沥青材料的粘度与粘附性研究

目录第一章绪论（1）§11沥青材料概述（1）§12沥青材料的粘性与粘附性（3）§13沥青粘度与粘附性的研究现状（6）§14关于本课题研究（9）第二章沥青与集料粘附性的评价方法（10）§21沥青与集料粘附性基本理论（10）§22影响沥青与集料粘附性的因素（13）§23沥青与集料粘附性的评价方法（15）第三章试验材料基本分析（21）§31沥青材料试验分析（22）§32集料性质试验分析（24）§33水煮法粘附性试验（25）第四章沥青的粘度试验分析（28）§41试验原理（28）§42BROOKFIELD粘度试验设备与规程（32）§43BROOKFIELD粘度试验结果（34）第五章沥青的组分试验分析（39）§51沥青的组分分析概述（39）§52沥青的四组分试验设备与规程（44）§53沥青的化学组分试验结果（47）第六章试验结果分析（51）§61沥青的粘度与粘附性试验结果分析（51）§62沥青的化学组分与粘附性试验结果分析（56）§63对沥青粘附性的认识（62）第七章结论与建议（65）参考文献（67）致谢（69）第一章绪论§11沥青材料概述沥青作为一种非常重要的土工材料，被广泛应用于道路工程和建筑防水工程中。据历史记载，最早的沥青路面建成于公元前600年前的巴比伦王国，但这种技术不久便失传了。一直到19世纪，人们才又开始用沥青来筑路。1833年，在英国开始进行煤沥青碎石路面铺装；1854年，在巴黎首次用碾压法进行沥青路面铺装；1870年前后在伦敦、华盛顿、纽约等地采用沥青作路面铺装。时至今日，沥青路面已成为道路路面中占主要地位的路面结构。在我国已建成的和正在兴建的高速公路中几乎全部都是沥青混凝土路面。随着公路建设的飞速发展，沥青的需求量也逐年增加。以1997年我国的公路建设为例，仅新建的1400KM高速公路、3000KM一级公路和15万公里二级公路，估计使用了道路沥青达250万吨，其中进口沥青达76万吨，加上其他新建中低级道路和乡镇道路使用的沥青，以及30多万公里已建沥青路面的养护维修用沥青，我国沥青的年使用量已突破400万吨6。从世界范围来看，全世界每年沥青总用量为7500万吨，其中80用于道路工程，约6000万吨【9】。沥青作为石油能源的一种重要产品，并非取之不尽、用之不竭的，况且，适合炼制道路沥青的原油更加有限，因此，深入研究道路沥青的性能对合理利用资源有重要意义。在我国，公路基础设施建设近年来一直呈飞速上升趋势。1988年10月，我国第一条高速公路沪嘉高速建成通车，到2002年底，仅仅十几年时间，我国高速公路总里程已超过25万公里，公路等级不断提高，路网密度不断增大，“五纵七横”的主骨架已经形成，四通八达的公路网日趋完善。然而，由于建设速度快，技术水平低，经验不成熟，我国的公路出现问题的现象比较普遍。调查表明【4】，通车仅23年的个别高速公路的沥青路面就出现大面积破坏；某高速公路通车仅9个月，沥青路面就出现破坏现象，不到一年，由于大面积破坏严重，不得不把原沥青面层铣刨重新铺面层。沥青路面的早期破坏，如水损害、辙槽、泛油、裂缝、抗滑性下降、平整度较快变差等日益成为专业人士关注的重点。新建高速公路产生早期损坏的原因，除了设计、施工方面的原因外，材料的合理选择是很重要的因素之一，路面的早期水损害就与沥青的粘附性密切相关。沥青与集料的粘附性取决于沥青、集料各自的性质以及它们之间相互作用的程度。粘附性的好坏直接影响着沥青路面的使用质量和耐久性。选择粘附性良好的沥青与集料成型沥青混合料可以明显避免沥青路面的早期破坏现象。所以，深入研究沥青与集料的粘附性对沥青路面的使用有重大的现实意义。沥青材料是由一些极其复杂的高分子碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属（氧、硫、氮）的衍生物所组成的混合物。沥青按照它在自然界中获得方式的不同可分为许多种类，如天然沥青、石油沥青、煤沥青、木沥青、页岩沥青等。道路工程中常用的是石油沥青、煤沥青和天然湖沥青。石油沥青是石油经各种炼制工艺的加工而得到的沥青产品。它的组成主要是碳（8087）、氢（1015），其次是非烃元素，如氧、硫、氮等（BS,集料表面被水润湿的程度比沥青润湿的要好，所以集料表面的沥青容易被水剥离；当90，集料表面的沥青不易被水剥离。四、分子定向理论分子定向理论认为，沥青与集料之间的粘附性是由于沥青中的表面活性物质对集料表面的定向吸附而形成的。表面活性物质的分子是由极性基和非极性基组成的不对称结构，极性基带有偶极矩，故能表现出力场。沥青的活性部分可能会有下列元素，如OH、COOH、NH2等，那么沥青可视为表面活性物质在非极性化合物中的溶液，根据所含表面活性物质数量的不同而具有不同的活性。沥青粘附在集料表面后，沥青在石料表面首先发生极性分子定向排列而形成吸附层，与此同时，在极性力场中的非极性分子，由于得到极性的感应而获得额外的定向能力，从而构成致密的表面吸附层。因此认为，沥青的极性是粘附的本性，是导致集料吸附沥青的根本原因。由于水是极性分子且含有氢键，比沥青的极性大的多，因此水分子易于从集料表面挤走被吸附的沥青分子而与集料的表面活性中心发生吸附。以上四种理论，从不同的角度对沥青与集料的粘附机理予于解释，每一理论都有其独特之处，又相互关联。沥青和集料都是组成和结构都极其复杂的混合物，所以单一的某个理论并不能完全解释清楚沥青与集料之间的粘附过程。力学理论偏重于沥青与集料的物理作用过程，根据这一理论可以推断出，表面粗糙、微孔隙较多的集料容易吸附沥青，形成稳定的混合料结构。但是对比石灰岩与花岗岩的表面特征会发现石灰岩表面大多致密，花岗岩表面粗糙多孔，然而对于同种沥青石灰岩与之的粘附性比花岗岩要好。由此可见，物理作用在粘附过程中并不占重要地位。化学反应理论侧重于沥青与集料界面上发生的化学反应。沥青分子与集料分子以化学键相结合，键力较强，不易被水分子破坏。沥青与集料发生的化学反应多种多样，生成物也复杂多变，难以准确界定，只能进行理论推断及定性的描述。