石油沥青基础知识

石油沥青基础知识

石油沥青是以原油经蒸储后得到的减压渣油为主要原料制成的一类石油产

品，是由多种碳氢化合物，及其非金属衍生物组成的复杂混合物。外观呈黑色固

态或半固态粘稠状。

一、石油沥青的主要性能

1.感温性

石油沥青随温度而发生性质变化的性能称为沥青的感温性。最常用的评定指

标是针入度指数(简称PI)值。

20(1-25/1)

ri=------------------(6-1)

1+50A

JR”

Z1一(6-2)

式中THT2一一两个不同的试验温度，℃；

打、弓——在Ti、T2温度下测定的针入度，0.1mm。

当PI<-2时，沥青的温度敏感性强；当PI>2时，虽温度敏感性弱，但沥青

具有明显的凝胶特性，沥青的耐久性不好，所以，普遍规定PI在-1.0~+1.0之间。

PI是评价沥青性能指标的核心。

2.高温变形性能

沥青作为粘弹性材料，在高温的条件下，沥青性能由弹性体向塑性体转化,

抗变形性能急剧下降，尤其对道路沥青，高温稳定性显得更加重要。沥青高温稳

定性不足的路面，反映在夏季高温季节出现车辙、推拥等永久性变形，不仅影响

行车舒适性，而且对交通安全造成威胁。因此沥青的高温流动变形问题是世界各

国普遍关注的问题。评定石油沥青在高温下流动变形的指标为软化点和60C粘

度。

软化点是在试验规定的条件下，试样受热软化到使两个放在沥青上的钢球下

落25mm距离时的温度平均值，以。C表示。软化点高，表示石油沥青的耐高温性

越强，受热后不致迅速软化，并在高温下有较高的粘滞性，所铺路面不易因受热

而变形。但软化点太高，则会因不易熔化而造成铺浇施工的困难。软化点是沥青

的最基本的一种性质指标，是我国道路沥青最常用的三大指标之一。

在我国，夏季沥青路面的温度可达50℃~70℃,测定60℃粘度可真实地反映

路面的实际使用情况，粘度大的沥青在荷载作用下产生较小的剪切变形，弹性恢

复性能好，残留的永久性塑性变形小，这就说明了抵抗车辙的本质。美国、澳大

利亚等国采用60℃粘度作为沥青分级指标。

3.低温抗裂性能

石油沥青在低温下易转变为脆硬的玻璃态，很容易开裂，通常以针入度、脆

点以及延度来评价。

①针入度在25℃±0.5C和5s的时间内，荷重100.0g±0.1g的标准针垂直

穿入沥青试样的深度，以0.1mm表示。是表示沥青粘稠程度或软硬的指标。针

入度越小，表明沥青越稠硬。在现阶段，针入度仍然是我国选择沥青标号的最主

要依据。对于道路沥青来说，针入度大即较稀的沥青比较稠沥青的路面裂缝少。

在寒冷地区，为预防路面开裂，宜采用针入度较大的软质沥青。针入度的大小还

可以判断沥青和石料混合搅拌的难易。

为了考察沥青在较低温度下塑性变形的能力，有时还需要测定其在15℃、

10C或5℃下的针入度。

②脆点在一薄金属片的一面涂以沥青,使之成为厚约05mm的均匀薄膜，

以l℃/min的速度降温，同时每分钟将金属片以一定的速率和一定的曲率弯曲一

次。沥青最初发生裂缝时的温度为脆点。脆点高的沥青在低温下易转变为脆硬的

玻璃态，很容易开裂。通常，针入度大、针入度指数大的沥青其脆点越低、抗裂

性能也越好。

③延度以规定的蜂腰形试件，在一定温度下以一定速度拉伸试样至断裂时

的长度，以cm表示。是表示沥青在一定温度下断裂前扩展或伸长能力的指标。

延度大,表明沥青的塑性变形性能好,不易出现裂纹，即使出现裂纹也容易自愈。

同一沥青不同温度下的延度不同，选择适宜的试验温度作为评价沥青低温抗

裂性能显得特别重要。一般需要测定其在15℃、10℃或5℃下的延度。

4.抗老化性能

抗老化性能是指抵抗老化的能力。所谓老化是指石油沥青在运输、贮存、加

热及使用过程中，由于长期暴露在空气中，加上温度及日光等环境条件的影响，

沥青会因氧化而变硬、变脆。表现为针入度和延度减小、软化点增高。所以还要

求沥青具有较好的抗老化性能，以延长其使用寿命。测定沥青抗老化性能的主要

方法是薄膜烘箱法，即将沥青薄膜（约厚3.2mm）在163c的烘箱中加热5h,通过

测定试样在加热前后物理性质的变化，来确定热和空气对沥青质量的影响。衡量

其性质变化的具体指标有针入度比等，针入度比是经薄膜烘箱试验后试样的针入

度与原试样的针入度之比，用百分率来表示。针入度比小，说明该沥青的抗老化

性不好。

除以上性能外，沥青还需具有抗疲劳性能、粘附性能及其他性能。

二、石油沥青的分类

石油沥青按其用途可分为道路沥青、建筑沥青、涂料沥青、电缆沥青及橡胶

沥青，石油沥青主要用于道路铺设和建筑工程上，也广泛用于水利工程、管道防

腐、电器绝缘和油漆涂料等方面。

三、石油沥青的品种及应用

石油沥青产品中产量最高的主要是道路沥青和建筑沥青C

1.道路石油沥青

我国道路石油沥青按针入度分为200、180、140、100甲、100乙、60甲、

60乙七个牌号。目前还有一种适用于修筑高等级道路的石油沥青，称为重交通

道路石油沥青，其质量指标见表6-2。

表6・2重交通道路石油沥青质量指标

质量指标(GB/T15180-2000)

