沥青材料
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比重 闪点， 25 ℃
数值 160～175
0 1.04～1.06
315＋
我国道路沥青生产量
道 路 沥 青 产 量 ， 万 顿
4. 沥青材料
主要内容
石油沥青的组成与性能的关系 沥青的技术性质和技术指标 改性沥青与乳化沥青
4.1 石油沥青
4.1.1 石油沥青的生产工艺简介插图
4.1.1.1石油的基属分类
分类指标：“关键馏分特性”和“含硫量”。
1) 关键馏分特性分类
关键馏分： “第一关键馏分”：常压下，250~275C的馏分 “第二关键馏分”：减压下（5.33kPa） ，275~300C的馏 分 特征参数：相对密度
特性因素K（教材表4-1）
基属分类：由两个关键馏分的特征参数和K确定
第一关键馏分基属
3) 溶凝胶型结构
石油沥青的基本性能
沥青性能
石油基属：环烷基＞中间基＞石蜡基
制作工艺
直馏沥青
氧化沥青 液体沥青: 掺加煤油、汽油、柴油 调配沥青：掺加其他沥青 乳化沥青：水＋乳化剂＋沥青
沥青的 组成与结构
元素组成：C、H、O、S、N → C/H 化学组分：饱和分、芳香分、胶质、沥青质 胶体结构：溶胶型、凝胶型、溶凝胶型
3）石油基属与沥青路用性能的关系 按照路用性能优排队：环烷基＞中间基＞石蜡基
4.1.1.2 石油沥青生产工艺概述
原油→常压渣油→减压渣油→粘稠沥青
直馏沥青：较好的变形能力，温度敏感性较大 氧化沥青：较好的温度稳定性 溶剂沥青：丙烷脱 液体沥青：在粘稠沥青中掺加煤油、汽油、柴油 调配沥青：调和沥青、混合沥青 乳化沥青：水＋乳化剂＋沥青
双筒C旋o n转c粘e n度t计r icCCCRy lin d e r
Mi R
R i2 L
R
Ro - Ri
14
滑板粘度试验示意图
dV
F
dy
u
F A dv
dy
⑵ 条件粘度测定方法
① 标准粘度计法CT,d ——单位 s 图4-7标准粘度计 ② 针入度法PT,m,t ——单位0.1mm图4-8针入度法 ③ 软化点TR&B ——单位℃图4-9 软化点测试
4.1.3 石油沥青的技术性质
4.1.3.1物理性质
1）密度：d25或d15
d沥青质＞d胶质＞d芳香分＞d饱和分
2）体膨胀系数a： Vt=V0+at 3）介电常数
4.1.3 石油沥青的技术性质
粘滞性 延性和脆性 感温性 粘弹性 粘附性 耐久性
4.1.3.2 粘滞性
1）沥青的粘度
图4- 5牛顿液体
2）沥青粘度测定方法
⑴ 绝对粘度测定方法
① 毛细管粘度示意图1 ② 旋转粘度示意图2 ③ 滑板粘度示意图3
毛细管粘度仪试验示意图
在严格控制温度和 真空度的条件下， 测定一定体积沥青 被吸过毛细管所需 要的时间
旋转粘度试验示意图
旋转C o粘n度c e计n t：ric测C定y l沥in青d e施r 工R h温e o度m区e t的e r粘s 度
石油基属 石蜡基（P） 中间基（M） 环烷基（N）
第二 关键 馏分 基属
石蜡基 （P）
中间基 （M）
环烷基 （N）
石蜡基（P）
石蜡—中间基 （P-M）
—
中间—石蜡基 （M-P）
中间基 （M）
中间—环烷基 （M-N）
—
环烷基—中间基 （N-M）
环烷基（N）
2) 含硫量的分类 低硫：含硫量＜0.5%； 含硫：0.5~2%； 高硫：含硫量＞0.5%。
⑴ 牛顿液体→粘度
（单位：Pa∙s）
图4- 6 τ与应变速率
⑵ 非牛顿液体→视粘度或表观粘度 C－复合流动系数
⑶ 动力粘度和运动粘度
Байду номын сангаас
牛顿液体受力示意图
F
A
dV
F
dy
沥青
F A dv η—粘滞系数（粘度） u
dy
F τ A
d vu；dvu1
t dydyt t
应力与剪应变速率的关系示意图
c——沥青的复合流动系数
4.1.2.2 石油沥青的化学组分
化学组分：化学性质、物理性质、路用性能 三组分→多组分 四组分： 饱和分－S 芳香分－A 胶质－R 沥青质－At
表4-1 沥青四组分对沥青性能的影响
组分 分子量 高温粘度 低温变形能力 化学稳定性
饱和分S 500~700
×
×
√
芳香分A 800~900
×
√
×
胶质R 1200~1300 √
√
×
沥青质At 1000~2000
√
×
—
