沥青材料土木工程材料
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土木工程材料 沥青和沥青混合料
第七章 沥青及沥青混合料
第一节 沥青材料
沥青是高分子碳氢化合物及其非金属衍生物组成的极其 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，能溶于多种有机溶剂，如汽油、煤油、柴油等。
沥青按产源分为地沥青（包括天然沥青和石油沥青）和 焦油沥青（包括煤沥青和页岩沥青）。土木工程中常用的主 要是石油沥青。根据石油沥青的生产加工工艺不同，可分别 制得直馏沥青、蒸馏沥青、氧化沥青、裂化沥青、溶剂沥青 等。
一、沥青混合料的定义和分类
（一）沥青混合料的定义
根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F402004）的有关定义，沥青混合料是指由矿料与沥青结合 料拌合而成的混合料总称。其中沥青结合料是指在沥青 混合料中起胶结作用的沥青类材料（含添加的外掺剂、 改性剂等）的总称。
第七章 沥青及沥青混合料
（二）沥青混合料的分类
第七章 沥青及沥青混合料
（四）沥青基制品
1．冷底子油
冷底子油是用建筑石油沥青加入汽油、煤油、苯等溶 剂（稀释剂）溶合，或用软化点为50℃～70℃的煤沥青加 入苯溶合而配成的沥青涂料。
冷低子油常用30%～40%的石油沥青和60%～70%的 溶剂（汽油或煤油）混合而成，施工时随用随配，首先将 沥青加热至108℃～200℃，脱水后冷却至130℃～140℃， 并加入溶剂量10%的煤油，待温度降至约70℃时，再加入 余下的溶剂搅拌均匀为止。储存时应采用密闭容器，以防 溶剂挥发。
第七章 沥青及沥青混合料
6．施工安全性
为获得良好的施工和易性，在使用粘稠沥青时必须 加热，但是当加热达到一定温度时，石油沥青中的油分 就会挥发。若加热达到较高的温度，这些挥发油分与空 气混合后的气体就可能燃烧。其过程是首先出现混合气 体产生闪火现象，此后若继续加热，随着混合气体中油 分蒸汽饱和度的增加，混合气体则开始燃烧，从而引发 火灾。
第5章 土木工程材料_沥青材料
第5章沥青材料本章导学学习目的:沥青是一种典型的有机胶结材料，也是现代高速公路及城市道路的主要路面胶结材料和常用的防水材料；通过本章的学习，重点掌握沥青的主要性能特点，深刻认识沥青性能于环境的关系，为沥青混合料的学习打下基础。
教学要求:结合现代路面工程和屋面防水工程，讲解沥青材料的主要技术性能，重点使学生掌握，沥青性能与组成及环境的关系，并了解沥青防水材料的基本性能。
学习重点：1．通过学习沥青的分类和石油沥青的生产，了解不同生产工艺和基属的沥青的性能特点。
2．重点掌握石油沥青的组成和结构，包括组分组成和胶体结构组成，及其对路用性能的影响。
3．学习掌握石油沥青的重要技术性质的含义、测试方法及所表征的路用性能。
有条件的学员应亲自动手进行三大指标试验，并通过阅读参考文献了解美国SHRP沥青指标体系中对沥青性能的要求。
4．通过阅读参考文献，了解有关沥青老化和改性的知识。
5．结构工程专业的学员还应掌握常用的沥青基防水卷材的基本性能。
提示：沥青材料是目前我国高速公路面层的主要胶结材料，同时也是重要的屋面防水材料，由于沥青属于有机胶凝材料，因此具有与无机胶凝材料明显不同的性能特点和使用注意事项，学习中应注意对比掌握。
5.1沥青的分类与生产5.1.1沥青的分类沥青材料是由一些极其复杂的高分子碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属（氧、硫、氮）的衍生物所组成的黑色或黑褐色的固体、半固体或液体的混合物。
沥青属于有机胶凝材料，与矿质混合料有非常好的粘结能力，是道路工程重要的筑路材料；沥青属于憎水性材料，结构致密，几乎完全不溶于水和不吸水，因此广泛用于土木工程的防水、防潮和防渗；同时沥青还具有较好的抗腐蚀能力，能抵抗一般酸性、碱性及盐类等具有腐蚀性的液体和气体的腐蚀，因此可用于有防腐要求而对外观质量要求较低的表面防腐工程。
对于沥青材料的命名和分类，目前世界各国尚未取得统一的认识。
现就我国通用的命名和分类简述如下：沥青按其在自然界中获得的方式，可分为地沥青和焦油沥青两大类。
土木工程材料沥青及改性沥青相关知识
沥青是有机胶凝材料，由很多高分子化合物组成，常温下呈固态、半固态、或黏稠状态。
按产地分为地沥青（天然沥青、石油沥青），焦油沥青（煤沥青、页岩沥青），建筑常用石油沥青，有时也用煤沥青。
一、石油沥青(一)石油沥青组成组丛：按其中的化学成分和物理力学成分相近者划分为若干组，这些组称为组丛。
石油沥青组丛如下：油分：淡黄色液体，占总量40%~60%，赋予沥青以流动性。
树脂：黄色到黑褐色的半固体，总量15%~30%赋予沥青以黏性与塑性。
地沥青质：黑色固体，总量10%~30%是决定石油沥青热稳定性与黏性。
此外还有固体石蜡，降低沥青的黏性与塑性，增加其对温度的敏感性。
由于各组丛间相对比例不同，胶体结构可分为溶胶型、凝胶型、溶凝胶型。
建筑工程中使用的氧化沥青多属凝胶型胶体结构。
