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第四章沥青材料第一页，共四十八页第四章沥青材料第二页，共四十八页二、分类二、分类一、概念一、概念:沥青材料是一种有机胶凝材料，其内部组成沥青材料是一种有机胶凝材料，其内部组成 是一些十分复杂的碳氢化合物及其非金属衍是一些十分复杂的碳氢化合物及其非金属衍 生物的混合物生物的混合物 第三页，共四十八页第二节第二节 石油沥青石油沥青 Petroleum asphalt 第四页，共四十八页一、生产工艺一、生产工艺 溶剂膜溶剂膜溶剂膜溶剂膜 溶剂沥青溶剂沥青溶剂沥青溶剂沥青原油原油原油原油 常压塔常压塔常压塔常压塔 减压塔减压塔减压塔减压塔 沥青沥青沥青沥青 直馏沥青直馏沥青直馏沥青直馏沥青 氧化塔氧化塔氧化塔氧化塔 氧化沥青氧化沥青氧化沥青氧化沥青二、分类二、分类 1.1.按原油成分：按原油成分：石蜡基沥青（含蜡量石蜡基沥青（含蜡量 5%）（）（蜡常温下以结晶 形式存在，降低沥青的黏结性和塑性）；）； 沥青基沥青或环烷基沥青（含蜡量沥青基沥青或环烷基沥青（含蜡量 300300，液体沥青，液体沥青 针入度针入度=300=300，黏稠沥青：，黏稠沥青： 又分为固体沥青（又分为固体沥青（4040）和半固体沥青）和半固体沥青(40-300)(40-300)第六页，共四十八页。

三、石油沥青的组成三、石油沥青的组成 沥青分子通式是：沥青分子通式是： ，通常在石油沥青，通常在石油沥青中碳含量为中碳含量为80%-87%80%-87%，氢为，氢为10%-15%10%-15%，氧、硫、和氮的含量少于，氧、硫、和氮的含量少于3%3%由于石油沥青化学组成结构的复杂性，工程上常将沥青所含由于石油沥青化学组成结构的复杂性，工程上常将沥青所含烃类化合物中化学性质相近的成分归类分析，从而划分为若干组，烃类化合物中化学性质相近的成分归类分析，从而划分为若干组，即用组分进行分析即用组分进行分析 第七页，共四十八页1.1.三组分分析法三组分分析法 （1 1）油分：粘性液体，使沥青具有流动性）油分：粘性液体，使沥青具有流动性（2 2）树脂：半固体，有酸性和中性之分）树脂：半固体，有酸性和中性之分 酸性树脂（地沥青酸、地沥青酸酐）：提高黏附性酸性树脂（地沥青酸、地沥青酸酐）：提高黏附性 中性树脂（含量多）：使沥青具有可塑性中性树脂（含量多）：使沥青具有可塑性3 3）沥青质：固体粉末，使沥青具有粘性和耐高温性，但也）沥青质：固体粉末，使沥青具有粘性和耐高温性，但也 降低沥青的塑性降低沥青的塑性。

含量高，沥青变硬、变脆含量高，沥青变硬、变脆第八页，共四十八页2.2.四组分分析法四组分分析法 沥青质、饱和分、芳香分、胶质沥青质、饱和分、芳香分、胶质（1 1）饱和分：也称饱和烃相当于油分，在老化过程）饱和分：也称饱和烃相当于油分，在老化过程 中基本不变中基本不变2 2）芳香分：亦称芳香烃相当于油分的一种，）芳香分：亦称芳香烃相当于油分的一种， 老化过程中部分会转变成胶质老化过程中部分会转变成胶质3 3）胶质：相当于树脂胶质：相当于树脂4 4）沥青质第九页，共四十八页3.3.沥青的含蜡量（对路面性能的影响）沥青的含蜡量（对路面性能的影响） 高温时，石蜡变软，导致沥青路面的高温稳定性降低，高温时，石蜡变软，导致沥青路面的高温稳定性降低，出现车辙，另一方面，低温会使沥青变脆硬，导致路面低温出现车辙，另一方面，低温会使沥青变脆硬，导致路面低温抗裂性降低，出现裂缝，且蜡会使石料与沥青之间的粘附性抗裂性降低，出现裂缝，且蜡会使石料与沥青之间的粘附性降低，使路面石料与沥青产生剥落，造成路面的破坏；石蜡降低，使路面石料与沥青产生剥落，造成路面的破坏；石蜡的存在还会降低沥青路面的抗滑性能的存在还会降低沥青路面的抗滑性能。

