2011-5-26第十章 沥青

• 表示：TR&B
加热速度为5℃/min

3）软化点的意义 • 沥青软化点越高，沥青的温度稳定性越好。 • 针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度，
软化点则是沥青达到规定条件粘度时的温度。
因此，软化点既是反映沥青材料温度稳定性的一项指标，
又是沥青粘度的一种量度。
（2）针入度指数（Penetration Index，简称PI）
称量m5——（比重瓶+ 2／3沥青试样+1/3水）的质量
⑦ 计算
m4 m1 密度b T (m2 m1 ) (m5 m4 ) m4 m1 相对密度 b (m2 m1 ) (m5 m4 )
2.粘滞性
——反映沥青材料内部阻碍沥青粒子产生相对流动的能力
，简称为粘性，以绝对粘度表示。
A
lg 800 lg P( 25 C ,100 g ,5 s ) TR & B 25
针入度-温度感应性关系图
存在问题：针入度-温度感应性系数A值为小数，使用不
方便，引入PI值的概念。 经验公式：

3）针入度指数的应用 稳定性越好。
30 PI 10 1 50 A
• 针入度指数愈大，表示沥青对温度的敏感性愈低，温度
其中，T为试验温度，v为拉伸速度。 通常采用试验条件： 温度15℃，拉伸速度5cm/min。

（3）测定延度的意义
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：
• 随着沥青胶体结构发育成熟度的提高，含蜡量的增加，
以及饱和蜡和芳香蜡的比例增大等，都会使沥青的延度值相对 降低。
• 沥青延度越大，其塑性变形越大，有利于低温变形。
第十章
土 木 工 程 学 院
沥
青
材料工程教研室
主讲教师： 梁晓颖
1
10.1
一、定义
基本概念
沥青材料——是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。 常温下，沥青呈黑色或黑褐色的固态、半固态或 液态。
二、应用
广泛用作路面、屋面、防水、耐腐蚀等工程材 料。土木工程建筑主要应用石油沥青。

1）意义 沥青针入度指数——评价沥青技术性质的一个重要指标， 既可以反映沥青的感温性，又可以划分沥青的胶体结构。

2）公式 PI是P.Ph.普费（Pfeifer）和F.M.范· 杜尔马尔（Van Doormaal）等提出的一种评价沥青感温性的指标。
研究观点：沥青针入度值的对数（lgP）与温度（T）具有
常用试验条件： 标准针质量：100g 贯入时间：5s

2）表示方法：P（25℃，100g，5s）

3）表征意义
沥青的针入度值愈大，表示沥青的粘度愈小。针入度是
目前我国粘稠石油沥青的分级指标。 标号：一般取针入度的平均值。 例如： 90号沥青，针入度范围为80～100（0.1mm） 110号沥青，针入度范围为100～120（0.1mm）
最热月平均最高气温℃ 年极端最低气温 ℃
备注
< -37.0 -37.O ～ -21.5 -21.5～ -9.0 > -9.0 < -37.0 -37.O ～ -21.5 -21.5 ～ -9.O > -9.0 < -37.0 -37.O ～ -21.5 -21.5 ～ -9.0 > -9.0 不存在 不存在 不存在
1.按照设计高温分区指标，一级区划分为3个区；
2.按照设计低温分区指标，二级区划分为4个区；
3.按照设计雨量分区指标，三级区划分为4个区。
10
1.按照设计高温分区指标，一级区划分为3个区
高温气候区 气候区名称 最热月平均最高气温℃ 1 夏炎热区 > 30 2 夏热区 20～30 3 夏凉区 < 20
< 20
1. 第一个数字代表高温分区： 采用最近30年内年最热月的平均日最高气温的平均值作为 反映高温和重载条件下出现车辙等流动变形的气候因子。 2. 第二个数字代表低温分区： 采用最近30年内的极端最低气温作为反映路面温缩裂缝的 气候因子。 如1-3，1——代表高温区，属夏炎热区 3——代表低温区，属冻冷区 3. 第三个数字代表雨量区： 如1-3-2，1，3——意义同上 2——代表雨量区，属湿润区 由温度和雨量组成的气候分区（略）
温度时，沥青薄膜在规定弯曲条件下会出现一个或多个裂缝
，此时的温度即为沥青的脆点。
前面述了石油沥青的粘滞性、延性和温度敏感性。 表征这三项性质的三大指标为： 针入度、延度、软化点 是评价粘稠石油沥青技术性质最常用的经典指标。
5.耐久性
（1）影响因素
沥青材料在施工时需要加热，工程完成投入使用过程中
又要长期经受大气、日照、降水、气温变化等自然因素的 作用而影响耐久性。 （2）沥青的老化 1）定义：在上述因素的综合作用下会产生不可逆的化学变
沥青的粘度是沥青首要考虑的技术指标之一。 沥青绝对粘度的测定方法精密度要求高，操作复杂，不 适于作为工程试验，因此，工程中通常采用条件粘度反映沥 青的粘性。 针入度（适应粘稠石油沥青）▲ 条件粘度 粘度（适应液体石油沥青）
针入度
1）针入度的定义
针入度——在规定温度条件 下，以规定质量的标准针 经过规定的时间贯入沥青 试样的深度。 单位：0.1mm。 规定温度：25℃

