Transcript 第五章沥青材料 - 道路建筑材料

道路建筑材料
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教师：周萍
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道路建筑材料
第五章沥青材料
第一节 石油沥青
一、石油沥青的生产和分类
二、石油沥青的组成和结构
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道路建筑材料
第五章 沥青材料
课时分配：理论6学时，实验4学时
●石油沥青的生产、分类、组成和结构
●石油沥青的技术性质、技术标准
●改性沥青、乳化沥青、煤沥青
●石油沥青的针入度、延度试验
●石油沥青的粘度、闪火点燃点、含水量试验
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道路建筑材料
沥青材料概述
一、概念
二、分类
沥青是一种有机胶凝材料，是一些十分复杂的
碳氢化合物及其非金属（氧、氮、硫）的衍生
物的混合物。
沥 青
焦油沥青
地沥青
煤沥青等
天然沥青
石油沥青
粘稠石油沥青
液体石油沥青
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第一节
第五章 第一节 石油沥青
石油沥青 Petroleum asphalt
沥青的应用
沥青的性质及其指标
沥青的路用性能
沥青的试验检测项目
主
要
内
容
●石油沥青的生产和分类
●石油沥青的组成和结构
●石油沥青的技术性质
●石油沥青的技术标准
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第五章 第一节 石油沥青
油库（沥青罐）
石油沥青：将原油分馏，提取汽油、柴油、润滑油等产品后的残渣
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第五章 第一节 石油沥青 生产分类
一、石油沥青的生产和分类
生产工艺
原油
常压塔
减压塔
溶剂膜
溶剂沥青
沥青
直馏沥青
氧化塔
氧化沥青
分类
1、按原油成分 ：石蜡基沥青、环烷基沥青、中间基沥青（含蜡
量）。
2、按加工方法分：直馏沥青、氧化沥青、溶剂沥青和调和沥青。
沥青的形态：粘稠沥青（固态或半固态)、液体沥青（液态 ）
用汽油、煤油、柴油等溶剂将石油沥青稀释而成的沥青产品，也
称轻制沥青或稀释沥青。
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第五章 第一节 石油沥青 组成和结构
二、石油沥青的组成和结构
(一）元素组成
分子式CnH2n+aObScNd
(二）化学组分
1、三组分分析法
油分、树脂、沥青质
2、四组分分析法
饱和分、芳香分、胶质、沥青质
4、含蜡量 (对路面性能的影响）
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第五章 第一节 石油沥青 组成和结构
（三）石油沥青的胶体结构
1、胶体理论
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第五章 第一节 石油沥青 组成和结构
2、胶体结构类型（三种）
a、溶胶型结构
b、溶－凝胶型结构
c、凝胶型结构
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第五章 第一节 石油沥青 组成和结构
胶体结构的评价方法——针入度指数（PI）
沥青的针入度指数和胶体结构类型
沥青的针入度指数
沥青胶体结构类型
＜－2
溶胶
－2 ～ ＋2
溶凝胶
＞ ＋2
凝胶
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小
结
石油沥青是以石油为原料经炼制加工后得到的一种有
机胶凝材料，广泛应用于道路路面结构工程中。
石油沥青是复杂的高分子化合物，其组分有沥青质、
饱和分、芳香分、胶质等，根据这些组分结构和含量的不
同，可将沥青分为溶胶、溶凝胶、凝胶三种胶体结构，沥
青的胶体结构与沥青的路用性能有密切关系。
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一、名词解释：
石油沥青、粘稠沥青、液体沥青
二、简述石油沥青的胶体结构，用什么指标
反映？怎么反映的？
三、简述石油沥青的三组分组成。说明石油
沥青的主要组分与技术性质之间的关系。
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课堂训练
一、填空题
1、石油沥青的结构有
依据是
、
，路用优质沥青属于
和
三种类型，判定其结构类型的
结构。
二、判断题
1、（ ）石油沥青中， 石蜡含量越丰富，沥青路用性能越好。
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三、选择题
1、以下哪项对沥青的描述有误（
）
A、是有机胶凝材
B、常温下是固体或半固体
C、可溶于三氯乙烯等有机溶剂
D、颜色通常为黑褐色或褐色
2、以下属于地沥青的是（
A、石油沥青
3、以下（
B、煤沥
）
C、页岩沥青
D、木沥青；
）不是沥青所具有的特点。
A、具有良好的憎水性
B、具有良好的粘结性
C、具有较大的塑性变形
D、具有较高的抗压强度
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4、以下（
）不是按原油加工方法分类得到的沥青。
A、直馏沥青
B、氧化沥青
5、石蜡的含量（
A、大于10%
C、乳化沥青
）的沥青称为石蜡基沥青
B、大于5%
C、大于2%
6、三组分分析法将沥青分成的组分中不包括（
A、油分
D、溶剂沥青
B、树脂
C、沥青质
7、沥青中的油分使沥青具有（
）。
A、流动性
C、粘附性
B、塑性
D、大于0.5%
）。
D、石蜡
D、热稳定性
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8、若沥青中石蜡含量过高，可能出现的结果是（
A、沥青粘结性强
B、沥青温度稳定性好
C、沥青不易老化
D、路面抗滑性较差
）。
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教师：周萍
