第二章 沥青材料(二)

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3.沥青的感温性 .
概念:沥青粘度随温度的不同而产生明显的变化, 概念:沥青粘度随温度的不同而产生明显的变化,这种 粘度随温度变化的感应性称为感温性。 粘度随温度变化的感应性称为感温性。 意义:对于路用沥青, 意义:对于路用沥青,温度和粘度的关系是极其重要的性 沥青混合料在施工过程中的拌和、 能。沥青混合料在施工过程中的拌和、摊铺和碾压以及铺筑 后的使用期间,都要求沥青的粘度在适当的范围之内, 后的使用期间,都要求沥青的粘度在适当的范围之内,否则 将影响沥青路面的质量。 将影响沥青路面的质量。 针入度指数(PI) 针入度指数( ) 评价参数: 针入度—温度指数 评价参数: 针入度 温度指数(PTI) 温度指数( ) 针入度—粘度指数( 针入度 粘度指数(PVN) 粘度指数 )
(1)针入度指数(PI) )针入度指数( )
针入度指数(PI):是应用针入度和软化点的试验结果来 针入度指数(PI):是应用针入度和软化点的试验结果来 ): 表征沥青感温性的一种指标。 表征沥青感温性的一种指标。同时也可采用针入度指数值来 判别沥青的胶体结构状态。 胶体结构状态 判别沥青的胶体结构状态。 ①针入度-温度关系 针入度- lgP
②PVN2
针入度— 针入度—粘度指数愈大,表示沥青的感温性愈低。根据麦 克里奥德公式计算所得的针入度—粘度指数值,可按P57表 克里奥德公式计算所得的针入度—粘度指数值,可按P57表 2-4进行感温性评价。
四、粘附性
——反映沥青与集料的粘结能力 ——反映沥青与集料的粘结能力水损害
影响因素: 影响因素: 集料的亲水性 SiO2 : 0% 碱性集料 沥青的粘度 沥青混合料的空隙率 评价方法: 评价方法: 水煮法和水浸法试样 水煮法和水浸法试样 光电分光光度法 52% 中性集料 65% 酸性集料
劲度模量 S
2)沥青的劲度模量 ◇ 定义: S=(σ /ε ) 定义:
t, T
0℃ ℃ 25℃ ℃ 时间 t
◇ 确定方法: 确定方法: 滑板粘度试验 沥青劲度模量诺模图: 沥青劲度模量诺模图:① 荷载作用时间
③ 沥青的PI值 沥青的PI PI值
② 路面温度差: Tp-TR&B 路面温度差:
影响因素: 影响பைடு நூலகம்素: (1)它是温度的函数 它是温度的函数。 (1)它是温度的函数。 温度越高,劲度模量越小。在夏季,劲度模量降低, 温度越高,劲度模量越小。在夏季,劲度模量降低,如不 足以抵抗车辆的反复荷载作用,形变累积将产生很大的车辙。 足以抵抗车辆的反复荷载作用,形变累积将产生很大的车辙。 在冬天,劲度模量增大,应力松弛性能变弱, 在冬天,劲度模量增大,应力松弛性能变弱,在温度骤降时将 容易产生温度开裂。 容易产生温度开裂。 (2)它是荷载作用时间的函数 它是荷载作用时间的函数。 (2)它是荷载作用时间的函数 汽车速度快, 汽车速度快,在路面内某一点所产生的应力应变经历的时 间短,它将显示出较高的劲度模量。 间短,它将显示出较高的劲度模量。 (3)它不是一个常数 而是一个条件参数. 它不是一个常数, (3)它不是一个常数,而是一个条件参数. 既反映沥青材料的自身特性,更包含了温度、 S既反映沥青材料的自身特性,更包含了温度、荷载作用 时间的影响。因此,试验方法不同将得出不同的数值。 时间的影响。因此,试验方法不同将得出不同的数值。现在各 国都正在研究力求更接近路面实际应力状态的试验方法。 国都正在研究力求更接近路面实际应力状态的试验方法。由于 汽车荷载作的应力在路面内滞留的时间非常之短, 汽车荷载作的应力在路面内滞留的时间非常之短,所以加载速 度必须很快. 度必须很快.