表面能理论是从能量的角度描述沥青集料的粘附作用过程。它能很好的解释水使沥青从集料表面剥离的过程，并使这一过程定量化通过测定沥青与集料之间的接触角来评定粘附性能的好坏。原西安公路交通大学采用毛细管柱法测定沥青甲苯溶液及水对集料的润湿角，结果见表21。集料与沥青及水的接触角的差值越小则粘附性能越好。分子定向理论侧重于从沥青与集料所带的表面电荷角度解释问题。带电表面有相互吸引或排斥的作用，作用力的大小要看表面电荷的多少。用电渗仪测定集料的表面电荷，可以定量评价不同集料与同种沥青的粘附能力。表21集料与沥青甲苯溶液及水接触角测定结果【6】石料品种石灰岩安山岩玄武岩片麻岩花岗岩矿料与沥青甲苯溶液的接触角（°）14135151819矿料与水的接触角（°）9786875555矿料与沥青及水的接触角（°）434963125135综上所述，四种理论各有所长，从不同的角度提出了研究沥青集料体系粘附性的方法。同时，这四种理论又是相互关联的。无论力学理论、化学反应理论，还是分子定向理论都是从沥青分子与集料分子之间的相互作用着手的，这种固体表面和与它接触的液态物质分子的粘结和吸着现象称为吸附。吸附作用分为物理吸附和化学吸附两种形态。当吸附物质与被吸附物质之间仅有分子力（即范德华力）作用时，产生物理吸附；当接触的界面形成化合物时，则产生化学吸附。在引力作用下发生物理吸附作用，会在集料表面形成沥青的定向层，此时被吸附的沥青不会发生任何化学变化；在化学吸附的情况下，沥青与集料表面的矿物质发生化学反应。化学吸附作用仅触及被吸附物质的一层分子，而物理吸附实际上可能形成几个分子厚度的吸附层。但是发生化学吸附时，沥青与集料的粘结较为牢固。当碳酸岩或碱性岩石与含有足够数量酸性表面活性物质的沥青粘结时，会发生化学吸附过程，在沥青与集料的接触面上形成不溶于水的化合物，使集料表面形成的沥青层具有较高的抗水害能力。而沥青与酸性石料粘结时只发生物理吸附，所以易被水剥离。因此，可以说吸附作用是沥青与集料粘附的本质。在对沥青集料体系的粘附性进行研究时，需把这些理论综合起来应用才能相得益彰。§22影响沥青与集料粘附性的因素影响沥青与集料粘附性的因素可归纳为沥青、集料等内因及水、荷载等外因。见表22。一、集料的性质集料是由矿物质组成的，而每种矿物均有其独特的化学性质和晶体结构。对于剥落而言，关键是集料对水的吸附能力的大小，亲水性集料对水的吸附能力比沥青大，而憎水性集料恰好相反。我国的公路沥青路面施工技术规范对集料的吸水率要求限制不大于2。表22影响沥青与集料粘附性的因素【6】集料性质沥青性质沥青混合料性质环境条件矿物成分；表面构造；多孔性；含土量；耐久性；表面积；吸收性；含水率；形状；干燥程度；风化程度等。粘度；流变性；耐久性；电荷极性成分；是否使用抗剥落剂等。空隙率；渗透性；沥青含量；沥青膜厚度；填料类型；矿料级配；混合料类型等。雨量；湿度；水的PH值；盐分；温度；温度循环；交通量设计；施工质量；路基路面排水；地下水位等。集料的表面化学性质、表面积、孔隙大小等均对粘附性有影响。集料表面含有铁、钙、镁、铝等高价阳离子时与沥青产生化学吸附时形成稳定的吸附层；而含有钠、钾等低价阳离子时，与沥青产生化学吸附时形成的吸附层极不稳定，遇水后易被乳化。集料的比表面积大有助于形成牢固的沥青吸附层。集料表面的洁净程度对集料与沥青的粘附性影响很大，泥土、粉尘将成为粘附沥青的隔离剂，如果遇水，水分湿润泥土，更加容易造成剥落。在我国，集料脏的问题特别严重，一方面是采石厂的覆盖层没有认真清理，混进了土和杂物；另一方面，许多拌和厂的集料堆放场地没有进行硬化处理，就堆放在土地上，装载机很容易将底下的土铲起来混在集料中，污染集料。集料加盖篷顶防雨的要求在大部分拌和厂都没有认真执行，雨后污染集料的问题更加严重，这是影响粘附性的重要原因。二、沥青的性质由于炼制沥青的原油品种及炼油工艺的不同，沥青中所含的酸性及碱性化合物也不一样，如果沥青中含有多量的地沥青酸或地沥青酸酐等极性大的组分，则沥青就具有较强的表面活性且呈酸性，易与集料中的碱性矿物形成很强的粘结力。沥青的表面活性大小用沥青酸值来表示，酸值越大，与集料的粘附性越好。粘度是沥青流变性质的重要指标，粘性大的沥青对于抵抗水的置换要比粘性小的沥青好，这是由于在粘性大的沥青中存在有较多的极性物质，并具有良好的润湿性。沥青的表面张力反映其内部分子之间的作用力的大小，在与集料粘附时，沥青的表面张力越大，其吸附力越大。沥青是一种相当复杂的高分子化合物，所以在与集料的粘附过程中的作用也非常复杂，单一的物理指标不能全面的描述这种影响，相互之间也存在许多内在的联系，在以后的章节里一一叙述。三、水及荷载的作用影响沥青与集料粘附性的因素除了沥青、集料本身的性质等内因外，还包括水和荷载等外因。沥青失去对集料的附着力从粘着的集料表面脱落的过程即所谓沥青混合料的剥离。水及交通荷载的存在是沥青与集料发生粘附性破坏而剥离的先决条件。洁净的集料在干燥条件下与沥青粘附良好，然而水在沥青路面施工过程中，以及在以后的服务期内都是不可避免的。首先，集料在沥青与拌和前可能未被充分干燥，尤其是多孔性石料，水分容易渗透到骨料内部的毛细管中。这些水分在沥青与集料作用的当时可能并不明显，但在以后会慢慢渗出进到沥青与集料的界面之间，使其相互分离。其次，在雨季，尤其是在梅雨季节，尽管雨量不大，但持续时间很长，可能达数月之久。沥青混合料长时间处于水的包围之中，水分就很容易浸润到集料与沥青的界面上，导致沥青膜被水置换，发生剥离。交通荷载的反复作用是加速水损害进程的重要因素。当路面上有水时，汽车的通过会形成一种水力冲刷现象，在轮胎前面的水受轮胎挤压挤入路表面的空隙中，造成水压力，轮胎通过后在轮胎的后方又形成负压，将空隙中的水吸出，这种挤入和吸出的反复循环，便形成了水力冲刷，使集料松散、掉粒、继而成为坑槽而造成路面破坏。破坏的进程与荷载的大小、频率有关。混合料的类型以及路基路面的结构，尤其是排水设施等都对沥青与集料的粘附性有着重要的影响，在这里不再一一赘述。