第二章 砂石材料
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公元前1600年，约旦河上游沥青矿—制涂料； 公元前600年，巴比伦—沥青铺筑路面，不久失传； 1681年，英国人研发出煤焦油沥青； 1866年，匹兹堡沥青诞生—硫磺与沥青共热，硫磺改性沥青； 1870年，开始开采特立尼达湖沥青，年产10万吨； 1894年，柏尔来沥青诞生—氧化沥青； 1876年，美国华盛顿特区宾夕法尼亚大道第一个单层沥青路面； 1901年， Warrin兄弟开始用沥青混凝土铺路； 1902年，加利福尼亚修建38座沥青炼厂； 1960年，开始使用全厚度沥青路面； 70年代，奥地利开始尝试用聚合物改性沥青；
道路石油沥青的技术性质以及评价方法。
1
道路建筑材料·沥青材料
主要内容
2.1 沥青基础知识 2.2 道路石油沥青生产工艺及组成结构 2.3 道路石油沥青技术性质 2.4 改性沥青与乳化沥青 2.5 小结与习题
2
道路建筑材料·沥青材料
2.1 沥青基础知识
1. 沥青材料的定义
黑色或暗黑色固体、半固体或者粘稠状物质，由天然或人工制造而得，主 要由高分烃类组成。
胶质
15
溶剂溶解的沥青质
道路建筑材料·沥青材料
16
沥青四组Biblioteka Baidu结构特点
道路建筑材料·沥青材料
17
道路建筑材料·沥青材料
➢ 沥青四组分特点：
饱和分S：
直链和支链脂肪烃及烷基、环烷基烃； 温度敏感性差；S%越大，沥青越软； 占5-20%；起软化沥青质-胶质的作用；
芳香分A：
沥青中最低的分子量的环烷芳香化合物； 非极性较强，对高分子有强的溶解能力；A%越大，沥青越软； 沥青中占30-45%；
溶剂脱沥青：
➢ 形态不同：
粘稠沥青：使用广泛；
液体沥青：通常的乳化沥青，用于路面养护
➢ 用途不同：道路沥青、建筑沥青、水工、防腐沥青；
➢ 是否加入高分子添加剂：普通沥青与改性沥青
4
Ⅰ石油沥青的分类：
➢ 普通沥青：
SBS类、SBR类及 EVA、PE类有国家规
范，其余仅为指南；
针入度分级：A70#，A90#，A110#；
吸附法：沥青在吸附剂上的吸附性不同及抽提溶剂中溶解度不同而分离； 色谱法：液固吸附色谱进行梯度冲洗；
➢ 常用四组分分析法(SARA法)：
13
沥青四组分分析法
道路建筑材料·沥青材料
➢ 液相冲洗色谱柱；
➢ SARA法将沥青分
饱和分 芳香分
油分
胶质
沥青质
14
沥青四组分结构特点
道路建筑材料·沥青材料
沥青质
胶质R：
溶于正庚烷，极性强，粘结力强，是沥青的胶溶剂； 化学稳定性差，易氧化缩合，具有很好的粘附性； 沥青中占30-40%；
沥青质AT：
溶于苯或甲苯，不溶于正庚烷； AT%增加，沥青硬度增大，对沥青的感温性有好的影响；但过高，使沥青较脆； 沥青中占5-20%；
18
常见沥青的族组成
道路建筑材料·沥青材料
2. 沥青材料的分类
⑴ 天然沥青：一般存于岩石裂缝、地面或形成湖泊；
➢ 地下原油通过岩石裂缝渗透到地表，其轻质油蒸发，残留物经氧化后形成；
➢ 特立尼达湖沥青；四川青川沥青矿、新疆克拉玛依乌尔木沥青湖；
⑵ 焦油沥青：
➢ 煤、木材、页岩炭化或减压蒸馏得到； ➢ 煤焦油、松节油，页岩沥青；
⑶ 石油沥青：
使用最广泛 课程主要内容；
道路建筑材料·沥青材料
⑴ 元素组成
➢ 主要是C、H；少量杂原子S、N和O；微量金属元素Fe、Ni、V；
元素组成与沥青的技术性质相关性较差；
12
2. 石油沥青的组成结构
道路建筑材料·沥青材料
⑵ 族组成
➢ 沥青是一种复杂混合物，一般的化学分析方法难以将其分离； ➢ 化学族组成分析
定义：物理和化学特性相近似的化合物集合体——族； 分析原理：不同分子大小、极性及分子空间构型不同； 族组成分析方法：四组分分析法
➢ 石油加工所得的渣油或由渣油氧化所得产物； ➢ 普通沥青、SBS改性沥青、橡胶改性沥青等；
3
道路建筑材料·沥青材料
Ⅰ石油沥青的分类：
➢ 加工工艺不同：
环烷基和中间基 原油较适合生产 优质道路沥青；
直馏沥青：性质与原油来源有关；
氧化沥青：主要用于生产建筑沥青或低标号道路沥青；
调和沥青：关键在于组分的配伍性，混合均匀；
➢ 特点：
高温易软化，使沥青粘度降低，温度敏感性增大； 低温时结晶，降低沥青的低温延展能力，柔韧性变差； 降低沥青与集料的粘附性；
20
蜡晶体的不同几何结构
学习内容
道路建筑材料·沥青材料
基本要求：
⑴ 了解道路石油沥青的生产工艺和组分分析方法；掌握道路石 油沥青的组成结构；
⑵ 掌握道路石油沥青技术性质(物理性质、路用性能—粘滞性、 感温性、耐老化性、粘弹性、低温性能、安全性、黏附性、溶解度、 含蜡量)及评价方法；
⑶ 掌握道路石油沥青的技术标准。
