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1、1道路建筑材料II HIGHWAY CONSTRUCTION MATERIALS 第二章：沥青材料 ASPHALT交通科学与工程学院 道路工程教研室 2第二章第二章 沥青材料沥青材料沥青材料简介沥青材料简介 石油沥青的石油沥青的生产工艺生产工艺 石油沥青的组成、石油沥青的组成、组分和结构组分和结构 沥青物理性质沥青物理性质 沥青的沥青的技术性质技术性质、评价方法和评价指标评价方法和评价指标*3一、沥青材料简介 沥青的发展历史公元前3800公元前2500年，开始使用沥青 公元前600年，古巴比伦出现第一条用沥青铺装 的路面，后失传; 十九世纪，用沥青来铺路； 1835年，在巴黎首先出现用沥青铺筑
2、的人行道路 面；约20年后，巴黎出现碾压沥青铺筑的路面。 *4一、沥青材料简介n 沥青材料（Bituminous material）是黑色或暗黑 色固体、半固体或粘稠状物质；n 由天然形成或人工炼制而成；n 定义：由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物高分子的碳氢化合物和 这些碳氢化合物的非金属（氧、硫、氮）的衍生衍生 物所组成的混合物物所组成的混合物，呈褐色至黑色，可溶于苯或 二硫化碳等溶剂，是自然界中天然存在的或从原 油经蒸馏得到的残渣。*5一、沥青材料简介煤煤沥沥沥沥青青 木木沥沥沥沥青青 页页页页岩岩沥沥沥沥青青天然（地）天然（地）沥沥沥沥青青 ( (特立尼达特立尼达湖湖沥沥沥沥青青，岩，
3、岩沥沥沥沥青青) )石油（地）石油（地）沥沥沥沥青青 沥青沥青地 沥 青 AsphaltAsphalt 焦油沥青（干馏）p沥青的种类（按获取方式划分）（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
4、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， 160175针入度，250比重1.041.06闪点， 25 315*我国石油沥青生产量石油沥青产量（万吨）*9二、石油沥青的生产工艺二、石油沥青的生产工艺*10p按关键馏分特性分类：石蜡基、中间基、环烷基关关键馏键馏键馏键馏 分分石蜡基石蜡基中中间间间间基基环烷环烷环烷环烷 基基第一关键馏 分0.8506 第二关键馏 分0.9302 石油在半精馏装置中于常压下蒸得250275的馏分称 为“第一关键馏分”；5.33kpa的压力下减压蒸馏，取得275300的馏分称为 “
5、第二关键馏分” 。（一）石油的基属分类（一）石油的基属分类*11第一关键馏键馏 分基 属第二关键馏键馏 分基属石蜡基中间间基环烷环烷 基石蜡基石蜡基中间间石蜡基中间间基石蜡中间间 基中间间基环烷环烷 中间间 基 环烷环烷 基中间间环烷环烷 基环烷环烷 基 优质沥青：环烷基原油中间基原油石蜡基原油p按含硫量分类硫含量1 含量：525，石蜡基原油1，中东原油生产的沥青5 。 特点：极性很强。 对路用性能的影响：随着沥青质含量的增加，沥青的粘结力、粘度增加，感温 性小、硬度提高。针入度小、软化点高，变形能力差。*26胶质分（二）化学组分（二）化学组分胶质分：溶于正庚烷，深棕色固体或半固体，弱极性 密
6、度1 粘附力强，是沥青质的扩散剂对路用性能的影响： 胶质对沥青质的比例在一定程度上决定了沥青胶体结构的 稳定； 提高沥青的延度， 沥青质+胶质分比例高，粘度增加*27饱和分（二）化学组分（二）化学组分饱和分：溶于正庚烷，由直链和支链脂肪属烃和烷基芳 香烃组成，包括蜡质及非蜡质饱和物 无色液体，无极性密度胶质芳香分饱和分 p 极性：沥青质胶质芳香分饱和分*30高温：高温时融化，使沥青粘度降低，温度敏感性增大 低温：低温时易析出，分散在沥青中，减少沥青分子间 的紧密联系，降低沥青的延展性 粘附性：使沥青与石料表面亲和力变小，影响沥青与石 料的粘附性 抗滑性：使沥青路面抗滑性能降低重交通道路沥青要求