1）软化点定义
——人为选定的沥青由固态到液态的转变温度范围中的一 软化点 个条件温度。 固态 0.8721 条件温度 液态

2）测定方法
我国现行试验方法要求采 用环与球法软化点。
如图，该法是将沥青试样 注于规定内径的铜环中， 环上置一钢球，在规定的 加热速度下，沥青试样逐 渐软化，直至在钢球荷重 作用下滴落到下层金属板 时的温度，称为软化点。 • 注意：初始温度5℃ 单位：℃
• 划分沥青的胶体结构： PI＜-2者，属溶胶型沥青 PI= -2～+2之间者，属溶-凝胶型沥青
PI＞+2者，属凝胶型沥青
• 划分沥青的胶体结构使用诺模图 测定三个不同温度15℃、25℃、30℃或5℃的针入度值。
当量软化点T800——高温 当量脆点T1.2——低温
（3）脆点
• • • 沥青材料在低温下受到瞬时荷载时常表现为脆性破坏，沥 青脆性的测定极为复杂。 目前测试方法：采用弗拉斯（Fraass）脆点。 拉斯脆点试验原理：将沥青试样在一个标准的金属薄片上 摊成薄层，将其置于脆点仪内并使其稍稍弯曲。当以1℃/min 的速度降温时，沥青薄膜的温度随之逐渐降低，当降至某一
2.按照设计低温分区指标，二级区划分为4个区
低温气候区 1 2 冬寒区 3 冬冷区 4 冬温区
气候区名称 冬严寒区 年极端最低 气温 ℃
<-37.0
-37.0～-21.5
-21.5～-9.0
>-9.0
3.按照设计雨量分区指标，三级区划分为4个区
雨量气候区 1 2 3 4
气候区名称
年降雨量mm
潮湿区
以便由孔中排除空气。
比重瓶容积为20～30mL，质量不超过40g。
粘稠沥青的试验原理： ① 比重瓶烘干称重m1 ② 将比重瓶中浸满水，称其质量m2 ③ 计算比重瓶的水值（即比重瓶体积）为V=m2- m1
④ 将热熔的沥青试样，注入比重瓶中约至2／3高度
⑤ 称m4——（比重瓶+ 2／3沥青试样）的质量 ⑥ 将1/3剩余空间浸满水，
蜡：饱和分和芳香分，以丁酮—苯为脱蜡剂，低温分离可确 定含蜡量。
2、胶体结构
（1）溶胶型结构 （2）溶-凝胶型结构 （3）凝胶型结构
按沥青质含量 少 适中 多
b) 沥青胶体结构示意图 a)溶胶型结构； b) 溶-凝胶型结构；
a)
c) c)凝胶型结构
三、沥青气候分区及确定方法
依据JTG F40-2004《沥青路面施工技术规 范》
2
三、分类
天然沥青：石油在自然条件下，长时 间经受地球物理因素作用形成的产物 地沥青 石油沥青：石油经各种炼制工艺加工而
沥青
焦油沥青
得的沥青产品 煤沥青：煤经干馏所得的煤焦油，经 再加工后得到煤沥青 页岩沥青：页岩炼油工业的副产品
3
10.2
石油沥青 ▲
一、石油沥青的生产工艺概述
二、石油沥青的组成和结构
性状 组分 饱和分 芳香分 胶质 外观特征 无色液体 黄色至红色液体 棕色粘稠液体
深棕色至黑色固态 平均相对密度
平均分子量 625 730 970
主要化学结构 烷烃、环烷烃 芳香烃、含S衍生物 多环结构，含S、O、N 衍生物
0.89 O.99 1.09
沥青质
1.15
3400
缩合环结构，含S、O、N 衍生物
>1000
湿润区
1000～500
半干区
500～250
干旱区
<250
由高、低温分区组合，第一个数字代表高温分区，第二个 数字代表低温分区。数字越小表示气候因素越严重
气候区名
1-1 1-2 1-3 1-4 2-l 2-2 2-3 2-4 3-1 3-2 3-3 3-4 夏炎热冬严寒 夏炎热冬寒 夏炎热冬冷 夏炎热冬温 夏热冬严寒 夏热冬寒 夏热冬冷 夏热冬温 夏凉冬严寒 夏凉冬寒 夏凉冬冷 夏凉冬温 20～30 > 30
6
石油沥青三组分分析法的各组分性状
性状
外观特征
组分
平均 分子量
碳氢比 /原子比
含量 /%
物化特征
油分
淡黄透明液体
200～700
0.5 ～0.7
45 ～60
几乎可溶于大部分有机溶剂， 具有光学活性，常发现有荧 光 ， 相 对 密 度 约 0.910 ～ 0.925 温度敏感性高，溶点低于 100℃，相对密度大于1.000
化，而导致工程性能逐渐劣化的过程称为老化。
2）评价方法：采用蒸发损失试验和薄膜加热试验。 （沥青试样在160℃条件下，加热蒸发5h）
我国现行方法规定测定25℃下的相对密度。
沥青15℃密度与25℃相对密度之间的换算公式： 沥青与水的相对密度(25/25℃)= 沥青的密度(15℃)×0.996 沥青混合料配合比设计要求使用25℃的相对密度。
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试验目的：①供沥青贮存时体积与质量换算用； ②用以计算配合比。 主要试验仪具 比重瓶：玻璃制，瓶塞中间有一个垂直孔，
树脂
红褐色粘稠 半固体
800～3000
0.7 ～0.8
15 ～30
沥青 质
深褐色固体 微粒
1000 ～5000
0.8 ～1.O
5～30
加热不熔化，分解为硬焦炭， 使沥青呈黑色，相对密度 1.100～1.500
（2）四组分分析法 （五组分） 是将石油沥青分离为：饱和分、芳香分、胶质和沥青质。
石油沥青按四组分分析法所得各组分的性状如下表：
采用延度大的沥青筑路，使用寿命较长。
4.温度敏感性
（1）软化点
（2）针入度指数
——高温性能指标
（3）脆点
——低温性能指标
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（1）软化点
沥青材料是一种非晶质高分子的混合材料，没有固定的
熔点。沥青材料在由固态转变为液态的温度阶段是一种粘滞 流动状态，在工程施工和使用中为保证沥青不致由于温度升 高而产生流动的状态，常常采用软化点来表示沥青的温度敏 感性。
3.延性
延性是沥青材料当受到外力拉伸作用时，所能承受的塑性 变形的总能力，以延度作为条件延性的表征指标。 （1）延度的定义 延度：将沥青试样制成8字形标准试件，采用延度仪，在规 定拉伸速度和规定温度下拉断时的长度，单位：cm。
25