(二)石油沥青的主要技术性质1.黏性黏性用针入度表示，针入度：在规定温度（25℃）下，以规定质量（100g）的标准针在规定时间（5s）内贯入试样中的深度（0.1mm）2.塑性用延度表示沥青的塑性。
将“8”字型的标准试件放入延度仪25℃的水中，以5cm/min的速度拉伸致拉断，拉断的长度为延度。
延度越大，塑性越好。
3.温度稳定性软化点来表示。
用环球法测，沥青式样置于规定的铜环内，上置一个规定质量的钢球，水或甘油中逐渐升温，试件受热软化下垂，测得与底板接触时的温度，为软化点。
越高表示耐热性或温度稳定性越好。
4.大气稳定性大气因素下，沥青抵抗老化的性能称为大气稳定性，一般用蒸发实验测定。
指标为蒸发损失率或蒸发后的针入度比（蒸发后与蒸发前的针入度比）。
前者小而后者大则表示沥青的大气稳定性好，即老化慢。
黏稠石油沥青分为道路石油沥青、建筑石油沥青、普通石油沥青。
牌号依据针入度划分，同一品种，牌号越小，针入度越小，延度越小，软化点越高，满足条件下应选择牌号大的。
二、煤沥青煤焦厂或煤气厂的副产品。
烟煤干馏时得到煤焦油，煤焦油分馏加工提取各种油类后所剩下的残渣为煤沥青，蒸馏程度的不同分为低温、中温、高温煤沥青。
土木工程材料 第五章 沥青
沥青的针入度试验
规定的荷载、时间和温度下进行
P针入度
开始时 5秒后 它是沥青材料最为重要的性质。工程上，对于 半固体或固体的石油沥青用针入度指标表示。 针入度越大，表示沥青越软，粘度越小。
针入度仪
塑 性
概念
塑性指石油沥青在外力作用时产生变形而 不破坏，除去外力后，则仍保持变形后的形状的 性质。也反映了沥青的自愈合性能。
第 五 章
沥
青
概 述
沥青：
有机胶凝材料，是高分子碳氢化合物和非金属衍生物的 混合物。
沥青的特点
热塑性材料，加热就软化； 憎水性材料，耐水、不溶于水；
良好的粘结性和粘弹性；
较强的耐腐蚀性。
种类
地沥青：天然沥青，石油沥青
焦油沥青：煤沥青，页岩沥青
第一节
石油沥青
一、石油沥青
2. 树脂改性沥青 沥青中掺入树脂（聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、酚醛树脂等）。 性能改善：提高耐寒性、耐热性，改善粘结性和不透水性
3.橡胶和树脂改性沥青 沥青中同时掺入橡胶和树脂。 性能改善：可使同时具有橡胶与树脂的特性。
4. 矿物填充料改性沥青 沥青中掺入磨细矿物（滑石粉、石灰粉、云母粉、硅藻土 等）。
除上述性能要求外，还有溶解度，闪点和燃点。
老化后沥青的针入度
针入度比＝
老化前沥青的针入度
蒸发试验
烘箱外观
二 石油沥青的标准，选用及掺配
1、国家标准的分类 现行国家标准将石油沥青分为： 建筑石油沥青 道路石油沥青 防水防潮石油沥青 普通石油沥青
除防水防潮石油沥青，石油沥青均按针入度划分牌号。
如：建筑石油沥青分10号、30号两个牌号 道路石油沥青分7个牌号 普通石油沥青分3个牌号
土木工程材料5 沥青
石油沥青的老化与改性
土木工程中使用的沥青要求：
在低温下应有弹性和塑性； 在高温下要有足够的强度和稳定性； 在加工和使用中具有抗老化能力； 与矿物和结构表面有较强的粘附力； 以及对构件变形的适应性和耐疲劳性。
沥青材料本身难以满足这些性能要求，需用其他 材料改性。
石油沥青的老化与改性
石油沥青的技术标准
道路石油沥青技术要求.doc
Superpave
Superior Performance Asphalt Pavements
传统的经验规范转变成性能规范
1987年美国公路战略研究计划（SHRP）进行 一项为期五年耗资5000万美元的沥青课题研究， 旨在制定一个新的沥青和沥青混合料规范、试 验和设计方法。SHRP沥青课题的最终研究成 果称为Superpave，而用Superpave方法设计 的沥青混合料也可以叫做Superpave混合料。
问题？
石油沥青的组成与结构
组分
将沥青分离为化学性质相近，而且与其工程性能有 一定联系的几个化学成分组，这些组就称为“组分” 三组分分析法
油分、树脂、沥青质 饱和分、芳香分、胶质、沥青质
四组分分析法
石油沥青的组成与结构
石油沥青三组分分析法的各组分性状
性状 组分 外观特征 平均 分子量 碳氢比 含量 （％） 物化特征 几乎溶于大部分有机溶剂， 焦油光学活性，常发现有荧 光，比重约0.7~1.0 温度敏感性高，熔点低于 100℃，比重大于1.0~1.1 加热不熔化而碳化，比重 1.1～1.5
SHRP 沥青项目研究成果
沥青胶结料 混合料体积设计 混合料分析和性能预测
土木工程材料第十章-沥青与沥青混合料
四、石油沥青的选用
➢选用：根据工程性质及当地气候条件，所处环境来选用不 同牌号的沥青（或两个牌号混合使用）。
道路石油沥青 ➢分类： 建筑石油沥青
普通石油沥青
屋面用沥青：软化点一般应比当地屋面可能达到的最高 温度高出20～25℃，亦即比当地最高温度高出50℃左右。
接缝用沥青：考虑针入度和延度，可选用60号、100号 沥青。地区气温越低，选用标号越大的沥青。
a 悬浮密实结构 b 骨架空隙结构 c 骨架密实结构
沥青混合料的类型和特点
类型
示意图