项目

AH-130AH-110AH-90AH-70AH-50试验方法

针入度(25匕,100g,5s)/lO-'mm120~140100~12080~10060-8040-60GBO*4509

延度(15C.5cm/min)/cm不小于10010010010080GMT4508

软化点（环球法）/七34-4840-5042-5244~5445-55GBT4507

溶解度/%不小于99.0GB/r11148

闪点（开口）/C不低于230GB/T267

密度(25©/g・cm-3报告GB/T8928

蜡含量/m%不大于3.0SHT0425

薄膜烘箱试验（163℃,5h）1.31.21.00.80.6GB/T5304

质量损失/%不大于

针入度比/%不小于4548505558GMT4509

延度(15℃,5cm/inin)/cm不小于7575755040GIVr4508

延度(25℃,5cmzmin)/cm不小于报告GBH,4508

2.建筑石油沥青

我国建筑石油沥青按针入度分为10、30和40三个牌号。主要用作屋面或地

下设施的防水材料，是由减压渣油经氧化法加工制成的。这类沥青要求硬度大、

耐温性好、有良好的粘结性和防水性能，并有较好的抗氧化和抗老化能力，以保

证能较长时间使用而不致因老化变脆而开裂。其质量指标见表6-3。

表6・3建筑石油沥青质量指标

项目质量指标试验方法

10号30号40号

针入度(25℃,100g,5s)/10'mm10-2526~3536-50GB/T4509

延度(15C,5cm/min)/cm不小于1.52.53.5GB/T4508

软化点（环球法）/℃957560GB/T4507

溶解度（三氯乙烷、三氯乙烯、99.599.599.5GB/T11148

四氯化碳或苯）/%

不小于

脆点（开口）/℃不低于GB/T4510

蒸发损失（163℃,5h）/%不大111GB/T11964

于

蒸发后针入度比/%656565①

闪点（开口）/℃不低230230230GB/T267

于

备注：测定蒸发损失后的样品针入度与原针入度之比乘以100,即为蒸发后的针入度比。

四、石油沥青的化学组成、胶体结构与使用性能的关系

石油沥青是个胶体分散体系，其分散相是以沥青质为核心吸附部分胶质而形

成的胶束。沥青的理化和使用性质很大程度决定于其胶体体系的性质，而能否形

成稳定的胶体体系又与其化学组成密切相关。一般以饱和分、芳香分、胶质、沥

青质四组分描述沥青化学组成。

沥青中饱和分的含量不能过多，饱和分过多，将使沥青中分散介质的芳香度

过低，便不能形成稳定的胶体分散体系。沥青中芳香分的存在是必需的，它的存

在提高了沥青中分散介质的芳香度，使胶体体系易于稳定；添加SBS或APP等

有机高聚物生产改性沥青时，芳香组分含量高，可增加互溶性。胶质本身具有良

好的塑性和粘附性，是沥青中必不可少的组分，它能使沥青质稳定地胶溶于体系

中；沥青质的存在可改善沥青的高温性能，但沥青质含量过多，会使沥青的延度

大大减小，容易脆裂。

蜡含量对沥青的性能也有很大影响。我国长期以来对沥青中的蜡问题作了一

系列深入的研究，根据我国的研究和实践,沥青中蜡对沥青性能的影响主要表现:

沥青中的蜡在高温时融化,使沥青粘度降低，影响高温稳定性，增大温度敏感性；

蜡会影响沥青的粘结力及抗水剥离性；蜡在低温时结晶析出，分散在其他各组分

之间，减小了分子间的紧密联系，当蜡结晶的大小超过胶束的界限时，便以不均

相的悬浮物状态存在于沥青中，蜡相当于沥青中的杂质，使沥青的极限拉伸应变

和延度变小，容易造成低温发脆、开裂。因此，对于高等级公路路面用沥青，必

须限制蜡的含量，以保证它有较好的低温性能和较长的通路寿命。

研究表明，只有当沥青中所含油分（饱和分、芳香分之和）、胶质、沥青质的

量符合一定的关系时，沥青的性能才能符合要求。埃索石油公司研究认为，优良

沥青的适宜组成范围为:其蜡含量生2%,芳香分430%,沥青质含量为8%〜16%。

表6-4列出了沥青四组分含量的大体范围。

表6-4沥青四组分族组成典型数据

项目沥青I沥青2沥青3

密度（1500/gem-31.0421.0041.012

蜡含量（蒸储法）/%1.12.33.0

饱和分/%13.314.313.8

芳香分/%40.439.435.9

胶质/%33.332.844.6

沥青质/%13.013.55.7

针入度（25C）/lO-'mm59