§23沥青与集料粘附性的评价方法一、常用的粘附性评价方法自二十世纪30年代以来，人们就相继提出了许多评定沥青与集料粘附性的试验方法，最简单直观的就是将沥青裹覆在集料表面，浸入水中，判断沥青从集料表面剥落的数量，从而确定沥青的粘附等级。每一种方法都力求模拟自然和交通荷载条件下产生剥落的过程和剥落破坏的情况。由于剥落形成过程影响因素较多，机理复杂，至今尚没有一种公认的准确的试验方法。国际上通行的试验方法有水煮法、水浸法、光电比色法、搅动水净吸附法等,然而各国根据实际情况又各有不同的规定。下面对几种方法简单介绍如下（1）水煮法水煮法是用粒径大于132MM的粗集料，经150左右的沥青浸润，取出冷却后在沸水中煮3MIN，观察碎石表面沥青膜被水移动剥落的程度，分5个等级评定其粘附性。水煮法的试验方法简单，操作方便，观察碎石表面沥青被沸水剥落的情况比较直观，可以较快地确定沥青对集料的粘附性，因而目前无论在研究工作中还是在工程实践中，使用都比较广泛。但由于该方法评定结果受到人为因素的影响，带有一定的经验性。（2）水浸法水浸法是选用粒径介于95132MM的粗集料20颗，用沥青拌合成混合料，浸泡在80的恒温水槽中30MIN，然后评定沥青膜剥落面积百分率。原西安公路交通大学在“八五”国家科技攻关课题研究时，制作了一套不同剥落率的样本照片，评定粘附性等级时可对照照片进行，一定程度上避免了人为因素的影响。（3）光电比色法由于水煮法和水浸法都是半定量的测定方法，不能得出确切的沥青膜剥落率数值，因此光电比色法被作为剥落率的定量测定方法被提出。试验通常采用721型光电分光光度计测定，染色液采用001G/L的酚藏红花生物染料溶液。它的基本原理是基于物质在光的激发下，对光波长的选择性吸收，而有各自的吸收光带，当以色散后的光谱通过某一溶液时，某些波长的光线会被溶液吸收，在通过溶液的光谱中出现相应的黑暗谱带。根据波尔（BEER）定律，在一定的波长下，溶液中某一种物质的浓度与光的吸收效应存在一定关系，即有色溶液的吸光度与溶液的浓度、液层厚度成正比。光电分光光度计就是将透过溶液的光线通过光电转换器将光能转换为电能，从指示器上读出相应的吸光度，根据事先标定的标准曲线，即可推算出溶液的浓度。试验时，用规定数量的沥青混合料样品在已知浓度的染料水溶液中，于60浸置2H后，因水浸而使沥青膜剥落，裸露的石料表面将吸附染料，使水溶液中染料浓度下降。染料浓度的变化用分光光度计测定，从而准确推算出沥青与集料的粘附性。（4）搅动水净吸附法该方法是美国SHRP计划推出的定量测定沥青与集料粘附性的方法。它是基于矿料表面对沥青有吸附作用，以及遇水后对沥青膜的置换作用，即水使沥青膜剥落的特性，将一定粒级的集料放在沥青甲苯溶液中一段时间进行循环回流，则会有一部分沥青吸附到集料表面，之后，向沥青甲苯溶液中加入一定量的水，让水对吸附在集料表面的沥青进行置换。这一系列过程便会使沥青甲苯溶液中沥青的浓度发生改变，利用光电分光光度计测定溶液的吸光度，即可计算出集料对沥青的吸附剂量、加水后沥青的剥落量，以及计算出自集料表面剥落的沥青剥落率或吸附率。二、间接的粘附性评价方法以上介绍的都是直接评定沥青与集料粘附性的方法，除此之外采用沥青混合料水稳定性的评价方法也可间接评价沥青与集料的粘附性。沥青混合料在浸水条件下，由于沥青与集料的粘附力降低，导致损坏，最终表现为混合料的整体力学强度降低，因此，沥青混合料的水稳定性最终是由浸水条件下沥青混合料物理力学性能降低的程度来表征的。目前国内外水稳定性试验的评价方法多种多样，试验条件各异，评价指标也不相同，但大致可分为两类一是静荷载试验，二是动荷载试验。静荷载试验如浸水马歇尔试验、冻融后劈裂强度试验、浸水劈裂强度试验、浸水抗压强度试验，通过浸水前后试件的抗压强度、劈裂强度之比来评价水造成的损失。如常用的浸水马歇尔试验，用浸水前后的马歇尔稳定度之比评价；美国AASHTOT283规定的洛特曼（LOTTMAN）试验将试件进行真空饱水或冻融循环，测定试验前后的劈裂抗拉强度或者回弹模量比评价；TUNNICLIFF、ROOT等人在总结LOTTMAN法的不足的基础上改进了试验的试验条件，提出了TUNNICLIFFROOT法，通过试验前后的间接抗拉强度比评价水稳性。在本课题的第一阶段研究中【11】提出了用沥青与石料之间的抗剪强度来评价沥青与石料之间的剪切粘附性，并作出这样一个假设剪切破坏不是发生在沥青膜内部，而是发生在沥青和石料剪切的界面层上。因此，剪切粘附试验中剪切强度的大小，即可反应沥青与石料间粘附性的大小。剪切试验结果与水煮试验结果之间有良好的相符性，并达到了定量分析的目的。动荷载试验如浸水车辙试验及浸水环道试验，力求模拟汽车行驶状态下路面的受损状态。浸水车辙试验试件尺寸300MM300MM50MM，按试验规程的标准方法用轮碾法成型。试件在25水中浸泡20MIN，然后在009MPA浸水抽真空15MIN，再放到18冰箱中放置16H，而后放在40水中融化4H后进行浸水车辙试验，碾压速度42次/MIN，碾压4000次后测定其剥落率。浸水环道试验比浸水车辙试验的规模要大，但更接近实际状态，用达到剥落指数破坏的次数作为评价指标。三、上述方法的优缺点比较上述评价粘附性的试验方法，不论直接还是间接，都各有优缺点，应根据实际情况选用。水煮法试验简单易行，用于鉴别粗集料与沥青的粘附性时比较直观，在工程及科研中应用都很广泛。但水煮试验样品少，试验条件不甚严格，且分级较粗，人为因素影响较大。水浸法试验样品较多，可以避免以偏概全错误的发生，而且水浸法有标准的剥落率图对照评定，可以减少人为因素的影响。试验过程较水煮法复杂一些，但结果更可靠一些。光电比色法通过酚藏红花溶液浓度的改变确定剥落率，使沥青与集料的粘附率定量化，可用于确定抗剥落剂的最佳添加量【25】，克服了水煮和水浸法分级较粗的缺点，适用于科学研究中。