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第五章沥青材料
第一节 石油沥青
三、石油沥青的技术性质
四、石油沥青的技术标准
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三、石油沥青的技术性质
（一）黏滞性-沥青在外力作用下抵抗变形的能力。
1、沥青的绝对黏度
（动力黏度）
2、沥青的相对黏度
（条件黏度）
沥青绝对粘度概念图
技术指标：针入度 penetration
标准粘度 viscosity
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（1）针入度 penetration
针入度试验适用于测定黏稠石油
沥青稠度，针入度划分沥青标号
1）定义
2）表示方法：P T，m，t
P为针入度，T为试验温度
m为荷载重，t为贯入时间
3）标准试验条件：
T = 5℃、15 ℃ 、25 ℃ 、
或35 ℃
m = 100g
t = 5s
沥青针入度试验示意图
P单位为0.1mm
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4）试验仪器：
电脑针入度仪
针入度仪
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电脑针入度仪测定
针入度录像（3.22分钟）
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（手动）针入度仪测定
针入度录像(9.15分钟)
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手动针入度仪试验步骤：
1）检察试验仪器
2）调整水温
调整水温至25℃
3）调整活动杆位置
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4）“三个归零”
（一）
（二）
（三）
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5）针入试验：
平行试验做三次，符合精度
要求的取算术平均值作为沥青针
入度测定值。
6）针入度表示：
P（ 25℃、100g、5S) = 读数
(0.1mm)
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（2）标准黏度 viscosity
1）定义
2）试验方法：道路标准黏度计法
（适用于测定液体石油沥青、煤
沥青和乳化沥青等的粘度）
3）表示方法：
以Cr，d表示
4）结论：
相同的温度和流孔条件下，流
出时间越长，表示沥青黏度越大
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道路标准黏度计
◆课堂训练及课后习题
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（二）塑性
1、定义
2、影响因素
3、技术指标：延度 ductility
4、试验：延度仪测定
延度仪
结论：沥青延度越大，塑性越好，柔性
和抗断裂性能越好
延度试件
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延度试验录像
（2.19分钟）
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（三）温度稳定性
1、高温敏感性（软化点 softening point 表示）
测定方法：环球法软化点仪
环球法的软化点仪
2、低温抗裂性（脆点 fraass breaking point 表示）
测定方法：弗拉斯脆点仪
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环球法软化点仪
测软化点录像（4.05
分钟）
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3、针入度指数 penetration indes
1）定义
2）计算方法
3）针入度指数能表征沥青
的感温性和胶体结构类型
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（四）老化性
1）“老化”的定义
2）影响因素
3）沥青老化的危害
4）耐老化性的评价方法：
薄膜烘箱加热试验（TFOT）
旋转薄膜加热试验（RTFOT）
压力老化试验（PAV）
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（五）安全性
1）定义
2）指标：闪点 flash point
3）闪点测定方法：克利夫兰开口杯法（简称COC）
（六）黏-弹性---劲度
（七）粘附性---水煮法（d＞13.2mm）
浸水法（d ＜ 13.2mm）
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石油沥青的技术标准
1、道路石油沥青的技术标准
2、道路液体石油沥青的技术标准
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小
结
沥青具备粘滞性、塑性、温度稳定性、加热稳定性等一
系列特性。同时也介绍了相应的测定方法，以便更好地应用
沥青材料。
要求掌握：
一、道路石油沥青的常规技术性质：
1、针、延、软，三大性质；
2、粘、闪、含、密度、溶解度。
二、道路石油沥青的非常规技术性质
针入度指数、劲度、耐老化性、粘附性、加热稳定性等。
三、道路石油沥青的技术标准
粘稠沥青技术标准、液体沥青技术标准
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一、名词解释：
针入度、延度、软化点、老化、粘附性
二、道路石油沥青的“三大指标”表征沥青哪些特征？
三、什么是沥青的老化？老化后沥青性质有什么变化？
四、沥青的劲度模量表征沥青的什么性质？根据哪些参数可
以从范·德·波尔诺模图中求得劲度模量？
五、道路石油沥青A级、B级、C级分别适用范围是什么？
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课堂训练
一、填空题