密实悬浮型
a
特点 VV中、Φ小
混合料 名称
连续型密级配
骨架空隙型
b C小、VV大、Φ中 间断型开级配
骨架密实型
c C大、VV小、Φ大 间断型密级配
注：VV－试件空隙率 Φ－内摩阻角 C-粘聚力
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2.沥青混合料的强度理论
b.矿料颗粒间的联结形式
矿粉对涂敷于周围的沥青 分子有吸附作用，使沥青 在矿粉表面产生化学组分 的重排，形成一层扩散结 构膜，
膜内—结构沥青 膜外—自由沥青 ☞结构沥青的粘聚力大于自 由沥青
c.矿料比面（单位质量矿料的表面积）影响: 沥青用量一定，矿料比面↑→结构沥青多→C↑
三、沥青混合料的技术性质
➢《建筑石油沥青》（GB/T 494-1998）：用于建筑屋面和地下 防水的胶结料，也可用于制造涂料、油毡和防腐材料。按针入 度分为10号、30号和40号三个牌号；
➢《防水防潮石油沥青》（SH/T 0002-1990）：用于油毡的涂覆 材料及建筑屋面和地下防水的胶结料。按针入度指数分为3号、 4号、5号和6号四个牌号；
T MS FL
动稳定度(车辙)试验
沥青混合料—沥青混合料概述(土木工程材料)
蒋经理
王经理
沥青混合料的分类
沥青玛蹄脂碎石混合料（Stone Mastic Asphalt， SMA）。 是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级 配的粗集料骨架间隙组成一体的沥青混合料。具有高含量粗集料、高含量矿粉、 较大沥青用量、低含量中间粒径颗粒的组成特点。高含量的粗骨料在混合料中颗 粒面与面直接接触、相互嵌锁构成的骨架直接承受了荷载作用，这种骨架对温度 敏感性小。含量较高的矿粉与沥青形成粘聚力很高的胶凝状物――玛蹄脂，使得 混合料的整体力学性质提高。这两方面的作用使混合料具有足够的竖向与侧向约 束，在车辆荷载的作用下，不产生或只产生微小的永久性变形。
蒋经理
王经理
沥青混合料的结构
压实沥青混合料的组成结构通常按其矿质混合料的组成分为三种结构类型。 （1）悬浮-密实结构:连续型密级配 （2）骨架-空隙结构:连续型开级配 （3）骨架-密实结构:间断型密级配
蒋经理
王经理
沥青混合料的结构
沥青混合料结构组成示意图 a) 悬浮-密实结构；b) 骨架-空隙结构；c) 密实-骨架结构
沥青混合料的分类
3、按照矿质混合料的级配类型进行划分 1）连续密级配沥青混凝土混合料：该类沥青混合料的主要特点是级配采用连续密 级配，空隙率比较低。①密级配沥青混凝土混合料（Dense Asphalt Coarse-Graded Mixes, AC)，可适用于任何面层结构；②密级配沥青稳定碎石混合料（Asphalttreated Permeable Base, ATB)与前者的区别是公称最大粒径较大，通常＞26.5mm， 主要适用于基层；③当公称最大粒径≥37.5mm时，也称为大粒径沥青混合料 （Large-Stone Asphalt Mixes，LSAM）。
沥青土木工程材料
二、煤沥青与石油沥青的简易鉴别 石油沥青与煤沥青的鉴别方法
鉴别方法 密度（g/cm3） 燃烧 锤击 石油沥青 近于1.0 烟少、无色、有松香味、无 毒 声哑、有弹性感、韧性好 煤沥青 1.25-1.28 烟多、黄色、臭味大、有毒 声脆、韧性差
颜色
溶解
呈辉亮褐色
易溶于煤油或汽油中、呈棕 黑色
浓黑色
难溶于煤油或汽油中、呈黄 绿色
在沥青中掺入矿物填充料，用以增加沥青的
粘结力和耐热性，减少沥青的温度敏感性，主要
适用于生产沥青玛蹄脂。
2. 树脂改性沥青
用树脂改性沥青，可以改善沥青的耐寒性、
耐热性、粘结性和不透水性。
3. 橡胶改性沥青
橡胶与石油沥青有很好的混溶性，用橡胶改性
沥青，能使沥青具有橡胶的很多优点，如高温变形
性小，低温柔韧性好，有较高的强度、延伸率和耐
变化的性能。
在工程中保证沥青不致温度升高而产生
流动，一般取滴落点（液化点）和硬化点之
间温度的87.21%作为软化点。
沥青软化点仪
针入度是在规定温度下测定沥青的条件
粘度，而软化点则是在沥青达到规定条件粘
度时的温度。所以软化点是反映沥青材料热
稳定性的一个指标，也是条件粘度的一种量
度。 针入度、延度、软化点是评价粘稠石油 沥青路用性能最常用的经验指标，所以通称 “三大指标”。
4. 沥青的耐久性（大气稳定性）
大气稳定性—指石油沥青在热、阳光、
氧气和潮湿等大气因素长期综合作用下，抵
抗老化的性能。
沥青的老化—指沥青在大气因素的长期
综合作用下，逐渐失去粘性、塑性而变硬变
脆的现象。
5. 安全性
沥青的闪点是试样在规定的克利夫兰开口杯盛
土木工程材料 第九章 沥青材料
多环结构， 含S、O、N衍生物
缩合环结构， 含S、O、N衍生物
16
9.1.1.1石油沥青的结构
根据油份、树脂、地沥青质相对含量的多少划分为: 溶胶结构：油份、树脂含量较高，地沥青质含量 较少，胶团膜厚 溶凝结构： 介于两者之间 凝胶结构：油份、树脂含量较少，地沥青质含量 较多，胶团膜薄
17
9. 1. 2.石油沥青的技术性质