有资料显示【6】，光电比色法的测定结果对不同石料的差别较小，剥落率普遍偏大，这可能是光电比色法不仅记入了沥青膜剥落影响的溶液浓度，也包括了从沥青膜上溶解但并未剥落的沥青对溶液浓度的影响。搅动水净吸附法较光电比色法有很大改进，它不再使用染料示踪，直接用沥青甲苯溶液的浓度改变量计算沥青在集料表面的吸附和剥落，试验结果与实际情况较相符【6】，用于定量研究沥青与集料的粘附性更加可靠。但它的技术难度较大，试验仪器设备方面目前还不可能全面推广，现在多在科研项目中使用。浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验等混合料的水稳性试验通过浸水、冻融循环等环境条件的改变来模拟沥青路面的实际工作状况，加速成型混合料的破坏进程，可以反应沥青路面在较长的服务期内沥青与集料的性质。但混合料试验在成型试件时很难统一，空隙率和饱水率较难控制，而沥青混合料的水稳性与进入试件中的水量关系很大，因此有些数据的离散性较大。而且通过混合料的试验评定粘附性扩大了试验的影响因素，如果要确定单一因素如沥青的粘度、某一组分对粘附性的影响难以达到目的。四、本论文采用的粘附性评定方法本论文通过对比不同的试验方法，并结合实际的试验条件和工程实际选用公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ0522000）“沥青与粗集料的粘附性试验”（T06161993）中的水煮法作为评定方法。试验步骤与规范相同，试验时应注意以下几点1、进行水煮试验时，首先应选择具有代表性的5个集料，规范要求“粒径13219MM形状接近立方体的规则集料”。试验时作者发现表面不均匀的集料（某些部分富含矿物质，颜色发亮）水煮时剥落情况与表面均匀的集料有明显差异。所以，在选择代表性集料时要尽量选择表面均匀的颗粒，外观表现为表面颜色一致。2、控制沥青被加热的温度在150左右，保证沥青与加热的集料相接触发生相互作用时沥青的粘度属同一温度下，增加数据的可比性。3、水煮过程在洁净透明的大玻璃杯中进行，垫石棉网，人为控制水的“微沸”程度相当。为了有个量化的标准，特将“微沸”定义如下【22】微沸为容器中的液体表面局部区域有滚动，间或有大气泡由容器底部上升至液体表面后破裂的现象。水煮时还不时有沥青从集料表面脱落漂浮在液面上，为避免集料在取出时“脱落物”又粘回去，应及时用报纸将其粘走。4、水煮3MIN后关火，并及时在水中观察沥青膜剥落情况，评定等级。如果将裹有沥青的集料取出后再观察，就会使一些聚集成团的沥青又铺展开，造成没有剥落的假相，特别对于花岗岩，水煮3MIN后，在水中时，只有零星的沥青聚集在集料富含活性物质的点上，几乎没有成片的沥青膜。但一旦从水中取出，沥青又铺展成薄层，似乎没有剥落。5、对5个集料分别评定等级，求其平均值，取接近的整数作为最后结果。同时，找有经验的同学一同评定，将人为误差降到最低。水煮法只能粗略地评定沥青与集料的粘附性，为了将试验结果定量化，作者借鉴太原理工大学刘祖愉【24】等人提出的改进水煮法，即用水煮前后石料表面吸附沥青的质量差表示粘附性的大小，作者称其为称重水煮法。该方法在其他文献【14、20、21】如石油沥青抗剥落剂对沥青在石料与钢铁上的粘附影响研究【21】中也有应用。试验步骤如下1、按公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ0522000）（T06161993）规范的水煮法程序准备集料和沥青样品。但是由于称重法测定粘附率数据离散性较大，所以作者将集料的个数增加为10个，选取结果相近的几个求取平均值。2、用软铁丝将集料在中部系牢，用精度为万分之一的电子天平称重，质量为W1。清洁干净的集料，以及裹覆有沥青的集料不能直接放在天平托盘上称重，因此，自制了称重支架，将集料挂起来称重。3、按规范的水煮法程序使集料表面裹覆沥青、水煮、观察沥青膜的剥落情况。所不同的是裹覆有沥青的集料在水煮前应冷却至室温，大概需静置20MIN左右（比水煮法静置时间稍长），然后称重，沥青与集料的质量为W2，精确到00001G。因集料裹覆沥青后在室温下放置时间较长，会导致沥青与集料之间粘附性的提高，使不同沥青之间的结果无明显区别。所以，为了能区分不同沥青的差异，作者将水煮时间延长到5MIN。4、取10个洁净的100ML玻璃小烧杯，编号并称重，质量记为W3。5、将水煮过的10个集料颗粒分别置入10个小烧杯，置于120的烘箱中加热除水3H后，移入干燥器冷却1H，称重，质量为W4。6、沥青与集料的粘附率P可用式（22）计算（22）10234W第三章试验材料基本分析本论文属于沥青与石料间的剪切粘附性研究课题的第二阶段研究，在课题的第一阶段【11】中，选择了国产克拉玛依重交90和胜利重交70两种沥青，陕西丰裕口的花岗岩、陕西铜川的石灰岩两种石料。试验时，将石料切割成10CM5CM1CM规则石片，将一面抛光，使其粗糙度大致相同。试件形状制成如图31所示形状，为两个石片中间夹一薄层沥青，在试验温度下保温，然后用自制的试件拉头夹住石片两端，在MTS实验机上进行剪切试验，用试件的抗剪强度定量表示沥青与石料的粘附性。图31沥青与石料剪切粘附性研究中的试件形状本论文在原材料选择时想沿用课题第一阶段的材料，但找齐这些原材料存在一些困难。胜利炼油厂已不生产重交70沥青，作者只找到重交90沥青，但测定其针入度只达到70标准，可能是沥青发生老化所致。因老化沥青与原沥青在组成上有一定差异，所以未使用该沥青。为了准备石料，作者曾亲往陕西丰裕口地区，但没有找到料场，所以作者放弃了沿用的想法，而根据实际情况选用。本论文选用的原材料有克拉玛依90、中海70、中海90、日本90和辽河110五种重交道路沥青，陕西延安的花岗岩、河南焦作的石灰岩两种石料。中海沥青是中国海洋石油总公司（简称中海公司）利用渤海绥中361海上原油生产的重交道路沥青。中海公司在辽宁盘锦、山东青岛、江苏泰州、山东滨化设置分厂，统一生成中海361品牌沥青，目前，该沥青在我国高速公路上得到了广泛应用。