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备考第三部分《沥青与沥青混合料》

第一章沥青材料概述

1、沥青

沥青材料是由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属（氧、硫，氮）的衍生物所组成的混合物。

天然沥青√

石油沥青√

沥青

2、按来源分类

地沥青

焦油沥青

煤沥青√

木沥青

页岩沥青

第二节石油沥青

粘稠沥青

直馏沥青

氧化沥青

溶剂沥青

3、石油沥青按加工方法分类

按形态与改性

液体沥青

调和沥青

乳化沥青

混合沥青

改性沥青等

4、石油沥青的组成

（1）什么是化学组分

化学组分分析就是将沥青分离为几个化学性质相近，而且与路用性质有一定联系的组，这些组就称为“组分”。

（2）沥青组分分析的方法

四组分法：

沥青质、饱和分、芳香分、胶质

（3）组分对沥青性质的影响

沥青质和胶质分的含量高，其针入度值较小（稠度较高），软化点较高；

饱和分含量高，其针入度值较大（稠度较低），软化点较低；

芳香分含量，对针入度、软化点无影响，但极性芳香分含量高，对其粘附性有利；

胶质分对其延度贡献较大。

（4）含蜡量的问题

高温时，石蜡变软，导致沥青路面的高温稳定性降低，出现车辙；

低温会使沥青变脆硬，导致路面低温抗裂性降低，出现裂缝；

蜡会使石料与沥青之间的粘附性降低，使路面石子与沥青产生剥落；

石蜡的存在还会降低沥青路面的抗滑性能。

5.石油沥青的胶体结构

A.溶胶型结构

B.凝胶型结构

C．溶－凝胶型结构

PI<-2为溶胶型；PI>+2为凝胶型；PI=-2～+2为溶－凝胶型。

6、石油沥青的技术性质

（1）物理特征指标

密度

热胀系数

其他物理特征指标——表面张力；介电常数；比热；导热系数

（2）粘滞性：

沥青粘度

针入度——规定温度下沥青的条件粘度

软化点——沥青达到规定条件粘度时的温度，也是沥青热稳定性指标

（3）塑性

塑性是指沥青材料在外力作用下发生变形而不破坏的能力。

目前以沥青的延度指标来反映沥青的塑性。

针人度、延度、软化点是评价粘稠石油沥青路用性能最常用的经验指标，所以通称“三大指标”

（4）沥青流变特性之感温性——针入度指数法；劲度模量法

（5）粘附性——水煮法；水浸法

（6）沥青的老化——蒸发损失、薄膜加热

●沥青在自然因素作用下，产和不可逆的化学变化，导致路用性能劣化，称之为老化。

●沥青老化后，在力学性质方面，表现为针入度减少，延度降低，软化点升高，绝对粘度提高，脆点降低等。

●在化学组分含量方面，表现为饱和分变化较少，芳香分明显转变为胶质（速度较慢），而胶质又转变为沥青质（速度较快），由于芳香分转变为胶质，不足以补偿胶质转变为沥青质，所以最终是胶质明显减少，而沥青质显著增加。

