建筑材料6-沥青

第六章

沥青沥青的定义：♦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（O、S、N）衍生物组成的混合物，并含有微量元素♦♦颜色：暗褐色或黑色形态：常温下为固体或半固体沥青的分类：沥

青焦油沥青地沥青石油沥青天然沥青煤沥青、木沥青等粘稠石油沥青液体石油沥青天然沥青天然沥青是石油在自然条件下，经过千百万年的时间，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。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。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（1）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，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。该沥青湖又叫彼奇湖，面积44万平方米，深约

82米，湖中沥青储量达1200万吨，是世界上最大的天然沥青产地。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，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，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。技术指标数值软化点，℃160～175针入度，250比重1.04～1.06闪点，25℃315＋我国道路沥青生产量道路沥青产量，万吨沥青材料主要内容❏

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1.石油沥青的生产工艺石油的基属分类分类指标：“关键馏分特性”和“含硫量”。1)

关键馏分特性分类关键馏分：“第一关键馏分”：常压下，250~275C的馏分“第二关键馏分”：减压下（5.33kPa）

，基属分类：由两个关键馏分的特征参数和K确定石油基属第一关键馏分基属石蜡基（P）中间基（M）环烷基（N）第二关键馏分基属石蜡基（P）石蜡基（P）中间—石蜡基（M-P）—中间基（M）石蜡—中间基（P-M）中间基（M）环烷基—中间基（N-M）环烷基（N）—中间—环烷基（M-N）环烷基（N）2)

含硫量的分类低硫原油：含硫量＜0.5%；含硫原油：0.5~3%；高硫原油：含硫量＞3%。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＞石蜡基2）石油沥青生产工艺概述原油→常压渣油→减压渣油→粘稠沥青直馏沥青：较好的变形能力，温度敏感性较大氧化沥青：较好的温度稳定性溶剂沥青：丙烷液体沥青：在粘稠沥青中掺加煤油、汽油、柴油调配沥青：调和沥青、混合沥青乳化沥青：水＋乳化剂＋沥青2.石油沥青的化学组成和结构1）石油沥青的化学元素组成主要化学元素：碳C 氢

H

硫S

氧82~88%

；

8~11%；

0~6%；O

氮N0~1.5%；

0~1%微量金属元素：钒、镍、铁、镁和钙2）石油沥青的化学组分化学组分：化学性质、物理性质、路用性能五组分（我国）：三组分→多组分饱和分－S芳香分－A胶质－R沥青质－At蜡—P表1沥青五组分对沥青性能的影响组分分子量高温粘度低温变形能力化学稳定性饱和分S500~700××√芳香分A300~2000×√×胶质R1000~50000√√×沥青质At1000~100000√×—蜡分：高温软化、低温结晶析出（3）沥青的胶体结构胶体：分散相——At吸附R→胶团分散介质——S、A1)溶胶型结构At的分子量低、数量少——直馏沥青、液体沥青特点：高温粘度较低2)凝胶型结构At分子量大、数量多—氧化沥青、老化沥青特点：变形能力差，脆性3)溶凝胶型结构沥青性能石油基属：环烷基＞中间基＞石蜡基制作工艺直馏沥青氧化沥青液体沥青:掺加煤油s汽油s柴油调配沥青：掺加其他沥青乳化沥青：水＋乳化剂＋沥青沥青的

组成与结构元素组成：CsHsOsSsN→C/H化学组分：饱和分s芳香分s胶质s沥青质胶体结构：溶胶型s凝胶型s溶凝胶型石油沥青的基本性能3.石油沥青的技术性质密度：d沥青质＞d胶质＞d芳香分＞d饱和分3.石油沥青的技术性质♦♦♦♦♦粘滞性延性和脆性感温性粘附性耐久性2）

粘滞性粘滞性大，沥青与其他材料粘附力强，弹性大，硬度大。粘滞性小，容易变形，塑性好，容易拌合。4-7标准粘度计①标准粘度计法CT,d

——单位s

图②针入度法PT,m,t

——单位0.1mm图4-8针入度法测试③软化点TR&B

——单位℃图4-9软化点（表征沥青热稳定性）★针入度是等温粘度★软化点是等粘温度沥青粘度测定方法——相对粘度标准粘度计测定液体沥青示意图规定的温度条件下，通过规定的流孔直径，流出50mL体积所需时间，以s为单位。如：C25，5=100表示：试验温度25℃，针入度法测定粘稠沥青针入度示意图在规定温度条件下，以规定质量的标准针经过规定时间贯入沥青试样的深度，以