§31沥青材料试验分析按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程对五种沥青进行常规指标测试，包括15、25、30三个温度下的针入度，软化点和15延度。对五种沥青的针入度值进行回归分析，并计算针入度指数PI值、当量软化点T800和当量脆点T12，结果见表31。表31沥青技术指标汇总试验项目克拉玛依90中海70中海90日本90辽河110153423232427825847581801023针入度（5S，100G）（1/10MM30136712371291301607延度（15，5CM/MIN）150150150150150软化点（环球法）（）48754854434775471A（回归常数）0040100491005060049400516PI值001664131693150142135447162011T80049274627452645684304T12（21151124105511481168塑性温度范围（）7042145575132455808357163975472674121416182222415202530温度（）LGP克拉玛依90中海70中海90日本90辽河110图32针入度温度关系曲线2151050克拉玛依90中海70中海90日本90辽河110图33针入度指数PI柱状图早在1936年，PFEIFFER和JPHANDVANDOORMAAL就通过大量的沥青试验证实，沥青的针入度和温度在半对数坐标中呈直线关系。LGPATK31式中T不同的试验温度（）；P相应温度下的针入度（01MM）；A回归常数，为针入度温度关系直线的斜率，表示了沥青的温敏性；K回归常数，为针入度温度关系直线的截距，表示同温度条件下不同沥青的软硬程度。从图32针入度回归直线中可以看出，中海70、中海90、日本90、辽河110四种沥青的针入度温度关系直线几乎平行，同样从表31中可以看出这四种沥青的回归常数A值很接近，所以说这四种沥青的温敏性比较接近。而克拉玛依90的针入度回归直线斜率较其他都小，回归常数A比其他沥青都小，说明克拉玛依90的温敏性最好。把五种沥青的回归常数A进行排序如下克拉玛依902时，沥青具有明显的凝胶特征，沥青的耐久性不好，它的低温脆性虽小，但显示较强的荷载速率感应性，与牛顿流体偏离较大，即流变指数往往较小，所以在大变形条件或变形速率很低时，抗裂性能变差，这对温缩裂缝很重要。从五种沥青的针入度指数图（图33）中可以看出克拉玛依90的针入度指数明显大于其他四种，说明该沥青对温度的敏感性最好，高低温性能都很好；其他四种沥青的排序为中海70日本90中海90辽河110，辽河110沥青针入度指数最小，说明其温敏性最差，与回归常数A的分析结果一致。PI值的大小还可以反应沥青的胶体结构，在第五章中将详细介绍，从五种沥青的PI值可知，它们都属于溶凝胶型结构，均适用于道路工程中。§32集料性质试验分析在道路与桥梁的建筑中，各种矿质集料是与结合料（水泥或沥青）组成混合料而使用于结构物中的。早年的研究认为，矿质集料是一种惰性材料，它在混合料中只起着物理的作用【9】。随着近代物化力学研究的发展，研究认为矿质集料在混合料中与结合料起着复杂的物理化学作用，矿质集料的化学性质在很大程度上影响着混合料的物理力学性质，尤其对保证沥青与集料的良好结合是很重要的。多数天然集料都是由多种矿物组合而构成的。在集料中发现的最重要的矿物为二氧化硅（石英）、长石（正长石、斜长石）、铁镁矿物（白云母、蛭石）、碳酸盐矿物（方解石、白云石）和粘土矿物（伊里石、高岭石、蒙脱石）等。对集料进行化学分析可得到集料化学组成，通常根据氧化物给出，典型的集料化学组成见表32。从表中可以看出，石灰岩和花岗岩在化学组成上最大的不同在于石灰岩含有氧化钙成分高，二氧化硅含量少；而花岗岩二氧化硅含量很高，氧化钙含量很低。按克罗斯的分类方法【5】，岩石化学组成中二氧化硅含量大于65的集料称为酸性集料；含有二氧化硅为5265的集料称为中性集料；二氧化硅含量小于52的集料为碱性集料。表32典型集料的化学组成（）【5】集料SIO2CAOFE2O3AL2O3MGOMNOSO3石灰岩19557027027006006001花岗岩76721992871789002002015本论文所选用的集料分别为陕西延安的花岗岩，河南焦作的石灰岩。在长安大学应用化学与分析测试中心测定两种石料的SIO2含量，陕西延安的花岗岩为723，河南焦作的石灰岩为256，分别为酸性集料和碱性集料。用肉眼观察可以发现陕西延安的花岗岩和河南焦作的石灰岩不同的表面特征石灰石表面致密均匀，颜色一致，较光滑，属于微晶结构；花岗岩表面粗糙不平，属巨晶结构，且不均匀含有石英矿物，表面部分点亮晶晶的。集料在环境因素的影响下，会发生氧化、水合、风化等变化，使集料表面存在一些有害物质【27】，如，粘土、页岩、淤泥、铁氧化物、石膏、水溶盐等。因此，在进行粘附性试验时要将集料清洁干净，并使用新破碎的没有被污染集料，以减少集料性质对试验结果的影响。§33水煮法粘附性试验本论文采用水煮法来评定沥青与集料的粘附性，试验步骤按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ0522000“沥青与粗集料的粘附性试验”（T06161993）进行，试验时的注意事项见§23，测定结果见表32。表32水煮法测定沥青与集料粘附性等级克拉玛依90中海70中海90日本90辽河110石灰岩54434花岗岩11111从表中数据可以看出，不同沥青与花岗岩的粘附性等级普遍较低，都只有一级，即不管沥青的性质如何，如果集料是亲水憎油的，相互之间的粘附力就较弱；而石灰岩与不同沥青的粘附性等级有差别，克拉玛依90达到最优，中海70、中海90、辽河110良，日本90一般。由此可以说明，集料的性质是决定沥青与集料粘附性好坏的关键因素。而对于同种集料，沥青的性质（粘度、酸值等）以及掺加抗剥落剂后沥青的性质对沥青与集料的粘附性有很大影响。