溶解度（三氯乙烯、四氯化碳、苯） 不小于 /%
蒸发损失 试验 （163℃、 5h）
质量损失 不大于 /%
针入度比 不小于 /%
闪点（COC） 不小于 /℃
10～25 1.5 95
30号 26～35
2.5 75 99.5 1 65 230
40号 36～50
3.5 60
39
9.1.4. 石油沥青的选用
石油沥青类型
（按用途分）
36
• 石油沥青的牌号 • 主要根据针入度、延度和软化点等指标划分，并以针入度值表示。不同品种沥青的
技术标准列于表(9.2)。
• 牌号↗（即针入度↗），粘性↘ ； • 塑性越好(即延度↗)； • 温度敏感性越大(即软化点越低)。
•延度值愈大(塑性愈大)，软化点愈低(温度敏感性愈大)。 37
• 解：软化点为49℃的石油沥青掺配比例不大于
•
即30t石油沥青中应掺入不大于30×36.7％＝11.0t的
软化点为49℃的石油沥青
软化点为98℃的石油沥青掺入不少于30－11.0=19t。
50
9.1.5.2. 氧化改性
• 氧化也称吹制，是在250一300℃高温下向残留沥青或渣油吹入空气，通过氧化作用 和聚合作用，使沥青分子变大，提高沥青的粘度和软化点，从而改善沥青的性能。
缩合环结构， 含S、O、N衍生物
16
9.1.1.1石油沥青的结构
根据油份、树脂、地沥青质相对含量的多少划分为: 溶胶结构：油份、树脂含量较高，地沥青质含量 较少，胶团膜厚 溶凝结构： 介于两者之间 凝胶结构：油份、树脂含量较少，地沥青质含量 较多，胶团膜薄
17
9. 1. 2.石油沥青的技术性质
溶解度（三氯乙烯、四氯化碳、苯） 不小于 /%
蒸发损失 试验 （163℃、 5h）
质量损失 不大于 /%
针入度比 不小于 /%
闪点（COC） 不小于 /℃
10～25 1.5 95
30号 26～35
2.5 75 99.5 1 65 230
40号 36～50
3.5 60
39
9.1.4. 石油沥青的选用
石油沥青类型
（按用途分）
36
• 石油沥青的牌号 • 主要根据针入度、延度和软化点等指标划分，并以针入度值表示。不同品种沥青的
技术标准列于表(9.2)。
• 牌号↗（即针入度↗），粘性↘ ； • 塑性越好(即延度↗)； • 温度敏感性越大(即软化点越低)。
•延度值愈大(塑性愈大)，软化点愈低(温度敏感性愈大)。 37
• 解：软化点为49℃的石油沥青掺配比例不大于
•
即30t石油沥青中应掺入不大于30×36.7％＝11.0t的
软化点为49℃的石油沥青
软化点为98℃的石油沥青掺入不少于30－11.0=19t。
50
9.1.5.2. 氧化改性
• 氧化也称吹制，是在250一300℃高温下向残留沥青或渣油吹入空气，通过氧化作用 和聚合作用，使沥青分子变大，提高沥青的粘度和软化点，从而改善沥青的性能。
土木工程材料(第10章 沥青及沥青混合料)
– 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。
2．石油沥青的技术性质
（1） 粘滞性（粘性）
– 粘滞性是反映沥青材料在外力作用下，材料内部 阻碍其相对流动的能力。它反映了沥青软硬、稀 稠的程度，是划分沥青牌号的主要技术指标。
– 液体石油沥青的粘滞性用粘滞度（粘度）表示， 它表征了液体沥青在流动时的内部阻力；
（2）丁基橡胶改性沥青
– 丁基橡胶沥青的配制方法与氯丁橡胶沥青类似。
（3）热塑性丁苯橡胶（SBS）改性沥青
– SBS热塑性橡胶兼有橡胶和塑料的特性，常温下 具有橡胶的弹性，在高温下又能像塑料那样熔 融流动，成为可塑的材料。所以采用SBS橡胶改 性沥青，其耐高、低温性能均有较明显提高。
（4）再生橡胶改性沥青
CdtT t 温度 d 直径 T 时间秒数
粘滞度测定示意图 秒数
标准粘度计测定液体沥青
1－沥青试样 2－活动球杆
3—流孔
4—水
粘滞度测定
– 针入度是在温度25℃条件下，以规定质量100g的 标准针，在规定时间5s内贯入试样中的深度，以 0.1mm为1度表示。
– 针入度越大，表示沥青流动性大，粘滞性差。其 数值范围在5~200度之间。针入度测定示意图见 图8.2。
二 煤沥青
煤沥青是烟煤炼焦或制煤气时，从于馏所挥 发的物质中冷凝出煤焦油，将煤焦油再继续 蒸馏得轻油、中油、重油和蒽油后所剩的残 渣，即是煤沥青。
煤沥青的化学成分和性质与石油沥青大致相 同，但煤沥青的质量和耐久性均次于石油沥 青，其塑性、大气稳定性差．温度敏感性较 大，冬季易脆、夏季易软化，老化快。但防 腐和粘结性能较好。
– 沥青的延度值愈大，表示沥青塑性愈好
2．石油沥青的技术性质
（1） 粘滞性（粘性）
– 粘滞性是反映沥青材料在外力作用下，材料内部 阻碍其相对流动的能力。它反映了沥青软硬、稀 稠的程度，是划分沥青牌号的主要技术指标。
– 液体石油沥青的粘滞性用粘滞度（粘度）表示， 它表征了液体沥青在流动时的内部阻力；
（2）丁基橡胶改性沥青
– 丁基橡胶沥青的配制方法与氯丁橡胶沥青类似。
（3）热塑性丁苯橡胶（SBS）改性沥青
– SBS热塑性橡胶兼有橡胶和塑料的特性，常温下 具有橡胶的弹性，在高温下又能像塑料那样熔 融流动，成为可塑的材料。所以采用SBS橡胶改 性沥青，其耐高、低温性能均有较明显提高。
