沥青及沥青混合料化学分析试验作业指导书.doc

《沥青及沥青混合料化学分析试验作业指导书.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《沥青及沥青混合料化学分析试验作业指导书.doc（18页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、沥青及沥青混合料化学分析试验作业指导书第一节 沥青一、概述沥青按从自然界获得的方式，可分为地沥青和焦油沥青两大类。地沥青是由天然产状或石油精制加工得到的沥青材料。按其产源地沥青又分为天然沥青和石油沥青，天然沥青是石油渗出地表经长期暴露和蒸发后的残留物；石油沥青是将精制加工石油所残余的渣油，经适当的工艺处理后得到的产品。焦油沥青是煤、木材等有机物干馏加工所得的焦油经再加工后的产品。工程中采用的沥青绝大多数是石油沥青。石油沥青是复杂的碳氢化合物与其非金属衍生物组成的混合物，其中碳占80%87%，氢占10%15%，氧、硫、氮小于0.3%，此外还有少量的金属元素。石油沥青组成按三组分法可分为：油分、树

2、脂和地沥青质；按四组分法可分为：饱和分、芳香分、胶质和沥青质。二、几种常用沥青的技术指标1建筑石油沥青建筑石油沥青石天然原油的减压渣油经养化或其他工艺过程而制得的石油沥青，主要用于建筑屋面和地下防水的胶结料。也可用于制造涂料、油毡或防腐材料等。建筑石油沥青为硬质沥青，一般呈固体状态，按针入度不同可分为10号、30号和40号三个牌号，其主要性能指标见下表6-1：表6-1 建筑石油沥青技术指标项目技术指标试验方法10号30号40号GB/T 4509针入度（25，100g，5s），1/10mm102526353650GB/T 4508延度（25，5cm/min）,cm 不小于1.52.53.5GB/

3、T 4507软化点（环球法）， 不低于957560GB/T 11148溶解度（三氯乙烷、三氯乙烯、四氯化碳或苯），% 不小于99.5GB/T 11964蒸发损失（163，5h），% 不大于1*蒸发后针入度比，% 不小于65GB/T 267闪点（开口）， 不低于230GB/T 4510*:测定蒸发损失后样品的针入度与原针入度之比乘以100后，所得的百分比，称为蒸发后针入度比。2道路石油沥青道路石油沥青是专门用于交通沥青路面的一种主要结合料。可直接用于热拌沥青混合料，也可用来制备乳化沥青、液态沥青和改性沥青。道路石油沥青为黏稠沥青，按针入度不同可分为160号、130号、110号、90号、70号、5

4、0号和30号七个标号，并且各个标号沥青可分为A、B、C三个等级。其主要性能指标见下表6-2：表6-2 道路石油沥青主要性能指标项目针入度（25，100g，5s）针入度指数PI软化点（RB）不小于60动力黏度不下于15延度不小于闪点不小于单位0.1mm-Pa.scm等级-ABABCAABC-160号140200-1.5+1.0-1.8+1.0383635-10080230130号1201404039376010080230110号1001204342411201006023090号801004543421601005024570号60804644431801004026050号406049464

5、5200803026030号204055535026050202603改性沥青沥青与一种或数种改性剂通过适宜的加工工艺加工成的制品称为改性沥青。改性沥青的常用改性剂有热塑性橡胶类、橡胶类、热塑性树脂类和天然沥青类等。通常的改性沥青一般是指聚合物改性沥青，根据聚合物改性剂的不同可将其分为三类：表6-3聚合物改性沥青分类序号分类名称改性沥青性能特点1SBS改性沥青高温、低温性能，弹性恢复性能，感温性能突出2SBR改性沥青低温性能好3EVA、PC改性沥青EVA改性沥青高温稳定性不如PE，低温稳定性比PE改性沥青好；PE改性沥青仅高温稳定性较好由于改性沥青的改性剂不同，可通过试验研究制定其相应的技术要

6、求。三、沥青常用指标试验方法1延度试验（1）适用范围适用于测定石油沥青及煤焦油沥青的延度测定。在无特殊说明时，试验温度采用（250.5），拉伸速度为（50.25）cm/min。（2）主要仪器设备延度仪：将试件浸没于水中，能保持规定的试验温度及按照规定拉伸速度拉伸试件且试验时无明显振动的延度仪均可使用。试模：黄铜制，由两个端模和两个侧模组成，试模尺寸如下图：图6-1 延度试验试模示意图A两端模环中心点距离111.5113.5mm；B试件总长74.575.5mm；C端模间距29.730.3mm；D肩长6.87.2mm；E半径15.7516.25mm；F最小横断面宽9.910.1mm；G端模口宽19