重点与难点：
生产建筑沥青或低标号道路沥青； 生产原理：高温渣油吹空气氧化生产的高软化点沥青；
➢ 溶剂脱沥青工艺：通过调和或氧化生产合格道路沥青； ➢ 调和工艺：以沥青四组分作为调和依据，使组分配伍性良好；
8
沥青生产流程
道路建筑材料·沥青材料
9
常减压工艺
道路建筑材料·沥青材料
10
常减压工艺
11
2. 石油沥青的组成结构
注：C5戊烷沥青质比C7庚烷沥青质数值要大；
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沥青中的蜡
道路建筑材料·沥青材料
➢ 定义：
指沥青除去沥青质和胶质后，在油分中含有的、经冷冻能结晶 析出的，熔点在25℃以上的混合组分，其主要是高熔点的烃类混 合物；
➢ 结构：
正构烷烃及长烷基侧链的少环烃类为主。 相对其他组分其结构和组成相对简单；
6
Ⅱ 石油沥青的发展及我国使用情况：
➢ 我国道路石油沥青使用情况
道路建筑材料·沥青材料
2021
456
7
道路建筑材料·沥青材料
2.2 道路石油沥青生产工艺及组成结构
1. 石油沥青生产工艺
➢ 常减压工艺：
直馏沥青或普通道路沥青； 生产原理：蒸馏将原油中高沸点组分浓缩，减压塔底渣油—沥青；
➢ 氧化工艺：
PG性能分级：PG64-22，PG58-22；
➢ 改性沥青：向普通沥青中加入一定高分子改性剂；
橡胶类：SBR类； 热塑性树脂类：EVA、PE类； 热塑性橡胶类：SBS类； 其他改性沥青材料：岩改性沥青、橡胶改性沥青；
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道路建筑材料·沥青材料
Ⅱ 石油沥青的发展及我国使用情况：
➢ 石油沥青的发展历史
道路石油沥青的技术性质以及评价方法。
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道路建筑材料·沥青材料
主要内容
2.1 沥青基础知识 2.2 道路石油沥青生产工艺及组成结构 2.3 道路石油沥青技术性质 2.4 改性沥青与乳化沥青 2.5 小结与习题
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道路建筑材料·沥青材料
2.1 沥青基础知识
1. 沥青材料的定义
黑色或暗黑色固体、半固体或者粘稠状物质，由天然或人工制造而得，主 要由高分烃类组成。
胶质
15
溶剂溶解的沥青质
道路建筑材料·沥青材料
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沥青四组Biblioteka Baidu结构特点
道路建筑材料·沥青材料
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道路建筑材料·沥青材料
➢ 沥青四组分特点：
饱和分S：
直链和支链脂肪烃及烷基、环烷基烃； 温度敏感性差；S%越大，沥青越软； 占5-20%；起软化沥青质-胶质的作用；
芳香分A：
沥青中最低的分子量的环烷芳香化合物； 非极性较强，对高分子有强的溶解能力；A%越大，沥青越软； 沥青中占30-45%；
溶剂脱沥青：
➢ 形态不同：
粘稠沥青：使用广泛；
液体沥青：通常的乳化沥青，用于路面养护
➢ 用途不同：道路沥青、建筑沥青、水工、防腐沥青；
➢ 是否加入高分子添加剂：普通沥青与改性沥青
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Ⅰ石油沥青的分类：
➢ 普通沥青：
SBS类、SBR类及 EVA、PE类有国家规
范，其余仅为指南；
针入度分级：A70#，A90#，A110#；
吸附法：沥青在吸附剂上的吸附性不同及抽提溶剂中溶解度不同而分离； 色谱法：液固吸附色谱进行梯度冲洗；
➢ 常用四组分分析法(SARA法)：
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沥青四组分分析法
道路建筑材料·沥青材料
➢ 液相冲洗色谱柱；
➢ SARA法将沥青分
饱和分 芳香分
油分
胶质
沥青质
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沥青四组分结构特点
道路建筑材料·沥青材料
沥青质
胶质R：
溶于正庚烷，极性强，粘结力强，是沥青的胶溶剂； 化学稳定性差，易氧化缩合，具有很好的粘附性； 沥青中占30-40%；
沥青质AT：
溶于苯或甲苯，不溶于正庚烷； AT%增加，沥青硬度增大，对沥青的感温性有好的影响；但过高，使沥青较脆； 沥青中占5-20%；
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常见沥青的族组成
