第七章沥青材料

• 8.1.2石油沥青的组成和结构 1.化学组分 化学组分分析就是将沥青分离为几个化学性质
相近，而且与路用性质有一定联系的组，这些组 就称为“组分”。 • 组分分析方法 沥青组分分析的方法： 溶剂法：将沥青分离为油分、树脂和沥青质等三组 分。
溶剂一吸附法
7
• （1）三组分分析法是将石油沥青分离为油分、 树脂和沥青质三个组分。其组分性状如下。
14
溶胶结构——在路用性质上具有较好的自愈性和 低温变形能力，但温度感应性较差。
溶一凝胶结构——在路用性能，在高温时具有较 低的感温性，低温时又有较好的形变能力。
凝胶结构——在路用性能上，具有较低的温度感 应性，但低温变形能力较差。
15
• ①具有溶胶结构的石油沥青粘性小而流动性大， 温度稳定性较差。 ②具有凝胶结构的石油沥青弹性和粘结性较高， 温度稳定性较好，但塑性较差。 ③溶胶－凝胶型石油沥青的性质介于溶胶型和凝 胶型两者之间。
27
• 4 .大气稳定性
• 大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧 气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗老化的 性能。
9
• 沥青质决定着沥青的粘结力、粘度和温度稳定性， 以及沥青的硬度、软化点等。沥青质含量增加时， 沥青的粘度和粘结力增加，硬度和温度稳定性提 高。 三组分分析的优点是组分界限很明确，组分 含量能在一定程度上说明它的工程性能，但是它 的主要缺点是分析流程复杂，分析时间很长。
10
Baidu Nhomakorabea
• （2）四组分分析法是将沥青分离为沥青质、饱 和分、芳香分和胶质。其组分性状
21
沥青延度仪及模具
22
沥青延度及软化点测定示意图
23
• 一般，沥青中油分和地沥青质适量，树脂含 量越多，延度越大，塑性越好。温度升高，沥 青的塑性随之增大
• 3. 温度敏感性
• 温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随 温度升降而变化的性能，是沥青的重要指标之 一。
• 温度敏感性用软化点指标衡量。软化点是指 沥青由固态转变为具有一定流动性膏体的温度， 可采用环球法测定(见图)。
8
• 油分赋予沥青以流动性，油分含量的多少直接影 响沥青的柔软性、抗裂性及施工难度。油分在一 定条件下可以转化为树脂甚至沥青质。 树脂又分为中性树脂和酸性树脂，中性树脂 使沥青具有一定塑性、可流动性和粘结性，其含 量增加，沥青的粘聚力和延伸性增加。沥青树脂 中还含有少量的酸性树脂，它是沥青中活性最大 的部分，能改善沥青对矿质材料的浸润性，特别 是提高了与碳酸盐类岩石的粘附性，增加了沥青 的可乳化性。
• 石油沥青三组分分析法的各组分性状 • 油分 淡黄色透明液体200～700 0.5～0.745～60
几乎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0.7～1.0 • 树脂 红褐色粘稠半固体800～3 000 0.7～ 0.815～30温度敏感性高，熔点低于100℃，相对 密度大于1.0～1.1 • 沥青质深褐色固体微粒1 000～5 000 0.8～1.05～ 30加热不熔化而碳化，相对密度1.1～1.5
• 饱和分 无色液体 0.89625烷烃、环烷烃 • 芳香分黄色至红色液体 0.99730 芳香烃、含S衍
生物 • 胶质 棕色粘稠液体 1.09970多环结构，含S、O、
N衍生物 • 沥青质深棕色至黑色固体1.153400缩合环结构，
含S、O、N衍生物
11
按照四组分分析法，各组分对沥青性质的影响，根 据科尔贝特的研究认为：饱和分含量增加，可使 沥青稠度降低（针入度增大）；树脂含量增大， 可使沥青的延性增加；在有饱和分存在的条件下， 沥青质含量增加，可使沥青获得低的感温性；树 脂和沥青质的含量增加，可使沥青的粘度提高。 色谱分析法：三组分、四组分法，四组分法：
沥青质——沥青中不溶于正庚烷的组分
饱和分——将可溶分（即软沥青质）吸附于氧化铝谱 柱上，被正庚烷洗释的组分。
芳香分——被甲苯洗释的组分。
胶质——甲苯一乙醇洗释的组分。
12
• 2.石油沥青的胶体结构 沥青的胶体结构是以沥青质为胶核，胶
质分被吸附其表面，并逐渐向外扩散形成 胶团，胶团再分散于芳香分和饱和分中。
16
• 当地沥青质含量适当，并有较多的树脂作为 保护膜层时，胶团之间保持一定的吸引力，这 时沥青形成溶胶—凝胶结构。溶胶—凝胶型石 油沥青的性质介于溶胶型和凝胶型两者之间。
• 8．1．3 石油沥青的技术性质 • 1 .粘滞性(粘性) • 石油沥青的粘滞性是反映沥青材料内部阻碍其
相对流动的一种特性。是划分沥青牌号的主要 技术指标。
13
2.沥青的胶体结构与性能
• 从图8-2可见，黑色为沥青质，随沥青质含量增 加，沥青的胶体结构从溶胶结构变为溶-凝胶结 构，再变为凝胶结构。当地沥青质含量相对教少 时，油分和树脂含量相对较高，胶团外膜较厚， 胶团之间相对运动较自由。这时沥青形成溶胶结 构。当地沥青质含量较多而油分和树脂较少时， 胶团外膜较薄，胶团靠近聚集，移动比较困难， 这时沥青形成凝胶结构。当地沥青质含量适当， 并有较多的树脂作为保护膜层时，胶团之间保持 一定的吸引力，这时沥青形成溶胶－凝胶结构。 其性能可作如下对比：
17
沥青粘滞度及针入度测定示意图
18
沥青针入度仪
19
20
• 2.塑性
• 塑性是指石油沥青在外力作用时产生变形而不 破坏，除去外力后仍保持变形后的形状不变的 性质石油沥青的塑性用延度指标表示。沥青延 度是把沥青试样制成八字形标准试件(中间最小 截面积为lcm2)，在规定的拉伸速度(5cm／min) 和规定温度(25℃)下拉断时的伸长长度，以cm 为单位。延度值愈大，表示沥青塑性愈好。
24
沥青软化点测定仪
25
软化点测定仪
26
• 它是把沥青试样装入规定尺寸(直径约16mm， 高约6mm)的铜环内。试样上放置一标准钢球 (直径9.53mm，质量3.5g)，浸入水中或甘油 中，以规定的升温速度(5℃／min)加热，使 沥青软化下垂。当沥青下垂量达25.4mm时的 温度(℃)，即为沥青软化点。软化点越高， 表明沥青的耐热性越好，即温度稳定性越好。 沥青软化点不能太低，不然夏季易融化发软； 但也不能太高，否则不易施工，并且质地太 硬，冬季易发生脆裂现象。