沥青的针入度

lg P AT K A d (lg P) / dT
A表征沥青针入度（lgP）随温 度（T）的变化率，故称为针入 度-温度感应性系数（简称 PTS）。
① 基本公式
A
lg800 lg P25C ,100 g ,5s TRB 25
② 实用公式 按上式计算得的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：
薄膜烘箱试验TFOT
旋转薄膜烘箱试验RTFOT
Inside of RTFO
Fan
Rotating Bottle Carriage
Air Line
27
③ 蒸馏试验：对于液体沥青则用蒸馏试验来代替蒸发损失试验。液体沥
青的粘度较低，以便在施工中可以冷态（或稍加热）使用。液体沥青中轻 质馏分挥发后，沥青粘度将明显提高，从而使路面粘聚力得到提高。蒸馏 试验是确定液体沥青含有此种轻质挥发性油的数量，以及挥发后沥青的性 质。
20 PI 1 A 10 PI 50
30 PI 10 1 50 A
30 PI 10 lg 800 lg P25C ,100 g ,5 s 1 50( ) TR B 25
①针入度指数
（பைடு நூலகம்1）道路石油沥青对针入度指数的要求
一般认为PI值为-1～+1的溶凝胶型沥青适宜修建沥青路面，随着对沥 青路面热稳定的要求提高，因此对PI值的要求趋于0.5～+1.0。
经验公式：
Sb＝ 1.157 10 t
-7 -0.36 - PI
e (TRB - T )
5
本节内容(11)
• 沥青的粘附性评价方法 • 沥青的耐久性评价方法 • 安全性
（四）粘附性
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。
沥青的性质中主要为沥青的稠度和沥
闪燃点试验方法
将沥青试样盛于标准杯中，按规定加热速度进行加热。当加热到某
一温度时，点火器扫拂过沥青试样任何一部分表面，出现一瞬即灭 的蓝色火焰状闪光时，此时温度即为闪火点。按规定加热速度继续 加热，至达点火器扫拂过沥青试样表面发生燃烧火焰，并持续5s以 上，此时的温度即为燃烧点。
技术指标:
1.克利夫兰油杯：材料H62， 内径63.5±0.25mm，深度33±0.1mm， 距上口边缘距离为9.5±0.5mm， 内壁处有一道环状标线 2.点火器：喷口直径 Φ0.6～0.8mm 3.温度计:0～400℃,分度2℃,符合GB514-75 4.自动划归点火 5.电炉加热功率：400W 6.电源：220±10％ 50Hz AC 7.外形尺寸及重量：350×260×170mm/6kg
（2）光致老化：
① 紫外老化：在紫外线照射条件下，评价沥青老化性能，主要模拟
太阳光对沥青的老化情况。
沥青光老化研究的必要性
• 不同波长紫外线的能量
波长：纳米 光能量：千卡/克分子 254 112.5 300 94.8 380 75.2 400 71.1 500 57.0 600 47.4 700 40.6
为采用“针入度和贯入时间的关系”来表达的方法。
lgP＝Blgt K
沥青的针入度－贯入时间指数B愈大，表示在相同的荷载条件 下，经历相同的时间，它的剪切变形愈大，也就是这种沥青的时间 感应性愈高。
3. 沥青粘-弹性近似解法—劲度模量。
（1）沥青的粘弹行为：沥青材料是一种典型的粘-弹性材
料，它的粘弹行为可通过蠕变试验来描述。设在沥青试件上施以 拉应力 0并保持不变，其应变随时间t而增加，这种现象称为“蠕 变”。当时间为t时，所产生的总应变 迟弹性应变
紫外老化
•紫外照射使化 学键断裂
•生色基团跃迁
使用性能、评价方法
模拟试验
长期使用
