道路建筑材料第四章

在规定温度条件下，通过规定的流孔直径，流出50ml体积， 所需要的时间（S）。
总结：流出时间愈长，表示沥青粘度愈大。
②针入度法（粘稠）常用条件： P25,100,5S=35°（0.1mm） P46.1,50g,5s
单位：1°=1/10㎜
总结：⒈粘稠沥青针入度值愈大，表示沥青愈软，粘结性差；标号高；
lgP
logP=AT+K
A－针入度－温度感应性系数
温度T
（1）A值的确定方法
lgP
600~1000
PR&B
lg 800 lg P25℃, 100g,5s ① A TR &B 25
lg P1 lg P 2 ② A T1 T 2
③ 数组（Pi,Ti）→进行回归 温度T 25℃ TR&B
（3）凝胶型结构：
沥青质含量很高，胶团形成空间网络，吸引力大，先弹性 变形，再粘—弹性体，特点感温性好，低温变形差。
此类沥青的特点:当施加荷载很小时或荷载时间很短时， 具有明显的弹性变形，当应力超过屈服值之后，表现为 粘-弹性变形。这类沥青为弹性沥青，在路用性能上具 有较好的温度感应性，但低温变形能力较差。
R Ri2 L R Ro - Ri
Mi
14
滑板粘度试验示意图
F
dV dy u
dv F A dy
2）条件粘度测定 ①标准粘度计法（液态） 仪器：标准粘度计 试验条件：CT,d表示 （温度 流孔 50ML 时间） 例：C60,5=120S C25,5=15S （流出：50ml）
第四章
沥青材料
第一节 石油沥青 第二节 煤沥青 第三节 乳化沥青 第四节 改性沥青
概述：
⑴定义：复杂的C、H化合物，及其非金属（O、S、N）
衍生物所组成的混合物。
(2)石油形成的条件： ①要有良好的保存条件——不致腐化 ②要有一定的温度（50度左右）——热催化作用 ③要有相当长的时间——1000万年以上。
⒉针入度值是沥青标号划分的主要依据，针入度大，标号大。
⒊在南方沥青针入度值宜选偏低标号，稳定性好。
针入度法测定粘稠沥青针入度示意图
在规定温度条件下，以规 定质量的标准针经过规定 时间贯入沥青试样的深度， 以1/10mm为单位 如：P25,100,5=60 表示：试验温度25℃ 荷载质量100g 历时5s 贯入沥青深度6mm
1）牛顿流型沥青的粘度表达方式：
沥青在高温条件下，可视为牛顿液体。 认为剪应力与剪应变率的流变曲线是直线。 动力粘度（绝对粘度）： 运动粘度：

牛顿液体受力示意图
F
沥青
A F
dV dy u
dv η—粘滞系数（粘度） F A dy
F τ A u dv u 1 dv ； t dy dy t t
（1）按加工方法分类：蒸馏沥青、氧化沥青、溶剂沥青、
调和沥青
（2）按照形态分类：粘稠沥青、液体沥青
（3）按用途分类：道路沥青、建筑沥青、水工沥
青、防腐沥青
4、路用石油沥青：粘稠石油沥青
（包括：快凝、调合、乳化、混合）
5、沥青稀释的方法：加热、加稀释剂、乳化。
（流动性）
二、石油沥青的组成和结构
（一）原素组成：C、H化合物和O、S、N衍生物 组成的混合物，此外，还含有微量元素。（不 能反映其性质）
沥青质含量越高越好？
2、四组分分析法
沥青质、胶质、芳香族、饱和分
沥青质：黑色或棕色固体——感温性 胶 质：深棕色固体或半固体——粘附性
芳香族：深棕色粘稠液体——溶解能力（流动性） 饱和分：稻草色或白色液体——稠度
（三）胶体结构： 1、胶体理论认为：沥青是复杂的胶体结构 分散相——沥青质 分散介质——油分 (饱和分、芳香分) 胶质裹覆沥青质表面——（胶团）
3）压力老化试验 老 化 前
沥青质At
老 化 后
（七）沥青粘弹性——劲度模量
劲度模量——表征沥青弹—粘性联合效应指标
概述：模量=应力/应变 （弹性模量、抗压模量、抗拉模量）
1）沥青的粘性行为
（一种沥青在不同温度下表现不同模量—强度） 低温区——弹性模量（瞬时弹性） 常温——粘弹性区——劲度模量 高温区——粘性区（流动）——粘度
Sb f T , t , PI
