第四章沥青材料

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
练习与作业
沥青
地沥 青
焦油沥 青
天然沥青 石油沥青
煤沥青 页岩沥青 木沥青 泥炭沥
青
第一节 石油沥青
一、石油沥青的生产和分类 二、石油沥青的组成和结构 三、石油沥青的技术性质 四、石油沥青的技术标准
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一、石油沥青的生产和分类
❖ 粘滞性（粘性）：是指沥青在外力作用下抵抗变形的能力， 与组分及温度有关 ➢ 沥青质多、树脂适量、油分少时，粘滞性较大 ➢ 温度升高，粘滞性降低
❖ 粘滞性的表示方法 ➢ 1．沥青的绝对粘度（亦称动力粘度）（测定复杂） ➢ 2．沥青的相对粘度（条件粘度）（实际应用 ）
（1）针入度（用于道路石油沥青） （2）粘度（用于液体沥青）
图4-5 针入度法测定粘稠沥青针入度
针入度试验
①加热脱水 至无气泡
②0.6mm 筛过滤
④15℃～30 ℃ 室温冷却 1～1.5h
③装模
⑤移入 20℃±0.1℃
恒温水槽 1～1.5h
设定时间 为5s，温 度为25℃
针入度试验
试样表面 水深不小 于10mm， 使针尖与 试样表面 接触，放 入传感器
按下启动键，记录 25℃的针入度（准 确至0.5 ），移动 试样与针尖接触位 置，按复位键及启 动键，同一试样要 测出三个针入度
1、高温稳定性降低（车辙） 2、低温抗裂性降低（裂缝） 3、粘附性降低（剥落） 4、抗滑性降低
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 Mw
油分
淡黄色透明液体
200~700
树 脂 红褐色粘稠半固体 800~3000
表 4-1 碳氢比
C/H
0.5~0.7
0.7~0.8
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
沥青质
深褐色固体末状微粒
1000~5000
加热不熔化，分解为硬焦 0.8~1.0 碳，使沥青呈黑色
（三）石油沥青的结构
❖ 1．胶体理论 ❖ 沥青质是分散相，饱和分和芳香分是分散介质，但沥青质不
能直接分散在饱和分和芳香分中 ,而胶质作为一种“胶溶剂” 。 ❖ 以沥青质为胶核，胶质被吸附其表面形成胶团，分散在饱和
沥青的胶体结构类型
溶胶 溶－凝胶 凝胶
沥青的针入度指数（PI） ＜－2 －2～＋2 ＞＋2
三、石油沥青的技术性质
（一）粘滞性（粘性） （二）塑性 （三）温度稳定性(感温性) （四）加热稳定性 （五）安全性 （六）溶解度 （七）含水量 （八）非常规的其它性能
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（一）粘滞性（粘性）
三
（1）针入度（道路石油沥青的粘滞性）
❖ 以PT,m,t（0.1mm）表示，P为针入度,T为试验温度（℃），m 为针重（g） ，t为贯入时间（S）。如P（25℃，100g，5S）=65
是（划0分.1道m路m石）油沥青等级的 主要指标, 针入度值越大，表 示沥青愈软（稠度愈小）， 粘度越小。
试图4-1 针入度标准针（单位：mm）
❖ 沥青的组成和结构对沥青的技术性质影响很大 ❖ （一）元素组成 ❖ 主要是碳、氢 ， ❖ 其次是非烃元素，如氧、硫、氮等混合物。 ❖ 通式分子表达式为CnH2n+aObScNd ❖ （二）石油沥青的化学组分 ❖ 为了研究石油沥青化学组成与使用性能之间的联系，常将沥青中化学性质相
近的成分归类分析，划分为若干“组”，称为“沥青化学组分”，简称“组 分”。
（一）石油沥青生产工艺概述
石油 沥青
（二）石油沥青的分类
原油成分
“性关”键和馏“分 含特 硫 量”
加工方法
稠度
石蜡基沥青 环烷基沥青 中间基沥青 直馏沥青 氧化沥青 溶剂沥青 混合沥青
粘稠沥青
液体沥青
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含蜡量
＞5% ＜2% 2%～ 5%
P=300（0.1mm）
二、石油沥青的组成和结构
❖ 延度(cm) ：用延度仪测定，将试样制成∞字形，在规定速度 5cm/min和规定温度15℃（或10℃）下拉断时的长度。延度 越大，塑性越好，柔性和抗断裂性越好。
延度仪与试模
沥青延度试验
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（三）温度稳定性(感温性)
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❖ 温度稳定性：指沥青的粘结性和塑性随温度升降而变化的性能。 温度升高,沥青由固态→流态：软化点。
❖ 早年分为：沥青酸、沥青酸酐、油分、树脂、沥青质、沥青碳和似碳物等组
分 ❖ 现在分为：三组分分析法和四组分分析法。
（二）石油沥青的化学组分与路用性能的关系
流动性
❖ 石油沥青的化学组分
塑性
粘结性、 热稳定性
➢ 三组分分析法：油分、树脂、沥青质。
➢ 四组分分析法：饱和分、芳香分、胶质、沥青质。
➢ 沥青的含蜡量
分和芳香分中。
Hale Waihona Puke Baidu
2．沥青的胶体结构类型
❖ 按各组分的相对含量不同分类
沥青质少
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沥青质多
粘滞性小，流 动性好，塑性 好，但温度稳 定性差
溶胶结构
溶－凝胶结构
最好。高温时的感
温性、低温时的形 变能力都较好。
凝胶结构
弹性和粘性较 高，温度敏感 性小，但流动 性塑性差
❖ 采用针入度指数（PI）来划分其胶体结构类型。
试验结果
❖ 同一试样3次平行试验结果的最大值和最小值之差在下列 允许偏差范围内时，计算3次试验结果的平均值，取整数 作为针入度试验结果，以0.1mm为单位。
沥青针入度试验
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（2）粘度（粘滞度 ）
❖ 以C T、d（s）表示，C为粘度，T为试验温度，d为流孔 直径（mm） 。如C60、5=100s。用来测定液体沥青。
温度降低,由流态→固态至变脆：脆点。
➢ 高温敏感性：软化点（℃）T软（或TR&B ）（沥青材料由固态变 为流态时的温度间隔的87.21%）
✓测定：用环球法软化点仪测定。 ✓软化点愈高，温度稳定性愈好。 ❖ 针入度是在规定温度条件下（如25℃ ）的粘度，而软化点则是规 定条件粘度时（软化P（25℃，100g，5S）=800（0.1mm））的温度。 ❖ “三大指标”：针入度、延度、软化点 ➢ 低温抗裂性：脆点（℃） 要求沥青有较高的软化点和较低的脆点，否则沥青会夏季流淌
是划分液体沥青 等级的，时间愈 长，表示沥青愈 稠，粘度愈大。
沥青粘度试验
标准粘度计测定液体沥青示意图 1－沥青试样，2－活动球杆，3－流孔，4－水
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（二）塑性
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❖ 塑性（用延度表示）：是指沥青在外力作用下发生变形而不 破坏的能力。与组分及温度有关： ➢ 树脂多，油分及沥青质适量，塑性较大； ➢ 当温度升高，塑性增大； ➢ 沥青膜层愈厚则塑性愈高。