0.1mm为单位如：P25,100,5=60表示：试验温度25℃荷载质量100g历时5s粘度变化软化点测试示意图固态硬化点液态

滴落点T

R&

B(℃)条件粘度粘度变化3）延性和脆性1)延度D——单位cm，反映沥青的塑性图4-10沥青延度低温变形能力2)脆点TFrass

——单位℃，反映沥青图沥青脆点仪沥青的三态：流动————橡胶软化点————玻璃脆点弯曲梁流变试验BBR直接拉伸试验DTT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。沥青延度测试示意图拉伸过程中，沥青丝浮于水面，加酒精；拉伸过程中，沥青丝沉于槽底，加食盐沥青脆点仪和弯曲器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℃。感温性：沥青的粘度随温度的不同而产生明显的变化的特性感温性评价指标：针入度指数（PI）4）沥青的感温性5）

沥青的粘附性♦——反映沥青与集料的粘结能力水损害影响因素：集料的亲水性：SiO2

:

0%

52%65%酸性集料♦♦♦♦碱性集料

中性集料沥青的粘度与极性沥青混合料的空隙率评价方法：水煮法和水浸法试样光电分光光度法沥青路面坑洞沥青路面坑洞沥青路面坑洞损坏机理分析环境与路面因素动水压力（渗透力）导致雨

水进入路面，

并积聚于层底；重复荷载导致沥青-集料剥离水煮法试样水煮法试样水煮法试样6）沥青的耐久性——沥青的“老化”现象：沥青性质随着时间推移而发生变化→变脆变硬→老化针入度下降、粘度增加、软化点增加、沥青诱因：热氧气光（紫外线）过程：贮存运输加热拌和使用6）沥青的耐久性——沥青的“老化”老化机理：轻质组分挥发氧化、组分转化饱和分S芳香分A胶质→沥青质芳香分→胶质胶质S老化前沥青质At老化后①蒸发损失试验插图4-17②薄膜加热试验TFOT插图4-17评价指标：质量损失针入度比延度安全性——闪点和燃点有效成分——溶解度6）沥青的耐久性——沥青的“老化”老化性能评价方法：图11-17沥青薄膜加热烘箱示意图试件：50g沥青试样试验条件：163℃，5h试验指标：质量损失针入度比针入度皿～21mm延度膜厚度～3mm4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⑴针入度分级－P按所测得的沥青25℃针入度所处水平来划分沥青牌号⑵粘度分级－A按所测得沥青60℃粘度所处水平划分来沥青牌号☆AC－按新鲜沥青60℃粘度分级☆AR－按TFOT或RTFOT试验后残余物60℃粘度分级⑶性能分级PG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道路沥青的产品主要分级方法我国石油沥青的技术标准重交通道路石油沥青质量要求按P25分级：AH-50sAH-70sAH-90s40~60

60~80

80~90其它指标：软化点s延度(15ºC)s含蜡量溶解度薄膜烘箱(残留物质量损失s中s轻交通道路石油沥青质量要求按P25

分级:A-60甲/A-60乙/A-100甲/100-乙/A-140/A-180/针入20度0

比s延度)其它指标：软化点s延度(25ºC)s溶解度s闪点♦蒸发试验（质量损失s针入度比）等AH-110

AH-130针入度所90处～水1平1划0

分1沥10青~牌13号0⑴按照针入度指标进行沥青分级——7个标号2004年沥青路面施工技术规范（JTG

F30-2004）对道路石油沥青的质量要求分级16013011090705030针入度范围所处水平划分140~200沥青牌号120~140100~12080~10060~8040~6020~40针入度⑵按照技术性能进行沥青分类：A、B、C①针入度指数PI②软化点、60℃粘度、延度（10℃、15℃）③TFOT或RTFOT④蜡含量、闪点、溶解度沥青等级适用范围A级沥青各个等级的公路，适用于任何场合和层次。B级沥青①高速公路、一级公路沥青下面层及以下的层次，二级及二级以下公路的各个层次；②用作改性沥青、乳化沥青、改性乳化沥青、稀释沥青的基质沥青。C级沥青三级及三级以下公路的各个层次。沥青等级5.其他沥青材料煤沥青与石油沥青技术性质的差异

1.煤沥青的温度稳定性差煤沥青的气候稳定性差煤沥青的塑性较差与矿质材料表面粘附性能好煤沥青防腐性能好5.其他沥青材料2.乳化沥青是将粘稠石油