第十页，共四十八页四、石油沥青的结构四、石油沥青的结构1.1.胶体理论胶体理论 沥青的胶体结构是以沥青质为胶核，胶质被吸附其表沥青的胶体结构是以沥青质为胶核，胶质被吸附其表面，并逐渐向外扩散形成胶团，胶团再分散于芳香分和面，并逐渐向外扩散形成胶团，胶团再分散于芳香分和饱和分中饱和分中2.2.胶体结构类型（三种）胶体结构类型（三种）第十一页，共四十八页 a a、溶胶型结构、溶胶型结构 b b、溶凝胶型结构、溶凝胶型结构 c c、凝胶型结构、凝胶型结构溶胶结构：沥青质含量少，饱和分和芳香分、胶质多溶胶结构：沥青质含量少，饱和分和芳香分、胶质多凝胶结构：沥青质含量较多，并有相应数量的胶质形成凝胶结构：沥青质含量较多，并有相应数量的胶质形成 胶团，使得胶团的相互移动较困难胶团，使得胶团的相互移动较困难溶溶- -凝胶结构：适中（理想结构）凝胶结构：适中（理想结构）第十二页，共四十八页3.3.胶体结构的评价方法胶体结构的评价方法针入度指数（针入度指数（PIPI）沥青的针入度指数沥青的针入度指数沥青胶体结构类型沥青胶体结构类型 2 2溶胶溶胶 2 22 2溶凝胶溶凝胶 2 2凝胶凝胶沥青的针入度指数和胶体结构类型沥青的针入度指数和胶体结构类型第十三页，共四十八页。

五、石油沥青的技术性质五、石油沥青的技术性质1.1.黏滞性：指沥青在外力作用下抵抗变形的能力，其大小取决黏滞性：指沥青在外力作用下抵抗变形的能力，其大小取决 于沥青的化学组分及温度用黏度表示于沥青的化学组分及温度用黏度表示 1 1）沥青的绝对黏度）沥青的绝对黏度 （动力黏度）（动力黏度） 2 2）沥青的相对黏度）沥青的相对黏度 （条件黏度）（条件黏度） 技术指标：针入度技术指标：针入度 、黏度、黏度 沥青绝对黏度概念图沥青绝对黏度概念图第十四页，共四十八页针入度针入度 penetration 针入度试验适用于测定道路石油沥针入度试验适用于测定道路石油沥青稠度，针入度划分沥青技术等级的重青稠度，针入度划分沥青技术等级的重要指标 1 1）定义：在规定的温度和时间内，）定义：在规定的温度和时间内，附加一定质量的标准针垂直贯入试样的深附加一定质量的标准针垂直贯入试样的深度，以度，以0.1mm0.1mm表示 2 2）表示方法：）表示方法： 沥青针入度试验示意图沥青针入度试验示意图第十五页，共四十八页黏度黏度 viscosity 1 1）定义：）定义：液态沥青在规定温度条件下，通过规液态沥青在规定温度条件下，通过规定的流孔直径，流出定的流孔直径，流出50ml50ml体积所需要的时间。

体积所需要的时间适用于测定液体石油沥青、软煤（适用于测定液体石油沥青、软煤沥青等的黏度）沥青等的黏度）2 2）试验方法：标准粘度计法）试验方法：标准粘度计法3 3）表示方法：）表示方法： eg：4 4）结论）结论： 相同的温度和流孔条件下，流出时间相同的温度和流孔条件下，流出时间越长，表示沥青黏度越大越长，表示沥青黏度越大第十六页，共四十八页道路标准黏度计道路标准黏度计第十七页，共四十八页2.2.塑性塑性1 1）定义）定义: :沥青在外力作用下发生变形而不破坏的能力沥青在外力作用下发生变形而不破坏的能力2 2）影响因素：沥青的组分及温度）影响因素：沥青的组分及温度3 3）衡量指标：延度）衡量指标：延度 4 4）试验：延度仪测定）试验：延度仪测定 延度试件延度试件结论：沥青延度越大，塑性越好，柔性和结论：沥青延度越大，塑性越好，柔性和抗断裂性能越好抗断裂性能越好第十八页，共四十八页3.3.温度稳定性温度稳定性1 1）高温敏感性（用软化点表示，单位：）高温敏感性（用软化点表示，单位： ） 测定方法：环球法软化点仪；测定方法：环球法软化点仪； 以沥青由固化点到滴落点的温度间隔的以沥青由固化点到滴落点的温度间隔的87.21%87.21%为软化点。

