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1、第七章 沥青和沥青混合料 7.1 沥沥青沥青分为地沥青和焦油沥青，其中地沥 青分为天然沥青和石油沥青，焦油沥青 分为煤沥青和页岩沥青。 7.1.1 石油沥沥青 一、来源： 石油原油经经蒸馏馏提炼炼出各种轻质轻质 油（如汽 油、煤油、柴油等）及润润滑油以后的残 留物，或再经经加工而得的产产品。根据石 油沥沥青的生产产加工工艺艺不同，可分别别制 得蒸馏沥馏沥 青、氧化沥沥青、溶剂沥剂沥 青等。1二、石油沥青的组成 石油沥青划分为油分、树脂和地沥青质三 个主要组分。 不同组分对石油沥青性能的影响不同。油 分赋予沥青流动性；树脂使沥青具有良 好的塑性和粘结性；地沥青质则决定沥 青的稳定性（包括耐热性、
2、粘性和脆性 ），其含量愈多，软化点愈高，粘性愈 大，愈硬脆。2三、石油沥青的结构 石油沥青的结构是以地沥青质为核心，周 围吸附部分树脂和油分，构成胶团，无 数胶团分散在油分中而形成胶体结构。 当地沥青质含量相对较少时，油分和树脂 含量相对较高，胶团外膜较厚，胶团之 间相对运动较自由。这时沥青形成的胶 体结构叫溶胶结构。具有溶胶结构的石 油沥青粘性小，流动性大，温度稳定性 较差 3当地沥青质含量较多而油分和树脂较少时 ，胶团外膜较薄，胶团靠近聚集，移动 比较困难，这时沥青形成的胶体结构叫 凝胶结构。具有凝胶结构的石油沥青弹 性和粘结性较高，温度稳定性较好，但 塑性较差。 当地沥青质含量适当，并有
3、较多的树脂作 为保护膜层时，胶团之间保持一定的吸 引力，这时沥青形成的胶体结构叫溶胶 凝胶结构。溶胶凝胶型石油沥青的 性质介于溶胶型和凝胶型两者之间。47.1.2 石油沥青的技术性质一、粘滞性 1.定义：石油沥青的粘滞性是反映沥青材料内部阻碍其相 对流动的一种特性。它反映了沥青软硬、稀稠 的程度。是划分沥青牌号的主要技术指标。 2.表示液体石油沥青的粘滞性用标准粘度指标表示，它 表征液体沥青在流动时的内部阻力； 半固体或固体的石油沥青则用针入度指标表示， 它反映石油沥青抵抗剪切变形的能力。5二、塑性1.定义： 塑性是指石油沥青在外力作用时产生变形 而不破坏，除去外力后仍保持变形后的 形状不变的
4、性质。 2.表示 石油沥青的塑性用延度表示。延度值越大 ，表示沥青塑性越好。 沥青中油分和地沥青质含量适当，树脂含 量越多，延度越大，塑性越好。温度升 高，沥青的塑性随之增大。 6三、温度敏感性 1.定义：温度敏感性（温度稳定性）是指石油沥青的粘滞 性和塑性随温度升降而变化的性能。 2.指标：软化点：沥青材料从固态转变至粘流态有一定的 间隔，因此，规定其中某一状态作为从固态转 到粘流态（或某一规定状态）的起点，相应的 温度称为沥青软化点。 针入度指数：7四、大气稳定性 1.定义：大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、 氧气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗老化的 性能。 2.原因：在大气因素（热、阳光