1、道路粘稠石油沥青的“三大指标”指的是
表征
的技术性质分别为
和
、
和
、
和
，其
，其单位分别为
、
。
2、 沥青的粘滞性对于粘稠沥青用
3、石油沥青的温度稳定性用
表示，液体沥青用
和
表示。
表示。
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划分的，起表示方式C（t，d）中 ，
5、我国液体石油沥青的等级是按
t表示
，d表示
，测试仪器名称为
划分的，测试仪器名称为
6、我国粘稠沥青的牌号是按
件为：
的温度、
的荷重、
8、表征石油沥青安全性的指标有
9、延度试验的试验温度为
。
，测试条
的下沉时间。
和
或
若沥青丝沉入槽底，则应在水中加入
。
，拉伸速度为
，试验过中，
，若浮出水面，则加入
。
二、判断题
1、（
）90号沥青比70号沥青软。
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2、（
）石油沥青中， 石蜡含量越丰富，沥青路用性能越好。
3、（
）沥青针入度试验的标准温度是15℃，延度试验的标准温度25℃。
4、（
）沥青老化后，其针入度、延度减小，而软化点升高。
5、（
）粘度为80s比粘度为70s的沥青粘结力好。
6、（
）煤沥青的标号主要由针入度划分。
7、（
）沥青延度试验时，若沥青丝下沉或上浮，可先调整水槽中水的密
度，再继续拉伸至沥青丝断裂。
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教师：周萍
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第五章沥青材料
第二节 改性沥青
第三节 乳化沥青
第四节 煤沥青
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其他沥青
改性沥青
乳化沥青
再生沥青
煤沥青
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一、改性沥青 Modified bitumen
1、定义modified bitumen(英) , modified asphalt cement(美)
掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉或者其他材
料等外掺剂（改性剂），使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的
沥青结合料。 改性沥青主要用于高速公路，（油水比：60：40）
2、改性剂的种类
1） 聚合物类 （橡胶类、热塑性橡胶类、树脂类）
2）纤维类
3）固体颗粒类
4）硫磷类
5）粘附性改性剂
6）耐老化改性剂（常用的是碳黑）
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3、改性沥青的生产方法
1）机械搅拌法
2）溶剂法
3）胶磨粉法
4）胶体磨法
改性沥青生产厂
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四川华新改性沥青
有限公司录像
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固体式改性沥青设备
固体式改性乳化沥青设备
移动式改性沥青设备
新型改性沥青加温储存设备
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4、SBS与SBR改性沥青
1）SBS改性沥青
SBS（苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物）是一种热塑性橡胶共聚物，
软化点高，SBS沥青提高路面的耐久性和高温稳定性 ，适用于成
都、重庆等炎热地区
2）SBR改性沥青
SBR（丁苯胶）是橡胶类聚合物，SBR沥青抗低温性能好，软
化点低，适用于寒冷地区
5、改性沥青的应用
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二、乳化沥青
Emulsified bitumen
1、概述
1）定义 乳化沥青emulsified bitumen(英), asphalt emulsion，
emulsified asphalt(美)
石油沥青与水在乳化剂、稳定剂等的作用下经乳化加工制得的均
匀的沥青产品，也称沥青乳液。
2）优点：
① 冷态施工，节余能源
②可在潮湿地基上施工
③ 无毒、无臭、施工安全，
④环保、污染少
3）缺点：
① 稳定性差，贮存期不超过半年，（贮存期长易产生分层）
② 修筑路面成型期长
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2、组成材料
乳化沥青 = 沥青 + 乳化剂 + 稳定剂 + 水
1）沥青 （主要组成材料，占55-70﹪）
2）乳化剂（关键材料）
⑴ 作用
⑵ 分类
按离子的类型分类：① 阳离子乳化剂
② 阴离子乳化剂
③ 两性离子乳化剂 ④ 非离子乳化剂
按破乳速度分类：快裂型、中裂型、慢裂型
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3）稳定剂
⑴ 作用
⑵ 分为两类：有机稳定剂和无机稳定剂
⑶ 用量： 为沥青乳液的0.1-0.15﹪
4）水
⑴ 作用
⑵ 用量：30-70﹪
5）其他材料：酸碱助剂、聚合物改性剂（SBR、SBS、CR等）
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3、乳化沥青的形成机理
1）乳化剂降低界面能的作用
2）增强界面膜的保护作用
3）界面电荷稳定作用
乳化剂在沥青微滴表面形成界面膜
4、乳化沥青技术性质和技术要求
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5、乳化沥青的制备
乳化剂 水
存储罐
制备乳化沥青工艺流程图
成品泵
启动程序：成品泵
乳化机
乳液泵
沥青泵
停止程序：沥青泵
乳液泵
乳化机
成品泵
生产产量：每小时十多吨
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1）乳化工艺的主要工序
⑴ 乳化剂水溶液的调制
水温控制在60 – 80 ℃
