第五章沥青与沥青混合料

1、木工程材料木工程材料 第五章沥青及沥青混合料第五章沥青及沥青混合料 n在土木工程中，沥青是广泛使用的防水材料和在土木工程中，沥青是广泛使用的防水材料和 防腐材料，主要有用于屋面、地面、地下结构防腐材料，主要有用于屋面、地面、地下结构 的防水以及木材、钢材的防腐；在道路工程中，的防水以及木材、钢材的防腐；在道路工程中， 沥青是广泛应用的路面结构胶结材料，沥青与沥青是广泛应用的路面结构胶结材料，沥青与 不同组成的矿质集料按比例配合后可以建成不不同组成的矿质集料按比例配合后可以建成不 同结构的沥青路面。同结构的沥青路面。 沥青的分类沥青的分类 沥青材料是由分子结构极复杂的高分子碳氢化合物及其非沥青材

2、料是由分子结构极复杂的高分子碳氢化合物及其非 金属（氧、硫、氮）衍生物组成的、黑色或深褐色、不溶于金属（氧、硫、氮）衍生物组成的、黑色或深褐色、不溶于 水而几乎全溶于二硫化碳的非晶态有机材料混合物。分地沥水而几乎全溶于二硫化碳的非晶态有机材料混合物。分地沥 青和焦油沥青两大类，其分类如下所示。青和焦油沥青两大类，其分类如下所示。 沥青是一种憎水性的沥青是一种憎水性的有机胶结材料有机胶结材料，常温下呈固体、半固体和，常温下呈固体、半固体和 粘性液体。沥青具有良好的不透水性、粘结性、塑性、抗冲粘性液体。沥青具有良好的不透水性、粘结性、塑性、抗冲 击性、耐化学侵蚀及电绝缘性等。沥青能与砂、石、砖、混

3、击性、耐化学侵蚀及电绝缘性等。沥青能与砂、石、砖、混 凝土、木材、金属等材料牢固的粘结在一起，具有良好的耐凝土、木材、金属等材料牢固的粘结在一起，具有良好的耐 腐蚀性。腐蚀性。 沥青沥青 地沥青地沥青 天然沥青天然沥青 由地表或岩石中直接采集、提炼加工后得由地表或岩石中直接采集、提炼加工后得 到的沥青到的沥青 石油沥青石油沥青 由提炼石油的残留物制得的沥青，其中包由提炼石油的残留物制得的沥青，其中包 含石油中所有的重组份。含石油中所有的重组份。 焦油沥焦油沥 青青 煤沥青煤沥青由煤焦油蒸馏后的残留物制取的沥青由煤焦油蒸馏后的残留物制取的沥青 木沥青木沥青由木材蒸馏后的残留物制取的沥青由木材蒸馏

4、后的残留物制取的沥青 页岩沥青页岩沥青由页岩焦油蒸馏后的残留物制取的沥青由页岩焦油蒸馏后的残留物制取的沥青 第一节第一节 石油沥青石油沥青 1. 1. 石油沥青石油沥青 石油沥青是由石油原油经蒸馏提炼出各种轻质油（如汽油、石油沥青是由石油原油经蒸馏提炼出各种轻质油（如汽油、 柴油等）及润滑油以后的残留物，这些渣油都属于低标号的柴油等）及润滑油以后的残留物，这些渣油都属于低标号的 慢凝液体沥青。为慢凝液体沥青。为提高沥青的稠度提高沥青的稠度，以慢凝液体沥青为原料，以慢凝液体沥青为原料， 可以采用不同的工艺得到粘稠沥青。可以采用不同的工艺得到粘稠沥青。 根据其主要技术性能指标和用途的差别可分为以下

5、三类：根据其主要技术性能指标和用途的差别可分为以下三类： （1)1)道路石油沥青道路石油沥青 它是主要用于路面工程的沥青，通常它是主要用于路面工程的沥青，通常 为直馏沥青或氧化沥青；为直馏沥青或氧化沥青； （2)2)建筑石油沥青建筑石油沥青 它是土建工程中用于防水、防腐的沥它是土建工程中用于防水、防腐的沥 青，通常为氧化沥青；青，通常为氧化沥青； （3)3)普通石油沥青普通石油沥青 它是含石蜡较多的直馏或氧化沥青，它是含石蜡较多的直馏或氧化沥青， 一般不单独使用。一般不单独使用。 n石油沥青常温下为石油沥青常温下为固体固体，使用时可以，使用时可以加热加热成塑性成塑性 流体状态，以便施工应用。或

6、为满足工程的需要，流体状态，以便施工应用。或为满足工程的需要， 在粘稠沥青中掺加煤油或汽油等挥发速度较快的在粘稠沥青中掺加煤油或汽油等挥发速度较快的 稀释油，这种用快速挥发溶剂作稀释剂的沥青，稀释油，这种用快速挥发溶剂作稀释剂的沥青， 称为中凝液体沥青或快凝液体沥青。称为中凝液体沥青或快凝液体沥青。 n快凝液体沥青需要耗费高价的有机稀释剂，同时快凝液体沥青需要耗费高价的有机稀释剂，同时 要求石料必须是干燥的，为节约溶剂、节约能源要求石料必须是干燥的，为节约溶剂、节约能源 以减少环境负荷，可将沥青分散于有乳化稳定剂以减少环境负荷，可将沥青分散于有乳化稳定剂 的水中而形成乳化沥青。的水中而形成乳化

7、沥青。 n为得到不同稠度的沥青，也可以用硬的沥青与软为得到不同稠度的沥青，也可以用硬的沥青与软 的沥青的沥青( (粘稠沥青或慢凝液体沥青粘稠沥青或慢凝液体沥青) ) 以适当比例调以适当比例调 配，称为调合沥青。按照比例个同，所得成品可配，称为调合沥青。按照比例个同，所得成品可 以是粘稠沥青，也可以是慢凝液体沥青。以是粘稠沥青，也可以是慢凝液体沥青。 n1.1 1.1 石油沥青的组分石油沥青的组分 石油沥青是由许多高分子石油沥青是由许多高分子碳氢化合物碳氢化合物及其非金属（主及其非金属（主 要为氧、硫、氮等）衍生物组成的复杂混合物。其中碳要为氧、硫、氮等）衍生物组成的复杂混合物。其中碳 氢比（即