7、：蜡含量 30 ），有相当数量的 胶质形成胶团。胶团浓度增加、引力增强，形成空 间网络结构。*40力学特性：荷载载很小或作用时间时间 很短时时，有明显弹显弹 性 效应应；应应力超过过屈服值值之后，表现为粘一弹性变形。具有触变性。路用性能：具有较低的温度感应性和较好的粘弹特性，低温变形能力较差。p 深度氧化的沥青多属于凝胶型沥青（三）石油沥青的胶体结构（三）石油沥青的胶体结构*41（三）石油沥青的胶体结构（三）石油沥青的胶体结构 胶体结构类型的判定： 针入度指数PI+2 凝胶结构。 *42四、沥青的物理性质四、沥青的物理性质1.1. 密度密度: : 沥青在规定温度 (15)条件下、单位体积的质
8、量。也用相对密度表示：在规定温度下，沥青质量与 同体积水质量之比。 密度与化学组成密切相关，粘稠沥青密度0.96 1.04范围。我国富产石蜡基沥青，密度在1.00以下。用处：沥青在质量与体积之间互相换算及沥青混合料 配合比设计时必不可少的重要参数。特点：随温度的升高而降低，体积膨胀。*432. 热胀系数：温度上升1时的长度或体积的变化，分别称为线胀系数或体胀系数，统称热胀系数。 沥青路面开裂，与沥青混合料的温缩系数有关。沥青路面开裂，与沥青混合料的温缩系数有关。特别是含特别是含 蜡沥青蜡沥青，当温度降低时，蜡由液态转变为固态，比容突然，当温度降低时，蜡由液态转变为固态，比容突然 增大，沥青的热
9、胀系数发生突变，易导致路面产生开裂。增大，沥青的热胀系数发生突变，易导致路面产生开裂。四、沥青的物理性质四、沥青的物理性质3. 介电常数: 沥青的介电常数与沥青对氧、雨、紫外线等的耐候性（耐老化性）有关，英国道路研究所研究认为，介电 常数与沥青路面抗滑性有很好的相关性。 *44(1) 动力粘度（绝对粘度）n沥青在外力作用下沥青粒子产生相互位移，其抵抗剪切变 形的能力。 n牛顿流体的内摩擦力F与流速梯度 成正比，与层流 面积A成正比1. 1. 粘滞性粘滞性粘度的表达方式（粘度的表达方式（viscosityviscosity）五、沥青的五、沥青的技术性质技术性质单位： Pas*45(2) 运动粘度
10、-牛顿流体考虑密度的影响，沥青在某一温度 下动力粘度与密度之比为运动粘度单位：米2/秒(斯)(3) 表观粘度(视粘度)-非牛顿流体沥青在高温条件下接近牛顿流体，正常温度范围内表现为粘弹性体，不同的剪变率粘度不同单位：Pas1. 1. 粘滞性粘滞性粘度的表达方式（粘度的表达方式（viscosityviscosity）*46u沥青的复合流动系数C：评价沥青流变性质的重要指标。 C=1.0表示牛顿流型沥青，C1.0表示非牛顿流型沥青，C值愈小表示非牛顿性愈强。(3) 表观粘度(视粘度)-非牛顿流体1. 1. 粘滞性粘滞性粘度的表达方式（粘度的表达方式（viscosityviscosity）（a）牛顿
11、流体 （b）非牛顿流体*47(1) 动力粘度（绝对粘度）:真空减压毛细管法沥青在真空装置中保持一定温度(60)通 过规定型号毛细管粘度计流经规定体积所 需的时间（Pa.s）T=kt（k为为粘度计计常数） (2)运动动粘度（绝对绝对 粘度）：毛细细管法指沥青试样在规定的试验温度（135） 下，流经规定体积所需的时间。vT=ct（c为粘度计标定常数）1. 1. 粘滞性粘滞性粘度的测试方法粘度的测试方法*48(3) 相对粘度测定方法 标准粘度计法。我国现行试验法现行试验法测定液体石油沥青、煤沥青和乳化沥青等粘度，采用道路标准粘度计法。p试验方法：液态沥青在标准粘度计中，于规定温度通过 规定流孔直径流
