1、2019/3/18,1,土木工程材料 Civil Engineering Materials,土木工程学院建筑工程系,2019/3/18,2,1 绪言2 气硬性胶凝材料3 水泥4 混凝土 5 建筑砂浆6 烧结砖7 建筑钢材8 建筑塑料9 沥青与防水材料10 木材11 其它工程材料,目 录,2019/3/18,3,9.1 石油沥青及煤沥青 9.2 沥青及防水材料,9 沥青与防水材料 Bituminous and Water Proofing Material,2019/3/18,4,沥青具有良好的粘性、塑性、耐腐蚀性和憎水性。它是由高分子碳氢化合物及其衍生物组成的黑色或深褐色有机材料。其分类如下
2、所示：,9 沥青与防水材料 Bituminous and Water Proofing Material,2019/3/18,5,1. 组分： （1）三组分分析法油分（液体）多：流动性大；树脂(半固体)多：塑性和粘结性好；地沥青质（固体）多：耐热性好、粘性大。 （2）四组分分析法沥青质饱和分芳香分胶质,一、石油沥青的组分与结构：,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,6,2.胶体结构： 溶胶结构： 地沥青质少 粘性小 油分多 塑性好树脂多 感温性大 凝胶结构： 相反 溶-凝胶结构：二者之间,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,7,二、石油沥青的技术性质 1.粘性（粘滞性） （
3、1）概念：沥青抵抗变形或相对流动的特性。 （2）评定：固体和半固体沥青针入度小，粘性大 25，100g荷重标准针，5s深入试样中的深度（1/10mm） 液体沥青标准粘度（粘滞度）大，粘性大 在规定温度（20、25、30 、60），规定直径d（3、5、10mm) 的孔流出50ml沥青所需的时间（s）,记作Ct,d。 （3）影响因素： 地沥青质多，粘性大； 温度升高，粘性降低。,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,8,9.1 石油沥青及煤沥青,粘滞度测定示意图,针入度测定示意图,2019/3/18,9,针入度仪,2019/3/18,10,2.塑性 （1）概念：沥青在外力作用时产生变形而不
4、破坏，除去外力 后，则仍保持变形后的形状的性质。 （2）评定：延度越大，塑性越好。 8字型沥青标准试件（中间最小截面积1cm2），在规定拉伸速度（5cm/min）和规定温度（25C）下拉断时的伸长长度（cm）。 （3）影响因素 ： 树脂多，塑性大； 温度升高，塑性增大 沥青膜层越厚，塑性越大。,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,11,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,12,延度,延度测定示意图,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,13,3.温度敏感性（感温性） （1）概念：沥青的粘性和塑性随温度升降而变化的程度。 （2）评价：软化点高，感温性低（温度稳定性好）
5、。 环球法将沥青装入规定尺寸的铜环内，上置一标准钢球，浸入5C水或32C甘油中，以5/min加热，使沥青软化下垂达25.4mm时的温度（C）。 （3）影响因素 地沥青质多，感温性低 沥青含蜡量高，感温性大 （4）改善：加入滑石粉、石灰石粉等矿物粉末填料。,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,14,软化点测定示意图,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,15,9.1 石油沥青及煤沥青,软化点仪,2019/3/18,16,4.大气稳定性（抗老化性） （1）概念：沥青在热、光、氧和潮湿等因素长期作用下，抵抗老化的性能。 （2）老化：大气因素作用下，沥青各组分发生递变，即油分树脂地沥
6、青质，沥青粘性增大，塑性降低，变硬变脆。 （3）评定： 蒸发损失率愈小，蒸发后针入度比愈大，则大气稳定性愈好。 （4）影响因素：油分含量高，大气稳定性差,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,17,蒸发试验,烘箱外观,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,18,5.其他性能 溶解度 石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或苯中溶解的百分率，以表示沥青中有效物质含量。 闪点 加热沥青至初次闪火时的温度。 燃点或着火点 加热沥青能持续燃烧5秒以上时的温度。,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,19,三、石油沥青的技术标准,1.牌号：根据针入度、延度和软化点等指标划分以针入度值表示。