8、分子中碳原子个数与氢原子个数的比值）在一氢比（即分子中碳原子个数与氢原子个数的比值）在一 定程度上决定了沥青在常温下的物理状态，定程度上决定了沥青在常温下的物理状态，碳氢比高的碳氢比高的 分子表现出较高的稠度分子表现出较高的稠度。 石油沥青主要为可溶于二硫化碳的碳氢化合物的半固石油沥青主要为可溶于二硫化碳的碳氢化合物的半固 体粘稠状物质。体粘稠状物质。沥青化学组分十分复杂，具有沥青化学组分十分复杂，具有同分异构同分异构 的特点的特点，其化学组成相同，物理力学性质却相差悬殊，其化学组成相同，物理力学性质却相差悬殊， 难以根据分子类型或结构来划分，将沥青中化学成分及难以根据分子类型或结构来划分，将

9、沥青中化学成分及 性质极为接近，并且与物理力学性质有一定关系的成分，性质极为接近，并且与物理力学性质有一定关系的成分， 划分为若干个组，这些组就称为划分为若干个组，这些组就称为“组分组分”。 我国现行标准我国现行标准JTJ 052JTJ 05220002000公路工程沥青及公路工程沥青及 沥青混合料试验规程沥青混合料试验规程规定有三组分和四组分规定有三组分和四组分 两种分析方法。两种分析方法。 三组分分析法：三组分分析法是将石油沥青分三组分分析法：三组分分析法是将石油沥青分 离为离为: : 油分、树脂和沥青质三个组分油分、树脂和沥青质三个组分。 四组分分析法是将沥青分离为沥青质、饱和分、芳香四

10、组分分析法是将沥青分离为沥青质、饱和分、芳香 分和胶质。分和胶质。 n沥青中各组分的主要特性简述如下：沥青中各组分的主要特性简述如下： n （）（）油分油分 n油分为淡黄色至红褐色的油状液体，油分为淡黄色至红褐色的油状液体，是沥青中分子是沥青中分子 量最小和密度最小的组分量最小和密度最小的组分，密度介于，密度介于0.70.71.01.0 cmcm3 3之间。在之间。在170170较长时间加热，油分可以挥发。较长时间加热，油分可以挥发。 n油分能溶于石油醚、二硫化碳、三氯甲烷、苯、四油分能溶于石油醚、二硫化碳、三氯甲烷、苯、四 氧化碳和丙酮等有机溶剂中，但不溶于酒精。氧化碳和丙酮等有机溶剂中，但

11、不溶于酒精。 n油分赋予沥青以油分赋予沥青以流动性流动性。油分多，则沥青流动性大，。油分多，则沥青流动性大， 粘性小，温度感应性大，油分含量的多少直接影响粘性小，温度感应性大，油分含量的多少直接影响 沥青的柔软性、抗裂性及施工难度。油分在一定条沥青的柔软性、抗裂性及施工难度。油分在一定条 件下可以转化为树脂甚至沥青质。件下可以转化为树脂甚至沥青质。 n( () )树脂（沥青脂胶）树脂（沥青脂胶）。 n沥青脂胶为黄色至黑褐色粘稠状物质（半固体），分子沥青脂胶为黄色至黑褐色粘稠状物质（半固体），分子 量比油分大（量比油分大（60060010001000），密度为），密度为1.01.01.1g1.1

12、gcmcm3 3。 沥青脂胶中绝大部分属于沥青脂胶中绝大部分属于中性树脂中性树脂。 n中性树脂能溶于三氯甲烷、汽油和苯等有机溶剂，但在中性树脂能溶于三氯甲烷、汽油和苯等有机溶剂，但在 酒精和丙酮中难溶解或溶解度很低。酒精和丙酮中难溶解或溶解度很低。 n它赋予沥青以它赋予沥青以良好的粘结性、塑性和可流动性良好的粘结性、塑性和可流动性。中性树。中性树 脂含量增加，石油沥青的延度和粘结力等品质愈好。脂含量增加，石油沥青的延度和粘结力等品质愈好。 n另外，沥青树脂中还含有少量的另外，沥青树脂中还含有少量的酸性树脂酸性树脂，即地沥青酸，即地沥青酸 和地沥青酸酐，是和地沥青酸酐，是沥青中的表面活性物质沥青

13、中的表面活性物质。它改善了石。它改善了石 油沥青对矿物材料的浸润性，特别是提高了对碳酸盐类油沥青对矿物材料的浸润性，特别是提高了对碳酸盐类 岩石的粘附性，并有利于石油沥青的可乳化性。沥青脂岩石的粘附性，并有利于石油沥青的可乳化性。沥青脂 胶使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。胶使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。 n（）（）地沥青质（沥青质）地沥青质（沥青质）。 n地沥青质为深褐色至黑色固态无定形物质（固体粉末），地沥青质为深褐色至黑色固态无定形物质（固体粉末）， 分子量比树脂更大（分子量比树脂更大（10001000以上），密度大于以上），密度大于1 g1 gcmcm3 3， 不溶于酒精、正戊烷，

14、但溶于三氯甲烷和二硫化碳，染不溶于酒精、正戊烷，但溶于三氯甲烷和二硫化碳，染 色力强，对光的敏感性强，感光后就不能溶解。色力强，对光的敏感性强，感光后就不能溶解。 n地沥青质是决定石油沥青地沥青质是决定石油沥青温度敏感性、粘性温度敏感性、粘性的重要组成的重要组成 部分，部分，其含量愈多，则软化点愈高，粘性愈大，硬度和其含量愈多，则软化点愈高，粘性愈大，硬度和 温度稳定性提高，塑性降低，脆性增加温度稳定性提高，塑性降低，脆性增加。 n 另外，石油沥青中还含的另外，石油沥青中还含的沥青碳和似碳物沥青碳和似碳物， 是石油沥青中分子量最大的。它降低石油沥青的粘结力。是石油沥青中分子量最大的。它降低石油