（4）再生橡胶改性沥青
CdtT t 温度 d 直径 T 时间秒数
粘滞度测定示意图 秒数
标准粘度计测定液体沥青
1－沥青试样 2－活动球杆
3—流孔
4—水
粘滞度测定
– 针入度是在温度25℃条件下，以规定质量100g的 标准针，在规定时间5s内贯入试样中的深度，以 0.1mm为1度表示。
– 针入度越大，表示沥青流动性大，粘滞性差。其 数值范围在5~200度之间。针入度测定示意图见 图8.2。
二 煤沥青
煤沥青是烟煤炼焦或制煤气时，从于馏所挥 发的物质中冷凝出煤焦油，将煤焦油再继续 蒸馏得轻油、中油、重油和蒽油后所剩的残 渣，即是煤沥青。
煤沥青的化学成分和性质与石油沥青大致相 同，但煤沥青的质量和耐久性均次于石油沥 青，其塑性、大气稳定性差．温度敏感性较 大，冬季易脆、夏季易软化，老化快。但防 腐和粘结性能较好。
– 沥青的延度值愈大，表示沥青塑性愈好
土木工程材料——沥青
I. 屋面防土水木：工软程化选点用高石于油环沥境青气的温原2则5~30℃，并 1.包括考工虑程坡特度点；、使用部位; 2.环II.境不条受件高要温求作; 用部位选较大牌号沥青 3.满III足. 普主通要石性油能沥要青求不的宜前单提独下使，用尽量选用较大牌号 的石油沥青;
中南大学土木建筑学院
第一节 石油沥青与煤沥青
1. 石油沥青 ① 标准、选用与掺配 a. 掺配
I. 计算方法：插值法
P1=（T-T2）/（T1-T2）×100%； P2=100-P1
II. 根据计算结果上下波动5%~10%,通过试验绘 制曲线；
III. 根据曲线确定实际掺配比例
中南大学土木建筑学院
第一节 石油沥青与煤沥青
1. 煤沥青
① 性能特点
中南大学土木建筑学院
第二节 沥青混合料
1. 分类
我①国目按前最主大要粒按径矿分料类的公称最大粒径区分沥青混 合料a. 粗粒式沥青混合料 沥青b混. 凝中土粒混式合沥青料混：合A料C（方孔筛）/LH（圆孔筛） +公称c. 最细大粒粒式径沥青混合料
d. 砂粒式沥青混合料
沥青碎石混合料：AM（方孔筛）/LS（圆孔筛） +公称最大粒径
1. 分类
① 按矿质混合料级配类型
a. 连续级配沥青混合料 b. 间断级配沥青混合料
③ 按混合料密实度分类
a. 密级配沥青混凝土混合料
I. Ⅰ型沥青混凝土混合料： 剩余空隙率3％～6％； II. Ⅱ型沥青混凝土混合料： 剩余空隙率4％～10％；
b. 开级配沥青混凝土混合料 剩余空隙率大于15％ c. 半开级配沥青混合料：剩余空隙率10％～15％
中南大学土木建筑学院
第二节 沥青混合料
1. 改性沥青
中南大学土木建筑学院
第一节 石油沥青与煤沥青
1. 石油沥青 ① 标准、选用与掺配 a. 掺配
I. 计算方法：插值法
P1=（T-T2）/（T1-T2）×100%； P2=100-P1
II. 根据计算结果上下波动5%~10%,通过试验绘 制曲线；
III. 根据曲线确定实际掺配比例
中南大学土木建筑学院
第一节 石油沥青与煤沥青
1. 煤沥青
① 性能特点
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第二节 沥青混合料
1. 分类
我①国目按前最主大要粒按径矿分料类的公称最大粒径区分沥青混 合料a. 粗粒式沥青混合料 沥青b混. 凝中土粒混式合沥青料混：合A料C（方孔筛）/LH（圆孔筛） +公称c. 最细大粒粒式径沥青混合料
d. 砂粒式沥青混合料
沥青碎石混合料：AM（方孔筛）/LS（圆孔筛） +公称最大粒径
1. 分类
① 按矿质混合料级配类型
a. 连续级配沥青混合料 b. 间断级配沥青混合料
③ 按混合料密实度分类
a. 密级配沥青混凝土混合料
I. Ⅰ型沥青混凝土混合料： 剩余空隙率3％～6％； II. Ⅱ型沥青混凝土混合料： 剩余空隙率4％～10％；
b. 开级配沥青混凝土混合料 剩余空隙率大于15％ c. 半开级配沥青混合料：剩余空隙率10％～15％
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第二节 沥青混合料
1. 改性沥青
沥青混合料—沥青混合料技术标准(土木工程材料)
15.5
16
17
其他 等级 道路
行人 道路
50
3～6 3～6
5 2～4.5
2～4 — 3 2～5
4.75
15 16 17 18 19
密级配沥青混凝土马歇尔试验技术标准
注：① 对空隙率大于5%的夏炎热区重载交通路段，施工时应至 少提高压实度1个百分点。 ② 当设计的空隙率不是整数时，由内插确定要求的VMA最小值。 ③ 对改性沥青混合料，马歇尔试验的流值可适当放宽。
学习情境：沥青混合料
学习任务：技术标准
依据规范
JTG F40-2004 《公路沥青路面施工
技术规范》
Hale Waihona Puke 技术标准密集配沥青混凝土混合料、沥青 稳定碎石混合料、SMA混合料、 OGFC混合料采用马歇尔试验配 合比设计方法，并规定了其技术
标准要求
密级配沥青混凝土马歇尔试验技术标准
沥青混合料类型
密级配配热拌沥青混合料AC 高速公路、一级公路
