李立寒-道路建筑材料-.沥青材料

τ η= γɺ
应力与剪应变速率的关系示意图
c——沥青的复合流动系数 沥青的复合流动系数
2）沥青粘度测定方法 ） ⑴ 绝对粘度测定方法
示意图1 ① 毛细管粘度示意图 示意图2 ② 旋转粘度示意图 示意图3 ③ 滑板粘度示意图
毛细管粘度仪 毛细管粘度仪试验示意图 粘度
在严格控制温度和 真空度的条件下， 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
lg P1 − lg P 2 ② A= T1 −T 2
数组（ ③ 数组（Pi,Ti）→进行回归
P25 温度T 25℃ ℃ TR&B
2）针入度指数PI的确定 ）针入度指数 的确定
值为-10 令：感温性最大A=∞，PI值为 感温性最大 ， 值为 感温性最小A=0，PI值为 值为+20 感温性最小 ， 值为
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 ）体膨胀系数 ： 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 牛顿液体
牛顿液体→粘度 ⑴ 牛顿液体 粘度
图4- 6 τ与应变速率 与应变速率
1) 关键馏分特性分类
关键馏分： 关键馏分： “第一关键馏分”：常压下，250~275°C的馏分 第一关键馏分” 常压下， ° 的馏分 第二关键馏分” 减压下（ “第二关键馏分”：减压下（5.33kPa） ，275~300°C的馏 ） ° 的馏 分 特征参数： 特征参数：相对密度 特性因素K（教材表 特性因素 （教材表4-1） ）
沥青质A 沥青质 t 1000~2000
蜡：高温软化、低温结晶析出 高温软化、
4.1.2.3 沥青的胶体结构
分散相——At吸附 吸附R→胶团 胶体：分散相 胶团 分散介质——S、A 、 分散介质
1) 溶胶型结构
At的分子量低、数量少 的分子量低、 ——直馏沥青、液体沥青 直馏沥青、 直馏沥青 特点： 特点：高温粘度较低
（单位：Pa·s） 单位： ）
非牛顿液体→视粘度或表观粘度 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
牛顿液体受力示意图
F
沥青
A F
dV dy
dv u F =η ⋅ A η—粘滞系数（粘度） 粘滞系数（ 粘滞系数 粘度） dy
F =τ Awenku.baidu.comu dv u 1 γ ɺ dv = ； = ⋅ = =γ t dy dy t t
4.1.1.2 石油沥青生产工艺概述
原油→常压渣油 减压渣油 原油 常压渣油→减压渣油 粘稠沥青 常压渣油 减压渣油→粘稠沥青 直馏沥青：较好的变形能力， 直馏沥青：较好的变形能力，温度敏感性较大 氧化沥青： 氧化沥青：较好的温度稳定性 溶剂沥青： 溶剂沥青：丙烷脱 液体沥青：在粘稠沥青中掺加煤油、汽油、 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、 调配沥青：调和沥青、混合沥青 乳化沥青： 乳化沥青：水＋乳化剂＋沥青 乳化剂＋
（1）湖沥青 ）
特立尼达湖沥青（ 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， 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 风景秀丽的特立尼达和多巴哥境内的沥青湖。 又叫彼奇湖，面积44万平方米 深约82米 万平方米， 又叫彼奇湖，面积 万平方米，深约 米，湖中沥青储 量达1200万吨，是世界上最大的天然沥青产地。 万吨，是世界上最大的天然沥青产地。 量达 万吨
基属分类：由两个关键馏分的特征参数和 确定 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 石油基属 石蜡基（P） 石蜡基（ 石蜡基 （P）
石蜡基（P） 石蜡基（
中间基（M） 中间基（
中间— 中间—石蜡基 （M-P） 中间基 （M） 中间— 中间—环烷基 （M-N）
环烷基（N） 环烷基（
2) 凝胶型结构
At分子量大、数量多 氧化沥青、老化沥青 分子量大、数量多—氧化沥青 氧化沥青、 特点：变形能力差， 特点：变形能力差，脆性
3) 溶凝胶型结构
石油沥青的基本性能
石油基属：环烷基＞中间基＞ 石油基属：环烷基＞中间基＞石蜡基
沥青性能
制作工艺
直馏沥青 氧化沥青 液体沥青: 掺加煤油、汽油、 液体沥青 掺加煤油、汽油、柴油 调配沥青： 调配沥青：掺加其他沥青 乳化沥青： 乳化剂＋ 乳化沥青：水＋乳化剂＋沥青
4. 沥青材料
沥青的定义： 沥青的定义：
在高度缩合的环烷环、 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（ 、 、 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 ）衍生物组成的混合物， 颜色：暗褐色或黑色 颜色： 形态： 形态：常温下为固体或半固体
20−PI 1 A= ⋅ 10+ PI 50
30 PI = −10 1 + 50A
logP=AT+K
PI与沥青感温性的关系 与沥青感温性的关系
⑶ 针入度指数的确定方法
已知条件：不同温度下的针入度（ ）（2组以上 组以上） ① 已知条件：不同温度下的针入度（Pi、Ti）（ 组以上） 或针入度与软化点 ② 计算方法 计算A值 计算 值→PI
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： 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： 微量金属元素：钒、镍、铁、镁和钙 碳氢比： 碳氢比：C/H
大庆石油沥青： 大庆石油沥青：C/H=0.657 某环烷基石油沥青： 某环烷基石油沥青：C/H=0.710
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、 化学组分：化学性质、物理性质、路用性能 三组分→多组分 三组分 多组分 四组分： 四组分： 饱和分－S 饱和分－ 芳香分－ 芳香分－A 胶质－ 胶质－R 沥青质－ 沥青质－At
