道路工程材料沥青材料

非极性稠状油类。作用是软化胶 0.0 质和沥青质，保持体系的稳定性。
芳香分
黄色至红色 液体
0.99
730 0.25
3.5
胶质
深棕色固体 或半固体
1.09
970 0.42
3.6
沥青质
深棕色至黑 色固态
1.15
3400 0.50
—
非极性，分子量最低，是主要的 2.0 分散介质。溶解力很强。
极性很强，具有很好的粘附力， 7.4 是沥青质扩散的介质，赋予沥青
胶体的形成
现代胶体理论：沥青材料是一种胶体分散系 沥青质——分散相，固态 饱和分和芳香分——分散介质，液态 胶质——保护作用，使分散相能够很好地胶溶于分散介质中 形成稳定的胶体结构。
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胶团
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（三）石油沥青胶体结构
胶体结构
沥青是一种胶体分散系，沥青质是核心，吸附胶质分形 成“胶团”作为分散相，逐渐向外扩散，使沥青质的胶 核胶溶于芳香分和饱和分形成的分散介质中，形成稳定 的胶体结构。
• 形态：固体粉末，密度ρ>1 • 含量：5～25％，石蜡基原油1％，中东原有生产的沥青>5％。 • 特点：极性很强。
• 对路用性能的影响：
随着沥青质含量的增加，沥青的粘结力、粘度增加，感温性、 硬度提高。针入度小、软化点高，变形能力差。
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（二）化学组分
胶质分
• 胶质分：溶于正庚烷，深棕色固体或半固体，极性 • 密度ρ≈1 • 粘附力强，是沥青质的扩散剂
1020 84.50 10.60 1.68 2.51 0.71
孤岛氧化A-60沥（含 硫环烷-中间基）
1142
84.10
10.50
1.24
3.12
1.04
外油A加工氧化A-60 沥青（含硫环烷基）
1300
81.90
9.60
1.50
6.47
0.53
美国加利福尼亚氧化 AC-10沥青（含硫环 1214 80.18 10.10 1.01 5.20 0.93 烷基）
只有在各组分的化学组成和相对含量相匹配才能形成稳定 的胶体。
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（三）石油沥青的胶体结构
胶体结构分类依据
沥青中各组分的化学特性、相对含量和流变特 性不同，可分下列3个类型。
溶胶型
溶－凝 胶型
凝胶型
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（三）石油沥青的胶体结构
（1）溶胶型（Sol type）结构
芳香烃的脱沥青油，获得胶质和沥青质高的溶剂
沥青。常用的脱沥青溶剂为丙烷，处理石蜡基原
油。
按照沥青的质量要求，将几种沥青
按适当的比例进行调配，调整沥青组
分之间的比例关系以获得所要求的产
品。
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石油沥青的种类（常温下形态）
石油沥青
粘稠沥青 液体沥青
稀释沥青 乳化沥青
快凝 中凝 慢凝
快裂 中裂 慢裂
石油沥青的种类（用途）
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二、沥青材料分类
沥青的种类（按获取方式划分）
沥青
地沥青
Asphalt
天然（地）沥青
(特立尼达湖沥青，岩沥青)
石油（地）沥青
焦油沥青
（干馏） Tar
煤沥青 木沥青
…… 页岩沥青
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（1）湖沥青
特立尼达湖沥青（Triniada Lake Asphalt）是 世界上最为著名的天然沥青之一，它产于南美洲加勒比海 岛国－风景秀丽的特立尼达和多巴哥境内的沥青湖。该沥 青湖又叫彼奇湖，面积44万平方米，深约82米，湖中沥 青储量达1200万吨，是世界上最大的天然沥青产地。
力学特性：荷载很小或作用时间很短时，有明显弹性效
应；应力超过屈服值之后，表现为粘一弹性变形。具有触 变性。
路用性能：具有较低的温度感应性和较好的粘弹特性，
低温变形能力较差。 深度氧化的沥青多属于凝胶型沥青
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（三）石油沥青的胶体结构
胶体结构类型的判定： 针入度指数 PI<-2 溶胶结构； PI:-2~+2 溶-凝胶结构； PI>+2 凝胶结构。
• 对路用性能的影响： • 胶质对沥青质的比例在一定程度上决定了沥青胶体结构
方的稳定； • 提高沥青的延度，减小沥青的针入度； • 沥青质+胶质分比例高，粘度增加
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（二）化学组分
饱和分
• 饱和分：溶于正庚烷，由直链和支链脂肪属烃和烷基芳 香烃组成，包括蜡质及非蜡质饱和物
• 无色液体，无极性
1048 84.10
9.20
1.45
4.40
0.34
0.768
C73.4H45.7O0 .9S1.6N0.3
