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1、沥青混凝土 1 内容介绍 一、概述 二、石油沥青 三、改性沥青 四、沥青混凝土 第一节 概述 一、沥青材料的定义与分类 （一）定义 沥青是一种有机胶凝材料，是由多种有机物构成的极其复 杂的碳氢化合物和碳氢化合物与氧、氮、硫的衍生物所组成的 混合物。 常温下呈黑色或黑褐色的固体、半固体或粘稠性液体，能 溶于多种有机溶剂，几乎不溶于水，属于憎水材料。 沥青材料同水泥材料一样，是建筑、交通、水利等工程领 域中使用最广泛的建筑材料。 （二）分类 沥青 天然沥青 煤沥青 石油沥青 地沥青 焦油沥青 木沥青 泥炭沥青 页岩沥青 主要作为防水、防潮、防腐蚀材料，用于屋面或地下防水 工程、防腐蚀工程、铺筑道路
2、以及贮水池、浴池及桥梁等防 水防潮层。（石油沥青） 二、沥青建筑材料 沥青具有良好的防水、抗渗、耐化学侵蚀性，以及它与矿物材 料有较强的粘接力、塑性和能抗冲击荷载的作用，在工程上应 用面极大，用途很广。 为了使沥青满足一定的性能需求，工程上使用的沥青材料 通常都是改性沥青和沥青混合料。 p掺树脂、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂（改性剂） p采取对沥青轻度氧化加工等措施 改善沥青或沥青混合料的性能。机理：一是改性剂均匀分 布形成空间网络结构；二是改变化学组成。 （一）改性沥青 按工程需要的物理特性，用工厂生产出的 沥青材料进行人工改造，使其满足工程要 求的沥青材料。常见的改性沥青产品有沥 青基防
3、水卷材、沥青胶等。 （二）沥青混合料 沥青混合料是沥青与级配合适的矿物质材料拌和均匀配制 成建筑沥青材料。常见的混合料有沥青混凝土、沥青砂浆及沥 青嵌缝油膏等。 第二节 石油沥青 石油沥青是石油原油经蒸馏等方法提炼出各种轻质油（如 汽油、柴油等）及润滑油以后的残留物或经再加工而得到的产 品。 一、石油沥青的组成与结构 （一）石油沥青的组分 石油沥青由于其化学成分复杂，为便于分析和使用，常将其 物理、化学性质相近的成分归为若干组，称为组分。 不同的组 分对沥青性质的影响不同。组分划分方法通常有三组分法和四 组分法两种。 三组分法：分为油分、树脂和沥青质三个组分。 p油分使沥青的流动性好，降低沥青
4、的粘度和软化点； p树脂含量越多，石油沥青的延度和粘接力等性能越好； p沥青质含量越多，则软化点越高，粘性越大，也越硬脆。 此外，沥青中常含有一定量的固体石蜡，是石油沥青的有害成 分，会增大沥青对温度的敏感性。（高温软化，低温析晶） 四组分法： 饱和分S 芳香分A 胶质R 沥青质At 组分分子量 高温 粘度 低温 变形能力 化学 稳定性 饱和分S500700 芳香分A 300200 0 胶质R 100050 000 沥青质At 1000 100000 （二）石油沥青的胶体结构 沥青组分含量及化学结构不同，则形成不同类型的胶体结构。 把沥青中的油分和树脂归为可溶质，因为它们可以相互溶解 。树脂能
5、在沥青质颗粒的表面形成薄膜，从而构成以沥青质为胶 核，周围吸附有部分树脂和油分的胶团，而无数胶团分散在油分 中形成胶体结构。 根据沥青中沥青质和可溶质的相对比例不同，胶体结构可分 为溶胶型、凝胶型和溶凝胶型三种结构。 1、溶胶型 可溶质较多，沥青质很少，胶团 全部分散。具有较好的流动性和 塑性，较强的裂缝自愈能力，但 对温度的敏感性高，温度稳定性 差。 2、凝胶型 可溶质较少，沥青质含量 很大，胶团相互接触，形成不 规则的空间网络结构，胶团移 动比较困难。具有明显的弹性 和粘性，流动性和塑性较低， 对温度敏感性低，温度稳定性 高。 3、溶凝胶型 介于溶胶和凝胶之间的结构，部分胶团相互接触，这
