第9章 沥青材料

第9章 沥青和沥青混合料
本章的目的要求 1、掌握沥青的组成、技术性质和技术 标准； 2、 掌握石油沥青的参配； 3 、了解煤沥青和石油沥青改性的相关 内容。
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9.1 沥青
沥青是高分子碳氢化合物及其非金属 （氧、氮、碳等）衍生物组成的极其复杂的 混合物，在常温下呈黑色或黑褐色的固体、 半固体或液体状态。
采用选择性溶解等方法，将煤沥青分离为 游离碳、油分、软树脂和硬树脂四个组分。
煤沥青分为低温、中温、高温煤沥青三大 类。建筑中主要使用半固体的低温煤沥青。煤 沥青和石油沥青相比，煤沥青密度较大，塑性 较差，温度敏感性较大，在低温下易变脆硬、 老化快，与矿质材料表面结合紧密，防腐能力 强，有毒和臭味等。因此，煤沥青适用于地下 防水工程及防腐工程中。
再生沥青机理：
Ａ、相容理论（沥青老化是沥青中的组分相
容性降低造成的，增加氮基和第一酸性分即 可再生）；
Ｂ、组分调节理论（沥青老化是由于沥青
中某些成分偏多，而另一些成分偏少造成的， 补充偏少的成分即可再生）
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2）煤沥青的基本组成
煤沥青是煤干馏得到的煤焦油，经再提炼 加工得到的产品，也称煤焦油沥青或柏油。
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沥青延度与其流变特性、胶体结构和化学组分等有 着密切的关系。 研究表明： ➢ 沥青中油分和地沥青质适量时，树脂含量愈多，沥青 的塑性愈大。 ➢ 温度升高，沥青的塑性增大。 ➢ 在常温下，塑性较好的沥青在产生裂缝时，也可能由 于特有的粘塑性而自行愈合（反映了沥青开裂后的自愈 能力）。 ➢ 沥青延度越大，其塑性变形越大，有利于低温变形。
沥青的延度值是采用延度仪测定的，它是
将沥青试样制成8字形标准试件（最小断面 1cm2），在规定的试验温度（通常为25℃或 15℃）和拉伸速度（通常为5cm/min）条件 下，拉断时的长度伸长值（以cm计）。在科 研中有时需测定沥青低温（0℃，4℃）时的 延度，其拉伸速度常为1cm/min 。
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沥青。 见表9－1（P158）。
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2.沥青的基本组成结构
1）石油沥青的基本组成
石油沥青是以原油为原料，经过炼油厂常压 蒸馏、减压蒸馏等提炼后，提取汽油、煤油、柴 油、重柴油、润滑油等产品后得到的渣油，通常 这些渣油属于低标号的慢凝液体沥青。
组分：将沥青中化学成分和物理性质相近，并且 有某些共同特征的部分，划分为一个组分。
石油沥青组分划分方法有三组分法（油分、树脂、 地沥青质）与四组分法（饱和分、芳香分、胶质、 沥青质）。
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2）石油沥青的结构 （1）溶胶型（针入度指数＜－２） （2）凝胶型（针入度指数＞＋２） （3） 溶胶－凝胶型（针入度指数－２～＋２）
a)
b)
c)
沥青胶体结构示意图
a)溶胶型结构； b) 溶胶-凝胶型结构； c)凝胶型结构
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3、温度敏感性
沥青物理性能随温度变化的性质。沥青是一 种组成和结构非常复杂的非晶质高聚物，它由液 态转变为固态时，没有敏感的固化点或液化点。 对于沥青的物理性质与温度之间的关系，通常采 用产生硬化与滴落时相对应的某一温度区域范围 来表示，在此温度区间内，沥青是一种粘滞流动 状态。在工程实际中为保证沥青不致由于温度升 高而产生流动的状态，取这一温度区间的0.8721 倍作为反映沥青物理状态与温度之间关系的参数， 并称之为软化点——是指沥青由固态转变为液态 时的温度。。
沥青是一种有机胶凝材料，具有粘性、 塑性、耐腐蚀及憎水性等，因此在建筑工程 中主要用作防潮、防水、防腐材料，用于屋 面、地下、以及其他防水工程、防腐工程以 及道路工程。
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9.1.1 沥青的分类与基本组成结构
1. 沥青的分类 沥青主要分为地沥青和焦油沥青。 地沥青又分为天然沥青和石油沥青。 焦油沥青分为煤沥青，木沥青，页岩
20211.石油沥青的主要性质
（1）黏滞性（简称黏性）
是指沥青在外力作用下抵抗变形的能力。
沥青在工程使用中可能受到各种力的作用，如 重力、温度应力、车轮荷载等。在沥青路面中， 沥青作为粘结材料将矿料粘结起来，形成强度， 沥青的黏滞性决定了路面的力学行为。为防止 路面夏天出现车辙，冬天出现开裂，沥青的黏 性选择是首要考虑的参数。
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３.沥青的老化及再生
沥青的老化（Ageing）是指沥青材 料在路面中受各种因素（氧、光、热、 水等）的作用下，随时间而产生“不 可逆的”化学组成结构和物理－力学 性能变化的过程。
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再生沥青（Reclaimed asphalt）：已经老化
的沥青，经掺加再生剂（Rejuventor）后使 其恢复到原来（甚至超过原来）性能的一种 沥青。
针入度是目前我国粘稠石油沥青的分级指标。针入度大，粘性 小，沥青愈软。
牌号的数值：一般取针入度波动范围的中间值。
例如：90号沥青，针入度范围为80～100。
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（2）塑性
塑性是指在外力作用下，产生变形而不破 坏的能力。用延度表示。
沥青延度值的大小直接反映了工程中沥青 在外力作用下，保持内部结构连续或抵抗开 裂的能力。
沥青的黏性通常用粘度表示，黏度和针入度是
划分沥青等级（标号）的主要依据。
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测定液体沥青等材料流动状态的黏度时， 应采用标准黏度计，该试验方法是：在标 准黏度计中，液体状态的沥青，于规定的 温度条件下，通过规定的流孔直径，流出 50mL体积，所需的时间秒数（s）被称为沥 青的黏度，并以CT,d表示（T为试验温度℃， d为流孔直径mm）。在温度和流孔直径相 同的条件下，流出时间（T）愈长，表示沥 青黏度愈大。
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针入度是在规定温度（25度）和时间（5秒） 条件下，一定重量的标准针（100g），垂直贯 入试样的深度表示沥青的针入度值，并以 0.1mm为单位（0.1mm=1度）。沥青的针入度 用PT,m,t表示，其中P为针入度，T为试验温度， m为标准针（包括连杆及砝码）的质量，t为贯 入时间。按我国现行试验法，试验条件为 P25℃,100g,5s ，根据需要如采用其它试验条件 时，应在试验结果中注明。