C/H原子比越大，沥青中环结构特别是芳香环结构愈多 碳氢比：石蜡基最小，环烷基最大，中间基介于其间
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（二）化学组分
化学组分分析：
将沥青分离为化学性质相近，且与其路用性质 有一定联系的几个组，这些组就称为“组分”。
料的粘附性 ➢ 抗滑性：使沥青路面抗滑性能降低
重交通道路沥青要求：蜡含量 <2.2%
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（三）石油沥青的胶体结构
沥青的技术性质，不仅取决于它的化学组分和 化学结构，而且取决于它的胶体结构。
• 胶体结构的形成 • 胶体结构的分类 • 胶体结构类型的判定
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（三）石油沥青胶体结构
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四、沥青的物理性质
1. 密度: 沥青在规定温度 (15℃)条件下、单位体积的质 量。也用相对密度表示：在规定温度下，沥青质量 与同体积水质量之比。
质分形成胶团。胶团数量增多、浓度增加、距离相对靠近、
有一定的吸引力。
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（三）石油沥青的胶体结构
力学特性：在变形的最初阶段，有明显的弹性效应，在变
形增加至一定数值后，表现出一定的粘性流动，粘度随剪应 力增加而减小。具有粘弹性，有时具有触变性。
路用性能：高温时具有较低的感温性
低温时又具有较好的变形能力
路用性能：较好的自愈性和低温变形能力，感温性大，
高温时粘度很小，低温时由于粘度增大而使流动性变差， 冷却时变为脆性固体。 代表沥青：石蜡基或石蜡中间基原油生产的直馏沥青
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（三）石油沥青的胶体结构
（2）溶－凝胶型(Sol-gel type）结构
特点：沥青质含量适当（15～25﹪之间），并有较多胶
• 密度ρ<1
• 对路用性能的影响： • 饱和分含量高，其针人度值较大（稠度较低），软化点
较低；
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（二）化学组分
芳香分
• 饱和分：溶于正庚烷，由甲苯冲洗得到；由非极性碳链 组成，对其他高分子烃类有很高的溶解能力
黄色至红色液体，弱极性
• 密度<1 • 是胶融沥青质分散介质的主要部分，占沥青总量的
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一、沥青材料简介
沥青的发展历史
➢ 公元前3800~公元前2500年，开始使用沥青 ➢ 公元前600年，古巴比伦出现第一条用沥青铺装
的路面，后失传; ➢ 十九世纪，用沥青来铺路； ➢ 1835年，在巴黎首先出现用沥青铺筑的人行道
路面；
➢ 约20年后，巴黎出现碾压沥青铺筑的路面。
特立尼达沥青湖
（2）岩沥青
岩沥青生成于岩石的夹缝中，缝宽很窄，仅数十厘 米，深可达几百米。天然岩沥青是一种纯天然的碳氢化合 物，熔点在150 ℃以上，我国青海及克拉玛依地区有所 开采，但很少用于道路。美国北部犹他州的Uintah盆地 的UNTAITE岩沥青是世界上最为著名的岩沥青。
技术指标 软化点， ℃ 针入度，25
年份
石油沥青的种类（加工工艺）
蒸馏沥青
直接蒸馏沥青获得的残渣 最简单、最经济 环烷基、中间基原油
石油沥青
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将低标号沥青或渣油，加热
氧化沥青 240~290℃，在氧化塔内吹入空气对
渣油进行不同深度氧化。
溶剂沥青 调和沥青
利用溶剂对各组分不同的溶解能力、选择性地
溶解其中一个或几个组分，分离出富含饱和烃和
大多数优质道路沥青：环烷基的直镏沥青、半氧化沥青 及溶剂脱沥青都属于溶凝胶性型。
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（三）石油沥青的胶体结构
（3）凝胶型（Gel type）结构
特点：沥青质含量很高（>30﹪），有相当数量的
胶质形成胶团。胶团浓度增加、引力增强，形成空 间网络结构。
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（三）石油沥青的胶体结构
美国哈巴尔德和斯坦费尔德提出三组分分析法
美国科尔贝特提出四组分分析法
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（二）化学组分
四组分分析法
将沥青分离为：
饱和分（Saturate，S） 芳香分（ Aromatic ，Ar） 胶质分（ Resin，R ） 沥青质（ Asphaltenes, At）
亦称SARA法。
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道路石油沥青
建筑石油沥青
石油沥青 水工石油沥青
防腐沥青