Pressure Aging Vessel
（3）长期老化：
用高温和压缩空气对沥青 进行加速老化的试验方法
，模拟沥青在道路使用过
程中发生的长期氧化老化
以加热前后的质量损失、针 入度比和25℃及15℃的延度 值作为评价指标。
然后按剥落面积百分率来评定沥青与集料的粘附性。粘附性等级共分5个
等级，最好为5级，最差为1级。
（五）耐久性
（1）热的影响：热能加速沥青分子的运动，除了引起沥
青的蒸发外，并能促进沥青化学反应的加速。尤其是在施工 加热（160～180℃）时，由于有空气中的氧参与共同作用， 可使沥青性质产生严重的劣化。
青中极性物质的含量（如沥青酸及其酸
酐等）。随着沥青稠度和沥青酸含量的 增加，沥青与石料的粘附性提高
沥青的物化性质对沥青与集料粘附性的影响 油源工艺 序号 沥青标号 油源 低硫 石蜡基 低硫 石蜡基 低硫 石蜡基 低硫 石蜡基 工艺 沥青物化性质 沥青稠度 酸值 集料岩类 粘附性 （%）
1
2 3 4
（2）沥青劲度模量：
采用粘弹近似解法，以包括瞬时弹性应变、延迟弹性应变和粘塑应变的
总应变来表达粘－弹性材料抗形变能力的方法。即用拉应力（
总拉应变（

）与
）之比，称为“抗拉劲度模量”S
E
1 1 1 t ＝ ＋ ＋ S E E D 3
如为剪切劲度模量（SG），可按SE=3SG计算。
沥青的劲度模量（Sb）是在一定荷载时间（t）和温度（T）条件下，应力
Courtesy of FHWA 36
PAV/压力老化箱
（六）安全性
沥青材料在使用时必须加热，当加热至一定温度时，沥 青材料中挥发的油分蒸汽与周围空气组成混合气体，此混
合气体遇火焰则发生闪火。若继续加热，油分蒸汽的饱和
度增加，由于此种蒸汽与空气组成的混合气体遇火焰极易 燃烧，而引起熔油车间发生火灾或使沥青烧坏的损失。为 此，必须测定沥青加热闪火和燃烧的温度，即所谓闪点和 燃点。
水煮法是选取粒径为13.2～19mm形状接近正立方体的规则集料5个，经沥 青裹覆后，在蒸馏水中沸煮3min，按沥青膜剥落面积百分率分为5个等级
来评价沥青与集料的粘附性。
水浸法是选取9.5～13.2mm的集料100g与5.5g的沥青在规定温度条件下拌 和，配制成沥青—集料混合料，冷却后浸入80℃的蒸馏水中保持30min，
不仅与应力有关，而且与时间和温度有关。简述感温性、感时
性和粘-弹性近似解析表达—劲度模量。
1. 感温性。沥青的感温性是采用“粘度”随“温度”而变化的 行为（粘-温关系）来表达。最常用的有两种方法。
（1）针入度指数法：针入度指数（简称PI）是一
种评价沥青感温性的指标。建立这一指标的基本思路是：
沥青针入度值的对数（lgP）与温度（T）具有线性关系， 即：
d和粘塑性应变 v 组成，即
由瞬时弹性应变 e、延
＝ e＋ d＋ v
1 1 t ＝（ ＋ ＋ ） 0 E D 3
E——瞬时弹性模量； D——延迟弹性模量（时间和温度的函数）； t——荷载持续时间； ——粘度（温度的函数）。
沥青的粘-弹行为 a. 沥青的蠕变曲线 b. 沥青的总应变
因此，必须修正软化点（即寻求在针入度值为800（1/10mm）时的
温度）T800；然后再按T800求出修正的针入度指数（PI）。针入度指 数的修正，可以采用诺模图法或计算法。
本节内容(10)
• 感时性 • 沥青粘弹性近似解法
2. 感时性。
沥青材料的时间感应性，简称感时性。是表征沥青流变特
性的一个重要指标。感时性可以采用不同的方法来表征，最常用的
流变学
英国宾汉姆
变形和流动的科学： 1.万物皆流，如玻璃；
2.流体与固体无明确界限，流体瞬间具有固体弹性；
固体长时间发生流动；
3. 物体弹性、粘性、塑性集于一体。