6、种胶体结构的沥青在常温下变形时，最初有明显的弹性， 但变形增大到一定程度后，则为粘性流体。大多数优质道 路沥青就是这种类型。 二、石油沥青的技术性质 （一）粘滞性 粘滞性又称粘性或稠度，是反映沥青材料在外力作用下，沥 青颗粒之间产生互相位移时抵抗便携的能力，是沥青材料的一 项重要物理力学性质。 液态石油沥青的粘滞性使用粘度表示，粘度是现代沥青等级 划分的主要依据。 牛顿流体:是指在受力后极易变形，且切 应力与变形速率成正比的低粘性流体。 由于液体的粘性将此力层层传递，各层 液体也相应运动，形成速度梯度du/dr， 称剪切速率，以r表示。 ：动力粘度系数（简称粘度） 凡不同于牛顿流体的都称为非牛
7、顿流体。 在运动状态下测定沥青粘度时，考虑到密度的影响， 动力粘度可以用运动粘度T来表示，即沥青在某一温度 下的动力粘度与同温度下的沥青密度之比。 牛顿液体粘度 （单位：Pas） 非牛顿液体视粘度或表观粘度 运动粘度和动力粘度 * ：表观粘度 （PaS ） c：复合流动系数，评价 沥青流变性质的指标。 l绝对绝对 粘度的测测定方法 毛细管法（奥氏粘度计） 真空减压毛细管法，60动力粘度 Brookfield粘度计法 动态 剪切流变仪 （DSR）法 l条件粘度的测测定方法 标准粘度计法 针入度法 软化点法 在严格控制温度和真空度的条件下，测定一定体积沥青被吸过毛细管所需要的时间 l真空减压毛细管
8、法 试验原理 沥青试样在测定温度下的动力黏 度（Pas）； K黏度计常数； t对应的流动时间（s）。 Brookfield粘度计法 可用于测定道路沥青 在45以上温度范围 内表观粘度。 对于牛顿流体其计算公式为： 对于非牛顿流体，上式中的 可表述为 ： 条件粘度测定方法 标准粘度计法CT,d 单位 s 针入度法PT,m,t 单位0.1mm 软化点TR&B 单位 （表征沥青热稳定性） 针入度是等温粘度 软化点是等粘温度 1.标准粘度 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， 流孔直径5mm， 时间100s。 2
9、、针入度 针入度是指在一定温度条件下的条件粘度，用标准试针 垂直贯入沥青试件的深度表示，单位以0.1mm计。 针入度 开始时5s后 沥青材料 （25） 针入度标准试验规定：温度25， 标准针重100g，贯入时间5s，表示为P （25，100g，5s）。针入度越大， 粘度越小，沥青越软。试验时选定可 不同的条件研究沥青粘度与温度的关 系，如 P（0，200g，60s）。 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 贯入沥青深度6mm 粘
10、度变化 二、石油沥青的技术性质 （一）粘滞性 （二）耐热性 沥青的耐热性是指粘稠的石油沥青在高温下不软化 、不流淌的特性。耐热性常用软化点表示。 1、软化点 软化点是沥青从固态转变为液态时达到某特定粘性 流动状态时的温度，通常用环球法来测定。 将沥青注入标准铜环内制成试 件，试件中央放一质量为3.5g的钢 球，并至于水（或甘油）中，以 5/min速率加热至沥青软化下垂 至规定距离25.4mm时的温度，即 为沥青软化点，以为单位。 25.4mm 软化点测试示意图 固态 液态 硬化点 滴落点 T R&B() 条件粘度 粘度变化 软化点高，说明沥青能够的 耐热性能好，但软化点过高， 不易加工；软化点
11、低的沥青， 夏季易产生变形，甚至流淌。 2、脆性 脆点是在温度下降过程中，沥青材料由粘塑性 状态转变为弹脆性状态的温度。 脆点测试方法是将沥青在40mm20mm金属片上涂成 厚0.15mm的薄膜，将其装在弯曲器上放入冷却溶液 中，以1/min的冷却速度降温，同时使试件以每分 钟11次的频率进行变曲，沥青薄膜开始出现裂纹时的 温度即为脆点。 沥青的三态：流动橡胶玻璃 软化点 脆点 （三）温度稳定性 沥青的粘度等性能随温度的不同而产生明显的变化的特性，反 映石油沥青对温度的敏感程度。 温度T lgP logP=AT+K A针入度温度感应性系数 1) 针入度温度关系 A值的确定方法？ 温度T lgP