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其他
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三、石油沥青的组成结构
（一）石油沥青的元素组成
（二）石油沥青的化学组分
（三）石油沥青的胶体结构
（四）沥青组分对路用性能的影响
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（一）元素组成
主要化学元素：
碳C
氢 H 硫S 氧O
氮N
82~88% ； 8~11%； 0~6%； 0~1.5%； 0~1%
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（二）化学组分
四组分分离过程
沥青
溶于正庚烷 不溶分
沥青质
正庚烷冲洗
饱和分
可溶分
软沥青质
Al2O3吸附 甲苯冲洗 甲苯乙醇冲洗
芳香分
胶质分
含蜡沥青：以丁酮—苯为脱蜡溶剂，-20℃冷冻过滤分离出蜡
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（二）化学组分
沥青质
• 沥青质：是不溶于正庚烷而溶于苯（或甲苯）的黑色至棕色的 无定型固体。
微量金属元素：钒、镍、铁、镁和钙
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Baidu Nhomakorabea
（一）元素组成
沥青名称
分子 量
元素组成（质量，%）
碳氢比
碳（C）氢（H）氧（O）硫（S）氮（N）（原C/子H比）
平均分子式
大庆丙脱A-60沥青 （低硫石蜡基）
955 86.10 11.00 1.78 0.38 0.74
胜利氧化A-60沥青 （含硫中间基）
结构特点：
沥青质含量很少（<10﹪），有一定数量胶质分形成胶 团，胶团胶溶而分散在芳香分和饱和分的介质中。
胶团相距较远 ，极性较弱，相互间吸引力小，可以自由运动。
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（三）石油沥青的胶体结构
（1）溶胶型（Sol type）结构
力学特性：服从牛顿流体，剪应力与剪变率成正比，粘
度为常数，弹性效应可以忽略或没有。
20%~50% • 对路用性能的影响： • 芳香分含量增加，具有良好的延展性，低温变形能力好；
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（二）化学组分
石油沥青四组分分析法的各组分性状
性状 组分
外观特征
环数/分子 相对密度 平均分 芳烃指 （平均） （平均） 子量 数
环烷环 芳香环
对性能影响
饱和分 无色液体
0.89
625 0.00 3.0
比重 闪点， 25 ℃
数值 160～175
0 1.04～1.06
315＋
我国道路沥青生产量
300
280
道 250
217
路 沥
200
167
青 150
产
121
量 ，
100
70
万 顿
50 7.9 20.9 15 37
0
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
×
√
×
胶质R 800~1300
√
√
×
沥青质At 1000~5000
√
×
—
蜡：高温软化、低温结晶析出
（二）化学组分
蜡对沥青路用性能的影响(非晶格结构)
➢ 高温：高温时融化，使沥青粘度降低，温度敏感性增大 ➢ 低温：低温时易析出，分散在沥青中，减少沥青分子间
的紧密联系，降低沥青的延展性 ➢ 粘附性：使沥青与石料表面亲和力变小，影响沥青与石
0.657 0.669 0.672 0.716 0.667
C68.5H104.2O 1.1S0.1N0.5
C71.8H107.3O 1.1S0.8N0.5
C80.0H119.0O 0.9S1.1N0.8
C88.6H123.8O 1.2S2.0N0.5
C81.1H122.6O 0.8S2.0N0.8
阿拉伯氧化AC-10沥 青（含硫环烷基）
以可塑性、流动性和粘结性。
—
极性很强；影响着沥青的粘结力、 粘度、温度稳定性、硬度。
分子量：沥青质>胶质>芳香分>饱和分 极性：沥青质>胶质>芳香分>饱和分
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沥青四组分对沥青性能的影响
组分 分子量 高温粘度 低温变形能力 化学稳定性
饱和分S 500~700
×
×
√
芳香分A 800~900
第二章 沥青材料
沥青材料简介 石油沥青的生产工艺 石油沥青的组成、组分和结构 沥青的技术性质、评价方法和评价指标 沥青的技术标准
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一、沥青材料简介
沥青材料（Bituminous material）是黑色或 暗黑色固体、半固体或粘稠状物质；
由天然形成或人工炼制而成；
定义：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，呈褐色至黑色，可溶于苯或 二硫化碳等溶剂，是自然界中天然存在的或从原 油经蒸馏得到的残渣。