（7）安全性

7、石油沥青的技术要求

《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）

根据针入度分为30、50、70、90、110、130、160七个标号。

8、液体石油沥青的技术要求

●用于透层、粘层、及冷拌沥青混合料

●《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）

●根据凝结速度：

（粘度不同）

•快凝AL（R）-1~2

•中凝AL（M）-1~6

•慢凝AL（S）-1~6

9、石油沥青的保存

按品种、标号分开存放

存放温度：

130~170度（储罐）；常温（长期；桶装）

存放、储运的防水

液体沥青制作、储存、使用时通风、防挥发（加热小于140度；储存50度）

乳化沥青防离析、冻结、破乳

改性沥青随配随用

Ø改性沥青加强搅拌

第二章乳化沥青

一、乳化沥青的产生

二、乳化沥青的概念

将沥青热融，经过机械作用，沥青以细小微粒状态分散于含有乳化剂的水溶液中，形成水包油的沥青乳液，常温下呈液态。

三、乳化沥青的用途

四、乳化沥青的特点

⏹乳化沥青可流动性、水溶性利于路面质量提高

☐粘层与封层

☐贯入式

⏹应用乳化沥青扩大了沥青使用范围

☐雾状封层

☐土壤稳定

⏹节约能源

⏹以良好的工作度和粘附性实现节省材料

⏹延长施工季节

⏹环境污染，改善施工条件

五、乳化剂的分类

分类

阴离子乳化剂

阳离子乳化剂

非离子乳化剂

特点

☐原料易得，应用早

☐沥青微粒带负电荷，与石料的粘附性差

☐分为羧酸盐；硫酸酯盐；磺酸盐三类

☐起步晚，发展快

☐避免了粘附性问题

☐包括烷基胺类等5种

☐乳化剂合成实现“慢裂快凝”，用于稀浆封层

☐只靠水分蒸发破乳粘附集料

☐单独使用少

☐用于延长破乳时间；改善和易性，提高乳化力

六、乳化沥青的技术要求

七、乳化沥青透层、粘层与封层

•应用范围：

用于不同场合

•材料要求：

乳化沥青型号不同；离子型不同－渗透性

•施工要求：

八、乳化沥青稀浆封层slurryseal

1．应用范围：

对于各等级路面均可进行预防性养护（优于不养护重建、长周期加铺）

2．发展过程：

早期利用阴离子乳化沥青以搅拌机拌和；60年代利用阳离子乳化沥青和专用稀浆封层摊铺机；目前采用改性沥青稀浆封层（微表处）

3．作用

✓防水；防滑；耐磨耗；填充

4．分类：

按粒径－粗中细；按凝结时间－慢凝慢开放、快凝慢开放、快凝快开放；

5．材料要求

✓矿料－级配、材质

✓乳化沥青－种类、技术要求

✓水－三个来源；总量为石料的12～20％

✓填料－矿粉；水泥、石灰、粉煤灰等

✓添加剂－促凝剂、缓凝剂

6．配合比设计

7．稀浆封层摊铺

Ø提高高温稳定性

Ø提高低温抗裂性

Ø延长寿命

Ø提高粘附强度

Ø提高内聚力

Ø提高抗剥离能力

Ø提高早期强度

Ø扩大应用范围

Ø改善拌和性能

九、乳化沥青微表处Microsurfacing

与稀浆封层的区别

•超薄抗滑表层

•材料经过筛选

•聚合物改性沥青和添加剂

•施工速度快

•修复深度大

•成为完善的道路养护方法

第三章改性沥青

一、什么是改性沥青

v掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、胶粉、其它填料等外掺剂（改性剂）

v对沥青轻度氧化

v掺加天然沥青（湖沥青、岩石沥青、海底沥青）调和

v使沥青或沥青混合料性能得以改善而制备的沥青结合料

二、改性剂——天然或人工有机、无机材料；可熔融、分散在沥青中；可改善或提高沥青或沥青混合料性能

改性沥青技术体系

三、不同改性剂的改性效果

四、改性沥青的标准

v不同国家改性沥青标准不同

v不同改性沥青技术指标与要求不同

v我国标准

v我国标准的特点

（1）根据改性剂分为三类

（2）以针入度为主要分级依据，以针入度指数为关键性评价指标

（3）不同类改性沥青性能特点不同，分别考虑了不同评价指标

五、改性沥青的应用

v根据当地气候、交通条件选择基质沥青与改性剂

v根据改性目的和要求选择改性剂

v根据目的与经济条件选择初试剂量

v按加工工艺制作改性沥青样品，测定针入度、针入度指数后判定等级

v按各等级改性沥青关键性技术指标进行试验评定，根据结果调整剂量

不同改性剂适应的改性目的与要求

为提高抗变形能力

使用热塑橡胶类；热塑树脂类改性剂

为提高低温抗裂性

使用热塑橡胶类；橡胶类改性剂

为提高抗疲劳开裂能力

使用热塑橡胶类；橡胶类；热塑树脂类改性剂

为提高抗水损坏能力

使用抗剥落剂

第四章沥青混合料概述

一、沥青混合料的分类

（1）根据矿质混合料的级配类型进行划分

连续密级配沥青混凝土混合料；连续半开级配沥青混合料（空隙率较大10％、填料较少、如AM）；开级配沥青混合料（粗集料组成/如OGFC）；间断级配沥青混合料（如SMA）。