3～5
4～6
2～4
3～5
3～6
2～4
3～6
8
2～4
1.5～4 2～4.5
2～4
相应于以下公称粒径(mm)的最小VMA及VFA
26.5
19.0
16.0
13.2
9.5
矿料间隙率
2
VMA(%)≥
3
4
5
6
10
11
11.5
12
13
11
12
12.5
13
14
12
13
13.5
14
15
13
14
14.5
15
16
土木工程材料--沥青材料
多种高分子碳氢化合物
2、沥青的特点O、S、N等非金属衍生物 1）憎水性的有机胶凝材料,不溶于水,可溶于多种有机溶剂. 2）常温下呈固体、半固体or液体，颜色为褐色-黑色。 3）具有一定的粘性、塑性、防水性、防腐性
Page: 3
3、沥青的分类 按产源沥青可分为
地沥青－－石油沥青
天然沥青
热稳定性。 沥青质含量增加，粘性增大、热稳定性提高、塑性降低、脆性增大。
Page: 5
4、沥青老化
在阳光、空气、水等外界因素的作用下，各组分之间不断演变,低分
子组分→高分子组分,即油分→树脂质→沥青质,这一过程称为沥青的
老化。 沥青老化会导致沥青性质变差
流动性、塑性、粘结性降低； 脆性增大，沥青变硬。
8、限制水分含量 施工现场在熬制沥青时如果水分过多，在加热过 程中易产生大量泡沫，引起溢锅发生着火。
Page: 11
二、石油沥青的分类和用途
（1）道路石油沥青
特点： 针入度大―粘性小、延度大―塑性好、
软化点低―较软、 弹性好―抗冲击性车强间。地面
道路路面
－－ 拌制沥青砂浆、沥青混凝土,修筑
4、大气稳定性 （1）含义 石油沥青在阳光、空气、水等外界因素的作用下，抵抗
老化的性能。
（2）测定 大气稳定性可以用沥青的蒸发减量及蒸发前后针入度变 化来表示。
①蒸发减量――试样在1600C加热蒸发5h后的质量损失百分率。
蒸发减量＝蒸发前蒸 质发 量前 －质 蒸量 发后质量 100％
Page: 10
沥青材料
Page: 1
防水材料概述
一、防水材料的分类 1、按成分划分
ห้องสมุดไป่ตู้石油沥青
煤沥青
→
合成高分子材料
2、沥青的特点O、S、N等非金属衍生物 1）憎水性的有机胶凝材料,不溶于水,可溶于多种有机溶剂. 2）常温下呈固体、半固体or液体，颜色为褐色-黑色。 3）具有一定的粘性、塑性、防水性、防腐性
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3、沥青的分类 按产源沥青可分为
地沥青－－石油沥青
天然沥青
热稳定性。 沥青质含量增加，粘性增大、热稳定性提高、塑性降低、脆性增大。
Page: 5
4、沥青老化
在阳光、空气、水等外界因素的作用下，各组分之间不断演变,低分
子组分→高分子组分,即油分→树脂质→沥青质,这一过程称为沥青的
老化。 沥青老化会导致沥青性质变差
流动性、塑性、粘结性降低； 脆性增大，沥青变硬。
8、限制水分含量 施工现场在熬制沥青时如果水分过多，在加热过 程中易产生大量泡沫，引起溢锅发生着火。
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二、石油沥青的分类和用途
（1）道路石油沥青
特点： 针入度大―粘性小、延度大―塑性好、
软化点低―较软、 弹性好―抗冲击性车强间。地面
道路路面
－－ 拌制沥青砂浆、沥青混凝土,修筑
4、大气稳定性 （1）含义 石油沥青在阳光、空气、水等外界因素的作用下，抵抗
老化的性能。
（2）测定 大气稳定性可以用沥青的蒸发减量及蒸发前后针入度变 化来表示。
①蒸发减量――试样在1600C加热蒸发5h后的质量损失百分率。
蒸发减量＝蒸发前蒸 质发 量前 －质 蒸量 发后质量 100％
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沥青材料
Page: 1
防水材料概述
一、防水材料的分类 1、按成分划分
ห้องสมุดไป่ตู้石油沥青
煤沥青
→
合成高分子材料
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沥青材料土木工程材料
2.分类:
沥青
地沥青 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
3.应用: 广泛用作路面、屋面、防水、耐腐蚀等工程材料。
沥青材料土木工程材料
规定有三组分。 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。
沥青材料土木工程材料
石油沥青三组分分析法的各组分性状
性状 组分
外观特征
油分 淡黄透明液体
树脂
红褐色粘稠 半固体
平均 分子量
碳氢比 /原子比
200～700
0.5 ～0.7
800～3000
0.7 ～0.8
含量 /%
45 ～60
15 ～30
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。
沥青材料土木工程材料
（2）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
