[材料科学]道路工程材料-第2章沥青材料

缺点：
(1) 行车舒适性不及沥青路面，噪音较大； (2) 易产生断裂破坏，对路基稳定性要求高，对不均匀沉降的适应性差。 (3) 由于路面强度高、硬度大，断板后难于清除，修复难度大，新浇筑 面板的养护期较长。
道路工程材料 第二章 沥青材料
水泥路面破坏
混凝土路面高温暴晒变形起拱
水泥路面混凝土路面在 路基、地基变形或不均匀 沉降条件下，易形成脱空， 附加应力很大，极易产生 断裂破坏。
制造方法不同，沥青的性状有很大的差异
道路工程材料 第二章 沥青材料
1 沥青基础知识
1.2 石油沥青的组成和结构
1.2.1 元素组成
CnH２n+aObScNd
其中C占80%～87%，H占10% ～ 15%
1.2.2 石油沥青的化学组分
三组分分析法
将沥青分为油分、胶质、沥青质三个组分
四组分分析法
将沥青分为沥青质、饱和分、环烷芳香分和酸性芳香分
（胶质）
道路工程材料 第二章 沥青材料
1 沥青基础知识
1.2 石油沥青的组成和结构 三组分分离法(吸附法)： 吸附法：以沥青在吸附剂上的吸附性和在抽提溶剂中溶解 性的差异为基础。例如先用低分子烷烃沉淀出沥青质，再 用白土吸附可溶分，将其分成吸附部分、胶质和未被吸附 部分、油分，这样，可将沥青分成三组分。 油分 油分为淡黄色至红褐色的油状液体，是沥青中分子 量最小和密度最小的组分，密度介于0.7～1.0ｇ/cm3之间。 在170℃较长时间加热，油分可以挥发。油分能溶于石油 醚等有机溶剂中，但不溶于酒精。油分赋予沥青以流动性。
另外，沥青树脂中还含有少量的酸性树脂，即地沥青 酸和地沥青酸酐，是沥青中的表面活性物质。它改善了 石油沥青对矿物材料的浸润性，特别是提高了对碳酸盐 类岩石的粘附性，并有利于石油沥青的可乳化性。沥青 脂胶使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。
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三组分理论
沥青质（地沥青质） 地沥青质为深褐色至黑色固态无定 形物质（固体粉末），分子量比树脂更大(1000以上)，密度 大于1g/cm3，不溶于酒精、正戊烷，但溶于三氯甲烷和二硫 化碳，染色力强，对光的敏感性强，感光后就不能溶解。地 沥青质是决定石油沥青温度敏感性、粘性的重要组成部分， 其含量愈多，则软化点愈高，粘性愈大，能提高沥青的粘结 性和热稳定性
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1 沥青基础知识
生产沥青的主要工艺方法有： 蒸馏法、氧化法、溶剂法和调合法
蒸馏法：较好的低温变形能力，但温度感应性大 氧化法：较低的温度感应性，高温抗变形能力较好，但低温变形
能力较差 溶剂法：溶剂脱沥青的含蜡量大大降低，改善了沥青的路用性能 调和法：按选定的比例互相调配，得到符合要求稠度的沥青产品
煤、木材、页岩等有机物经干馏加工而得到的焦油再加工 所得的产物。 石油沥青：
石油经精制加工其它油品后，最后加工而得到的产品。
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这个湖位于拉丁美洲加勒比海的东 南端的一个叫特立尼达和多巴哥的小 岛上，湖中滴水不见，鱼虾绝迹，以 盛产黑乎乎的天然沥青闻名于世，被 人称为“沥青湖”。
(1) 沥青路面由于车轮与路面两级减振，行车舒适性好、噪音小； (2) 柔性路面对路基、地基变形或不均匀沉降的适应性强； (3) 沥青路面修复速度快，碾压后即可通车。
缺点：
(1) 压实的混合料空隙率大，耐水性差，宜产生水损坏； (2) 沥青材料的温度稳定性差，冬季易脆裂，夏季易软化； (3) 沥青是有机高分子材料，耐老化性差； (4) 平整度保持性差，沉降会带来平整度劣化，材料软化会形成车辙
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新疆乌尔禾： 中国惟一天然沥青矿
几十年来，矿工就是 这样怀抱十字镐，一点 点地从坚硬的矿面上刨 沥青。
四川省青川县境内天然沥青， 经青川中能信天然石油矿开发有 限公司综合开发的天然沥青产品。
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1 沥青基础知识 沥青贯入式路面是在初步压实的 碎石(或破碎砾石)上，分
沥青路面发展
层浇洒沥青、撒布嵌缝料，或再在上部铺筑热拌沥青混合 料封层，经压实而成的沥青面层。
土 路
砂 石 路
面
面
我国沥青发展
︵ 碎结 石合 路料 面︶
泥 结
沥 青 表 面 处 治
沥 青 贯 入 式
沥 青 碎 石
沥 青 混 凝 土
解放前依靠进口 石蜡基原油(渣油)
油田增多
改性沥青
重交通石油沥青
乳化沥青
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三组分理论
胶质（沥青脂胶） 沥青脂胶为黄色至黑褐色粘稠状物质 (半固体)，分子量比油分大(600～1000)，密度为1.0～1.1g/ cm3。沥青脂胶中绝大部分属于中性树脂。中性树脂能溶于三 氯甲烷、汽油和苯等有机溶剂，但在酒精和丙酮中难溶解或 溶解度很低，它树脂含量增加，石油沥青的延度和粘结力等 品质愈好。
我国高速公路水泥路面 的设计基准期30年，沥青 路面的设计基准期15年。 目前的基本状况是超载和 重交通路段高速公路沥青 路面可使用5年，水泥路 面可使用10年。