表4-1 沥青四组分对沥青性能的影响 组分 饱和分S 饱和分 芳香分A 芳香分 胶质R 胶质 分子量 500~700 800~900 1200~1300 高温粘度 低温变形能力 化学稳定性 × × √ √ × √ √ × √ × × —
特立尼达沥青湖
（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， 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， 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， 以上，我国青海及克拉玛依地区有所开采， 熔点在 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。
标准粘度计 测定液体沥青示意图 规定的温度条件下， 规定的温度条件下，通过规 定的流孔直径，流出 定的流孔直径，流出50mL 体积所需时间，以s为单位。 体积所需时间， 为单位。 为单位 如：C25，5=100 ， 表示：试验温度 ℃ 表示：试验温度25℃， 流孔直径5mm， ， 流孔直径 时间100s。 。 时间
技术指标 软化点， 软化点， ℃ 针入度， 针入度，25 比重 闪点， 闪点， 25 ℃ 数值 160～175 ～ 0 1.04～1.06 ～ 315＋ ＋
我国道路沥青生产量
300
道 路 沥 青 产 量 ， 万 顿
280 217 167 121 70 7 20 1 7
250 200 150 100 50 0
— 环烷基— 环烷基—中间基 （N-M） 环烷基（N） 环烷基（
第二 关键 馏分 基属
石蜡— 中间基 石蜡—中间基 （P-M） （ M）
环烷基 （N）
—
2) 含硫量的分类 低硫：含硫量＜ 低硫：含硫量＜0.5%； ； 含硫： 含硫：0.5~2%； ； 高硫：含硫量＞ 高硫：含硫量＞0.5%。 。 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＞ 按照路用性能优排队：环烷基＞中间基＞石蜡基
沥青的分类： 沥青的分类：
① 地沥青 天然沥青：湖沥青、岩石沥青、 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、 石油沥青：用石油经开采、精炼加工而得到的 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， 天然沥青是石油在自然条件下，经过千百万年的时 在温度、压力、气体、无机物催化剂、 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。 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。 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： 根据天然沥青生成矿床的不同，可以分为： 湖沥青 岩沥青 海底沥青
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 在规定温度条件下， 定质量的标准针经过规定 时间贯入沥青试样的深度， 时间贯入沥青试样的深度， 以1/10mm为单位 为单位 如：P25,100,5=60 表示：试验温度 ℃ 表示：试验温度25℃ 荷载质量100g 荷载质量 历时5s 历时 贯入沥青深度6mm 贯入沥青深度
沥青脆点仪和弯曲器
4.1.3.4 沥青的感温性
沥青的粘度等性能随温度的不同而产生明显的变化的特性 1) 针入度－温度关系 针入度－ lgP
logP=AT+K
温度T
A－针入度－温度感应性系数 针入度－
A值的确定方法 lgP
600~1000 PR&B
① A=
lg 800 − lg P(25℃, 100g, 5s) TR &B − 25
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
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 石油的基属分类
分类指标： 关键馏分特性” 分类指标：“关键馏分特性”和“含硫量”。 含硫量”
★ 针入度是等温粘度 ★ 软化点是等粘温度
4.1.3.3延性和脆性 延性和脆性
1) 延度 ——单位 ，反映沥青的塑性 延度D 单位cm， 单位
图4-10 沥青延度
2) 脆点 Frass ——单位℃，反映沥青低温变形能力 脆点T 单位℃ 单位
图沥青脆点仪
沥青的三态：流动————橡胶 橡胶————玻璃 沥青的三态：流动 橡胶 玻璃 软化点 脆点
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 双筒旋转粘度计 Cylinder Concentric
τ Rθ = θ
Mi 2 π Ri2 L ΩR Ro - Ri
γ=
14
滑板粘度试验示意图
F
dV dy
u
dv F =η ⋅ A dy
⑵ 条件粘度测定方法
标准粘度计法C ① 标准粘度计法 T,d ——单位 s 单位
图4-7标准粘度计 标准粘度计
针入度法P 单位0.1mm图4-8针入度法 ② 针入度法 T,m,t ——单位 单位 针入度法 软化点T 单位℃ ③ 软化点 R&B ——单位℃图4-9 软化点测试 单位
（表征沥青热稳定性） 表征沥青热稳定性）
粘度变化
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(℃) ℃
在规定的温度条件下， 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。 件至断裂时的长度，单位 。
沥青延度测试示意图
在规定的速率下降温，等速弯曲 次 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℃ 沥青薄膜的开裂温度，单位℃。
沥青的 组成与结构
元素组成： 、 、 、 、 元素组成：C、H、O、S、N → C/H 化学组分：饱和分、芳香分、胶质、 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、 胶体结构：溶胶型、凝胶型、溶凝胶型
4.1.3 石油沥青的技术性质
4.1.3.1物理性质 物理性质
1）密度：d25或d15 ）密度：