道路建筑材料·沥青材料
2. 沥青材料的分类
⑴ 天然沥青：一般存于岩石裂缝、地面或形成湖泊；
➢ 地下原油通过岩石裂缝渗透到地表，其轻质油蒸发，残留物经氧化后形成；
➢ 特立尼达湖沥青；四川青川沥青矿、新疆克拉玛依乌尔木沥青湖；
⑵ 焦油沥青：
➢ 煤、木材、页岩炭化或减压蒸馏得到； ➢ 煤焦油、松节油，页岩沥青；
⑶ 石油沥青：
使用最广泛 课程主要内容；
道路建筑材料·沥青材料
⑴ 元素组成
➢ 主要是C、H；少量杂原子S、N和O；微量金属元素Fe、Ni、V；
元素组成与沥青的技术性质相关性较差；
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2. 石油沥青的组成结构
道路建筑材料·沥青材料
⑵ 族组成
➢ 沥青是一种复杂混合物，一般的化学分析方法难以将其分离； ➢ 化学族组成分析
定义：物理和化学特性相近似的化合物集合体——族； 分析原理：不同分子大小、极性及分子空间构型不同； 族组成分析方法：四组分分析法
➢ 石油加工所得的渣油或由渣油氧化所得产物； ➢ 普通沥青、SBS改性沥青、橡胶改性沥青等；
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道路建筑材料·沥青材料
Ⅰ石油沥青的分类：
➢ 加工工艺不同：
环烷基和中间基 原油较适合生产 优质道路沥青；
直馏沥青：性质与原油来源有关；
氧化沥青：主要用于生产建筑沥青或低标号道路沥青；
调和沥青：关键在于组分的配伍性，混合均匀；
➢ 特点：
高温易软化，使沥青粘度降低，温度敏感性增大； 低温时结晶，降低沥青的低温延展能力，柔韧性变差； 降低沥青与集料的粘附性；
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蜡晶体的不同几何结构
学习内容
道路建筑材料·沥青材料
基本要求：
⑴ 了解道路石油沥青的生产工艺和组分分析方法；掌握道路石 油沥青的组成结构；
⑵ 掌握道路石油沥青技术性质(物理性质、路用性能—粘滞性、 感温性、耐老化性、粘弹性、低温性能、安全性、黏附性、溶解度、 含蜡量)及评价方法；
⑶ 掌握道路石油沥青的技术标准。
重点与难点：
生产建筑沥青或低标号道路沥青； 生产原理：高温渣油吹空气氧化生产的高软化点沥青；
➢ 溶剂脱沥青工艺：通过调和或氧化生产合格道路沥青； ➢ 调和工艺：以沥青四组分作为调和依据，使组分配伍性良好；
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沥青生产流程
道路建筑材料·沥青材料
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常减压工艺
道路建筑材料·沥青材料
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常减压工艺
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2. 石油沥青的组成结构
注：C5戊烷沥青质比C7庚烷沥青质数值要大；
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沥青中的蜡
道路建筑材料·沥青材料
➢ 定义：
指沥青除去沥青质和胶质后，在油分中含有的、经冷冻能结晶 析出的，熔点在25℃以上的混合组分，其主要是高熔点的烃类混 合物；
➢ 结构：
正构烷烃及长烷基侧链的少环烃类为主。 相对其他组分其结构和组成相对简单；
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Ⅱ 石油沥青的发展及我国使用情况：
➢ 我国道路石油沥青使用情况
道路建筑材料·沥青材料
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道路建筑材料·沥青材料
2.2 道路石油沥青生产工艺及组成结构
1. 石油沥青生产工艺
➢ 常减压工艺：
直馏沥青或普通道路沥青； 生产原理：蒸馏将原油中高沸点组分浓缩，减压塔底渣油—沥青；
➢ 氧化工艺：
PG性能分级：PG64-22，PG58-22；
➢ 改性沥青：向普通沥青中加入一定高分子改性剂；
橡胶类：SBR类； 热塑性树脂类：EVA、PE类； 热塑性橡胶类：SBS类； 其他改性沥青材料：岩改性沥青、橡胶改性沥青；
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道路建筑材料·沥青材料
Ⅱ 石油沥青的发展及我国使用情况：
➢ 石油沥青的发展历史