7、 建筑石油沥青：10、30、40 中轻交通道路石油沥青：A-60(甲乙)、A-100(甲乙)、 A-140、A-180、A-200 重交通道路石油沥青：AH-50、AH-70、AH-90AH-110、AH-130 防水防潮石油沥青：3、4、5、6 普通石油沥青：55、65、752.牌号与性质的关系：牌号：粘性（针入度），塑性（延度 ），感温性 （软化点）。,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,20,选用原则：满足使用条件下，选用牌号较大的石油沥青，以保证使用寿命。 道路沥青：塑性好、粘性小 拌制沥青砼或砂浆道路或地面 建筑石油沥青：耐热性好，塑性差 制造防水材料屋面及地下防水、防腐。
8、 普通石油沥青：蜡多，感温性大，粘性小，塑性差。 不宜直接使用，可掺配或改性。 防水防潮石油沥青温度稳定性较好 寒冷地区的防水防潮工程。,四、石油沥青的选用,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,21,建筑石油沥青的选用：高温地区及受日晒部位较低牌号（防止沥青受热软化） 寒冷地区中等牌号 （考虑低温时沥青易脆断，又要考虑受热软化） 不受大气影响的部位较高牌号,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,22,例：请比较下列A、B两种建筑石油沥青的针入度、延度及软化点测定值。若于南方夏季炎热地区屋面选用何种沥青较合适，请讨论。,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,23,1.沥
9、青的掺配 （1）原则：同源沥青掺配 （2）估算：Q1=Q2 = 1Q1 式中：Q1、Q2两种沥青的用量（）；T1、T2两种沥青的软化点。,(T2T),(T2T1),100%,五、沥青的掺配和改性,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,24,（3）试配调整：在估算的掺配比例基础上，再选出（5%-10%）两组掺配比例，进行掺配试验，测定各组的软化点，绘制掺配比例软化点曲线，确定软化点符合要求的掺配比例。,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,25,2.改性沥青 （1）氧化（吹制）改性沥青 分子量变大：粘性 ，感温性（2）矿粉填料（滑石粉、石灰石粉）改性沥青+矿粉 “结构沥青”：粘结
10、力、柔韧性和耐热性（3）聚合物（橡胶、树脂）改性胶体结构 网状结构：高温稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性SBS改性沥青最成功和用量最大的改性沥青APP改性沥青适用于气温较高地区（4）纤维类（木质素纤维、矿物纤维、有机纤维）改性高温稳定性 ，低温抗拉强度 。,9.1 石油沥青及煤沥青,氧化、聚合,湿润、吸附,2019/3/18,26,六、煤沥青,1.分类：低温煤沥青、中温煤沥青、高温煤沥青 2.组分：油分、软树脂、硬树脂、游离碳 3.特点： 温度稳定性差 大气稳定性差 塑性较差 防腐能力好 粘附性好 密度较大 4.应用：地下防水工程和防腐工程,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,27,5.
11、煤沥青与石油沥青的鉴别方法,煤沥青 1.251.28 音清脆，韧性差 烟呈黄色，有刺激味 浓黑色 难溶于汽油或煤油，呈黄绿色,石油沥青1.0 音哑，弹韧性好 烟无色，无刺激味 辉亮褐色 易溶于煤油或汽油，呈棕黑色。,方法 密度 锤击 燃烧 颜色 溶解,9.1 石油沥青及煤沥青,2019/3/18,28,一、冷底子油与沥青胶 1.冷底子油：基层处理剂 （1）组成：沥青+稀释剂（汽油、柴油、煤油、苯等） （2）用途：常温下用于防水工程的底层，增强防水卷材与基层之间的粘结力。 （3）注意事项;一般不单独使用，做某些防水材料的配套材料；基面要求干燥：砂浆找平层的含水率10%,9.2 防水材料,2019