12、出50ml体积所需时间。温度和孔径根据粘 度选择，常用的有3,4,5和10mm等4种。p相同温度和流孔条件下，流出时间愈长，粘度愈大。1. 1. 粘滞性粘滞性粘度的测试方法粘度的测试方法*49 标准粘度计法1. 1. 粘滞性粘滞性粘度的测试方法粘度的测试方法*50100 gInitialPenetration in 0.1 mmAfter 5 seconds该法是沥青材料在规定温度规定温度条件下，以规定质量规定质量的标准针 经过规定时间规定时间贯入，沥青试样的深度（以0.1mm为单位计）针入度试验:等温粘度1. 1. 粘滞性粘滞性粘度的测试方法粘度的测试方法*51常用的试验条件为P25，100
13、g，5S。为确定针入度指数（PI）时，针入度试验常用条件为5、15、25和35等，但标准针质量和贯入时间是均为100g和5s。 针入度试验AH-90: 重交通90号沥青，25 针入度为80-100(0.1mm)之间 AH-70: 重交通70号沥青，25 针入度为60-80(0.1mm)之间1. 1. 粘滞性粘滞性 粘度的测试方法粘度的测试方法*52沥青材料是一种非晶质高分子材料，它由液态凝结为固态，或由固态熔化为液态时，没有敏锐的固化点或液化点，通常采用条件的硬化点和滴落点来表示。即达到一定粘度时的温度 软化点试验：等粘温度1. 1. 粘滞性粘滞性 粘度的测试方法粘度的测试方法硬化点滴落点0.
14、8721*5325.4mm3.5g 软化点试验(Softening point)环与球法软化点（TR 一般认为选用-1+1的溶凝胶型沥青适宜修筑沥青路面。3. 3. 沥青的感温性沥青的感温性*66当量软化点T800与当量脆点T1.2当量软化点T800和当量脆点T1.2分别定义为与沥青针入度 800和1.2对应的温度，它们可以代替软化点和脆点反映沥青 高温性能和低温性能。 3. 3. 沥青的感温性沥青的感温性*67习题1. 请说出下列符号的含义(1)P (2)PI (3)AH-90 (4)A (5)(6) P25，100g，5S (7) (8) SARA法 2. 什么是沥青的三大指标 3. 一种
15、沥青W,其25度针入度为85，软化点为45，请 计算其针入度温度感应系数A及PI值，并说出 其胶体结构*68p 沥青与集料的粘附性：根据沥青混合料的最大粒径决定13.2mm采用水煮法；13.2mm采用水浸法。pp水煮法水煮法：选取粒径为13.219mm形状接近正立方体的规则 集料5个，经沥青裹覆后在蒸馏水中沸煮3min，按沥青膜剥落 面积百分率分为5个等级评价粘附性。pp水浸法水浸法：选取9.513.2mm的集料100g与5.5g的沥青在规 定温度条件下拌和，配制成沥青集料混合料，冷却后浸入 80的蒸馏水中保持30min，按剥落面积百分率评定粘附性。 共分5个等级，最好为5级，最差为1级。 4
16、. 4. 沥青的粘附性沥青的粘附性*69（1 1）热致老化评价）热致老化评价：由于路面施工加热导致沥青性能变化的 评价，我国现行行业标准规定： u 中轻交通量道路用石油沥青：“蒸发损失试验”； u 重交通量道路用石油沥青：“薄膜加热试验”； u 液体沥青：进行蒸馏试验。 沥青蒸发损失试验：将沥青试样50g盛于直径55mm、深 35mm的器皿中。在1631的烘箱中加热5h，测定质量损 失以及残留物P占原试样P的百分率。缺点：沥青与空气接触面积太小，试样太厚，效果较差。5. 5. 沥青的耐久性沥青的耐久性*70 沥青薄膜加热试验(TFOT: the test of thin-film-oven )：