① 蒸发损失试验 ② 薄膜加热试验TFOT 薄膜加热试验TFOT ③ 旋转薄膜烘箱试验RTFOT 旋转薄膜烘箱试验RTFOT ④PAV压力老化试验 PAV压力老化试验
评价指标:质量损失 评价指标:
针入度比 延度
(1)薄膜加热试验( (1)薄膜加热试验(TFOT) 薄膜加热试验
在163℃加热5h后测质量损失、针入度比和25℃、15℃延度 163℃加热5h后测质量损失、 加热5h后测质量损失 和25℃、15℃延度 值作为评价指标。 值作为评价指标。 特点:与沥青在拌和机中加热拌和后的性质相关性好、 特点:与沥青在拌和机中加热拌和后的性质相关性好、相当于 150℃拌和机中拌和1 1.5min后的性质 后的性质。 在150℃拌和机中拌和1~1.5min后的性质。
通过回归求取针入度— 温度感应性系数A值, 由3个温度的R应在 0.997以上,由4个温度 R大于0.995,
②针入度指数PI的确定 针入度指数PI PI的确定
=∞,PI值为 值为令:感温性最大A=∞,PI值为-10 =0,PI值为 值为+20 感温性最小A=0,PI值为+20
20−PI 1 A= ⋅ 10+ PI 50
(2)RTFOT 老化75min后测质量损失百分率 、针入度比 、 后测质量损失百分率 在163℃老化 后测
25℃、15℃延度值作为评价指标。 25℃、15℃延度值作为评价指标。 值作为评价指标 优点:试样垂直方向旋转。沥青膜较薄;能连续吹入空气, 优点:试样垂直方向旋转。沥青膜较薄;能连续吹入空气, 加速老化时间短。 加速老化时间短。
计算得出的PTI值越小表明沥青的感温性越小, 计算得出的PTI值越小表明沥青的感温性越小,即 PTI值越小表明沥青的感温性越小 温度稳定性越好。 温度稳定性越好。
(3)针入度—粘度指数(PVN) )针入度—粘度指数(PVN) 该法是应用沥青25℃时的针入度值和 该法是应用沥青 ℃时的针入度值和135℃(或60℃) ℃ ℃ 时的粘度值与温度的关系来计算沥青感温性的方法。 时的粘度值与温度的关系来计算沥青感温性的方法。 ①PVN1; ;
30 PI = −10 1 + 50A
PI与沥青感温性的关系 与沥青感温性的关系
logP=AT+K
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) 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 计算A值→PI
30 PI = −10 1 + 50A
沥青的耐久性——沥青的 老化” 沥青的耐久性——沥青的“老化” 沥青的“
老化机理: 老化机理:轻质组分挥发 氧化、组分转化 氧化、
饱和分S 饱和分
胶质→沥青质 胶质→ 芳香分→ 芳香分→胶质
芳香分A 芳香分 胶质S 胶质 老 化 前 沥青质At 沥青质 老 化 后
老化性能评价方法: 老化性能评价方法:
(3)压力老化试验 (3)压力老化试验
将旋转薄膜加热试验后的沥青试样放入压力老化容器内, 将旋转薄膜加热试验后的沥青试样放入压力老化容器内, 然后进行加温加压,标准的老化温度视标号的不同规定为90 90~ 然后进行加温加压,标准的老化温度视标号的不同规定为90~ 110℃,老化时间为20h 容器内的充气压力为2.1Mpa 20h, 2.1Mpa。 110℃,老化时间为20h,容器内的充气压力为2.1Mpa。
级料的表面纹理、孔隙率、含尘量、表面积、含水量等 级料的表面纹理、孔隙率、含尘量、表面积、
水煮法试样
水浸法试样
沥青路面坑洞
沥青路面坑洞
沥青路面坑洞
损坏机理分析
动水压力导致雨 水进入路面, 水进入路面,并 积聚于层底; 积聚于层底; 重复荷载导致沥 青-集料剥离
五、耐久性
——沥青的 老化” ——沥青的“老化” 沥青的“ 沥青在自然因素作用下,产生不可逆的化学变化, 沥青在自然因素作用下,产生不可逆的化学变化,导致路 用性能劣化,称之为老化。 用性能劣化,称之为老化。 现象: 现象:沥青性质随着时间推移而发生变化 →变脆变硬→老化 变脆变硬→ 针入度下降、粘度增加、软化点增加、 针入度下降、粘度增加、软化点增加、 诱因: 诱因:热 氧气 紫外线)、 )、水 光(紫外线)、水 过程: 过程:加热拌和 贮存运输 使用