15、沥青的粘结力。 n 石油沥青中还含有石油沥青中还含有石蜡石蜡，它会降低石油沥青的粘结性，它会降低石油沥青的粘结性 和塑性，同时对温度特别敏感（即温度稳定性差）。所和塑性，同时对温度特别敏感（即温度稳定性差）。所 以蜡是石油沥青的有害成分。以蜡是石油沥青的有害成分。 n1.2 1.2 石油沥青的胶体结构石油沥青的胶体结构 n 油分、树脂和地沥青质是石油沥青的三大组分，其油分、树脂和地沥青质是石油沥青的三大组分，其 中油分和树脂可以互相溶解，树脂能浸润地沥青质，并中油分和树脂可以互相溶解，树脂能浸润地沥青质，并 在地沥青质的超细颗粒表面形成树脂薄膜。所以石油沥在地沥青质的超细颗粒表面形成树脂薄膜。

16、所以石油沥 青的结构是以地沥青质为核心，周围吸附部分树脂和油青的结构是以地沥青质为核心，周围吸附部分树脂和油 分的互溶物而构成胶团，无数胶团分散在油分中而形成分的互溶物而构成胶团，无数胶团分散在油分中而形成 胶体结构。胶体结构。 请观察沥青的三种胶体结构，讨论其性能的差异。请观察沥青的三种胶体结构，讨论其性能的差异。 （a a）溶胶结构）溶胶结构 （b b）溶）溶- -凝胶结构（凝胶结构（c c）凝胶结构）凝胶结构 n（1 1）溶胶结构溶胶结构。地沥青质含量较少，胶团间完全没。地沥青质含量较少，胶团间完全没 有引力或引力很小，在外力作用下随时间发展的变有引力或引力很小，在外力作用下随时间发展的

17、变 形特性与粘性液体一样。形特性与粘性液体一样。其粘性小，流动性大、塑其粘性小，流动性大、塑 性强，温度稳定性差性强，温度稳定性差，这种结构称之为溶胶结构，这种结构称之为溶胶结构， 它是液体石油沥青的结构特征；直馏沥青的结构多它是液体石油沥青的结构特征；直馏沥青的结构多 为溶胶结构；为溶胶结构； n（2 2） 凝胶结构凝胶结构。凝胶结构地沥青质含量很多，胶。凝胶结构地沥青质含量很多，胶 团间有较大的引力形成不规则的空间网状结构，团间有较大的引力形成不规则的空间网状结构，外外 力作用下表现有一定的弹性效应和较强的抗变形能力作用下表现有一定的弹性效应和较强的抗变形能 力，具有较强的稳定性，但当外力

18、较大时，其塑性力，具有较强的稳定性，但当外力较大时，其塑性 很小，很小，这种结构称之为凝胶结构，它是过于粘稠或这种结构称之为凝胶结构，它是过于粘稠或 经过老化的石油沥青的结构特征。氧化沥青多属于经过老化的石油沥青的结构特征。氧化沥青多属于 凝胶结构；凝胶结构； n（3 3）溶一凝胶结构溶一凝胶结构介于溶胶与凝胶之间，并介于溶胶与凝胶之间，并 有较多的树脂，胶团间有一定吸引力，沥青质有较多的树脂，胶团间有一定吸引力，沥青质 胶团间距很小或有黏附，使其相对运动有一定胶团间距很小或有黏附，使其相对运动有一定 的阻力，的阻力，在常温下受力变形的最初阶段呈现出在常温下受力变形的最初阶段呈现出 明显的弹性

19、效应，有一定的抗变形能力，当变明显的弹性效应，有一定的抗变形能力，当变 形增加到一定数值后，则变为有阻尼的粘性流形增加到一定数值后，则变为有阻尼的粘性流 动。动。它是常温下呈半固体或固体状粘稠石油沥它是常温下呈半固体或固体状粘稠石油沥 青的结构特征。青的结构特征。 n 大部分优质道路沥青均配成溶凝胶型结大部分优质道路沥青均配成溶凝胶型结 构，具有粘弹性和触变性，故亦称弹性溶胶。构，具有粘弹性和触变性，故亦称弹性溶胶。 n温度温度也是影响石油沥青结构性能的因素之一，因也是影响石油沥青结构性能的因素之一，因 为沥青的某些成分，为沥青的某些成分，特别是树脂中的某些成分以特别是树脂中的某些成分以 及石

20、蜡等温度敏感性较强及石蜡等温度敏感性较强。 n当温度升高时，这些成分会转变为流动性更好的当温度升高时，这些成分会转变为流动性更好的 液体，使其胶体结构向溶胶结构方向发展；液体，使其胶体结构向溶胶结构方向发展； n当温度较低时，这些成分会转变为更为粘稠的固当温度较低时，这些成分会转变为更为粘稠的固 体或半固体，其胶体结构向凝胶结构方向发展。体或半固体，其胶体结构向凝胶结构方向发展。 n因此，因此，在描述石油沥青的结构特征时应当指明相在描述石油沥青的结构特征时应当指明相 应的温度应的温度。 沥青的结构与沥青路面开裂沥青的结构与沥青路面开裂 n华北某沥青路面所采用的沥青的沥青质含量高达 33，并有相

21、当数量芳香度高的胶质形成的胶团。 使用两年后，路面出现较多裂缝，且冬天裂缝产 生越发明显。请分析原因。 n该工程所用沥青属凝胶型结构，其沥青质含量高， 沥青质未能被胶质很好地胶溶分散，则胶团就会 连结，形成三维网状结构。此类沥青的特点是弹 性和粘性较好，温度敏感性小，但流动性，塑性 较差，开裂后自行愈合的能力较差，低温变形能 力差。故特别易于冬天形成较多裂缝。 1.3 1.3 石油沥青的技术性质及其测试方法石油沥青的技术性质及其测试方法 （1 1）沥青的密度与密实度沥青的密度与密实度 沥青密度沥青密度是在规定温度条件下单位体积的质量。我国是在规定温度条件下单位体积的质量。我国 标准规定，标准规

22、定，沥青在温度为沥青在温度为1515时所测得的密度为标准密时所测得的密度为标准密 度度。沥青的密度与其组分构成有密切的关系，通过测定沥青的密度与其组分构成有密切的关系，通过测定 沥青的密度，可以大概地了解沥青组分的相对含量，沥青的密度，可以大概地了解沥青组分的相对含量，通通 常粘稠沥青的密度波动在常粘稠沥青的密度波动在O.96O.961.041.04范围之间。范围之间。 相对密度相对密度是指在规定温度下沥青质量与同体积水的是指在规定温度下沥青质量与同体积水的 质量之比。我国现行标难质量之比。我国现行标难建筑石油沥青建筑石油沥青(GB(GB T494T4941998)1998)和和公路工程沥青与