（2）延度的表示方法：D（T，v）=121cm（可记作＞100cm）
三、沥青气候分区及确定方法
四、石油沥青的技术性质 ▲
五、石油沥青的技术标准
4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一、石油沥青的生产工艺概述
5
二、石油沥青的组成和结构
1、化学组分
化学组分分析方法：将沥青分离为化学性质相近 ，而且与其工程性质有一定联系的几个组，每个组就 称为一个组分。我国现行《公路工程沥青及沥青混合 料试验规程》（JTJ 052-2000）规定有三组分和四组 分两种分析法。 （1）三组分分析法 按三组分分析法所得各组分的性状列如下表。
线性关系，表达式为：
lg P AT K
式中： A——为直线斜率，称为针入度温度感应性系数。 表示沥青针入度随温度的变化率。 如图，A 值越高，沥青对温度 的敏感性越大。 K——为截距（常数）。 A值的求取公式： 沥青达到软化点时，针入度一般 为600～1000，取P=800 （0.1mm）
沥青路面使用性能温度气候分区
四、石油沥青的技术性质
☼1.物理常数 ☼2.粘滞性 ▲ ☼3.延性 ▲ ☼4.温度敏感性 ▲ ☼5.耐久性 ▲ ☼6.安全性 ☼7.其他性质
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1.物理常数
（1）密度——在规定温度条件下，单位体积的质量。
单位：kg/m3或 g/cm3。 我国现行试验方法规定测定15℃下沥青密度。 （2）相对密度——在规定温度下，沥青质量与同体积水质量 之比。