12、/3/18,29,2.沥青胶（玛蹄脂）：胶粘剂 （1）组成：沥青+矿物填充料（2）用法：热用：粘结效果好，污染环境；冷用：施工方便，成本高。 （3）技术要求：耐热度、柔韧性、粘结力 （4）标号：根据耐热度分为S-60、S-65、S-70S-75、S-80、S-85,9.2 防水材料,滑石粉,石灰石粉,白云石粉,石棉,2019/3/18,30,1.种类：沥青防水卷材:传统、低档卷材聚合物改性沥青防水卷材合成高分子防水卷材 2.性能要求：（1）耐水性（2）温度稳定性（3）强度、延伸性、抗断裂性（4）柔韧性（5）大气稳定性,9.2 防水材料,二、防水卷材,性能优异 发展趋势,2019/3/18,31
13、,3.沥青防水卷材,（1)制法 用原纸、纤维织物、纤维毡等胎体浸涂沥青，表面撒布粉状、粒状或片状材料而制成。 （2）特点 温度稳定性差、延伸率小，易起鼓、老化和渗漏。 （3）品种 石油沥青纸胎油毡a.标号：根据原纸1m2的质量(g)200号、350号、500号b.适用范围：二毡三油、三毡四油叠层铺设的屋面工程,9.2 防水材料,2019/3/18,32,石油沥青玻璃布油毡 a.等级：一等品（B）和合格品（C） b.用途：地下防水、防腐层屋面防水层管道（热管道除外）的防腐保护层。 石油沥青玻纤胎油毡 a.标号：根据原纸10m2的质量(kg) 15号、25号、35号 b.用途：屋面或地下防水工程,
14、9.2 防水材料,2019/3/18,33,2.聚合物改性沥青防水卷材,（1）制法 以聚合物改性沥青为涂盖层，纤维织物和纤维毡为胎体，粉状、片状或薄膜材料为隔离层而制成。 （2）特点 高温不流淌、低温不脆裂、拉伸强度高、塑性好、耐久性高。 （3）品种 SBS改性沥青防水卷材：寒冷地区和变形频繁的机构 APP改性沥青防水卷材：紫外线强烈及炎热地区的屋面,9.2 防水材料,2019/3/18,34,3.合成高分子防水卷材,（1）制作 以合成橡胶、合成树脂或两者共混体为基料，加入适量化学助剂，经成型、硫化、定型等工序制成的无胎防水卷材。 （2）特点 拉伸强度和抗撕裂强度高，断裂伸长率极大，耐热性和低
15、温柔性好，耐腐蚀，耐老化。 （3）品种 三元乙丙（EPDM）橡胶防水卷材：性能最优 聚氯乙烯（PVC）防水卷材 氯化聚乙烯橡胶共混防水卷材。,9.2 防水材料,2019/3/18,35,三、 防水涂料,1.概念：防水涂料是一种流态或半流态物质，涂布在基层表面，经溶剂或水分挥发或各组分间的化学反应，形成有一定弹性和一定厚度的连续薄膜，使基层表面与水隔绝，起到防水、防潮作用。 2.优点：能在各种复杂、不规则的部位进行防水施工，并形成无接缝的完整防水膜。,3.类型：溶剂型（冷底子油）水乳型（乳化沥青）反应型 4.用途：屋面防水工程、地下室防水工程和地面防潮、防渗等。,9.2 防水材料,2019/3/
16、18,36,一、概述,1.概念：矿料 (集料和矿粉) + 沥青沥青混合料 摊铺，压实 沥青混凝土混合料(AC)：P10% 过渡层、整平层沥青碎石混合料(AM) ：P10% 面层 2.特点： （1）粘-弹-塑性好，力学性质好，有高温稳定性和低温 抗裂性； （2）安全性好； （3）施工方便； （4）经济耐久； （5）可再生利用。,9.3 沥青混合料,2019/3/18,37,3.分类： (1)按胶结材料石油沥青混合料煤沥青混合料,9.3 沥青混合料,（2）按级配： 连续级配：矿料从大到小各级粒径都有按比例组成的级配如沥青稳定碎石混合料（ATB) 间断级配：矿料组成中缺少某些尺寸范围粒径的级配如沥青
17、玛蹄脂碎石混合料(SMA),2019/3/18,38,(3)按骨料的最大粒径 特粗式(Dm=53.0mm或37.5mm)粗粒式(Dm=26.5mm或31.5mm)中粒式(Dm=16mm或19mm) 细粒式(Dm=9.5mm或13.2mm)砂粒式(Dm4.75mm或9.5mm)最大粒径：通过百分率为100%的最小标准筛筛孔尺寸。 公称最大粒径：全部通过或允许少量不通过（筛余量不超过10%）的最小标准筛筛孔尺寸。通常比集料最大粒径小一个粒级。,9.3 沥青混合料,2019/3/18,39,二、组成材料,沥青材料-道路石油沥青 （1）分类（2）选用 气温高的地区，交通量大的道路：牌号较小的沥青。 重
18、交通道路石油沥青：高速公路、一级公路路面、机场道面及重要的城市道路路面 中、轻交通道路石油沥青 ：一般道路路面、车间地面等,9.3 沥青混合料,2019/3/18,40,2.矿质材料 （1）（2）技术要求 粗集料（d2.36mm）：碎石等a力学指标：压碎值Qa小强度高磨光值PSV大耐磨光性好抗滑性好磨耗值AAV小耐磨性好冲击值LSV小抗冲击性好,9.3 沥青混合料,2019/3/18,41,b形状：近似立方体、表面粗糙 c与沥青粘结力: 规律：碱性中性酸性 要求：水煮法3级 措施：掺抗剥离剂加石灰、水泥作填料用石灰浆处理 细集料（d2.36mm）：天然砂、石屑、机制砂等坚硬、清洁、干燥、无风化