5、、氧气和水分） 的综合作用下，沥青中的低分子量组分会向高 分子量组分逐步转化，发生递变，即油分树 脂地沥青质。由于树脂向地沥青质转化的速 度远比油分变为树脂的速度快得多，因此，石 油沥青会随着使用时间的延长，树脂显著减少 ，地沥青质显著增加，沥青的塑性降低，脆性 增加，亦即“老化” 8五、溶解度、闪点和燃点 1.定义：溶解度是指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳和苯 中溶解的百分率。用以限制有害的不溶物（如 沥青碳或似碳物）含量。不溶物会降低沥青的 粘结性。 闪点也称闪火点，是指加热沥青产生的气体和空 气的混合物，在规定的条件下与火焰接触，初 次产生蓝色闪光时的沥青温度。若按规定继续 加热至沥青试样
6、表面发生燃烧火焰，并持续5s 以上，此时的温度即为燃烧点（即燃点）。97.1.3 石油沥青的技术标准与选用 一、建筑石油沥青的标准与选用 1.建筑石油沥青： 划分：按沥青针入度值划分为40号、30号 和10号三个标号 特点：建筑石油沥青针入度较小、软化点 较高，但延度较小。 用途：它们主要用于屋面及地下防水、沟 槽防水与防腐、管道防腐蚀等工程，还 可用于制作油毡、油纸、防水涂料和沥 青玛蹄脂等建筑材料。10二、道路石油沥青 7.1.4沥青的掺配及改性一、沥青的掺配 定义：施工中，若采用一种沥青不能满足 配制沥青所要求的软化点时，可用两种 或三种沥青进行掺配。掺配要注意遵循 同源原则，即同属石油
7、沥青或同属煤沥 青（或煤焦油）的才可掺配。11二、氧化改性 氧化也称吹制，是在250300高温下向残留 沥青或渣油中吹入空气，通过氧化作用和聚 合作用，使沥青分子变大，提高沥青的粘度 和软化点，从而改善沥青的性能。工程使用的道路石油沥青、建筑石油沥青 均为氧化沥青。12三、矿物填充料改性 为提高沥青的粘结能力和耐热性，降低沥 青的温度敏感性，经常在石油沥青中加 入一定数量的矿物填充料进行改性。常 用的改性矿物填充料大多是粉状和纤维 状的，主要有滑石粉、石灰石粉和石棉 等。13四、聚合物改性 （一）SBS改性沥青 SBS是丁苯橡胶的一种。丁苯橡胶由丁二 烯和苯乙烯共聚制成，品种很多。如果 将丁二
8、烯与苯乙烯嵌段共聚，形成具有 苯乙烯（S）丁二烯（B）苯乙烯（S ）的结构，则得到一种热塑性的弹性体 （简称SBS）。SBS具有橡胶和塑料的优 点，常温下具有橡胶的弹性，高温下又 能像塑料那样熔融流动，成为可塑性材 料。14SBS对沥青的改性十分明显，它在沥青内 部形成一个高分子量的凝胶网络，大大 提高了沥青的性能。与沥青相比，SBS改 性沥青具有弹性好、延伸率大，延度可 达2000；低温柔性大大改善，冷脆点 降至-40；热稳定性高，耐热度可达90 100；耐候性好等优点。SBS改性沥青是目前最成功和用量最大 的一种改性沥青，在国内外己得到普遍 使用。 15（二）APP改性沥青 APP改性石油
9、沥青与石油沥青相比，其软 化点高，延度大，冷脆点降低，粘度增 大，具有优异的耐热性和抗老化性，尤 其适用于气温较高的地区，主要用于制 造防水卷材。167.2 沥青混合料 定义：沥青混合料是指矿物集料与沥青拌 合而成的混合料的总称，包括沥青混凝 土混合料和沥青碎石混合料。沥青混合 料作为路面材料具有良好的力学性质， 有一定的高温稳定性和低温柔韧性，铺 筑的路面平整元接缝，减振吸声，行车 舒适；且具有一定的粗糙度，无强烈反 光，利于行车安全。沥青路面的施工方 便，不需养护，能及时开放交通；便于 分期修建和再生利用。177.2.1沥青混合料的分类 按矿料级配类型沥青混合料分为连续级配沥青混 合料和间