（2）按矿料的最大粒径分类（最大粒径与公称最大粒径）

分为特粗式、粗粒式、中粒式、细粒式和砂粒式

（3）根据结合料的类型分类

石油沥青混合料和煤沥青混合料（环境污染严重）

（4）根据沥青混合料拌合与铺筑温度分类

热拌热铺沥青混合料和常温沥青混合料

（5）根据强度形成原理分类

嵌挤原则和密实原则两大类

二、沥青混合料的组成结构

1.悬浮密实结构

连续密级配的沥青混合料力学特点

粗集料少，不能形成骨架粘聚力C大，内摩擦角φ小；

2.骨架空隙结构　　

连续开级配的沥青混合料

细集料少，不能填充集料间空隙C小，φ大

3.骨架密实结构

间断密级配的沥青混合料，

中间集料少，既有足够的粗集料形

成骨架，又有细集料填充其间的空隙C大，φ大

第六章沥青混合料的路用性能

力学性能

车载

沥青混合料的

路用性能

施工

环境

寿命

稳定性

表面特性

行驶

工作性

一、高温稳定性

（1）定义：

沥青混合料在高温情况下，承受外力不断作用，抵抗永久变形（车辙与波浪）的能力。

（2）评定指标：

马歇尔试验（稳定度、流值、马歇尔模数）；车辙试验：

动稳定度

二、低温抗裂性

（1）概念：

沥青混合料随着温度的降低，变形能力下降，路面由于低温而收缩以及行车荷载的作用，在薄弱部位产生裂缝，从而影响道路的正常使用，因此，要求沥青混合料具有一定的低温抗裂性。

（2）指标：

变形能力降低，一般通过不同温度下小梁弯拉破坏试验来反映。

低温缩裂通常是由于材料本身的抗拉强度不足而造成的。

目前，比较科学的方法是采用能量法来评定。

温度疲劳，可以模拟温度循环进行疲劳破坏，或以低频疲劳试验代替。

三、耐久性

（1）概念：

沥青混合料的耐久性是指其在外界各种因素（如阳光、空气、水、车辆荷载等）的长期作用下，仍能基本保持原有的性能。

（2）指标：

采用马歇尔试验来评价沥青混合料的耐久性。

测定沥青混合料试件的空隙率、饱和度、残留稳定度等

四、抗滑性

（1）概念：

路面的抗滑性——路面的粗糙度

（2）指标：

测定路面抗滑性的指标有路面摩擦系数和构造深度。

摩擦系数和构造深度越大，说明路面的抗滑性越好。

五、施工和易性

指标：

没有一个定量的指标，只能凭经验来目估。

第八章沥青路面新技术

一、SMA沥青混凝土

（一）SMA是一种间断级配的沥青混合料,它是由沥青玛蹄脂（即沥青+矿粉+少量细集料+纤维）填充碎石骨架组成的骨架嵌挤型密实结构混合料

（二）特征体现在：

（1）三多一少

（粗集料多－4.75ｍｍ以上的比例高达70%以上，矿粉多－达到8～13%，沥青多－6%以上，细集料少）

（2）掺纤维增强剂

（3）材料要求高

（4）使用性能全面提高

（三）SMA路面的主要优点：

●高度的稳定性与抗车辙能力——高品质碎石及碎石与碎石的嵌锁。

●优良的抗滑性——高品质碎石与SMA的表面构造。

●减小水雾——SMA的表面构造与排水；

●降低交通噪声——SMA的表面构造及高结合料含量。

●增加耐久性——优质集料与高结合料含量。

●改进低温性能——高结合料含量与结合料改性。

●改进老化特性——高结合料含量与低空隙特性。

（四）SMA路面的材料要求

1．集料的性质：

破碎面，立方体颗粒，硬度和耐久性－采用的集料多为花岗岩、玄武岩、辉长岩、辉绿岩、片麻岩和石英岩等。

2．填料：

由石灰石粉或其它合适材料组成，使用时要足够的干燥，不得成团。

3．沥青：

略硬稠的沥青或改性沥青。

4．稳定添加剂：

在贮存，运输和摊铺过程中，沥青和矿粉易产生滴漏和离析，在车辆荷载作用下易产生泛油现象。

制造SMA必须采用稳定剂，一般使用纤维，有木质素纤维、矿物纤维、聚合物化学纤维三大类，玻璃纤维与沥青粘附性不好，很少使用。

（五）SMA的施工

（1）拌制、施工温度：

高10~20℃

（2）储存：

不宜超过24h，温降不超过10℃

（3）运输：

覆盖

（4）施工：

连续（紧跟碾压；全宽梯队作业）

（5）振动碾压：

振频、振幅与厚度协调；终压关闭振动

二、沥青稀浆封层与微表处

1．产生

✧20世纪30年代产生于德国，将细砂、矿料、粘土与水、直馏沥青拌和后摊铺于普通路面。

✧20世纪80年代引入我国——

（1）一定级配骨料（石屑或砂）、乳化沥青（乳化剂、沥青、水）和添加剂（石粉、水泥）拌和成稀浆混合料，摊铺在路面上，经破乳、析水、蒸发、固化，形成一封层，其外观类似沥青砂或细粒式沥青混凝土，厚度一般为3～10mm，对路面能够起到改善和恢复表面功能的作用。