在本组试验中，花岗岩与五种沥青的粘附等级都为一级，这是试样水煮后在烧杯中观察的结果。裹覆有沥青的花岗岩在水煮时沥青发生明显的聚集，以沥青微滴的形式附着在花岗岩表面吸附性较强的点上，水煮3MIN后根本形不成连续的沥青膜。而从水中取出后，聚集的沥青微滴又铺展开来，能覆盖70左右的集料表面，造成剥落面积小的假相。水煮法评定沥青与集料的粘附性等级，人为因素影响较大，曾做过一个试验，让两个沥青专家做同一组沥青与集料的水煮粘附试验，一个评定为5级，一个为3级。所以，作者又做了半定量测定沥青与集料粘附性的试验，水煮称重法，依照§23所述试验步骤，测定五种沥青与石灰岩的粘附率，结果见表33。表33水煮称重法测定沥青与石灰岩的粘附率克拉玛依90中海70中海90日本90辽河110粘附率92908639878543按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ0522000T06161993给出的评定标准，克拉玛依90和中海70可以评为4级，其余三种评为3级。比水煮法评定的等级低，这是因为，用剥落的重量代表剥落的面积有一定偏差，因为集料表面形成的沥青膜有的厚，有的薄。前苏联的JIA列宾捷尔的研究认为，沥青与集料相互作用后，沥青在集料表面产生化学组分的重新排列，在集料表面形成一层厚度为的扩散结构膜，如图34所示，在此膜厚度以内的沥青称为结构沥青，此膜以外的沥青称为自由沥青。结构沥青与集料发生相互作用，并使沥青的粘度增大，越是靠近集料表面，其粘度越大；而自由沥青与集料距离较远，没有与集料发生相互作用，仅将分散的集料粘结起来，并保持原来的性质。在水煮试验中，用单颗粒集料裹覆沥青，也会形成结构沥青和自由沥青，自由沥青在水煮时容易脱落，形成水煮前后的质量损失，但可能不会引起集料表面沥青膜的破裂，所以，称重法只能评定沥青与集料相对粘附的好坏。用质量计算沥青的初始吸附量及水煮后的残留沥青量（吸附率）比观察剥落面积更能说明沥青与集料之间的吸附程度即粘附性。但在水煮称重法中，沥青的质量相对于集料的质量而言所占比例极小，因此，试验误差较大。虽然将试验的样品数量增多至10个，数据的离散性还是很大，只能求取比较接近的几个值的平均值作为最终结果。这种试验方法还有待进一步改进，不过，作者认为通过质量反映沥青与集料之间的粘附性是一个很好的思路。图34自由沥青与结构沥青第四章沥青的粘度试验分析§41试验原理一、牛顿流体与非牛顿流体牛顿在1687年提出了关于物质粘性的假设，即牛顿粘性定律“在其他条件相同的情况下，液体内部层与层之间由于光滑程度不足而产生的阻力与层间相互离开的速度成比例。”如图41所示，距离H的两个平行板之间充满粘性液体，在面积为A的移动板上有一个作用力F，使自由平板以相对于固定板的速度V移动，如果这种移动满足下列条件图41粘性流动原理1、液体之间的剪切流动是层流；2、液体与两平行板之间相互接触，且无相对位移。则接触移动板的液面流速为V，而固定板表面的液面流速为零。在平板之间的液体由于液面层之间的内摩擦阻力（即光滑程度不足）的阻碍，越是接近于固定板的液面层流速越小，且呈直线变化。设距离固定板Y处的液层流速为V，则沿Y轴方向的速度变化梯度TAND当H非常小时HV0由于力F作用于面积为A的平板上，剪应力AF按照牛顿假设，“层与层之间的阻力”即等于克服此阻力的作用力，而“层间相互离开的速度”即速度变化梯度，一般称为剪变率。于是按牛顿粘性定律41或SD42式中S剪应力；D剪变率；流动物体的粘性常数，即粘度，也称动力粘度。凡是符合牛顿定律的称为牛顿粘性，这样的液体称为牛顿液体。牛顿定律描述的是液体的一种理想状态，通常的低分子液体如水、硅油（常用作标准粘度液）都属于牛顿流体。牛顿流体的粘度是一常数，与速度V无关。所以，牛顿流体的流变方程式SD表示的是一条通过原点的直线，在测定粘度时，变化不同的剪切速率，测定结果不变。这是鉴别是否属于牛顿流体的标志。可是许多物质如沥青在温度不太高时，却并非总是这样，此时的流变曲线将表现出两个特点1、引起流体流动的应力与应变速率不成直线关系；2、在固定应力作用下，应变的变化与时间不成直线关系，即剪切速率在变化；反之改变应变速率将检测出不同的粘性系数。这样的流体称为非牛顿流体。石油沥青在高温状态下可看作牛顿流体，而在路面的使用温度时则为非牛顿流体。二、粘度的测定方法道路石油沥青在使用温度下（3060）显示的多是非牛顿特性，即粘弹塑性体，其粘性系数并非常数。因此，测定粘度时，通常固定某一个条件（如固定剪应力、或剪变率）测定其条件粘度。此时的剪应力与剪变率之比称为视粘度，或叫表观粘度。沥青在温度高于软化点不多时（一般在70以上），其非牛顿性质就完全消失，而转变为牛顿沥青。我国公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ0522000根据测定沥青从较低温度到较高温度范围内粘度的需要，对不同类型的粘度计已分别做了规定。例如，为测定沥青60粘度分级用的动力粘度，世界上都统一采用真空减压毛细管粘度计（规程T0620）；对确定施工温度而测定135或更高温度的运动粘度通常采用T0619的逆流式毛细管方法、T0623的塞波特粘度计法；对其他如乳化沥青和煤沥青采用T0622的恩格拉粘度计法、T0621的标准粘度计法。美国SHRP计划推出布洛克菲尔德BROOKFIELD粘度计法ASTMD4402，可以测定沥青以及改性沥青60以上的旋转粘度。该仪器在国内同类产品市场上占有近90的份额，国内多数大学和公路交通工程研究所及其他单位都使用该仪器测定沥青的动力粘度。我国亦将此法收入沥青与沥青混合料规范，见T0626。量测沥青粘度的仪器根据测量原理不同可分为以下几类1、旋转粘度计，如布洛克菲尔德BROOKFIELD型旋转粘度计（T0626）及没有列入我国试验规程却很常用的双筒旋转式粘度计、SHRP推出的动态剪切流变仪等。