蜡：高温软化、低温结晶析出
4.1.2.3 沥青的胶体结构
胶体：分散相——At吸附R→胶团
分散介质——S、A
1) 溶胶型结构
At的分子量低、数量少 ——直馏沥青、液体沥青 特点：高温粘度较低
2) 凝胶型结构
At分子量大、数量多—氧化沥青、老化沥青 特点：变形能力差，脆性
② 焦油沥青 煤沥青 木沥青
天然沥青
天然沥青是石油在自然条件下，经过千百万年的时间， 在温度、压力、气体、无机物催化剂、微生物以及水分 等综合作用下氧化聚合而成的沥青类物质。
由于它常年与自然环境共存，故其性质特别稳定。 由沥青、矿物质、水分构成。 根据天然沥青生成矿床的不同，可以分为：
湖沥青
岩沥青
（2）岩沥青
岩沥青生成于岩石的夹缝中，缝宽很窄，仅数十厘米， 深可达几百米。天然岩沥青是一种纯天然的碳氢化合物， 熔点在150 ℃以上，我国青海及克拉玛依地区有所开采， 但很少用于道路。美国北部犹他州的Uintah盆地的 UNTAITE岩沥青是世界上最为著名的岩沥青。
技术指标 软化点， ℃ 针入度，25
海底沥青
（1）湖沥青
特立尼达湖沥青（Triniada Lake Asphalt）是世界 上最为著名的天然沥青之一，它产于南美洲加勒比海岛国 －风景秀丽的特立尼达和多巴哥境内的沥青湖。该沥青湖 又叫彼奇湖，面积44万平方米，深约82米，湖中沥青储 量达1200万吨，是世界上最大的天然沥青产地。
特立尼达沥青湖
4.1.2 石油沥青的化学组成和结构
4.1.2.1 石油沥青的化学元素组成
主要化学元素：
碳C
氢 H 硫S 氧O
氮N
82~88% ； 8~11%； 0~6%； 0~1.5%； 0~1%
微量金属元素：钒、镍、铁、镁和钙
碳氢比：C/H
大庆石油沥青：C/H=0.657 某环烷基石油沥青：C/H=0.710
4. 沥青材料
沥青的定义：
在高度缩合的环烷环、芳香环上带有长短不同 的烷基侧链的碳氢化合物，及其非金属（O、S、 N）衍生物组成的混合物，并含有微量元素 颜色：暗褐色或黑色 形态：常温下为固体或半固体
沥青的分类：
① 地沥青 天然沥青：湖沥青、岩石沥青、海底沥青 石油沥青：用石油经开采、精炼加工而得到的
数值 160～175
0 1.04～1.06
315＋
我国道路沥青生产量
道 路 沥 青 产 量 ， 万 顿
4. 沥青材料
主要内容
石油沥青的组成与性能的关系 沥青的技术性质和技术指标 改性沥青与乳化沥青
4.1 石油沥青
4.1.1 石油沥青的生产工艺简介插图
4.1.1.1石油的基属分类
分类指标：“关键馏分特性”和“含硫量”。
1) 关键馏分特性分类
关键馏分： “第一关键馏分”：常压下，250~275C的馏分 “第二关键馏分”：减压下（5.33kPa） ，275~300C的馏 分 特征参数：相对密度
特性因素K（教材表4-1）
基属分类：由两个关键馏分的特征参数和K确定
第一关键馏分基属
3) 溶凝胶型结构
石油沥青的基本性能
沥青性能
石油基属：环烷基＞中间基＞石蜡基
制作工艺
直馏沥青
氧化沥青 液体沥青: 掺加煤油、汽油、柴油 调配沥青：掺加其他沥青 乳化沥青：水＋乳化剂＋沥青
沥青的 组成与结构
元素组成：C、H、O、S、N → C/H 化学组分：饱和分、芳香分、胶质、沥青质 胶体结构：溶胶型、凝胶型、溶凝胶型
3）石油基属与沥青路用性能的关系 按照路用性能优排队：环烷基＞中间基＞石蜡基
4.1.1.2 石油沥青生产工艺概述
原油→常压渣油→减压渣油→粘稠沥青
直馏沥青：较好的变形能力，温度敏感性较大 氧化沥青：较好的温度稳定性 溶剂沥青：丙烷脱 液体沥青：在粘稠沥青中掺加煤油、汽油、柴油 调配沥青：调和沥青、混合沥青 乳化沥青：水＋乳化剂＋沥青
双筒C旋o n转c粘e n度t计r icCCCRy lin d e r
Mi R
R i2 L
R
Ro - Ri
14
滑板粘度试验示意图
dV
F
dy
u
F A dv
dy
⑵ 条件粘度测定方法
① 标准粘度计法CT,d ——单位 s 图4-7标准粘度计 ② 针入度法PT,m,t ——单位0.1mm图4-8针入度法 ③ 软化点TR&B ——单位℃图4-9 软化点测试
4.1.3 石油沥青的技术性质
4.1.3.1物理性质
1）密度：d25或d15
d沥青质＞d胶质＞d芳香分＞d饱和分
