第6章沥青材料

℃。
加热速度为5℃/min
• 表示：T
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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。
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（3）延性与脆性
其中，T为试验温度，v为拉伸速度。
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沥青延度测定示意图
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延度
沥青延度试验
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3）影响塑性的因素
• 组分的影响：当油分和沥青质适量，树脂含量越多，沥青质
表面的沥青膜层越厚，塑性越好。 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。
定义
软化点——沥青由固体转变为具有一定流动性时的 温度。
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测定方法
我国现行试验方法要求采 用环球法软化点。
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
（距离为25.4毫米）时的
温度，称为软化点，单位： • 注意：初始温度5℃
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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。
相对密度——在规定温度下，沥青质量与同体积水质量之比 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= 沥青的密度（15℃）×0.996
3.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。
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补充： 石油沥青的生产工艺概述
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6.1.1 石油沥青
1.石油沥青的基本组成与结构
（1）基本组成：是由多种碳氢化合物及其非金属（氧、 硫、氮）的衍生物所组成的混合物。其组成中主要碳占80%90%,氢占10%-15%，其次氧、硫、氮等小于3%，此外还含有微 量金属元素。
c)凝胶型结构
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结构类 型
组成及结构特点
特性
油分和树脂较多，胶团 流动性和塑性
溶胶型 外膜胶厚，胶团之间运 较好，温度敏
动较自由
感性强
溶凝胶 型
凝胶型
地沥青质不如凝胶型多， 胶团靠的较近，相互之 间有一定吸引力
介于溶胶型和 凝胶型之间
油分和树脂含量较少， 胶团外膜胶薄，胶团间 移动较困难
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溶胶-凝胶型沥青的特点： 高温时具有较低的感温性，
低温时又具有较强的变形能力。（高等级沥青路面
用的沥青均属于此类）
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2. 石油沥青的技术性质
（1）物理常数
√
（2）粘滞性（粘性） √
（5）耐久性（又称沥青的
老化）
√ （3）延性和脆性
（6）施工安全性（闪
√ （4）温度敏感性
点、燃点）
以建筑石油沥青为主讲解
性状 组分
外观特征
油 分
淡黄透明液体
树
红褐色粘稠
脂
半固体
沥青 质
深褐色固体 微粒
平均 分子量
200～700
800～3000
1000 ～5000
碳氢比 /原子比
0.5 ～0.7
0.7 ～0.8
0.8 ～1.O
含量 /%
45 ～60
15 ～30
5～30
在沥青中的主要作用
赋予沥青以流动性。油 分多，流动性大，而黏 性小，温度敏感性大
（沥青达到软化点时，针入度一般为600～1000，0.1mm）
• 建立针入度-－温度感应性系数A的基本公式：
A lg 800 lg P(25 C,100g,5s) TR&B 25
存在问题：针入度-－温度感应性系数A值为小数，使用不方便，
引入针入度指数PI值的概念。
经验公式：
PI 20 500A
——指石油沥青受到外力作用时，所能承受的塑性变形的总 能力。石油沥青的延性用延度指标表示。 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。 规定条件为：试验温度有0℃、10 ℃ 、15℃、25℃等；
拉伸速度有1 cm/min、5cm/min两种。 2）延度的表示方法： D（T，v）
通常粘稠沥青的密度在0.96~1.04g/cm3
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2）热胀系数
沥青在温度上升1 ℃时长度或体积的变化，分别称 为线胀系数或体胀系数，统称为热胀系数。
热胀系数越大，沥青路面在夏季越易泛油，冬季 冷缩越易产生开裂。
3）溶解度
是指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或苯中溶解 的百分率。
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wenku.baidu.com组分 性状
外观特征
平均相对密度 平均分子量
主要化学结构
饱和分
无色液体
0.89
625
烷烃、环烷烃
芳香分 黄色至红色液体
胶质
棕色粘稠液体
沥青质 深棕色至黑色固态
O.99 1.09 1.15
730 970 3400
芳香烃、含S衍生物
多环结构，含S、O、N 衍生物
缩合环结构，含S、O、N 衍生物
另外：石油沥青中含有蜡，它会降低沥青的粘结力和塑性， 并对温度特别敏感。
1 50A
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针入度指数的应用 • 针入度指数愈大，表示沥青对温度的敏感性愈小。 • 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
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2）针入度--粘度指数（PNV） （表征高于软化点温度的沥青感温性）
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（5）粘附性 沥青与矿质集料的粘附性影响沥青路面的质量
和耐久性，因此粘附性是沥青的重要性质。 沥青在沥青混合料中以薄膜的形式裹覆在集料颗粒 表面，并将松散的矿质集料粘结为一个整体。
粘附性不仅取决于沥青的性质，也取决于集料的 性质。
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（6）耐久性
沥青性质随时间而产生“不可逆”的化学组成结构和物理力学性 能变化的过程，称为沥青的老化，也就是沥青的耐久性。 老化是组分的变化：石油沥青在热、阳光、氧气等因素的长期 作用下，沥青中油分和树脂相对含量减少，地沥青质逐渐增多