19、、无杂质 矿粉（d0.075mm）：碱性,9.3 沥青混合料,2019/3/18,42,三、组成结构,9.3 沥青混合料,a-密实悬浮结构 b-骨架孔隙结构 c-密实骨架结构,2019/3/18,43,四、技术性质,1.高温稳定性 （1）定义： 沥青混合料在高温条件下，承受多次重复荷载不产生车辙、波浪等现象的性质。 （2）试验方法 马歇尔试验：马歇尔稳定度MS大车辙试验：动稳定度DS大 （3）影响因素： 沥青粘度较大 适当减少沥青用量骨料形状好、富棱角骨架密实结构,9.3 沥青混合料,高温稳定性好,高温稳定性好,2019/3/18,44,2.低温抗裂性 （1）定义：温度较低时沥青混合料抵抗收缩
20、变形，不产生开裂的性质。 （2）沥青路面裂纹原因： 重复荷载 疲劳开裂； 低温脆化 变形能力开裂； 低温收缩。 （3）影响因素：沥青粘度较低 适当增加沥青用量,9.3 沥青混合料,低温抗裂性好,2019/3/18,45,3.耐久性 （1）定义：沥青混合料在大气因素的长期作用下抗老化的能力，抗水损害的能力和在行车荷载长期作用下抗疲劳破坏的能力。 （2）影响因素: 结构沥青多沥青用量增加骨料坚固密实结构 （3）指标孔隙率低饱和度（沥青填隙率）高残留稳定度大,9.3 沥青混合料,耐久性好,耐久性好,2019/3/18,46,4.抗滑性 （1）影响因素: 矿料表面结构、级配、混合料组成及沥青用量。 （
21、2）改善措施 选用耐磨石料 注意:硬质石料往往属于酸性石料，需加抗剥离剂。 控制沥青用量：沥青表面平滑抗滑性。 5. 施工和易性 取决于矿料级配、沥青粘度及用量、气温及施工条件。,9.3 沥青混合料,2019/3/18,47,五、技术指标,1.稳定度 MS（KN） （1）定义：D=101.6mm，h=63.5mm的圆柱体 试件在60保温3040 min，以505mm/min的速度加荷，达到破坏时的最大荷载。 （2）意义：评价高温稳定性。 2.残留稳定度 MS0 （1）定义： 浸水48h和按常规处理的两种试件的马歇尔稳定度的比值。 （2）意义：评价耐水性，在一定程度上反映耐久性。 3.流值FL（
22、0.1mm） （1）定义：试件达到最大荷载时的垂直压缩变形值。 （2）意义：表示抵抗塑性变形的能力。,9.3 沥青混合料,2019/3/18,48,4.空隙率 Vv (1)定义：空隙体积占沥青混合料总体积的百分率。 (2)公式：(3)意义：表示沥青混合料的密实度。 Vv热稳定性及抗滑性，耐久性。 5.沥青饱和度（沥青填隙率）VFA (1)定义： 沥青体积占矿料空隙体积的百分率。(2)公式：(3)意义： VFA过小沥青难以包裹矿料耐久性；VFA过高空隙小高温稳定性差。,9.3 沥青混合料,%,2019/3/18,49,六、热拌沥青混合料的配合比设计,矿料的配合比设计 确定沥青最佳用量 （一） 矿
23、料的配合比设计 1.确定沥青混合料类型和集料最大粒径：查表9-12 2.确定矿料的级配范围：查表9-13 3.计算矿料配合比：试算法和图解法,9.3 沥青混合料,2019/3/18,50,（二）确定沥青最佳用量 1.制作马歇尔试件根据规范推荐的沥青的用量范围，每隔0.5%为一组，选用5个以上的沥青用量，各制备马歇尔试件一组。 2.测定和计算实测、理论、Vv、VFA、MS、FL 3.建立沥青用量技术指标关系曲线 4.确定沥青最佳用量OAC（1）初始值1:OAC1=(a1+a2+a3)/3（2）初始值2:OAC2=(OACmin+OACmax)/2（3）最佳用量:OAC=(OAC1+OAC1)/2
24、 5.沥青混合料性能校核 ：水稳定性试验车辙试验,9.3 沥青混合料,2019/3/18,51,9.3 沥青混合料,沥青用量（%）a),马 氏 稳 定 度 kN,密 度 g/c,沥 青 用 量（%）b),图 沥青用量与马歇尔稳定度试验物理-力学指标关系图,2019/3/18,52,9.3 沥青混合料,空隙率%,流 值 0. 1mm,沥 青 用 量（%）c),沥 青 用 量（%）d),图 沥青用量与马歇尔稳定度试验物理-力学指标关系图,2019/3/18,53,9.3 沥青混合料,饱 和 度 %,OAC min,OAC max,沥青用量（%）e),沥青用量（%）f),图 沥青用量与马歇尔稳定度试验物理-力学指标关系图,2019/3/18,54,The End,