3）劲度模量诺模图的应用 主要取决于三个因素： ①沥青特性——软化点（TR&B），
针入度指数（PI）
②荷载作用时间——秒（S） ③路面工作温度——温度差修正值（Tdif=T800－TP）


例题：现有A-60沥青，软化点T800=64℃，修正针入度指 数PI=0。拟将该沥青应用于沥青路面，已知路面工作温 度为11℃，荷载作用时间为0.02s，求Sb。 解：已知：t=0.02s，TD=64-11=53℃，PI=0 1、在荷载作用时间的标尺上取t=0.02s之点a 2、在温差的标尺上，在低于软化点一侧取53℃之b 3、在针入度指数PI的标尺上自PI=0作一水平cd 4、ab与cd相交，通过交点查Sb=2*108 N/m2
水煮法试样
水浸法试样
（六）沥青的耐久性
1、现象：沥青性质随着时间推移而发生变化 →变脆变硬→老化
2、影响因素
1）温度（热） 3）日照（光） 2）大气（氧） 4）雨雪（水）
5）环境（氧化剂）
3、评价方法
6）交通（应力）
饱和分S 芳香分A 胶质S
1）薄膜烘箱加热试验（沥青薄膜加热试验）
2）旋转薄膜加热试验
沥青质
油分
2、分类 （1）溶胶型结构： 沥青质量少，胶团距离远，自由移动。（液） 此类沥青的特点：对其施加荷载时几乎没有弹性效应，呈 牛顿流型流动，所以也称牛顿流沥青。这类沥青在路用 性能上有较好的自愈性和低温变形能力，但温度感应性 差，高温时粘度很小，冷却时变为脆性固体。
（2）溶凝胶型结构： 沥青质含量适当，胶团数量增多，之间有吸引力。属于 粘—弹性体（为塑性体）路用性能好。 此类沥青的特点：变形时，最初阶段表现出一定程度的弹 性效应，但变形增加至一定数值后，则又表现出一定程 度的粘性流动，是一种具有粘-弹特性的伪塑性体。现 代高等级沥青路面用的沥青都是属于这类胶体结构的沥 青，这类沥青的路用性能好，在高温时具有较低的感温 性，低温时又具有较好的形变能力。
（二）化学组分：*采用‘溶解吸附’的方法，
分离为化学性质相近和路用性质有一定联系的 几个组，称之为组分。（马尔库松）——硅胶、 相似相溶（无极性）、有极性（不相溶）的方 法分离。
1、三组分分析法：
油分、树脂、沥青质 蜡
油分：淡黄透明的液体——流动性 树脂：红褐色粘稠半固体——塑性、粘结性 沥青质：深褐色固体粉末状微粒—— 温度稳定性
沥青延度测试示意图 2、脆性：
脆点——单位℃，反映沥青低温变形能力
脆点仪：冷却——弯曲——产生断裂（薄模） 沥青脆点仪和弯曲器
在规定的温度条件下，按规定的速率拉伸沥青试 件至断裂时的长度，单位cm。
沥青延度测试示意图
在规定的速率下降温，等速弯曲11次/min，记录 沥青薄膜的开裂温度，单位℃。
沥青脆点仪和弯曲器
PI<-2 →溶胶型沥青 PI>+2 →凝胶型沥青 PI=-2～+2 →溶凝胶型沥青 2、针入度-温度数PTI PTI越小，感温性越小、 3、针入度-粘度指数PVN PVN越大，感温性越好
（五）沥青的粘附性——反映沥青与集料的粘结能力
1、粘附机理 沥青－水－石料三相体系 2、影响因素： 集料的性质： SiO2 : 0%
沥青材料的粘－弹性现象
蠕变与应力松弛现象
蠕变——在应力保持不变 的情况下，应变随时间增 加而增加的现象 应力松弛——在保持应变不变 的情况下，应力随时间的增加 而逐渐减弱（衰减）的现象
2）沥青的劲度模量（弹粘区）
劲度模量：在一定的荷载时间（t）和温度（T）条件下， 应力与总应变之比。是表示沥青粘性与弹性联合相应的 指标。
52%
碱性集料 中性集料
65%
酸性集料
沥青的粘度与极性 沥青混合料的空隙率 3、评价方法 水煮法：最大粒径>13.2mm 水浸法：最大粒径≤13.2mm
沥青路面坑洞
沥青路面坑洞
沥青路面坑洞
损坏机理分析
环境与路面因素 动水压力导致雨水 进入路面，并积聚 于层底；
重复荷载导致沥青集料剥离
水煮法试样
三大指标：针入度、软化点、延度
沥青标号大，针入度 大 ，粘性 差，延度 大 ， 塑性好，软化点 低 ,温度稳定性小 ;抗老化 好 。 沥青标号是根据针入度 的平均值划分的；