23、沥青混合料试验规程公路工程沥青与沥青混合料试验规程 (JTJ052-2000)(JTJ052-2000)规定，沥青与水的相对密度是指规定，沥青与水的相对密度是指2525温温 度下的相对密度。度下的相对密度。 沥青沥青1515密度与密度与2525相对密度之问可由下述经验公相对密度之问可由下述经验公 式换算；式换算； 沥青与水的相对密度沥青与水的相对密度(15/25)=(15/25)=沥青的密度沥青的密度 (15)(15)0.9960.996 （2 2）粘滞性粘滞性 n粘滞性，也称稠度，粘滞性，也称稠度，是指沥青材料在外力作用下是指沥青材料在外力作用下 沥青粒子的抵抗变形的能力沥青粒子的抵抗变形的

24、能力。它是沥青材料最为。它是沥青材料最为重重 要的性质要的性质。 n沥青在工程中可能受到各种力的作用，如重力、温沥青在工程中可能受到各种力的作用，如重力、温 度应力、车轮荷载等，此时沥青必须有足够的粘滞度应力、车轮荷载等，此时沥青必须有足够的粘滞 性以防止其在立面或斜面上滑脱或在外力作用下产性以防止其在立面或斜面上滑脱或在外力作用下产 生过大的变形。生过大的变形。 n通常沥青的粘滞性主要取决于其通常沥青的粘滞性主要取决于其组成和环境温度组成和环境温度等等 因素，沥青质与树脂含量高的凝胶结构粘滞性较高，因素，沥青质与树脂含量高的凝胶结构粘滞性较高， 而环境温度较高时则可能使其粘滞性较低。而环境温

25、度较高时则可能使其粘滞性较低。沥青的沥青的 粘性通常用粘度表示，它是划分沥青等级粘性通常用粘度表示，它是划分沥青等级( (标号标号) )的的 主要依据主要依据。 n不同结构状态的沥青粘度差别很大，不同使用不同结构状态的沥青粘度差别很大，不同使用 环境对沥青粘度大小的要求也不同。为反映沥环境对沥青粘度大小的要求也不同。为反映沥 青粘度的差别，常用不同的测定方法来表示其青粘度的差别，常用不同的测定方法来表示其 大小。大小。 n其测定方法可分为两大类。其测定方法可分为两大类。一类为绝对粘度，一类为绝对粘度， 另一类为另一类为相对粘度相对粘度( (或称条件粘度或称条件粘度) )。 n绝对粘度测定比较麻

26、烦，不便于在工程上应用，绝对粘度测定比较麻烦，不便于在工程上应用， 工程中通常只测定沥青的条件粘度作为划分沥工程中通常只测定沥青的条件粘度作为划分沥 青标号的依据。条件粘度可分为两种：青标号的依据。条件粘度可分为两种： （1）标准粘度计法标准粘度计法（2）针入度法针入度法 n标准粘度计法标准粘度计法 n我国现行试验方法规定：测定液体沥青等材料流我国现行试验方法规定：测定液体沥青等材料流 动状态的粘度时，应采用标准粘度计法，该试验动状态的粘度时，应采用标准粘度计法，该试验 方法是：在标准粘度计中，液体状态的沥青，在方法是：在标准粘度计中，液体状态的沥青，在 规定的温度条件下，通过规定的流孔直径，

27、流出规定的温度条件下，通过规定的流孔直径，流出 50ml50ml体积，所需的时间秒数体积，所需的时间秒数(s)(s)被称为沥青的粘被称为沥青的粘 度，并以度，并以CT,dCT,d表示表示TT为试验温度为试验温度()()，d d为流孔为流孔 直径直径mm)mm)。在温度和流孔直径相同的条件下，流。在温度和流孔直径相同的条件下，流 出出50ml50ml所需时间愈长，表明沥青的粘度愈大。所需时间愈长，表明沥青的粘度愈大。 n 针入度法针入度法 n针人度法是指在规定温度和时间条件下，一定质量针人度法是指在规定温度和时间条件下，一定质量 的标准针垂直贯入试样的深度所表示的粘度，的标准针垂直贯入试样的深度

28、所表示的粘度，并将并将 其贯入深度以针入度值表示，其贯入深度以针入度值表示，单位为单位为0.1mm0.1mm。 n沥青针入度的符号为沥青针入度的符号为PT,m,tPT,m,t其中其中 P P为针入度为针入度;T;T为试为试 验温度；验温度；m m为标准针为标准针( (包括连杆及砝码包括连杆及砝码) )的质量；的质量；t t为为 贯入时间。我国现行试验通常采用的试验条件为贯入时间。我国现行试验通常采用的试验条件为 P25,100g,5sP25,100g,5s, ,若采用其他试验条件时，应在试验若采用其他试验条件时，应在试验 结果中注明。结果中注明。 n针人度法是测定粘稠沥青粘稠程度的一种指标，通

29、针人度法是测定粘稠沥青粘稠程度的一种指标，通 常也称其为沥青的稠度。常也称其为沥青的稠度。一般情况下针入度值较小一般情况下针入度值较小 的沥青，表明其稠度较大或粘度较高。的沥青，表明其稠度较大或粘度较高。 n（）（）延性（塑性）和脆性延性（塑性）和脆性 n1 1、塑性塑性 n塑性指石油沥青在外力拉伸作用时下产生变形塑性指石油沥青在外力拉伸作用时下产生变形 而不破坏，除去外力后，仍能保持变形后的形而不破坏，除去外力后，仍能保持变形后的形 状的性质。沥青的塑性对冲击振动荷载有一定状的性质。沥青的塑性对冲击振动荷载有一定 吸收能力，并能减少摩擦时的噪声，故沥青是吸收能力，并能减少摩擦时的噪声，故沥青

30、是 一种优良的道路路面材料。一种优良的道路路面材料。 n石油沥青的塑性用石油沥青的塑性用延度延度表示。表示。沥青延度值的大沥青延度值的大 小直接反映了工程中沥青在外力作用下，保持小直接反映了工程中沥青在外力作用下，保持 内部结构连续或抵抗开裂的能力。内部结构连续或抵抗开裂的能力。延度愈大，延度愈大， 塑性愈好。塑性愈好。延度测定是把沥青制成延度测定是把沥青制成“”字形字形 标准试件，置于延度仪内标准试件，置于延度仪内2525或或1515水中，以水中，以 5cm5cmminmin的速度拉伸，用拉断时的伸长度来表的速度拉伸，用拉断时的伸长度来表 示，单位用示，单位用cmcm计。计。 n影响沥青塑性