流变学是根据应力、应变和时间来研究物质流动和变形的 构成与发展的一般规律的科学。
（三）流变特性
沥青材料是一种具有流变特性的典型材料，它的流动和变形
• 沥青中各种化学键的健能
键 C—C 千卡/克分子 81 键 C—Cl 千卡/克分子 78
C—O
C—H C—S C—N
87
99 66 68
C—F
O—H N—H S—H
119
110 84 87
• 紫外老化研究因地制宜
热氧老化
组分吸氧、脱氢 芳香分 胶质 沥青质
旋转薄膜烘 箱试验 拌合过程和 碾压过程
（ ）与总应变（

）之比。
3 S＝ t
静载试验
ST,t＝（ ） T,t
动载试验
S＝3
沥青的劲度模量是表征沥青粘—弹性联合效应的指标，
主要取决于： ① 沥青的特性（针入度指数）；
② 荷载作用时间；
③ 路面工作温度，常温10-25度。 低温（高粘度）和瞬时荷载作用
－弹性变形主导
高温（低粘度）和长时间荷载作用 －粘性变形主导
SYD-3536 沥青闪点和燃点试验器
实际使用情况下
－表现为弹－粘性。
图 沥青劲度模量与时间和温度的关系图
3.沥青的劲度模量

查诺模图时确定的4参数
（1）由针入度、软化点(T800)计算PI值(修正)
（2）确定荷载作用时间，60km/h-0.02s
（3）确定计算温度，求出与软化点(T800)温度差Tdif （4）由PI、Tdif、t确定劲度模量
径为55mm、深为35mm的器皿中。在163±1℃的烘箱中加热5h， 然后测定其质量损失以及残留物的针入度占原试样针入度的百分率。 这种方法由于沥青试样与空气接触面积太小，试样太厚，所以试验 效果较差。
② 沥青薄膜加热试验：又称“薄膜烘箱试验”。试验方法是将50g沥青
试样，盛于内径139.7mm、深为9.5mm的铝皿中，使沥青成为厚约3mm 的薄膜。沥青薄膜在163±1℃的标准烘箱中加热5h。以加热前后的质量损 失、针入度比和25℃及15℃的延度值作为评价指标。
（2）氧的影响：空气中的氧，在加热的条件下，能促使沥青组
分对其吸收，并产生脱氢作用，使沥青的组分发生移行（如芳 香分转变为胶质，胶质转变为沥青质）。 （3）光的影响：日光(紫外线)对沥青照射后能产生光化学反应 ，促使氧化速率加快。 （4）水的影响：水在与光、氧和热共同作用时，能起催化剂 的作用。 沥青在上述因素作用下产生“不可逆”的化学变化，导致路用性能
的逐渐劣化，这种变化过程称为“老化”。
2. 评价方法。
（1）热致老化：由于路面施工加热导致沥青性能变化的评价， 我国现行行业标准规定：对中轻交通量道路用石油沥青，应进行 “蒸发损失试验”；对重交通量道路用石油沥青应进行“薄膜加热 试验”。对液体沥青，则应进行蒸馏试验。
① 沥青蒸发损失试验：该试验方法是，将沥青试样50g盛于直
（2）针入度指数值获得途径
通过公式计算得之或通过诺模图查之。 （3）用途：评价沥青的感温性、评价沥青的胶体结构类型
针入度指数越大，表示沥青的感温性越低。
（1）针入度指数法： （2）修正的针入度指数法：
针入度指数的方法，是假定沥青在软化点（TR&B）时的针入度值为
800（1/10mm）为前提的。实际上，沥青在软化点（环与球法）时 的针入度可波动于600～1000（1/10mm）之间。
A-200
A-100 A-60 A-60
直馏
氧化 氧化 氧化
P25=240
P25=108 P25=70 P25=55
0.64
0.76 1.18 1.42
花岗岩
花岗岩 花岗岩 花岗岩
63.68
72.45 83.37 94.56
2. 评价方法
沥青与集料的粘附性试验，根据沥青混合料的最大粒径决定，大于
13.2mm者采用水煮法；小于13.2mm者采用水浸法。