青的针入度指数范围是-10~20;针入度指数是根据一定温度变化范围内,沥青性能的变化来计算出的,因此利用针入度指数来反映沥青性能随温度的变化规律更为准确;针入度指数(PI)值愈大,表示沥青的感温性愈低。
现行行业标准(JTGE20-2011)中规定,针入度指数是利用15℃、25℃和30℃的针入度回归得到的。
针入度指数不仅可以用来评价沥青的温度敏感性,同时也可以来判断沥青的胶体结构:
当PI<-2时,沥青属于溶胶结构,感温性大;当PI>2时,沥青属于凝胶结构,感温性低;介于期间的属于溶—凝胶结构。
不同针入度指数的沥青,其胶体结构和工程性能完全不同;相应的,不同的工程条件也对沥青有不同的PI要求:
一般路用沥青要求PI>-2;沥青用作灌缝材料,要求PI介于-3~1之间;如用作胶粘剂,要求PI介于-2~2之间;用作涂料时,要求PI介于-2~5。
7.3.4延展性
延展性是指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏(裂缝或断开),除去外力后仍保持变形后的形状不变的性质,它反映的是沥青受力时,所能承受的塑性变形的能力,
石油沥青的延展性与其组分有关,石油沥青中树脂含量较多,且其他组分含量又适当时,则塑性较大。
影响沥青塑性的因素有温度和沥青膜层厚度,温度升高,则延展性增大;膜层愈厚,则塑性愈高。
反之,膜层越薄,则塑性越差;当膜层薄至1微米时,塑性近于消失,即接近于弹性。
在常温下,延展性较好的沥青在产生裂缝时,也可能由于特有的粘塑性而自行愈合。
故延展性还反映了沥青开裂后的自愈能力。
沥青之所以能制造出性能良好的柔性防水材料,很大程度上决定于沥青的延展性。
沥青的延展性对冲击振动荷载有一定吸收能力,并能减少摩擦时的噪声,故沥青是一种优良的道路路面材料。
通常是用延度作为延展性指标来表征。
延度试验方法是将沥青试样制成8字形标准试件(最小断面1cm2),在规定拉伸速度和规定温度下拉断时的长度(以cm计)称为延度,如图7-6所示。
常用的试验温度有25℃和15℃。
图7—6沥青延度试验
7.3.5粘附性
粘附性是指沥青与其它材料(这里主要是指集料)的界面粘结性能和抗剥落性能。
沥青与集料的粘附性直接影响沥青路面的使用质量和耐久性,所以粘附性是评价道路沥青技术性能的一个重要指标。
沥青裹覆集料后的抗水性(即抗剥性)不仅与沥青的性质有密切关系,而且亦与集料性质有关。
1、粘附机理
沥青与集料的粘附作用,是一个复杂的物理-化学过程。
目前,对粘附机理有多种解释。
按润湿理论认为:
在有水的条件下,沥青对石料的粘附性,可用沥青-水-石料三相体系(如图7-8)来讨论。
设沥青与水的接触角为θ,石料-沥青、石料-水和沥青-水的界面剩余自由能(简称界面能)分别为rsb、rsw、rbw。
图7—8沥青-水-石料三相界面
如沥青-水-石体系达到平衡时,必须满足杨格(Young)和杜布尔(Dupre)方程得:
(7-4)
一般情况下,rsb>rsw,因此θ<90°,也即在有水的情况下,沥青对集料表面的浸润角较小,水分将逐渐将水分由集料表面剥落下来,从而使沥青的粘结作用丧失,结构变得松散,出现水损害。
rsb的大小主要取决于集料和沥青的性质,当集料中CaO含量增加,而
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- 土木工程 材料 沥青