31、的主要因素是树脂的含量影响沥青塑性的主要因素是树脂的含量 及温度等及温度等。树脂含量越高，则其塑性就。树脂含量越高，则其塑性就 越好。温度较高时，其塑性就越好。越好。温度较高时，其塑性就越好。塑塑 性大的沥青能随建筑物的变形而变形，性大的沥青能随建筑物的变形而变形， 不致产生开裂，沥青的塑性是沥青作为不致产生开裂，沥青的塑性是沥青作为 柔性防水材料的原因之一。塑性大的沥柔性防水材料的原因之一。塑性大的沥 青在开裂后，由于其特有的粘塑性，裂青在开裂后，由于其特有的粘塑性，裂 缝可能自行愈合，即塑性大的沥青具有缝可能自行愈合，即塑性大的沥青具有 自愈性。自愈性。 n2 2、低温脆性、低温脆性 n沥

32、青温度降低时会表现出明显的塑性下降，在较沥青温度降低时会表现出明显的塑性下降，在较 低温度下甚至表现为脆性。低温度下甚至表现为脆性。特别是在冬季低温下，特别是在冬季低温下， 用于防水层或路面中的沥青由于温度降低时产生用于防水层或路面中的沥青由于温度降低时产生 的体积收缩，很容易导致沥青材料的开裂。显然，的体积收缩，很容易导致沥青材料的开裂。显然， 低温脆性反映了沥青抗低温的能力。低温脆性反映了沥青抗低温的能力。 n不同沥青对抵抗这种低温变形时脆性开裂的能力不同沥青对抵抗这种低温变形时脆性开裂的能力 有所差别。有所差别。通常采用弗拉斯通常采用弗拉斯(Frass(Frass) )脆点作为衡脆点作为

33、衡 量沥青抗低温能力的条件脆性指标。沥青脆性指量沥青抗低温能力的条件脆性指标。沥青脆性指 标是在持定条件下，涂于金属片上的沥青试样薄标是在持定条件下，涂于金属片上的沥青试样薄 膜，因被冷却和弯曲而出现裂纹时的温度，以膜，因被冷却和弯曲而出现裂纹时的温度，以 表示。表示。 n低温脆性主要取决于低温脆性主要取决于沥青的组分沥青的组分，当树脂含量较，当树脂含量较 多、树脂成分的低温柔性较好时，其抗低温能力多、树脂成分的低温柔性较好时，其抗低温能力 就较强；当沥青中含有较多石蜡时，其抗低温能就较强；当沥青中含有较多石蜡时，其抗低温能 力就较差。力就较差。 n（）温度敏感性（也称热稳定性）（）温度敏感性

34、（也称热稳定性） n温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升 降而变化的性能降而变化的性能，是沥青的重要指标之一。，是沥青的重要指标之一。 n由于沥青是一种高分子非晶态热塑性物质，故没有由于沥青是一种高分子非晶态热塑性物质，故没有 一定的熔点。一定的熔点。沥青在温度降低时会向着凝胶结构方沥青在温度降低时会向着凝胶结构方 向发展，而在温度升高时会向着溶胶结构方向发展，向发展，而在温度升高时会向着溶胶结构方向发展， 其间必然存在溶其间必然存在溶- -凝胶结构的过渡过程，因而沥青不凝胶结构的过渡过程，因而沥青不 会表现出固定的液化点或固化点。会表现出固

35、定的液化点或固化点。 n沥青温度升高，则其塑性增大，黏性减小，并沥青温度升高，则其塑性增大，黏性减小，并 逐渐软化，此时的沥青如液体一样发生流动。逐渐软化，此时的沥青如液体一样发生流动。 在同一过程中，不同的沥青，其塑性和粘滞性在同一过程中，不同的沥青，其塑性和粘滞性 变化程度不同。变化程度不同。如果温度变化相同，性质变化如果温度变化相同，性质变化 程度小，则此沥青的温度敏感性小；反之，温程度小，则此沥青的温度敏感性小；反之，温 度敏感性大。度敏感性大。 n在建筑上，特别是用于屋面防水的沥青材料，在建筑上，特别是用于屋面防水的沥青材料， 为了避免温度升高，发生流淌，或温度下降，为了避免温度升高

36、，发生流淌，或温度下降， 发生硬脆，应优先使用温度敏感性小的沥青。发生硬脆，应优先使用温度敏感性小的沥青。 n沥青的粘滞性和塑性随温度变化而变化。沥青的粘滞性和塑性随温度变化而变化。 石石 油沥青中油沥青中地沥青质地沥青质含量较多时，其温度敏感性含量较多时，其温度敏感性 较小。在工程中使用时往往加入滑石粉、石灰较小。在工程中使用时往往加入滑石粉、石灰 石粉等矿物填料，以减小其温度敏感性。沥青石粉等矿物填料，以减小其温度敏感性。沥青 中中含蜡量较多时含蜡量较多时，则会产生温度较高（，则会产生温度较高（6060左左 右）时就发生流淌，在温度较低时又易变硬开右）时就发生流淌，在温度较低时又易变硬开

37、裂。裂。 n沥青温度敏感性用沥青温度敏感性用软化点软化点来表示。在某一温度范来表示。在某一温度范 围内沥青是一种粘滞流动状态。围内沥青是一种粘滞流动状态。而这一温度区间而这一温度区间 的的0.87210.8721倍作为反映沥青物理状态和温度之间的倍作为反映沥青物理状态和温度之间的 关系的参数，称之为软化点。关系的参数，称之为软化点。在沥青的常规试验在沥青的常规试验 方法中，方法中，软化点试验可作为反映沥青温度敏感性软化点试验可作为反映沥青温度敏感性 的方法。的方法。 n沥青沥青软化点软化点一般采用一般采用环与球法环与球法测定。它是把测定。它是把 沥青试样装入内径为沥青试样装入内径为19198m