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，这些组就称为组分。 我国现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000） 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。
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石油沥青三组分分析法的各组分性状
该法是应用沥青25℃时的针入度值和135℃（或 60℃）时的粘度值与温度的关系来计算沥青温度敏 感性的方法。 沥青胶结料的PVN值越低，其温度敏感性越高。 通常PVN值在-2.0～+0.5之间。
•
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我们讲述了建筑石油沥青的粘滞性、温度敏感 性和延性。 表征这三项性质的三大指标为：
针入度、软化点、延度 是评价建筑石油沥青技术性质最常用的经典指 标。
第6章 沥青材料 主要内容：
1.沥青材料的基本概念 2.石油沥青的化学组分和胶体结构 3.石油沥青的技术性能、技术标准和选用 4.沥青的掺配、改性及主要沥青制品 5.建筑防水材料（第9章）
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1.定义
6.1 概 述
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。
公式
针入度指数（Penetration Index，简称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） 具有线性关系，表达式为：
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lg P AT K
• 温度的影响：温度升高，塑性增大。
沥青延度越大，其塑性变形越大，有利于低温变形。
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4）脆性
• 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0.4克在一个标准的金属
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 至某一温度时，沥青薄膜在规定弯曲条件下产生脆断时的温 度，即为沥青的脆点。
使沥青具有塑性和粘性。含 量增加，粘聚性和塑性增大， 温度敏感性增大。 赋予沥青粘度和温度稳定性。 含量高，粘性增大，温度稳 定性好（敏感性小），但塑 性降低，脆性增大。
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2）四组分分析法
石油沥青的四组分分析法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：
1）影响因素
①温度与氧化作用。影响沥青氧化的主要因素是温度。T高氧化快
弹性和粘性较 高，温度敏感 性较小，流动 性和塑性较低 9
溶胶型沥青的特点：
1） 流动性和塑性较好，开裂后自行愈合能力较强， 低温时变形能力较强；
2）温度稳定性差，温度过高会发生流淌。
凝胶型结构的特点：
1）流动性和塑性较差，开裂后自行愈合能力较差；
2）弹性和塑性较高，温度敏感性较小。高温稳定性 较好，低温变形能力差。
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）。
针入度-温度感应性关系图
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A值的求取公式：
• 根据已知的针入度值P（25℃，100g，5s）和软化点TR&B • 假设沥青在软化点时的针入度值为 800 （0.1mm）
• 组分的影响：当沥青质含量多，同时有适量
树脂，而油分含量较少时，粘滞性大。
• 温度的影响：在一定温度范围内，温度升高，
粘度降低，反之，粘度升高。
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1）针入度
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。 常用试验条件：
一般认为：沥青的脆点越低，抗裂性越好。
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（4）温度敏感性 －－沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化
的性能。
评价指标：
（1）软化点（建筑石油沥青用）
（2）针入度指数 （3）针入度粘度指标
道路石油沥青用
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1）针入度指数（表征低于软化点温度的沥青感温性）
定义 沥青的针入度指数——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，又可以划分沥青的牌号（道路 石油沥青）。
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指标与性质间的关系
针入度越小
针入度与粘度之间 的关系是 针入度 越小, 粘度越大, 石油沥青越硬。
粘度越大 越硬
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2）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。也是沥青粘度的一种度量。
在常温下，沥青呈黑色或黑褐色的固态、半固态或粘性 液体。
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2.分类:
地沥青
沥青
按产源不同
焦油沥青
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
石油沥青：石油经各种炼制工艺加工后 而得的沥青产品
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
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（2）胶体结构 1）溶胶型结构——沥青质含量相对较少，油分和树脂含量相对较高 2）溶-凝胶型结构——沥青质含量适当，油分和树脂含量相对较高 3）凝胶型结构——沥青质含量相对较多，油分和树脂含量相对较少
a) a)溶胶型结构；
b) 沥青胶体结构示意图
b) 溶-凝胶型结构； 工程管理 系
c)
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（2）粘滞性（简称粘性）
——指石油沥青内部阻碍其相对流动的一种特性，它反映石 油沥青在外力作用下抵抗变形的能力。
沥青的粘性是划分沥青牌号的主要技术指标之一。
测定方法：
绝对粘度 条件粘度
针入度（适应固体或半固体粘稠石油沥青）
软化点：既是粘性测定指标，又作为测定温度
稳定性的方法
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影响粘性的因素
规定温度：25℃ 标准针质量：100g
贯入时间：5s
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表示方法：P（25℃，100g，5s）。 表征意义： 沥青的针入度值愈大，表示沥青的 粘度愈小。 石油沥青的标号（或牌号）： 一般取针入度的平均值。（见P165） 例如：90号沥青，针入度范围为80～ １００（０.１mm）
100号沥青，针入度范围为90～ １2０（０.１mm）