⑵ 沥青加热
加热温度根据沥青的品种、牌号、施工季节和地区而定，
一般温度为120 – 150 ℃
⑶ 沥青与水比例控制
⑷ 乳化常用设备：胶体磨
⑸ 沥青乳液存放（防止破乳）
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2）乳化沥青的生产设备
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道路建筑材料
乳液泵
沥青泵
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6、乳化沥青的分裂机理
1）分裂（破乳）
2）乳液分裂的外观特征：沥青由棕褐色变成黑色
3）分裂影响因素
① 蒸发作用
② 乳液与集料表面的吸附作用
7、乳化沥青的应用
1）洒布法：如透层、粘层、表面处治或贯入式沥青碎石路面
2）拌和法：如沥青碎石或沥青混合料路面
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道路建筑材料
同步沥青碎石封层车
稀浆封层车
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三、再生沥青
1、定义
2、沥青材料的老化
3、沥青的再生
实例：京福高速大修工程山东段第三合同段，沥青路面热再生
工程，引进加拿大Dynaire Model8M 现场热再生列车，同时根
据国内路面状况，增加一台国产加热车，共有加热车两台，铣刨
收料车两台，拌和摊铺车一台。采用两次加热，两次铣刨回收，
回收料与20％新拌混合料和0.2％进口沥青再生剂利用拌和摊铺
车实施现场摊铺并碾压成型。
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道路建筑材料
863计划国产加热车
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道路建筑材料
铣刨收料车
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道路建筑材料
拌和摊铺车施工
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道路建筑材料
加热收料机施工
碾压完毕的路面
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道路建筑材料
施工完毕即可开放交通
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四、煤沥青 Coal Pitch
1、煤沥青的化学组成和结构特点
1）化学组成
① 游离碳（自由碳）：增加沥青的粘滞性、提高热稳定性
② 树脂：硬树脂：粘滞性
软树脂：塑性
③ 油分：流动性
2）煤沥青的结构——胶体分散系
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2、煤沥青的技术性质和技术标准
1）煤沥青的技术性质
2）煤沥青的技术标准
3）煤沥青在技术性质上与石油沥青的区别
3、煤沥青与石油沥青的鉴别（见后页表）
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道路建筑材料
石油沥青和煤沥青的简易鉴别方法
鉴别方法
石油沥青
煤沥青
相对密度
接近1.0
1.25 – 1.28
燃烧
烟少，无色，有松香味，无毒 烟多，黄色，臭味大，有毒
气味
常温下无刺激性气味
常温下有刺激性臭味
颜色
呈辉亮褐色
浓黑色
溶解试验
可溶于汽油或煤油
难溶于汽油或煤油
捶击
韧性较好，不易碎
韧性差，较脆
大气稳定性
较高
较低
康腐蚀性
差
强
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五、改性乳化沥青modified emulsified
bitumen (英), modified asphalt emulsion(美)
在制作乳化沥青的过程中同时加入聚合
物胶乳，或将聚合物胶乳与乳化沥青成品
混合，或对聚合物改性沥青进行乳化加工
得到的乳化沥青产品。
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道路建筑材料
沥青洒布车
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道路建筑材料
热管— 热洒沥青洒布车
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道路建筑材料
沥青洒布现场
◆课堂训练及课后习题
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道路建筑材料
小
结
其它品种沥青主要有：改性沥青、乳化沥青、煤
沥青和再生沥青。
改性沥青具有不同于石油沥青的良好的使用性能
，本章介绍了其特性、常用品种、应用，明确了其发
展方向。
乳化沥青也是沥青路面在广泛采用的材料，具有
冷态施工的特点，应掌握其形成机理和用途。
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道路建筑材料
1.什么是改性沥青？它与石油沥青性质有哪些变化？
2.简述乳化沥青的优点、形成机理、分裂机理。
3 .煤沥青与石油沥青在性质和应用上的差别有哪些？。
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道路建筑材料
课堂训练
一、填空题
1、乳化沥青的组成材料有
、
、
和
。
二、选择题
1、煤沥青的组中不包括（
A、树脂
）
B、游离碳
C、沥青质
D、油分
2、沥青能够均匀稳定地分散在乳化剂水溶液中的原因不包括：（
A、乳化剂降低界面能的作用
C、界面电荷稳定作用
）
B、界面膜的保护作用
D、沥青自身在水中的分散作用
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三、判断题
1、（
）煤沥青的表面活性比石油沥青大。
2、（
）乳化沥青中所用沥青材料的针入度越大越好。
3、（
）煤沥青的标号主要由针入度划分。
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