7、.820.2mm；H两半圆心间距离42.943.1mm；I端模孔直径6.56.7mm；J厚度9.910.1mm恒温水槽：容量不少于10，控制温度的准确度为0.1，水槽中应设有带孔搁架，搁架距水槽底不得少于50mm。试件浸入水中深度不小于100mm。（3）试验步骤试件制作将隔离剂拌和均匀，涂于清洁干燥的试模底板和两个侧模的内侧表面，并将试模在试模底板上装妥。均匀加热样品直至完全变成液态能够倾倒（石油沥青加热时间不超过2h，加热温度不超过110；煤焦油沥青加热时间不超过30min，加热温度不超过55）。把熔化的样品过筛，在充分搅拌后倒入模具，使试样略高出模具，灌模时应注意勿使气泡混入。试件在空气中

8、冷却30min40min，然后再试验要求的水浴中保持30min取出，用热的直刀或铲刮平试件，使其与试模齐平。将试件带模、支撑板放入试验水浴中8595min，然后去除支撑板、拆除侧模，并立即开始拉伸试验。试验步骤将试模两端的孔分别套在滑板及槽端固定板的金属柱上，以规定的速度进行拉伸直至试件拉伸断裂。拉伸过程中，试件距水面和水底的距离应不小于2.5cm。如沥青浮于水面或沉入槽底时，应使用乙醇或氯化钠调整水的密度，是沥青材料既不浮于水面，又不沉入槽底。测量试件从拉伸到断裂所经过的距离，以厘米表示。在正常情况下，试件延伸时应成锥尖状，拉断时实际断面接近于零。（4）试验结果处理同一试样，每次平行试验不少

9、于个，个测定结果均大于100，试验结果记作“100”；特殊需要也可分别记录实测值。如个测定结果中，有一个以上的测定值小于100时，若最大值或最小值与平均值之差满足重复性试验精密度要求，则取个测定结果的平均值的整数作为延度试验结果，若平均值大于100，记作“100”；若最大值或最小值与平均值之差不符合重复性试验精度要求时，试验应重新进行。当试验结果小于100时，重复性试验的允许差为平均值的 20；复现性试验的允许差为平均值的30。2软化点试验（环球法）（1）适用范围适用于测定道路石油沥青、煤沥青的软化点，也适用于液态石油沥青经蒸馏或乳化沥青破乳蒸发后残留物的软化点的测定。（2）主要试验仪器软化点

10、测试仪软化点测试仪由钢球（直径9.53mm，质量3.5g0.05g）、试样环（有黄铜或不锈钢制成，图6-2）、钢球定位环（有黄铜或不锈钢制成，图6-3）和金属支架等组成。 图6-2 试样环 图6-3 钢球定位环恒温水槽：控温精确度需要达到0.5。（3）试验步骤 试件制作将试样环置于涂有甘油滑石粉隔离剂的试样地板上，将准备好的沥青试样注入试样环至略高于环面为止。当软化点高于120时，则试样环和底板需要预热至80100。试样在室温冷却30min后，用环夹夹着试样环，并用热刮刀刮除高于环面的试样，使试样与环面平齐。试验步骤沥青软化点试验按照沥青软化点的不同分两种方法进行。A 软化点在80以下：将装有

11、试样的试样环连同试样底板置于5士0.5水的恒温水槽中至少15min ，同时将金属支架、钢球、钢球定位环等亦置于相同水槽中。烧杯内注入新煮沸并冷却至5的蒸馏水，水面略低于立杆上的深度标记。从恒温水槽中取出盛有试样的试样环放置在支架中层板的圆孔中，套上定位环；然后将整个环架放人烧杯中，调整水面至深度标记，并保持水温为(50.5)。环架上任何部分不得附有气泡。将080的温度计由上层板中心孔垂直插人，使端部测温头底部与试样环下面齐平。将盛有水和环架的烧杯移至放有石棉网的加热炉具上，然后将钢球放在定位环中间的试样中央，立即开动振荡搅拌器，使水微微振荡，并开始加热，使杯中水温在3min 内调节至维持每分钟

12、上升50.5。如温度上升速度超出此范围时，则试验应重作。试样受热软化逐渐下坠，至与下层底板表面接触时，立即读取温度，准确至0.5。B软化点在80C 以上者：将装有试样的试样环连同试样底板置于装有(321)甘油的恒温槽中至少15min ;同时将金属支架、钢球、钢球定位环等亦置于甘油中。在烧杯内注人预先加热至32的甘油，其液面略低于立杆上的深度标记。从恒温槽中取出装有试样的试样环，按上述3.2.1 的方法进行测定，准确至1。（4）试验结果处理当试样软化点小于80时，重复性试验的允许误差为1，复现性试验允许误差为4；当试样软化点大于或等于80时，重复性试验的允许误差为2，复现性试验允许误差为8。同一