BROOKFIELD和双筒旋转式粘度计常用于测定沥青的高温粘度，通常在软化点以上。动态剪切流变仪通过测定沥青的复数剪切弹性模量G和相位角，用GCOS表示沥青的粘性成分。它的测量范围较广，在2582范围内都可以应用。2、毛细管粘度计，如真空减压毛细管粘度计（T0620）和逆流式毛细管粘度计（T0619）等。毛细管法是最基本的测粘方法，不少国家制定了方法标准，如美国ASTMD2171、AASHTOT202、英国IP222、日本JAA001等。3、流出型粘度计，如塞波特粘度计（T0623）、恩格拉粘度计（T0622）、道路沥青标准粘度计（T0621）等，它们都是利用沥青在某一温度下流过某一孔径的孔所需要的时间来测定的，沥青粘度大，流出阻力大，需要的时间多，所以它是一个相对量。这些粘度计由于结构简单，价格便宜，在生产部门被广泛采用。但流出型粘度计在操作时要使流出的沥青全部没入接受瓶的肥皂水中而不能粘在瓶壁上有一定的难度。4、滑板粘度计，如壳牌石油公司研制的两块平行板之间夹一薄层沥青的滑板粘度计，哈尔滨建筑大学的谭忆秋、张肖宁等人自行研制的三块板式滑板粘度计。滑板粘度计主要用于测量沥青及改性沥青的低温粘度（软化点以下至接近0温度范围内均可），并可测定其弹性恢复性能。5、落柱式粘度计，由RJSCHMIDT和LESANTUCCI于1963年提出，它是利用一个双筒圆柱体，间隙中装入沥青试样，在荷载作用下内筒徐徐落下，使试样与外筒间产生剪切变形，通过荷载与变位的测定求解沥青粘度。落柱式粘度计测粘的温度范围一般为2040。该仪器的缺点是制作试件困难，由于间隙小，注入试件时容易带入气泡，影响试验结果。本论文选用布洛克菲尔德旋转粘度计测定沥青的高温粘度（100左右），该粘度计操作简便且试验误差小。三、旋转式粘度计的测粘原理旋转式粘度计由半径分别为R2和R1的外筒与内筒组成，筒的长度为L，内筒与外筒之间装入沥青试样，固定内筒并以一定的角速度旋转外筒，或者固定外筒，以旋转内筒，使用测力元件可测得相应于角速度的力矩M并做了以下假设A）旋转时两筒之间的流体为层流，而不是紊流；B）两个筒在长度方向是无限的，筒底的粘性阻力可以不计；C）旋转运动过程中，液体内部升温不预考虑，但如果流体较粘稠，测定时间过长，流体内部升温就有影响，剪应力随时间延长而降低。图42旋转粘度计测粘原理图则剪应力LRM21剪变率214粘度（43）LR421仪器的R1、R2、L均已知，按照选定的转速，则角速度也为已知数，试验时测得不同的旋转力矩M，即可根据仪器的结构常数，按照式43计算得流体的粘度。§42BROOKFIELD粘度试验设备与规程一、BROOKFIELD粘度计简介BROOKFIELD粘度计是一种同轴圆柱旋转粘度计，可以测量较大范围内不同类型沥青的粘度（改性沥青和非改性沥青），以BROOKFIELDDV型粘度计为例，主要有两部分组成布鲁克菲尔德粘度计和保温系统,如图43所示。布鲁克菲尔德粘度计有马达、纺锤体、控制键和数字读数器组成。马达通过扭力弹簧驱动纺锤体旋转，扭矩增加时弹簧卷紧，弹簧扭矩用一旋转式传感器量测。纺锤体类似于竖直的垂球，旋转时受到粘性结合料的阻碍，旋转粘度即为测量浸入一定温度的沥青结合料试样的纺锤体维持其确定的旋转速度所需的扭矩大小。BROOKFIELD粘度计备有多种型号纺锤体，可根据沥青结合料的粘度范围选用。数字读数器可显示粘度计自动计算的试验温度时的粘度、温度、剪切速率（转速）、纺锤体编号和扭矩百分数。若显示的钮矩百分数超出1098这一范围，则需更换转子。控制键用于输入试验参数如纺锤体编号，设定旋转速度和马达开关。保温系统由试样室、热容器和温度控制器组成。试样室是不锈钢或铝质杯状容器；热容器装纳试样室，由用于保持或改变试验温度的电加热器件构成，温度控制器可设置所需的试验温度。二、试验注意事项沥青布氏旋转粘度试验依照公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ0522000T0625步骤进行，作者对所选的五种沥青测定了其80100的高温粘度，测定粘度时应注意的事项总结如下1、BROOKFIELD粘度计有两个温度显示器温度控制显示器和粘度计数字读数器。大多数情况下这两个显示值是不一样的。根据资料和试验显示【16】，在60时两个温度显示值相差达11，在135时相差25。另外，两个温度显示器差值还与环境温度有关。作者在9月份做粘度试验，两个温度显示值相差04，在一月份相差06。所以，在做沥青旋转粘度试验时，要用标准温度计的显示值作对比试验，将标准温度计放入加热炉内，以标准温度计的显示值与温控器显示值作比较（两个温控器都与此比较），确定其差值，以此来修正温控器读数，以保证温度设定的准确性和唯一性。2、为了试验设备正常运转，粘度计和热容器必须用气泡水准和调平螺丝调到水平，每次试验前都应检查。3、测定粘度前应先估计测定温度下沥青的粘度，选择适合的转子型号。对应于每一个转子型号，规范都给出一个适宜的试样用量，并要求“装入的沥青应浸没转子的筒体，且大约高于转子筒体上部的圆锥面1/8英寸（约32MM）。然而作者在试验时发现，按照给定的沥青用量装入盛样筒，转子下落较深，无法判定转子的下落高度。其次，若转子下落较深，使悬挂转子的挂钩正好处于加热炉炉口，导致加热炉的盖子（有的文献称之为定位板【16】）盖不上，致使盛样筒沥青温度不均匀。所以，作者在试验时一般将试样量适当增多，使转子进入沥青中时，可清楚地看到沥青液面的位置，并使挂钩位置稍高于炉口，加上定位板不至于影响转子的转动。当然，试样的多少会影响粘度的测定结果，试样多，会增大转子的旋转阻力，使粘度值偏大，但如果试验时保持同样的水平，则系统误差一致，试验结论仍有可比性。4、转速的选择影响沥青粘度的测定结果，温度越低，沥青越接近非牛顿体，转速对沥青粘度的影响越大。本课题测定沥青80以上温度的粘度，此时的沥青已属牛顿流体，转速对测定结果影响很小。为了误差一致，选择规范试验的20RPM转速。