第九章 沥青材料
沥青材料土木工程材料
第9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.石油沥青的技术性质和技术标准 4.其他沥青材料
沥青材料土木工程材料
概述
1.定义
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。 在常温下，沥青呈黑色或黑褐色的固态、半固态或液态。
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：
规定温度：25℃ 标准针质量：100g 贯入时间：5s
沥青材料土木工程材料
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。
规定条件为：试验温度有0℃、15℃、25℃三种； 拉伸速度5cm/min。
沥青材料土木工程材料
沥青延度测定示意图
沥青材料土木工程材料
（2）延度的表示方法： D（T，v） 其中，T为试验温度，v为拉伸速度。
（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：
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80～１００（０.１mm）
沥青材料土木工程材料
2.延性
——是沥青材料当在外力作用下产生变形而不破坏，除去外力后仍能保持 变形后的形状不变的性质，以延度作为塑性的表征指标。 （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。
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，单位：℃ 。
• 表示：TR&B
• 注意：初始温度5℃
加热速度为5℃/min
沥青材料土木工程材料
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粘度，
• 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，有利于低温变形。
沥青材料土木工程材料
3.温度敏感性 （1）软化点
——高温性能指标
（2）脆点
——低温性能指标
沥青材料土木工程材料
（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
沥青材料土木工程材料
1.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， 是划分沥青牌号的主要技术指标。
沥青的粘度是沥青首要考虑的技术指标之一。
针入度（适应粘稠石油沥青）∆
粘度
液体沥青的粘滞度（适应液体石油沥青）
沥青材料土木工程材料
（1）针入度
1）针入度的定义 针入度——在规定温度条件下，
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会 出现一个或多个裂缝，此时的温度即为沥青的脆点。
沥青材料土木工程材料
我们讲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。
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。 1）定义 软化点——人为选定的沥青由固态到液态的转变温度范围中 的粘度。
沥青材料土木工程材料
2）测定方法
我国现行试验方法要求采用环 与球法软化点。
土木工程建筑主要应用石油沥青。
沥青材料土木工程材料
1 石油沥青的生产工艺概述
沥青材料土木工程材料
2 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，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）
物化特征
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
地沥 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
沥青材料土木工程材料
2.石油沥青的结构
（1）溶胶型结构 （2）溶-凝胶型结构 （3）凝胶型结构
a)
b)
c)
沥青胶体结构示意图
a)溶胶型结构； b) 溶-凝胶型结构； c)凝胶型结构
沥青材料土木工程材料
3 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
2.分类:
沥青
地沥青 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
3.应用: 广泛用作路面、屋面、防水、耐腐蚀等工程材料。
沥青材料土木工程材料
规定有三组分。 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。
沥青材料土木工程材料
石油沥青三组分分析法的各组分性状
性状 组分