38、m8mm的铜环内，试样上的铜环内，试样上 放置一标准钢球（直径放置一标准钢球（直径9.53mm9.53mm，质量，质量3.53.5），）， 浸入水或甘油中，以规定的速度升温（浸入水或甘油中，以规定的速度升温（ minmin），当沥青软化下垂至规定距离（），当沥青软化下垂至规定距离（25.4mm25.4mm） 时的温度即为其软化点，以摄氏度（时的温度即为其软化点，以摄氏度（）计。）计。 n针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度，而针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度，而 软化点则是沥青达到规定条件粘度时的温度，因软化点则是沥青达到规定条件粘度时的温度，因 此，软化点既是反映沥青材料热稳定性的指

39、标，此，软化点既是反映沥青材料热稳定性的指标， 也是沥青粘度的一种量度。也是沥青粘度的一种量度。 n 沥青的针人度、软化点和延度是划分沥青标沥青的针人度、软化点和延度是划分沥青标 号的主要依据，称为沥青的三大指标。号的主要依据，称为沥青的三大指标。 n（）（）大气稳定性大气稳定性 n 石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气因石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气因 素的长期综合作用下抵抗老化的性能，称为大气素的长期综合作用下抵抗老化的性能，称为大气 稳定性稳定性。也是沥青材料的耐久性。也是沥青材料的耐久性。 n在大气因素的综合作用下，沥青中各组分会发生在大气因素的综合作用下，沥青中各组分会发生 不

40、断递变，低分子化合物将逐步转变成高分子物不断递变，低分子化合物将逐步转变成高分子物 质，即油分和树脂逐渐减少，而地沥青质逐渐增质，即油分和树脂逐渐减少，而地沥青质逐渐增 多。石油沥青随着时间的进展，流动性和塑性将多。石油沥青随着时间的进展，流动性和塑性将 逐渐减小，硬脆性逐渐增大，直至脆裂。这个过逐渐减小，硬脆性逐渐增大，直至脆裂。这个过 程称为石油沥青的程称为石油沥青的“老化老化”。沥青一旦老化，就。沥青一旦老化，就 可能导致许多工程性质的劣化。可能导致许多工程性质的劣化。所以大气稳定性所以大气稳定性 即为沥青抵抗老化的性能。即为沥青抵抗老化的性能。 n影响沥青大气稳定性的主要因素影响沥青大

41、气稳定性的主要因素 n1)1)沥青组分的影响。沥青组分的影响。沥青在大气环境中老化的过沥青在大气环境中老化的过 程实质上是其中组分分解、聚合与氧化的结果，程实质上是其中组分分解、聚合与氧化的结果， 主要是其中较低分子油分的挥发、塑性较好的树主要是其中较低分子油分的挥发、塑性较好的树 脂等成分聚合形成更大的沥青质，并逐渐转化为脂等成分聚合形成更大的沥青质，并逐渐转化为 沥青碳等非胶结性材料。沥青碳等非胶结性材料。因此，沥青中所含的有因此，沥青中所含的有 效成分在环境条件下抵抗分解或聚合化学稳定性效成分在环境条件下抵抗分解或聚合化学稳定性 越好，或沥青中原来所含量的树脂成分较多时，越好，或沥青中原

42、来所含量的树脂成分较多时， 沥青的大气稳定性可能就越好。沥青的大气稳定性可能就越好。 n2)2)温度的影响。温度的影响。较高的温度可能加速沥较高的温度可能加速沥 青成分中分子的运动，这除了引起沥青青成分中分子的运动，这除了引起沥青 中轻质油分挥发加快外，还会促进某些中轻质油分挥发加快外，还会促进某些 化学反应的加速，导致沥青成分和结构化学反应的加速，导致沥青成分和结构 的改变，并使技术性能降低。尤其是在的改变，并使技术性能降低。尤其是在 施工加热施工加热(160-180)(160-180)时，加之空气中氧的时，加之空气中氧的 参与和共同作用，可使沥青的性质很快参与和共同作用，可使沥青的性质很快

43、 发生劣化。发生劣化。因此，沥青在施工时加热温因此，沥青在施工时加热温 度不能过高，持续时间也不能过长。度不能过高，持续时间也不能过长。 n3)3)光的影响光的影响。沥青在日光的照射下，能产生光化。沥青在日光的照射下，能产生光化 学反应，并促使聚合、氧化等反应的速率加快，学反应，并促使聚合、氧化等反应的速率加快， 特别是在紫外线下照射时，会使其老化速度显著特别是在紫外线下照射时，会使其老化速度显著 加快。加快。 n4 4）氧和水分的影响氧和水分的影响。暴露于氧环境中的沥青在加。暴露于氧环境中的沥青在加 热条件下，能促使其组分对空气中氧的吸收。并热条件下，能促使其组分对空气中氧的吸收。并 同时产

44、生脱氧作用，便沥青的组分很快发生转变，同时产生脱氧作用，便沥青的组分很快发生转变， 导致快速老化。导致快速老化。 n在与光、氧和热共同作用时，水的存在起催化剂在与光、氧和热共同作用时，水的存在起催化剂 的作用，从而加快老化过程；水还能使沥青从基的作用，从而加快老化过程；水还能使沥青从基 材上剥落，导致沥青与空气接触面增大，促使沥材上剥落，导致沥青与空气接触面增大，促使沥 青从内部老化，从而影响其耐久性。青从内部老化，从而影响其耐久性。 n综上所述，沥青在施工使用过程中，需要加热综上所述，沥青在施工使用过程中，需要加热 以取得良好的流动性，工程建成后又要经受光、以取得良好的流动性，工程建成后又要

45、经受光、 热、水等自然因素的作用，这些因素均难以避热、水等自然因素的作用，这些因素均难以避 免对沥青老化的促进作用。此外，工业环境中免对沥青老化的促进作用。此外，工业环境中 的臭氧以及各种荷载因素等的作用，也会对沥的臭氧以及各种荷载因素等的作用，也会对沥 青大气稳定性有不利影响。青大气稳定性有不利影响。 n沥青耐久性的评价方法沥青耐久性的评价方法 石油沥青的大气稳定性以加热石油沥青的大气稳定性以加热蒸发损失百分率蒸发损失百分率和和 加热前后加热前后针入度比针入度比来评定。其测定方法是：先测来评定。其测定方法是：先测 定沥青试样的质量及其针入度，然后将试样置于定沥青试样的质量及其针入度，然后将试