针 入 度 级 : 按 沥 青 25 针 入 度 所 处 水 平 划 分 沥 青 牌 号 分
我国石油沥青的技术标准
重交通道路石油沥青质量要求
分级: 按P25分级:AH-50、AH-70、AH-90、AH-110 AH-130 、 、 、 40~60 60~80 80~90 90~110 110~130 ~ 其它指标:软化点、延度 其它指标:软化点、延度(15ºC)、含蜡量、溶解度 、含蜡量、 薄膜烘箱(残留物质量损失 针入度比、延度) 残留物质量损失、 薄膜烘箱 残留物质量损失、针入度比、延度
③当量软化点(T800)和当量脆点值(T1.2) 当量软化点( 和当量脆点值(
由logP=AT+K: logP T+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
PI<- →溶胶型沥青 PI<-2 →溶胶型沥青 沥青的温度敏感性强 PI>+2 →凝胶型沥青耐久性差 →凝胶型沥青 凝胶型沥青耐久性差 PI=PI=-2~+2 →溶凝胶型沥青 →溶凝胶型沥青
(2)针入度—温度指数(PTI) )针入度—温度指数(PTI) 针入度—温度指数是根据不同温度条件下的针入度值的比率来 针入度 温度指数是根据不同温度条件下的针入度值的比率来 评价沥青的感温性。针入度—温度指数由下式表达 温度指数由下式表达。 评价沥青的感温性。针入度 温度指数由下式表达。
PAV压力老化试验仪 PAV压力老化试验仪
试件:RTFOT后的薄膜试样 试件:RTFOT后的薄膜试样 试验条件:90~110℃ 20h, 试验条件:90~110℃,20h,2.07MPa
6
沥青的粘弹性
1)沥青材料的粘-弹性现象 沥青材料的粘◇ 蠕变—在应力保持不变的情况下,应变随时间增 蠕变—在应力保持不变的情况下, 加而增加 ◇ 应力松弛 — 在保持应变不变的情况下 , 应力随时 应力松弛— 在保持应变不变的情况下, 间增加逐渐衰减

交通道路石油沥青质量要求

分级:A-60 /A-60 /A-100 /100- /A-140/A-180/A-200 按P25 分级 其它指标:软化点、延度 溶解度、 其它指标:软化点、延度(25ºC) 、溶解度、 质量损失、 质量损失、针入度比
logP=AT+K
温度T 针入度- A-针入度-温度感应性系数
A值的确定方法 lgP
600~1000 PR&B
① A=
lg 800 − lg P(25℃, 100g, 5s) TR &B − 25
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
由针入度指数预测沥青劲度
沥青材料的粘- 沥青材料的粘-弹性现象
变形 ε 温度T 温度 1 温度T2 温度 粘性
弹性 时间 t
石油沥青的技术标准
道路沥青的产品主要分级方法 针入度分级 粘度分级 PG性能分级 性能分级
道路沥青的产品主要分级方法
⑴ 针入度分级-P 针入度分级- 按所测得的沥青25℃ 25℃针入度所处水平划分沥青牌号 按所测得的沥青25℃针入度所处水平划分沥青牌号 粘度分级- ⑵ 粘度分级-A 按真空毛细管法所测得沥青60℃ 60℃粘度所处水平划分沥青 按真空毛细管法所测得沥青60℃粘度所处水平划分沥青 牌号 按新鲜沥青60℃粘度分级(AC) 60℃粘度分级(AC); ☆ 按新鲜沥青60℃粘度分级(AC); 按薄膜烘箱(TFOT)或旋转薄膜烘箱(RTFOT) (TFOT)或旋转薄膜烘箱(RTFOT)试验后残 ☆ 按薄膜烘箱(TFOT)或旋转薄膜烘箱(RTFOT)试验后残 60℃粘度分级(AR)两种分级体系 粘度分级(AR) 余 物60℃粘度分级(AR)两种分级体系 PG性能分级 ⑶ PG性能分级 按沥青所能够适应的最高和最低环境温度来 划分沥青牌号
沥青薄膜加热烘箱示意图 试件:50g沥青试样 试件:50g沥青试样 试验条件:163℃ 试验条件:163℃,5h 试验指标: 试验指标:质量损失 针入度比 延度
针入度皿~ 针入度皿~21mm 膜厚度~ 膜厚度~3mm
沥青旋转薄膜加热烘箱示意图
试件:35g沥青试样 沥青试样, 试件:35g沥青试样, 试验条件:163℃ 试验条件:163℃,75min
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