是根据三大指标 确定的。
（四）感温性
感温性：沥青粘度随温度变化的感应性。
1、针入度指数（PI）:评价沥青感温性指标 基本思路： LgP AT K

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2）非牛顿流型沥青的粘度表达方式： 剪应力与剪变率并非线性关系 表观粘度
c
*
c＝1，表示牛顿流型沥青； c<1，表示非牛顿流型沥青； c——沥青的复合流动系数
3、沥青粘度的测定方法
**两类：绝对粘度：绝对单位粘度计
相对粘度：条件粘度——经验方法 1）绝对粘度的测定方法（运动粘度） ①毛细管粘度：（运动粘度）135℃ 流经规定体积，所 需时间（毛细管粘度仪）幻灯片 19
P25
（2）针入度指数PI的确定
令：感温性最大A=∞，PI值为-10 感温性最小A=0，PI值为+20
20 PI 1 A 10 PI 50
30 PI 10 1 50A
PI与沥青感温性的关系
① 已知条件：不同温度下的针入度（Pi、Ti）（2组以上） 或针入度与软化点 ② 计算方法 计算A值→PI
三、石油沥青的技术性质 （一）物理特征常数 1、密度 0.97~1.04
2、热胀系数:沥青在温度上升1℃时的长度或体积变化，分
别为线胀系数或体胀系数，统称热胀系数。
3、介电常数 沥青作为介质时平行板电容器的电容 真空作介质时相同平行板电容器的电容 耐久性、抗滑性能
（二）粘滞性（粘性） 1、定义：粘滞性是指沥青在外力作用下抵抗变形的能力。 粘滞性是划分沥青等级的主要技术指标。 车辙 2、粘度的表达方式： 等级划分的主要依据
粘度变化
③软化点：硬化点与滴落点之间温度间隔的87.21％作为软化点。 沥青的三态：流动————橡胶————玻璃 软化点 脆点 试验：环与球法软化点 小结：软化点高，热稳性好； 沥青在软化点时的粘度相当于针入度值800（1/10㎜），故计为 软化点是人为的‚等粘温度‛ ★ 针入度是等温粘度
★ 软化点是等粘温度
②旋转粘度幻灯片 20
③滑板粘度幻灯片21
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
Concentric Cylinder Rheometers 旋转粘度计：测定沥青施工温度区的粘度
双筒旋转粘度计CCR Concentric Cylinder
(3)特性：粘结性好、塑性好、不透水性好、防腐性
(4)沥青材料分类： 按产源及生产工艺分： 地沥青 天然地沥青 石油沥青（蒸馏） 木沥青 煤沥青 页岩沥青
焦油沥青 （干馏）
第一节
一、概述
石油沥青
1、定义：原油提取汽油、煤油、柴油及各级润滑油后的 残渣深加工而得到。 2、生产工艺 常减压蒸馏工艺、氧化工艺、溶剂脱沥青工艺、调和工艺 3、石油沥青的分类
3、胶体结构类型判定——针入度指数（计算比较）
4、沥青的老化及组分的转化
‚老化‛：沥青在大气的作用下，由于阳光、空气，使之化 学分子产生氧化、缩合，组分和结构的转化称为老化。
沥青组分的转化：
组分从油分→树脂→沥青质； 胶体结构从溶胶型→溶凝胶型→凝胶型这个转化过程。 沥青组分的转化（老化）是必然的，故使用寿命比水泥砼路 面短。 沥青的主要缺点：易老化、温度稳定性差。
软化点测试示意图
固态 粘度变化 液态 硬化点 条件粘度 滴落点
T R&B(℃)
（三）延性和脆性（‚8”字试模）
1、延性：规定条件下，沥青拉断的长度—延度。 延度D——单位cm，反映沥青的塑性 试验条件：15 ℃ （重交通）、25℃（中轻交通）， V=5±0.25㎝/min (分钟)
小结：延度大，塑性好。
30 PI 10 1 50A
查图
（3）当量软化点（T800）和当量脆点值（T1.2） 由logP=AT+K：
P＝800
P＝1.2
log800 K 2.9031 K T800 A A
T1.2
log1.2 K 0.0792 K A A
（4）针入度指数与胶体结构的关系