为软化点环球法的软化点仪环球法的软化点仪定义：指沥青的黏滞性和塑性随温度升降而变化的性能定义：指沥青的黏滞性和塑性随温度升降而变化的性能 第十九页，共四十八页2 2）低温抗裂性（用脆点表示）低温抗裂性（用脆点表示） 脆点的表示：沥青材料由黏塑状态转变为固体状态达脆点的表示：沥青材料由黏塑状态转变为固体状态达 到条件脆裂时的温度到条件脆裂时的温度 测定方法：弗拉斯脆点仪测定方法：弗拉斯脆点仪软化点越高，表明沥青的耐热性越好，即温度稳定性愈好软化点越高，表明沥青的耐热性越好，即温度稳定性愈好沥青的三大指标：针入度、延度、软化点沥青的三大指标：针入度、延度、软化点要求沥青具有较高的软化点和较低的脆点要求沥青具有较高的软化点和较低的脆点第二十页，共四十八页4.4.加热稳定性加热稳定性1 1）定义：）定义：沥青在过热或长时间加热过程中，会发生轻质馏分挥发、氧化、沥青在过热或长时间加热过程中，会发生轻质馏分挥发、氧化、裂化、聚合等一系列物理及化学变化，使沥青的化学组成及性质相应地发生裂化、聚合等一系列物理及化学变化，使沥青的化学组成及性质相应地发生变化，称为沥青加热稳定性变化，称为沥青加热稳定性 2 2）试验：）试验：按规定要进行对沥青的加热质量损失和加热后残渣性质的按规定要进行对沥青的加热质量损失和加热后残渣性质的试验试验对于道路石油沥青（黏稠沥青）：沥青的薄膜加热试验对于道路石油沥青（黏稠沥青）：沥青的薄膜加热试验对于液体石油沥青：液体石油沥青蒸馏试验对于液体石油沥青：液体石油沥青蒸馏试验测定：测定：1.1.质量损失百分率质量损失百分率2.2.针入度针入度3.3.延度（延度（2525）(cm) (cm) 4.4.延度（延度（1515）(cm) (cm) 第二十一页，共四十八页。

5.5.安全性安全性2 2）闪点测定方法：）闪点测定方法：克利夫兰开口杯式闪点测定仪克利夫兰开口杯式闪点测定仪1 1）指标）指标: :主要是闪点和燃点主要是闪点和燃点闪点：指加热沥青挥发出可燃气体与空气组成的混合气体在规定闪点：指加热沥青挥发出可燃气体与空气组成的混合气体在规定条件下与火接触，产生闪光时的沥青温度条件下与火接触，产生闪光时的沥青温度燃点燃点：指沥青加热产生的混合气体与火接触，持续燃烧：指沥青加热产生的混合气体与火接触，持续燃烧 5s 5s 以上时的沥青以上时的沥青温度，一般与闪点相差温度，一般与闪点相差1010 各种沥青的最高加热温度都必须低于其闪点和燃点各种沥青的最高加热温度都必须低于其闪点和燃点第二十二页，共四十八页6.6.溶解度溶解度 定义：石油沥青在三氯乙烯中溶解的百分率定义：石油沥青在三氯乙烯中溶解的百分率用以确定沥青含有用以确定沥青含有 对筑路有利的有效成分的百分含量对筑路有利的有效成分的百分含量）7.7.含水量含水量 含水危害：含水危害：1.1.施工中挥发太慢，影响施工速度施工中挥发太慢，影响施工速度 2.2.加热时加热时“溢锅溢锅”易引起火灾易引起火灾 3.3.造成材料损失，影响沥青与矿质材料的粘结。

造成材料损失，影响沥青与矿质材料的粘结解决措施：解决措施：在熔化沥青时，加快搅拌速度，促进水分蒸发，控制在熔化沥青时，加快搅拌速度，促进水分蒸发，控制 加热温度加热温度粘稠沥青用水分测定仪测定，液体沥青可直接抽提粘稠沥青用水分测定仪测定，液体沥青可直接抽提第二十三页，共四十八页8. 8. 其他性能指标其他性能指标（1 1）针入度指数（）针入度指数（PIPI）：）：是表征沥青感温性和胶体结构的指标是表征沥青感温性和胶体结构的指标 则：则： A- A-针入度温度感应性系数针入度温度感应性系数得出：针入度指数得出：针入度指数 试验研究认为，沥青达到软化点，此时试验研究认为，沥青达到软化点，此时的针入度在的针入度在60060010001000之间，假定为之间，假定为800800（0.1mm0.1mm），温度感应性系数），温度感应性系数A A可由式：可由式：第二十四页，共四十八页2 2）劲度模量）劲度模量定义：表示沥青的黏性和弹性联合效应的指标定义：表示沥青的黏性和弹性联合效应的指标 根据沥青材料的针入度指数根据沥。