2）体膨胀系数a： Vt=V0+at 3）介电常数
4.1.3 石油沥青的技术性质
粘滞性 延性和脆性 感温性 粘弹性 粘附性 耐久性
4.1.3.2 粘滞性
1）沥青的粘度
图4- 5牛顿液体
2）沥青粘度测定方法
⑴ 绝对粘度测定方法
① 毛细管粘度示意图1 ② 旋转粘度示意图2 ③ 滑板粘度示意图3
毛细管粘度仪试验示意图
在严格控制温度和 真空度的条件下， 测定一定体积沥青 被吸过毛细管所需 要的时间
旋转粘度试验示意图
旋转C o粘n度c e计n t：ric测C定y l沥in青d e施r 工R h温e o度m区e t的e r粘s 度
石油基属 石蜡基（P） 中间基（M） 环烷基（N）
第二 关键 馏分 基属
石蜡基 （P）
中间基 （M）
环烷基 （N）
石蜡基（P）
石蜡—中间基 （P-M）
—
中间—石蜡基 （M-P）
中间基 （M）
中间—环烷基 （M-N）
—
环烷基—中间基 （N-M）
环烷基（N）
2) 含硫量的分类 低硫：含硫量＜0.5%； 含硫：0.5~2%； 高硫：含硫量＞0.5%。
⑴ 牛顿液体→粘度
（单位：Pa∙s）
图4- 6 τ与应变速率
⑵ 非牛顿液体→视粘度或表观粘度 C－复合流动系数
⑶ 动力粘度和运动粘度
Байду номын сангаас
牛顿液体受力示意图
F
A
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沥青
F A dv η—粘滞系数（粘度） u
dy
F τ A
d vu；dvu1
t dydyt t
应力与剪应变速率的关系示意图
c——沥青的复合流动系数
4.1.2.2 石油沥青的化学组分
化学组分：化学性质、物理性质、路用性能 三组分→多组分 四组分： 饱和分－S 芳香分－A 胶质－R 沥青质－At
表4-1 沥青四组分对沥青性能的影响
组分 分子量 高温粘度 低温变形能力 化学稳定性
饱和分S 500~700
×
×
√
芳香分A 800~900
×
√
×
胶质R 1200~1300 √
√
×
沥青质At 1000~2000
√
×
—
蜡：高温软化、低温结晶析出
4.1.2.3 沥青的胶体结构
胶体：分散相——At吸附R→胶团
分散介质——S、A
1) 溶胶型结构
At的分子量低、数量少 ——直馏沥青、液体沥青 特点：高温粘度较低
2) 凝胶型结构
At分子量大、数量多—氧化沥青、老化沥青 特点：变形能力差，脆性
② 焦油沥青 煤沥青 木沥青
天然沥青
天然沥青是石油在自然条件下，经过千百万年的时间， 在温度、压力、气体、无机物催化剂、微生物以及水分 等综合作用下氧化聚合而成的沥青类物质。
由于它常年与自然环境共存，故其性质特别稳定。 由沥青、矿物质、水分构成。 根据天然沥青生成矿床的不同，可以分为：
湖沥青
岩沥青
（2）岩沥青
岩沥青生成于岩石的夹缝中，缝宽很窄，仅数十厘米， 深可达几百米。天然岩沥青是一种纯天然的碳氢化合物， 熔点在150 ℃以上，我国青海及克拉玛依地区有所开采， 但很少用于道路。美国北部犹他州的Uintah盆地的 UNTAITE岩沥青是世界上最为著名的岩沥青。
技术指标 软化点， ℃ 针入度，25
海底沥青
（1）湖沥青
特立尼达湖沥青（Triniada Lake Asphalt）是世界 上最为著名的天然沥青之一，它产于南美洲加勒比海岛国 －风景秀丽的特立尼达和多巴哥境内的沥青湖。该沥青湖 又叫彼奇湖，面积44万平方米，深约82米，湖中沥青储 量达1200万吨，是世界上最大的天然沥青产地。
特立尼达沥青湖
4.1.2 石油沥青的化学组成和结构
4.1.2.1 石油沥青的化学元素组成
主要化学元素：
碳C
氢 H 硫S 氧O
氮N
82~88% ； 8~11%； 0~6%； 0~1.5%； 0~1%
微量金属元素：钒、镍、铁、镁和钙
碳氢比：C/H
大庆石油沥青：C/H=0.657 某环烷基石油沥青：C/H=0.710
4. 沥青材料
沥青的定义：
在高度缩合的环烷环、芳香环上带有长短不同 的烷基侧链的碳氢化合物，及其非金属（O、S、 N）衍生物组成的混合物，并含有微量元素 颜色：暗褐色或黑色 形态：常温下为固体或半固体
沥青的分类：
① 地沥青 天然沥青：湖沥青、岩石沥青、海底沥青 石油沥青：用石油经开采、精炼加工而得到的