12、 25 P25 TR&B PR&B 6001000 lgP lgP1 lgP2 t2(25)t1(t软)t （2）针入度指数的确定： 通常以针入度指数（PI）作为沥青温度稳定 性的指标。 PI 值越大，沥青温度稳定性越好。 数组（Pi,Ti）进行回归 已知条件：不同温度下的针入度（Pi、Ti）（2组以上） 或针入度与软化点 计算方法 计算A值PI 查图 3）当量软化点（T800）和当量脆点值（T1.2） 由logP=AT+K： P800 P1.2 4）针入度指数与胶体结构的关系 PI+2 凝胶型沥青 PI=-2+2 溶凝胶型沥青 （四）塑性 塑性是指沥青在外力的作用下产生变形而不破坏，除去 外
13、力后仍能保持变形后的形状的性质。 塑性较好的沥青在常温下产生裂缝时，因为有粘塑性而 可自行愈合，故塑性还反映了沥青开裂后的自愈能力。 沥青 之所以能制造出性能良好的柔性防水材料，很大程度上决定 于沥青这种性质。 同时，因沥青有一定的吸收冲击振动载荷的能力，并能 减少摩擦时的噪音，故是一种优良的道路路面材料。 沥青的塑性可用延伸度（延度）来表示。 在一定温度下，将沥青标准试件以一定的拉伸速度 延伸，试件拉断是延伸的长度即为延度，以cm计。通 常使用的试验条件为温度25、拉伸速度50mm/min。 延度越大，塑性越好。 （五）大气稳定性（耐久性） 大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等环
14、境因素的长期综合作用下抵抗老化的性能，它反映了沥青的 耐久性。 大气稳定性可用沥青的蒸发减量及针入度变化来表示， 即试样在160温度加热蒸发5h后的质量损失百分率和蒸发 前后的针入度比两项指标来表示。 蒸发损失率越小，针入度比越大，则沥青的大气稳定性越好。 （六）其他性能 l溶解度 石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或笨中溶解的百分率， 以表示沥青中有效物质含量，即纯净程度。不溶解的物 质会降低沥青的性能，应加以限制。 l闪点 加热沥青至初次闪火（有蓝色闪光）时的沥青温度。 l燃点或着火点 加热沥青，并与火接触能持续燃烧5秒以上时的温度。 第三节 沥青改性方法 为使沥青能满足工程要求，对从工厂生产的
15、沥青材料通常 要进行改性，使其具有一定的物理性质，如弹性、塑性、粘性 、强度和温度稳定性等。石油沥青的改性方法主要有掺配法、 乳化法和填充法。 一、掺配法 掺配法是指当石油沥青的技术性质（如针入度或软化点） 不能满足工程要求时，可通过用不同的沥青进行掺配而改变沥 青的物理特性。 掺配料应选用表面张力相近和化学性质相近的同产源沥青 ，以保证沥青胶体结构的均匀性。 两种沥青掺配时可先绘制掺配比软化点曲线，通常按直线 法估算掺配量。 T2 T T1 T2 Q1 Q2 0 100 0 100 软 化 点 掺配量 Q1标号较高沥青的掺量，； Q2标号较低沥青的掺量，； T掺配后沥青的软化点，； T1标号较高沥青的软化点，； T2标号较低沥青的软化点，。 二、乳化法 乳化法是将沥青颗粒（16m）分散在含有表面活性物 质（如乳化剂、稳定剂）的水溶液中，形成稳定乳状液的新 型沥青材料。 l种类 根据所用乳化剂不同有： l阴离子型 l阳离子型 l胶体乳液 l制作方法 l加热后直接乳化 l用溶剂溶解后乳化 l用途 l可涂刷或喷涂在表面上作为防潮或防水层； l用于拌制冷用沥青砂浆或混凝土。 1、乳化原理 水是极性分子，沥青是非极性分子，两者不能互相溶合 。当微小沥青颗粒分散在水中时，形成的沥青水分散体系 不稳定，沥青颗粒会自动聚集，最后与水分离。 当水中含有乳化剂时，乳化剂的活性作用使其