46、样置于 烘箱中，在烘箱中，在160160下加热蒸发下加热蒸发h,h,，待冷却后再测，待冷却后再测 定其质量及针入度。计算出蒸发损失质量占原质定其质量及针入度。计算出蒸发损失质量占原质 量的百分数，称为蒸发损失百分率；测得蒸发后量的百分数，称为蒸发损失百分率；测得蒸发后 针入度占原针入度的百分数，称为蒸发后针入度针入度占原针入度的百分数，称为蒸发后针入度 比。比。蒸发损失百分数愈小和蒸发后针入度比愈大，蒸发损失百分数愈小和蒸发后针入度比愈大， 则表示沥青的大气稳定性愈好，即则表示沥青的大气稳定性愈好，即老化老化”愈慢。愈慢。 n以上四种性质是石油沥青材料的主要性质，前三以上四种性质是石油沥青材料

47、的主要性质，前三 项是划分石油沥青牌号的依据。此外，为评定沥项是划分石油沥青牌号的依据。此外，为评定沥 青的品质和保证施工安全，还应了解石油沥青的青的品质和保证施工安全，还应了解石油沥青的 溶解度、闪点和燃点等性质。溶解度、闪点和燃点等性质。 n含蜡量含蜡量 n大多数石油中都含有蜡成分，当这些蜡残留沥青中时，大多数石油中都含有蜡成分，当这些蜡残留沥青中时， 会对沥青的许多性能造成不利影响。会对沥青的许多性能造成不利影响。 n特别是容易使沥青的粘度、塑性等技术指标对温度十特别是容易使沥青的粘度、塑性等技术指标对温度十 分敏感。分敏感。 n当高温时，蜡的存在容易使沥青发软，导致其高温稳当高温时，蜡

48、的存在容易使沥青发软，导致其高温稳 定性降低，出现流淌、变形或路面车辄现象，而当低定性降低，出现流淌、变形或路面车辄现象，而当低 温时，蜡的存在会导致沥青变脆，使其低温抗裂性降温时，蜡的存在会导致沥青变脆，使其低温抗裂性降 低，出现脱落、开裂现象。低，出现脱落、开裂现象。 n此外，蜡还能降低沥青与基层材料的黏附性，在水及此外，蜡还能降低沥青与基层材料的黏附性，在水及 动荷载的作用下，会使沥青路面中的沥青从集料上脱动荷载的作用下，会使沥青路面中的沥青从集料上脱 落下来，造成结构溃散，而且蜡还使沥青路面抗滑性落下来，造成结构溃散，而且蜡还使沥青路面抗滑性 能降低，影响行车安全。通常沥青中蜡的含量限

49、制范能降低，影响行车安全。通常沥青中蜡的含量限制范 围为围为2 2-4-4，在重交通量的路面中，含蜡量不得大，在重交通量的路面中，含蜡量不得大 于于3 3。 n 溶解度溶解度 n溶解度指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或苯溶解度指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或苯 中溶解的百分率，中溶解的百分率，它反映它反映了石油沥青中对工程了石油沥青中对工程 有用成分的含量有用成分的含量。由于石油沥青的化学构成十。由于石油沥青的化学构成十 分复杂，难以利用普通化学的方法来确定其成分复杂，难以利用普通化学的方法来确定其成 分构成，工程实际中通常利用溶解度来间接评分构成，工程实际中通常利用溶解度来间接评 定沥青中有效

50、成分的含量。定沥青中有效成分的含量。用以限制有害的不用以限制有害的不 溶物（如沥青碳或似碳物）含量溶物（如沥青碳或似碳物）含量。不溶物会降。不溶物会降 低沥青的粘结性。低沥青的粘结性。 n（3) 3) 闪点和燃点闪点和燃点 n沥青材料在使用时必须加热，当加热至一定沥青材料在使用时必须加热，当加热至一定 温度时，沥青材料中挥发的油分蒸汽与周围空气温度时，沥青材料中挥发的油分蒸汽与周围空气 组成混合气体，此混合气体遇火焰则易发生闪火。组成混合气体，此混合气体遇火焰则易发生闪火。 若继续加热，油分蒸汽的饱和度增加，由于此种若继续加热，油分蒸汽的饱和度增加，由于此种 蒸汽与空气组成的混合气体遇火焰极易

51、燃烧而引蒸汽与空气组成的混合气体遇火焰极易燃烧而引 起火灾。为此，必须测定沥青加热闪火（是指沥起火灾。为此，必须测定沥青加热闪火（是指沥 青挥发气体出现短暂燃烧的温度）和燃烧（持续青挥发气体出现短暂燃烧的温度）和燃烧（持续 燃烧超过燃烧超过5s5s的情况）的温度，即所谓闪点和燃点。的情况）的温度，即所谓闪点和燃点。 因此，闪点和燃点是评价或指导沥青在使用因此，闪点和燃点是评价或指导沥青在使用 过程中对环境要求是否以达到施工安全和保证沥过程中对环境要求是否以达到施工安全和保证沥 青加热质量的一项重要指标。青加热质量的一项重要指标。 n1.4 1.4 石油沥青的技术标准及应用石油沥青的技术标准及应

52、用 n（）（）石油沥青的技术标准石油沥青的技术标准 n根据我国现行石油沥青标准，在工程建设中常用的根据我国现行石油沥青标准，在工程建设中常用的 石油沥青分道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石石油沥青分道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石 油沥青等，各品种按技术性质划分牌号。不同石油油沥青等，各品种按技术性质划分牌号。不同石油 沥青的技术指标要求见表沥青的技术指标要求见表5-25-2、5-35-3、5-45-4。 n从表从表5-25-2、5-35-3、5-45-4可以看出，道路石油沥青、建可以看出，道路石油沥青、建 筑石油沥青和普通石油沥青都是按针入度指标来划筑石油沥青和普通石油沥青都是按针入度指标

