第七讲 沥青的化学组成与使用性质

①蜡对沥青低温延伸度影响
延伸度始于1903年，在Pen相同时Duct 大的铺装性能好 蜡降低沥青的内聚力，增加脆性及老化 趋势 沥青中含蜡>3%即会改变分散结构，改 变其流变性质（>3%蜡是以形成蜡结晶 网） 蜡大大降低粘附性

②蜡对沥青粘度的影响
Logη (泊)
加蜡% Pen,25 250 600 1350
100 98
67
54.0 53.7
32.6
27.8 26.5
41.6
18.2 19.8
25.8
4.
薄膜烘箱
前
1630C 5hr 50ml厚3.2mm样
胜利100# 后 52.0 单家寺100# 前 43.7 后 52.3
品架1588/分
S.P
46.6
Pen(250C)
Duct(150C) 组成S A R C7AT 600C粘度(pa.s)
单位
中石化 中石油
2001年
128 134
2004年
256 188
中海油
地方炼厂
106
149
170
159
道路沥青质量展望
道路沥青总体质量达到国际水平 专用、功能化和改性沥青需要发展： 桥面沥青、赛道沥青、高粘耐老化沥 青 乳化沥青、废轮胎粉改性沥青、彩色 沥青 高模量硬质沥青、泡沫沥青、抗静电 沥青、阻燃沥青、耐油污沥青、尾气 吸附沥青
沥青质 针入度 粘度
二.沥青中各组分的配伍

1.二组分调和法（哑铃调和）
S A 300+ R 0 AT 0 300+
Pen25
S.P. 0C
粘度990C cst
19
22 软组分
24Baidu Nhomakorabea
64
77
1.1× 105 硬组分
190
说明：S,A是软组分 塑化剂
R, AT是硬组分 稠化剂
原沥青 调和比例 pen25 90
2.沥青质含量对沥青使用性质的影响
（用调和法）

其转折点，对胜利及单家寺沥青（各种沥青可能 不同） C5AT ~25% C7AT ~11%
Logη (泊)
600 3.5 3.7 4.0 加沥青质% 0 2.0 4.0 针入度250 80 73 55 250 6.2 6.3 6.5
3.沥青质对沥青粘度的影响
3.延伸度Ductility
Duct 在一定温度下样块以一定速度（5厘米/ 分）拉伸直到拉断为止（表明受机械应 力作用后变形而不破坏的能力） 250C ，150C ，50C说明开裂的可能性
4.其它性质：

溶解度（三氯乙烯）、粘度、脆点、闪 点、蒸发损失、蒸发后针入度、膜烘箱 实验1630C 5小时 空气
S+R 29/71 90
S+AT 61/39 90
A+R 45/55 90
A+AT 75/25 90
延度250
40
100 +
6
100 +
/
4
/
100 +
50 +
49
7


2.三组分调和法大庆
沥青质4~8%胶质58~72%油分22~37% 好的道路沥青组成条件：
①蜡的含量不能太高 ②沥青质含量也不能太高 ③戊烷可溶质的fA不能太低
我国道路里程进展
（石油沥青，2005，19（5））
年份 2004
道路里程
2005 2010
2020
高速道路 沥青用量 里程 187万公里 3.4万公里 1000万吨 （1988始） 1100万吨 230万公里 5.5万公里 今后5年年 均消费： ～1300万 吨 8.5万公里
我国道路沥青用量进展（万吨）
Mn 1050 1000C粘度 3.8 组成S 19.0 A 33.1 R 42.7 C7--AT 5.3

1560 6.8帕秒 18.6 22.9 47.0 11.5
3.光照影响

1979 滕代光雄 %
pen25 油分 R AT
原 样
放置一年 （无光照） 放置一年 （有不直接 光照）
沥青是复杂胶体分散体系
很多性质与其胶体性质有关 胶体分散好坏与其化学组成有关 及各组分化学本质 fA等 以及其相互匹配情况 先讨论每个组分 然后再综合讨论 这方面美、日、苏均做大量工作

一、

各组分对沥青质性质的影响
Ⅰ.蜡对沥青性质的影响
美国认为蜡与沥青质量无影响 欧洲：法国、西德均认为石蜡是不利的，并限制 其含量<2%（蒸馏法） Pfeikker 1951年即指出：蜡对沥青流变性质影 响很大 蜡在低温结晶形成结构影响早期开裂，膨胀系数 大，不同蜡的影响也是不同的（地蜡影响小）
150 90 110 141 67 >100 >100
Duct 50 4.8 5.5 8.3
胜利+12.4%
189
>100
15
Ⅲ.胶质



是沥青中的硬组分，是必需的，沥青中可以没 有C7AT ，但是必须有胶质，不然没有强度。 有胶质才能使沥青质胶溶在油分之中 温感性差，延伸性主要受胶质影响 胶质对延伸度的影响是复杂的 在沥青质（或蜡）较多情况下，有可能R 延 伸度 在沥青质较少情况下，有可能R 延伸度 ， 也有可能R 延伸度