10、断级配沥青混合料。 按矿料粒径沥青混合料分为砂粒式沥青混合料（ 最大粒径（4.75mm）、细粒式沥青混合料（最 大粒径为9.5或13.2mm）、中粒式沥青混合料 （最大粒径为16mm或19mm）、粗粒式沥青混 合料（最大粒径为26.5mm或31.5.mm）和特粗 式沥青碎石混合料（最大粒径）37.5mm）。 按密实程度沥青混合料分为密实式（空隙率10）。 按结合料温度沥青混合料分为热拌热铺沥青混合 料和常温沥青混合料。187.2.2沥青混合料的组成结构定义：沥青混合料一般指热拌沥青混合料 ，是经人工组配的矿质混合料与粘稠沥 青在专门设备中加热拌合而成，用保温 运输工具运送至施工现场，并在热态下
11、 进行摊铺和压实的混合料，通称“热拌热 铺沥青混合料”，简称“热拌沥青混合料” 。其他类型的沥青混合料必须冠以说明 ，如：常温沥青混合料等。19一、沥青混合料的结构 （一）悬浮密实结构 矿质材料由大到小形成连续型密实混合料 ，因较大颗粒都被小一档颗粒挤开，因 此，大颗粒以悬浮状态处于较小颗粒之 中。 此种结构虽然密实度大，但各级集料均为 次级集料所隔开，不能直接接触形成骨 架，而悬浮于次级集料和沥青胶浆之间 ，粘聚力较高，但是内摩擦角较低，因 此，其高温稳定性差。20（二）骨架空隙结构 当采用连续型开级配矿质混合料（如图7 7b）时，较大粒径集料彼此紧密相接， 而较小粒径集料的数量较少，不足以
12、充 分填充空隙，而形成骨架空隙结构，沥 青碎石混合料多属这一类型，其组成结 构如图78b，这种结构的沥青混合料具 有较高的内摩擦角，但是粘聚力较低。21（三）骨架密实结构 当采用间断型密级配矿质混合料（如图7 7c）时，矿质混合料既有一定量的粗集 料形成骨架，又根据粗集料空隙的数量 加入适量细集料，使之填满骨架空隙， 形成较高密实度的结构，间断级配即按 此原理构成，其组成的结构如图78c。 这种结构的沥青混合料不仅具有较高的 粘聚力，而且具有较高的内摩擦角。 22二、沥青混合料的强度理论强度决定于两个参数：粘结力C和内摩擦角 三、影响沥青混合料抗剪强度的因素 (一)沥青粘度的影响粘度越大，抗剪
13、强度越高。 (二)骨料的粒径、颗粒形状和表面特性的影响集料颗粒的粒径越大，沥青混合料的内摩擦角越 大，粗粒式沥青混凝土的内摩擦角比细粒式和 砂粒式沥青混凝土大得多。 棱角尖锐的颗粒组成的混合料，由于颗粒问相互 嵌紧，要比浑圆颗粒的内摩擦角大得多。23(三)矿粉的比表面积和沥青用量的影响 (四)矿料表面的性质的影响 (五)影响沥青混合料抗剪强度的外因 1.温度 2.变形速率的影响 7.2.3沥青混合料的技术性质 一、高温稳定性 二、低温抗裂性 三、耐久性 四、抗滑性 五、施工和易性247.2.4沥青混合料组成材料的技术要求 一、对沥青的要求 炎热的气候区、繁重的交通及细粒式或砂粒式的 混合料，应
14、采用稠度较高的沥青；反之，则采 用稠度较低的沥青。在条件相同的情况下，较 粘稠的沥青配制的混合料具有较高的力学强度 和稳定度较低的沥青。在条件相同的情况下， 较粘稠的沥青配制的混合料具有较高的力学强 度和稳定性，但如稠度过高，则沥青混合料的 低温变形能力较差，沥青路面容易产生裂缝。 反之，采用稠度较低的沥青，虽然配制的混合 料在低温时具有较好的变形能力，但在夏季高 温时，往往稳定性不足，使路面产生推挤现象 。 25二、对粗集料的要求 三、对细集料的要求 用于拌制沥青混合料的细集料是指粒径小于2.36 mm的天然砂、人工砂或石屑。7.2.5沥青混合料配合比设计方法一、矿质混合料的配合组成设计 目的：是选配一个具有足够密实度、并且有较高 内摩阻力的矿质 混合料。 二、确定沥青混合料的最佳沥青用量： 通过马歇尔实验方法确定。 26