53、来划 分牌号的。分牌号的。在同一品种石油沥青材料中，牌号愈小，在同一品种石油沥青材料中，牌号愈小， 沥青愈硬；牌号愈大，沥青愈软。同时随着牌号增沥青愈硬；牌号愈大，沥青愈软。同时随着牌号增 加，沥青的粘性减小（针入度增加），塑性增加加，沥青的粘性减小（针入度增加），塑性增加 （延度增大），而温度敏感性增大（软化点降低）（延度增大），而温度敏感性增大（软化点降低） n（2 2）石油沥青的应用石油沥青的应用 n 在选用沥青材料时，应根据工程性质（房屋、道路、在选用沥青材料时，应根据工程性质（房屋、道路、 防腐）及当地气候条件、所处工程部位（屋面、地下）防腐）及当地气候条件、所处工程部位（屋面、地下

54、） 来选用不同品种和牌号的沥青。来选用不同品种和牌号的沥青。 n 道路石油沥青牌号较多，且比建筑沥青的针入度大道路石油沥青牌号较多，且比建筑沥青的针入度大 很多。主要用于道路路面或车间地面等工程，一般拌制很多。主要用于道路路面或车间地面等工程，一般拌制 成沥青混凝土、沥青拌合料或沥青砂浆等使用。成沥青混凝土、沥青拌合料或沥青砂浆等使用。 n 建筑石油沥青粘性较大，耐热性较好，但塑性较小，建筑石油沥青粘性较大，耐热性较好，但塑性较小， 主要用作制造油毡、油纸、防水涂料和沥青胶。它们绝主要用作制造油毡、油纸、防水涂料和沥青胶。它们绝 大部分用于屋面及地下防水沟槽防水、防腐蚀及管道防大部分用于屋面及

55、地下防水沟槽防水、防腐蚀及管道防 腐等工程。对于屋面防水工程，应注意防止过分软化。腐等工程。对于屋面防水工程，应注意防止过分软化。 n一般同一地区沥青屋面的表面温度可比当地最高气一般同一地区沥青屋面的表面温度可比当地最高气 温高温高25253030。为避免夏季流淌，屋面用沥青材料。为避免夏季流淌，屋面用沥青材料 的软化点还应比当地气温下屋面可能达到的最高的软化点还应比当地气温下屋面可能达到的最高温温 度高度高2020以上以上。但软化点也不宜选择过高，否则冬。但软化点也不宜选择过高，否则冬 季低温易发生硬脆甚至开裂。对一些不易受温度影季低温易发生硬脆甚至开裂。对一些不易受温度影 响的部位，可选用

56、牌号较大的沥青。响的部位，可选用牌号较大的沥青。因此，选用石因此，选用石 油沥青时要考虑地区、使用环境及要求等因素油沥青时要考虑地区、使用环境及要求等因素。 n 普通石油沥青含蜡较多，其一般含量大于普通石油沥青含蜡较多，其一般含量大于5 5， 有的高达有的高达2020以上（称多蜡石油沥青），因而温度以上（称多蜡石油沥青），因而温度 敏感性大，故在工程中不直接单独使用，只能与其敏感性大，故在工程中不直接单独使用，只能与其 他种类石油沥青掺配使用。他种类石油沥青掺配使用。 建筑石油沥青的选用建筑石油沥青的选用 请比较下列A、B两种建筑石油沥青的针入度、延度及软化点测 定值。若于南方夏季炎热地区屋面

57、选用何种沥青较合适，请讨 论。 表中两种建筑石油沥青的针入度、延度及软化点测定值表中两种建筑石油沥青的针入度、延度及软化点测定值 宜用B石油沥青，一般屋面用沥青应比当地屋面可能达到 的最高温度高出2025，亦即比当地最高温度高出50 左右。南方炎热地区气温相当高，A沥青软化点较低，难 以满足要求，夏季易流淌。可选B，但B沥青延伸度较小， 在严寒地区不宜使用，否则易出现脆裂现象。 编号编号 针入度针入度/0.01mm/0.01mm (25(25，100g100g，5s)5s) 延度延度/cm/cm (25(25，5cm/min)5cm/min) 软化点软化点 环球法环球法 / A A30305

58、55050 B B 22222.52.57575 (1) 沥青长时间加热与保温 n某施工队熬制石油沥青准备作地下防水，由于沥青碎块的平均某施工队熬制石油沥青准备作地下防水，由于沥青碎块的平均 尺寸为尺寸为20 cm20 cm，工程量较大，因此加热的时间较长，保温的时，工程量较大，因此加热的时间较长，保温的时 间亦较长。施工后发现其效果不够理想，特别是沥青的塑性明间亦较长。施工后发现其效果不够理想，特别是沥青的塑性明 显下降。请分析原因。显下降。请分析原因。 沥青与其它有机物类同，与空气接触会逐渐氧化，沥青沥青与其它有机物类同，与空气接触会逐渐氧化，沥青 中的极性含氧基团逐渐联结成高分子的胶团，

59、形成更大中的极性含氧基团逐渐联结成高分子的胶团，形成更大 更复杂的分子，使沥青硬化，降低柔韧性。温度越高，更复杂的分子，使沥青硬化，降低柔韧性。温度越高， 时间越长氧化越快。当温度在时间越长氧化越快。当温度在100100以上时，每增加以上时，每增加 1010，氧化率约提高，氧化率约提高1 1倍，且使一些组分蒸发。为此，倍，且使一些组分蒸发。为此， 熬制沥青应先将其破碎为熬制沥青应先将其破碎为10 cm10 cm以下的碎块，缩短熬制以下的碎块，缩短熬制 时间，且熬好后尽可能于时间，且熬好后尽可能于8 h8 h内用完。若用不完，应于内用完。若用不完，应于 新熬材料混合使用，必要时作性能检查。新熬材

60、料混合使用，必要时作性能检查。 (2) 沥青混凝土路面裂缝 n华南某二级公路沥青混凝土路面使用华南某二级公路沥青混凝土路面使用1 1年后就出现较多网状裂缝，年后就出现较多网状裂缝， 其中施工厚度较薄及下凹处裂缝更为明显。据了解当时对下卧层其中施工厚度较薄及下凹处裂缝更为明显。据了解当时对下卧层 已作认真检查，已处理好软弱层，而所用的沥青延度较低。请分已作认真检查，已处理好软弱层，而所用的沥青延度较低。请分 析原因。析原因。 沥青混凝土路面网状裂缝有多种成因。其中路面结构沥青混凝土路面网状裂缝有多种成因。其中路面结构 夹有软弱层的因素从提供的情况亦可初步排除。沥青延夹有软弱层的因素从提供的情况亦