沥青的性质要求很多，主要有三项 1.针入度 250C 100g针 5秒 插入深度以
1/10mm计 Penetration Pen 100表示插入10mm即1cm 以次为牌号100#，60#，140#等越大越软
2.软化点Softening Point S.P.
沥青不是结晶没有固定熔点 加热变软（从固体或粘稠不易流动的物质变 为较软和粘滞性较低的流体） 用环球法（Ring & Ball R & B）测，条件性
92
82 11.6 30.7 49.3 8.4 96.3
49
9 11.8 28.7 48.0 11.5 256.4
97
>150 17.5 26.3 53.2 3.0 151.0
51
100 17.8 26.8 50.7 5.1 265.2
四.沥青的胶体结构（小结） 沥青是胶体分散体系 其性质很重要的是胶体的稳定性 关键是化学组成的配伍 硬组织 软组织 分散相 分散介质 （ AT +R） （S+A） 蜡（低温） 分散的量和质AT--R的配伍性，R+ AT量太小，太软 强度不够
三.沥青在使用过程中组成 和性质变化

1.沥青的老化R.N.Traxler认为 沥青老化粘度增加由于：
①较轻组分挥发 ②聚合 ③光化作用 ④氧化 ⑤光氧化


阳光下氧化是沥青硬化最重要因素，挥 发影响很小老化后性质上pen S.P. 粘 度
2.老化中组成变化

Corlett 1981

选择的原有的方法
原油的评价试验 经验预测法： （ A+R) /W ＜ 0.5 不适宜生产沥青 （ A+R) /W =0.5~1.5可生产普通道路 沥青 （ A+R) /W ＞1.5可生产优质道路沥青 当500°C馏分H/C原子比≤1.6，该渣油 可以用来生产道路沥青

（石油沥青，2005，19（5））
年份
总量
普通
重交
改性
国产重交
1999
2000
426
560
143
181
283
379
13
22
136
240
2001
2002 2003
680
847 963
202
194 165
478
653 798
45
89 96
315
426 537
2004
1035
150
885
110
623
道路沥青供应（万吨）（石油沥青，2005，19（5））
第七 讲沥青的化学组成 与使用性质关系
概说：目前要发展高速公路对沥青质的量提 出更高要求 沥青质名词： Asphalt 美国 Asphaltic Bitumen 欧 沥青是重要产品主要是道路沥青和建筑沥青

我国沥青用量进展





1986年 （万吨） 道路沥青 131.5 建筑沥青 103.2 普通沥青 19.2 专用沥青 2.7（油漆、电缆、防腐） 1986年 256.6（万吨） 1990年 455.3 1995年 600 2000年 800 1999年道路沥青：426万吨－2004年1035万吨
0
2.0
80
75
6.19
6.25
3.45
3.32
0.70
0.64
4.0 8.0
66 56
6.39 6.50
3.26 3.09
0.61 0.45

蜡在高温是稀释剂，在低温是稠化剂 蜡的影响：由于结构不同饱和分蜡结晶度高， 结晶大易引结构。 芳香蜡结晶小分散细结晶度低
③各种蜡的影响不一样


Ⅱ.脱蜡饱和分及芳香分的影响 1.脱蜡饱和分的影响：
Ⅳ.沥青质 1.是沥青的硬组分



C7AT很低也可以达到沥青的基本要求 但C5AT必须有一定数量作为胶体结构的核心 蜡是在低温成为结构，沥青质在高、低温都是 成为结构，太少了不可能形成必要程度，太多 了延伸度太小，大脆易裂 沥青质与胶质在数量和性质上要相互配伍，胶 质对沥青质起增溶作用 沥青质 溶胶 凝胶 国外好的道路沥青一般C7AT较高,如美国>10% 我国仅孤岛达8%，一般较少
蜡 影响低温性能 ≯ 5%（饱和蜡可少些芳香 蜡可多些） 沥青质 C7AT ≯ 11% C5AT ≯ 25% 分散介质性质及含量 芳香度 fA高 具有高的 增溶能力胶体较稳定 改变其组成 石蜡基石油 溶剂脱沥青 降低蜡 含量（S含量）提高胶质含量 加芳香度高的物质 使fA 选择合适原料 石蜡基原油（大庆）不合适 单家寺、欢喜岭（环烷烃）最合适

脱蜡饱和分使针入度 延伸度 能改善沥青性 质（变软）（不是一个牌号）
2.脱蜡芳香分的影响
对沥青是软组分，对质量有好处，能使胶质塑 化、软化 芳香分多能使胶束芳香性强，使分散相亲液 从石蜡基原油生产沥青，常加溶剂抽出油以改 进质量
加脱蜡芳香 分
胜利100# 胜利+3.0% 胜利+6.9%
Pen25






原料 18年后 原料 18年后 S 9.3 10.3 AT 15.5 23.7 A 34.2 24.6 针入度250 65 24 R 40.5 40.8 600粘度(泊) 3152 18400 单家寺试验路面（寿光22公里） 18个月 每半年取样化验 Pen 120 77(1/10mm) S.P 45 900C Duct15 >150 50cm