（2）之后的微表处——即慢裂快凝改性乳化沥青稀浆封层（高等级路面）

2.用途

●沥青稀浆封层适合于沥青路面预防性养护；

●水泥混凝土路面弥合表面细小的裂缝；

●砂石路面起到防尘和改善道路状况的作用；

●用于硬路肩

3.优点

●节约能源：

加热温度低，节省90%热能

●改善施工条件：

常温操作，有害物排放少

●延长施工季节：

对于南方雨季和北方冬季

●综合效益好：

流动性、渗透性、粘附性、密实性、防水性、抗滑与耐磨

4.稀浆封层的结构类型

（1）ES-1称之为细封层。

有利于治愈路面裂缝，还可以用作碎石基层的透层和保护层，也适

合于外观要求较高的停车场、机场道面以及住宅区道路的封面。

（2）ES-2称之为一般封层，或中粒式封层。

适用于交通量较大的公路和城市道路，并且可以用作为热拌粗粒式

底层上的面层

（3）ES-3称之为粗封层。

这类封层表面粗糙，适用于高速公路、一级公路和城市快速路、主

干道的表层抗滑处理，铺筑高粗糙度的磨耗层。

（4）ES-4为特粗封层

后两者成为微表处

5.稀浆封层的施工

8．微表处施工特点

●采用坚硬耐磨骨料

●摊铺后遇雨应作处理

●对较宽裂缝预先灌缝处理

●一般1h可通车，以压路机碾压后挤出水分则效果较好

●利于消除路面破损补丁的重新损坏，和路面美化

三、再生沥青混合料路面

1.定义

再生沥青混合料应用技术

是将需要翻修改造的旧沥青路面，经过翻挖、回收、破碎、筛分后，再和再生剂、新集料、新沥青适当配合，重新拌和成满足道路建设需要，符合国家和行业标准的再生沥青混合料，并应用于道路建设，铺筑路面面层或基层的整套生产技术。

2.优势

✧节约资源

✧环境保护

3.沥青混合料老化作用机理

（1）沥青路面使用品质的变迁

沥青路面自竣工交付使用后，经受着交通荷载和各种自然因素的

长期作用，路面使用品质经历着由好变差，直至最后破坏。

（2）回收旧沥青的物理性质

回收旧沥青的常规路用指标测定资料表明，沥青材料经过长期

自然因素作用后，其粘度增大、针入度下降、软化点上升，

延度减小，与沥青初始性质相比，沥青明显老化。

——旧沥青路面失去柔软性，变得脆硬的原因。

（3）回收旧沥青的组分

表现为：

油分减少，胶质和沥青质增加。

（4）沥青再生方法

a）原理：

在旧沥青中，或者加入某种组分的低粘度油料（即再生剂）；

或者加入适当稠度的沥青材料，进行调配，使调配后的再生

沥青具有适合的粘度和所需要的路用性质，以满足筑路的要

求。

所以再生沥青实际上也是一种调合沥青。

✧从流变学的角度来看，旧沥青再生的方法可以归结为：

（1）将旧沥青的粘度调节到所需要的粘度范围以内；

（2）将旧沥青的流变指数予以适当提高，使旧沥青重新获得

良好的流变性质

（5）矿料的再生方法

✧矿料在使用过程中的碎裂使其细化，因此在旧沥青混合料中，矿料的级配曲线大部分在规定级配曲线上方。

✧矿料的再生就是在旧沥青混合料中添加新的矿料而重新调整混合矿料的级配使其满足规定的级配要求。

（6）再生剂的作用在于：

a）调节旧沥青的粘度，使旧沥青过高的粘度降低，达到沥青混合料所需沥青的粘度；使过于脆硬的旧沥青混合料软化，以便在机械和热的作用下充分分散，和新沥青、新集料均匀混和。

b）渗入旧料中与旧沥青充分交融，使在老化过程中凝聚起来的沥青质重新溶解分散，调节沥青的胶体结构，从而达到改善沥青流变性质的目的。