5、测定沥青不同温度的粘度通常由低到高依次测定。因为加热炉升温较快，而降温缓慢，由低到高可以节省时间。6、温度是影响沥青粘度的一个决定性因素，所以为保证试验的准确性一定要确保试样温度均衡。因此，对于每一测试温度，均需恒温半小时，在粘度读数稳定的情况下才可读数，以一分钟为间隔记录3个粘度值，求取平均值作为最后结果。图43BROOKFIELD旋转粘度计示意图§43BROOKFIELD粘度试验结果一、BROOKFIELD粘度试验结果本论文采用BROOKFIELD旋转粘度仪测定了五种沥青80100温度域的动力粘度，目的是确定沥青在水煮试验温度下的粘度值，同时测定了不同旋转速率下的粘度，结果相差不大，所以认为此时的沥青已属牛顿流体。为了减少系统误差，试验统一采用20RPM的转速，试验结果如表41所示表41沥青BROOKFIELD旋转粘度（PAS）试验结果二、粘度试验结果分析对沥青的粘度试验结果进行回归分析，若按指数形式回归，即粘温关系式为（44）BTEA式中粘度，PAS；80859095100克拉玛依9012785335252717中海70184511372453037中海901559675622541252737日本9015194136125412813辽河11010364254126881825A，B回归常数，A表示粘温曲线的位置关系，A越大代表同温度条件下沥青的粘度越大，B代表沥青的粘温变化率，其绝对值越大说明沥青的温敏性越差；T温度，。不同沥青的指数回归曲线见图44，回归常数A、B和相关系数R分别记为A1、B1及R1，见表42。如果以幂函数形式回归，即粘温关系式为（45）BT式中、T、A、B意义同上。不同沥青的幂函数回归曲线见图45，回归参数A、B和相关系数R分别记为A2、B2、和R2，见表42。051015208090100温度）粘度（PAS）克拉玛依中海70中海90日本90辽河110图44指数形式回归的粘温曲线051015208090100温度（）粘度（PAS克拉玛依中海70中海90日本90辽河110图44幂函数形式回归的粘温曲线表42沥青粘温曲线回归参数表克拉玛依90中海70中海90日本90辽河110A11134725290152051195010273B10085100906008640083800867指数回归R10999509993099950999009992A22E155E169E153E156E15B27433581236774877521977725幂函数回归R209999099981099991对照两种不同形式回归的参数表，五种沥青在高温条件下的温敏性从优到劣排序为按指数形式回归日本90克拉玛依90中海90辽河110中海70按幂函数形式回归克拉玛依90日本90中海90辽河110中海70两种回归形式下的温敏性排序大致相同，只是日本90和克拉玛依90有差异。克拉玛依沥青是众所周知的性能良好的沥青，它的高温及低温性能一般都较好。因此，作者认为，幂函数形式的回归与实际情况更为接近。从两种回归形式的相关系数看，幂函数形式普遍大于指数形式，说明在高温域，沥青的粘温曲线遵从幂函数形式。针入度指数PI值的大小也能表示的沥青的感温性，PI的绝对值越大，说明其对温度比较敏感，温敏性差。从图32可得五种沥青的温敏性排序为克拉玛依90中海70日本90中海90辽河110与幂函数回归的温敏性排序相比有较大的出入，说明沥青在不同的温度域表现的流变特征不同。中海70在常温域的温敏性很好，排在第二位，而在高温域却最差。克拉玛依沥青无论在常温域还是高温域，温敏性都很好。由此可见，沥青的性能变化多端，仅用常温域的针入度对其分级并不能全面反映它的性能。我国的沥青路面病害较多，寿命短，原材料的选择有很大责任。修筑沥青路面时，应根据路面所在地区的气候特点选择恰当的沥青。美国SHRP沥青项目的研究，首先提出了沥青及沥青混合料按气候分级的设想，将沥青及沥青混合料的分级建立在沥青路面使用性能的基础上。在沥青性能分级中，主要考虑的是温度因素，规定每一等级的沥青结合料必须能适应于当地的最高和最低设计温度的要求，并且将空气温度转换为路面温度作为设计温度，使得沥青路面的设计更为合理、科学。三、主要结论1、沥青在高温域的粘温关系遵从幂函数形式，或者是半对数坐BTA标下的直线关系。BTALG2、沥青在不同的温度域所表现的性能有较大差别，因此在实际工程中应根据实际的气候条件选择沥青。第五章沥青的组分试验分析§51沥青的组分分析概述沥青的化学组成是影响沥青性质的重要因素，长期以来，许多学者致力于研究石油沥青的化学组成，但是，由于沥青组成与结构的复杂性和不确定性，至今没有明确的可指导实践的结论，特别是化学组成与其性质的相关性更有待于研究。沥青的常规指标并不能全面反映沥青的使用性能，例如，沥青的60粘度很高，但在高温下依然容易出现车辙；沥青与集料的水煮等级符合规范要求，但水损害现象依然很严重。因此，人们在不断的寻求能准确反映沥青使用性能的沥青结合料标准。美国的SHRP计划开发了体积排出色谱法（SEC）和离子交换色谱法（IEC）将石油沥青分离成相对分子质量大小不同的馏分或酸性分（强酸、弱酸）、碱性分（强碱、弱碱）、中性分和两性分，还进行了大量的核磁共振试验。但是，无论仪器多先进、试验方法多科学，也很难把大量不同沥青品种的结果统一到一起，所以SHRP终究没有得出满意的结论。尽管如此，对沥青化学组成进行深入研究，可以从根本上了解沥青的性质，为改善沥青性能和调和、改性沥青提供依据。在我国，对沥青化学组成的研究还刚刚起步。为了合理地利用国家资源，跟上时代的步伐，在这方面必须做更多更艰巨的工作。沥青是石油中质量最重的部分，也是相对分子质量最大，组成及结构最为复杂的部分。在有机化合物中，分子中若含有10个碳原子的碳氢化合物可能有75个异构体，若含有20个碳原子的碳氢化合物可能有366319个异构体，而沥青是一个分子中含有大约24到150个碳原子的烃类、非烃类化合物组成的混合物，这就意味着沥青