外观特征
油分 淡黄透明液体
树脂
红褐色粘稠 半固体
平均 分子量
碳氢比 /原子比
200～700
0.5 ～0.7
800～3000
0.7 ～0.8
含量 /%
45 ～60
15 ～30
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。
沥青材料土木工程材料
（2）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
第九章 沥青材料
沥青材料土木工程材料
第9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.石油沥青的技术性质和技术标准 4.其他沥青材料
沥青材料土木工程材料
概述
1.定义
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。 在常温下，沥青呈黑色或黑褐色的固态、半固态或液态。
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：
规定温度：25℃ 标准针质量：100g 贯入时间：5s
沥青材料土木工程材料
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。
规定条件为：试验温度有0℃、15℃、25℃三种； 拉伸速度5cm/min。
沥青材料土木工程材料
沥青延度测定示意图
沥青材料土木工程材料
（2）延度的表示方法： D（T，v） 其中，T为试验温度，v为拉伸速度。
（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：
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80～１００（０.１mm）
沥青材料土木工程材料
2.延性
——是沥青材料当在外力作用下产生变形而不破坏，除去外力后仍能保持 变形后的形状不变的性质，以延度作为塑性的表征指标。 （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。
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，单位：℃ 。
• 表示：TR&B
• 注意：初始温度5℃
加热速度为5℃/min
沥青材料土木工程材料
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粘度，
• 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，有利于低温变形。
沥青材料土木工程材料
3.温度敏感性 （1）软化点
——高温性能指标
（2）脆点
——低温性能指标
沥青材料土木工程材料
（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
沥青材料土木工程材料
1.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， 是划分沥青牌号的主要技术指标。
沥青的粘度是沥青首要考虑的技术指标之一。
针入度（适应粘稠石油沥青）∆
粘度
液体沥青的粘滞度（适应液体石油沥青）
沥青材料土木工程材料
（1）针入度
1）针入度的定义 针入度——在规定温度条件下，
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会 出现一个或多个裂缝，此时的温度即为沥青的脆点。
沥青材料土木工程材料
我们讲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。
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。 1）定义 软化点——人为选定的沥青由固态到液态的转变温度范围中 的粘度。
沥青材料土木工程材料
2）测定方法
我国现行试验方法要求采用环 与球法软化点。
土木工程建筑主要应用石油沥青。
沥青材料土木工程材料
1 石油沥青的生产工艺概述
沥青材料土木工程材料
2 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，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）
物化特征
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
地沥 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
沥青材料土木工程材料
2.石油沥青的结构
（1）溶胶型结构 （2）溶-凝胶型结构 （3）凝胶型结构
a)
b)
c)
沥青胶体结构示意图
a)溶胶型结构； b) 溶-凝胶型结构； c)凝胶型结构
沥青材料土木工程材料
3 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