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1 沥青基础知识
1.1 石油沥青的生产和分类 1.1.1 石油沥青生产工艺概述
原油提炼成汽油、煤油、柴油和润滑油等石油产品后 所剩残渣，然后再加工成沥青材料。 1.1.2 石油沥青的分类
那么，沥青是怎么从湖底“长” 出来的呢？
科学家认为，这个湖的位置上处 在一个巨大的储油构造即穹隆或背 斜构造的上方，由于内力作用与地 壳运动，使岩层发生张裂或断裂， 深层的石油不断自地下沿岩石裂缝 渗出到湖里来，石油中较轻的组分 挥发掉了，留下较粘重的组分，不 断氧化成沥青。
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80年代初，上拌下贯。 80年代末，没有优质沥青，高等级公路上马。我国研制了 一些重交沥青，大多省区进口重交沥青，整体结构也随之发 展。
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1 沥青基础知识
穿越毛乌素沙漠的榆靖高速公路
——我国第一条沙漠高速公路
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1 沥青基础知识
沥青路面与水泥路面优缺点对比 沥青路面业内人士俗称“黑道”，又称柔性路面，其优点：
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1 沥青基础知识
1.3 石油沥青的结构
胶体理论
沥青质是分散相，饱和分和芳香分是分散介质，沥青 质吸附胶质形成胶团后分散于芳香分和饱和分中。
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1 沥青基础知识
1.3.1 胶体的结构类型 （1）溶胶结构：
沥青质含量少，油分和树 脂多。这种结构的特点是粘滞 性小，胶团间完全没有引力或 引力很小，在外力作用下随时 间发展的变形特性与粘性液体 一样。流动性大，塑性好，温 度稳定性差，是液体沥青特有 的结构类型。直馏沥青的结构 多为溶胶结构。
再生沥青
中轻交通石油沥青
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1 沥青基础知识
在建国初期，学习苏联。由于交通量小，砂石路面、泥结 碎石、级配碎石，苏联用粉沫为粘结料，工艺要求严格，我 国用泥浆代替粘结料。
60～70年代初，采用渣油路面。沥青的含蜡量超过10％， 相当于液体沥青，直接在路上拌和。新问题：原路面不怕春 融，但渣油路面翻浆，提出对之进行稳定与加固。
按原油成分分类 ①石蜡基沥青 ②环烷基沥青 ③中间基沥青
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1 沥青基础知识
按加工方法分类 ①直馏沥青：常压蒸馏、减压蒸馏或深拔装置 ②氧化沥青：吹入250℃—300℃空气，数小时产生氧化 反应 ③溶剂沥青：用溶剂提取一部分石蜡
按沥青在常温下的稠度分类 ①针入度>300，液体沥青 ②针入度<=300，粘稠沥青， 又分为固体沥青（＜40）和半固体沥青(40--300)
溶—凝胶结构
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1 沥青基础知识
1.3 石油沥青的结构 （3）凝胶结构：
沥青质较多，油分和树脂较少。 胶团间有引力形成立体网状，地 沥青质分散在网格之间，这种结 构的特点是弹性和粘性较高，在 外力作用下弹性效应明显。温度 敏感性较小，流动性、塑性低。 氧化沥青多属于凝胶结构。
2 石油沥青的技术性质
物理性质：密度、热胀系数、介电常数 石油沥青的路用性能：粘滞性、低温性、感温性
溶胶结构
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1 沥青基础知识
1.3 石油沥青的结构
（2）溶—凝胶结构：
沥青质适中，油和树脂亦适中。 在常温下， 吸引力，在常温下受力变形的最 初阶段呈现出明显的弹性效应， 当变形增加到一定数值后，则变 为有阻尼的粘性流动 大部分优 质道路沥青均配成溶—凝胶型结 构，具有粘弹性和触变性，故亦 称弹性溶胶。
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沥青路面水损害
地震后沥青路面撕裂破坏
道路工程材料 第二章 沥青材料
沥青路面拥包、高温变形、车辙破坏
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沥青路面与水泥路面优缺点对比
水泥混凝土路面俗称“白道”，又称刚性路面，其优点：
(1) 水稳定性较高，在暴雨及短期浸水条件下，路面可照常通行； (2) 温度稳定性高，无车辙现象； (3) 水泥混凝土是无机胶凝材料，既耐老化，又无污染。水泥石风化与 沥青老化相比，时间长10倍以上，不构成工程问题。 (4) 平整度的保持期长。 (5) 在相同技术和工艺水平下，水泥路面大修前的使用年限长。
土木工程与建筑系
道路工程材料
2013.09~2013.11
第二章 沥青材料
1 沥青基础知识 2 石油沥青的技术性质 3 改性沥青和乳化沥青 4 其他沥青材料
道路工程材料 第二章 沥青材料
1 沥青基础知识
来源分类
天然沥青： 当地下原油通过岩石裂缝渗透到地表后并长期暴露在大气