13、试样应进行两次平行试验，当两次测定值的差值符合重复性试验允许误差范围时，取平均值作为软化点的试验结果，精确至0.5。 第二节 沥青混合料沥青混合料是由矿料与沥青结合料拌和而成的混合料的总称。一、沥青混合料分类沥青混合料可根据矿物级配、矿料最大粒径、结构形式以及施工工艺进行分类。1按矿料级配分类（1）密级配沥青混凝土混合料：各种粒径的颗粒级配连续、相互嵌挤密实的矿料，与沥青拌合而成，且压实后的剩余空隙率小于l0的混凝土混合料。剩余空隙率为36(行人道路26)的是I型密实式改性沥青混凝土混合料；剩余空隙率为410的是型半密实式改性沥青混凝土混合料。代表类型有沥青混凝土、沥青稳定碎石。（2）半开级配

14、沥青混合料：由适当比例的粗集料、细集料及少量填料(或不加填料)与沥青拌合而成，压实后剩余空隙率在10以上的半开式改性沥青混合料。代表类型有改性沥青稳定碎石，用AM表示。（3）开级配沥青混合料：矿料级配主要由粗集料组成，细集料和填料较少，采用高黏度沥青结合料粘结形成，压实后空隙率大于15的开式沥青混合料。代表类型有排水式沥青磨耗层混合料，以0GFC表示；另有排水式沥青稳定碎石基层以ATPB表示。（4）间断级配沥青混合料：矿料级配组成中缺少l个或几个档次而形成的级配间断的沥青混合料。代表类型有沥青玛碲脂碎石(SMA)。2按矿料粒径分类（1）砂粒式沥青混合料：矿料最大粒径等于或小于475mm的沥青混

15、合料，也称为沥青石屑或沥青砂。（2）细粒式沥青混合料：矿料最大粒径为9.5mm或13.2mm的沥青混合料。（3）中粒式沥青混合料：矿料最大粒径为16mm或19mm的沥青混合料。（4）粗粒式沥青混合料：矿料最大粒径为26.5mm或31.5mm的沥青混合料。（5）特粗式沥青混合料：矿料的最大粒径等于或大于37.5mm的沥青混合料。3按组成结构分类（1）密实一悬浮结构：在采用连续密级配矿料配制的沥青混合料中，一方面矿料的颗粒由大到小连续分布，并通过沥青胶结作用形成密实结构。另一方面较大一级的颗粒只有留出充足的空间才能容纳下一级较小的颗粒，这样粒径较大的颗粒就往往被较小一级的颗粒挤开，造成粗颗粒之间不

16、能直接接触，也就不能相互支撑形成嵌挤骨架结构，而是彼此分离悬浮于较小颗粒和沥青胶浆中间，这样就形成了密实一悬浮结构的沥青混合料。工程中常用的ACI型沥青混凝土就是这种结构的典型代表。（2）骨架一空隙结构：当采用连续开级配矿料与沥青组成沥青混合料时，由于矿料大多集中在较粗的粒径上，所以粗粒径的颗粒可以相互接触，彼此相互支撑，形成嵌挤的骨架。但因很少含有细颗粒，粗颗粒形成的骨架空隙无法填充，从而压实后在混合料中留下较多的空隙，形成骨架一空隙结构。工程中使用的沥青碎石混合料(AN)和排水沥青混合料(OGFC)是典型的骨架空隙型结构。（3）密实一骨架结构：当采用间断型密级配矿料与沥青组成沥青混合料时，

17、由于矿料颗粒集中在级配范围的两端，缺少中间颗粒，所以一端的粗颗粒相互支撑嵌挤形成骨架，另一端较细的颗粒填充于骨架留下的空隙中间，使整个矿料结构呈现密实状态，形成密实一骨架结构。沥青碎石玛碲脂混合料(SMA)是一种典型的骨架密实型结构。4按施工温度分类（1）热拌热铺沥青混合料：沥青与矿料经加热后拌合，并在一定的温度下完成摊铺和碾压施工过程的混合料。（2）常温沥青混合料：采用乳化沥青或稀释沥青在常温下(或者加热温度很低)与矿料拌合，并在常温下完成摊铺和碾压过程的混合料。二、沥青混合料的基本特性1高温稳定性沥青混合料的高温稳定性是指在夏季高温条件下，沥青混合料承受多次重复荷载作用而不发生过大的累积塑

18、性变形的能力。沥青混合料路面在车轮作用下受到垂直力和水平力的综合作用，能抵抗高温而不产生车辙和波浪等破坏现象的为高温稳定性符合要求。2低温抗裂性沥青混合料为弹性一粘性一塑性材料，其物理性质随温度而有很大变化。沥青混合料在低温下抵抗断裂破坏的能力，称为低温抗裂性能。3耐久性沥青混合料的耐久性是指其在修筑成路面后，在车辆荷载和大气因素（如阳光、空气和雨水等）的长期作用下，仍能基本保持原有性能的能力。沥青混合料的耐久性与组成材料的性质有密切关系，在大气因素下，沥青的化学组成会产生转化，油分减少，沥青质增加，使沥青的塑性逐渐消失而脆性增加，路面使用品质下降，产生龟裂破坏，通常称为“老化”。路面老化的速

19、度，在一定程度上反映了路面材料抵抗自然因素作用的能力，常用气候稳定性来表示。一般采用马歇尔试验测定沥青混合料试件的空隙率、饱和度和残留稳定度等指标，来评价沥青混合料的耐久性。4抗滑性 随着公路等级的提高和车辆行驶速度的加快，对沥青混凝土路面的抗滑性提出了更高的要求。路面的抗滑能力与沥青混合料的粗糙度、级配组成、沥青用量和矿质集料的微表面性质等因素有关。面层集料应选用质地坚硬具有棱角的碎石，通常采用玄武岩。采取适当增大集料粒径，适当减少一些沥青用量及严格控制沥青的含蜡量等措施，均可提高路面的抗滑性。5施工和易性影响沥青混合料施工和易性的因素很多，如当地气温、施工条件以及混合料性质等。单纯从混合料

20、材料性质而言，影响施工难易性的首先是混合料的级配情况。此外，当沥青用量过少，或矿粉用量过多时，混合料容易产生疏松，不易压实；反之，如沥青用量过多，或矿粉质量不好，则容易使混合料粘结成块，不易摊铺。间断级配混合料的施工和易性就较差。三、沥青混合料原材料选用原则1沥青材料不同型号的沥青材料，具有不同的技术指标，适用于不同等级、不同类型的路面，在选择沥青材料的时候，要考虑到气候条件、交通量、施工方法等情况。寒冷地区宜选用稠度较小，延度较大的沥青，以免冬季裂缝；较热地区选用稠度较大，软化点高的沥青，以免夏季泛油、发软。一般路面的上层宜用较稠的沥青，下层和联结层宜用较稀的沥青。2粗集料沥青混合料的粗集料

21、要求洁净、干燥、无风化、无杂质，并且具有足够的强度和耐磨性。一般选用高强、碱性的岩石轧制成接近于立方体、表面粗糙、具有棱角的颗粒。沥青混合料对粗集料的级配不单独提出要求，只要求它与细集料、矿粉组成的矿质混合料能符合相应的沥青混合料的矿料级配范围。每种混合料按空隙率分为I型 (空隙率为 )和 II型（空隙率为610）两种。一种粗集料不能满足要求时，可用两种以上、不同级配的粗集料掺合使用。3细集料沥青混合料的细集料可根据当地条件及混合料级配要求选用天然砂或人工砂，在缺少砂的地区，也可用石屑代替。细集料同样应洁净、粘土含量不大于。4矿粉矿粉是由石灰岩或岩浆岩中的憎水性岩石磨制而成的，也可以利用工业粉

22、末、废料、粉煤灰等代替，但用量不宜超过矿料总量的。其中粉煤灰的用量不宜超过填料总量的50，粉煤灰的烧失量应小于12，塑性指数应小于。矿粉表观密度应不小于2.50g/cm3，粗度通过0.075mm筛孔的应大于75，亲水系数(矿粉在水中体积与在煤油中的体积之比）应小于，矿粉应干燥、不含泥土杂质和石块，含水量应不大于。四、沥青混合料配合比设计原则沥青混合料配合比设计的主要任务就是确定粗集料、细集料、矿粉和沥青材料相互配合的最佳组成比例，使之既能满足沥青混合料的技术要求（如强度、稳定性、耐久性和平整度等）又符合经济的原则。沥青混合料配合比设计步骤如下：1选择矿质混合料配合比例 确定沥青混合料所用公路等级、路面类型，哪一结构层以及具体要求，选择沥青混合料的类型，并参照公路沥青路面施工技术规范推荐的级配作为沥青混合料的设计级配；测定矿料的密度、吸水率、筛分情况和沥青的密度；采用图解法或数解法求出已知级配的粗集料、细集料和矿粉之间的比例关系。2确定沥青最佳用量采用马歇尔试验法来确定沥青最佳用量，按所设计的矿料配合比配制五组矿质混合料，每组按规范推荐的沥青用量范围加入适量沥青，并按0.5%的间隔递增，拌合均匀制成马歇尔试件，进行试验，测出试件的密实度、稳定度和流值等，并确定出最佳沥青用量。