1、,第四章 沥青材料霍轶珍河套大学土木工程学院,教学目标重点内容：石油沥青的组成和结构 石油沥青的三大指标 难 点：石油沥青的组分分析 石油沥青的胶体结构 石油沥青的三大指标 要 求 ：掌握石油沥青的技术性质掌握石油沥青的组成和结构,概述,一、定义：沥青材料是由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属（氧、硫，氮）的衍生物所组成的混合物。 二、特点： 1、不透水、不导电 2、耐酸、碱、盐的腐蚀 3、良好的粘结性、塑性 天然沥青地沥青 三、沥青的分类 石油沥青 煤沥青焦油沥青 页岩沥青木沥青,定义,1、天然沥青：地壳中的石油，在各种自然因素的作用下，经过轻质油分蒸发、氧化和缩聚作用
2、，最后形成的天然产物 2、石油沥青 ：石油经各种炼制工艺的加工而得到的沥青产品，称“石油沥青” 二、焦油沥青：是干馏有机燃料所收集的焦油再经加工而得到的一种沥青材料。（煤沥青） 三、道路工程中最常用的是石油沥青和煤沥青,5.1 石油沥青,一、石油沥青的生产工艺概述蒸馏法 直馏沥青，直馏沥青因为仅分馏出一些轻质油品，具化学组分并未发生化学变化，它与氧化沥青相比，温度稳定性和气候稳定性较差。.氧化法氧化沥青软化点升高，针人度减小，延度降低。溶剂法溶剂沥青可获得兼具高温稳定性和低温抗裂性。,石油沥青的分类：粘稠沥青（公路常用）1、按稠度分 液体沥青道路石油沥青（A、B、C级）2、按用途分 机场沥青建
3、筑沥青,第一节 概述,石油沥青的组成和结构油分：使沥青具有流动性 组成 树脂 ：增加沥青与矿质集料粘结力沥青质：决定沥青的温度稳定性、粘性 及硬度，含量大，沥青脆性增 大 ，塑性降低。 化学组分：化学组分分析就是将沥青分离为几个化学性质相近，而且与路用性质有一定联系的组，这些组就称为“组分”。,沥青组分分析方法（三组分、四组分法）溶剂法：将沥青分离为油分、树脂和沥青质等三组分。 溶剂一吸附法 色谱分析法：,组分对沥青性质的影响： 沥青质和胶质分的含量高，其针人度值较小（稠度较高），软化点较高；饱和分含量高，其针人度值较大（稠度较低），软化点较低；芳香分含量，对针人度、软化点无影响，但极性芳香分
4、含量高，对其粘附性有利；胶质分对其延度贡献较大。,（三）石油沥青的胶体结构 1.胶体结构的形成沥青的胶体结构是以沥青质为胶核，胶质分被吸附其表面，并逐渐向外扩散形成胶团，胶团再分散于芳香分和饱和分中。 胶体结构类型（用针入度指数判断） 溶胶结构在路用性质上具有较好的自愈性和低温变形能力，但温度感应性较差。 溶一凝胶结构在路用性能，在高温时具有较低的感温性，低温时又有较好的形变能力。（最好） 凝胶结构在路用性能上，具有较低的温度感应性，但低温变形能力较差。,三、石油沥青的技术性质 （一）粘滞性 1、粘滞性是指沥青材料在外力的作用下，沥青粒子产生相互位移时抵抗变形的性能。 2、粘稠沥青相对粘度的测
5、定方法：针入度沥青的针入度是在规定温度（）和时间（）内，附加一定重量（）的标准针垂直贯入试样的深度，以.表示。 结论：针入度越大，粘结性小，针入度是划分沥青标号的重要依据。 3粘度（液体沥青粘结性的测定方法）沥青的标准粘度（简称“粘度”）是试样在规定温度下，自道路沥青标准粘度计规定直径的流孔流出所需的时间，以表示。,T,针入度测定仪,（二）塑性塑性是指沥青材料在外力作用下发生变形而不破坏的能力。目前以沥青的延度指标来反映沥青的塑性。沥青的延度是规定形状的试样在规定温度下，以一定速度受拉伸至断开时的长度，以厘米表示。 结论：延度越大，沥青的塑性越好、柔性和抗断裂性越好。,三、石油沥青的技术性质,
6、延度测定仪,三、石油沥青的技术性质,（三）温度稳定性 软化点 软化点。该法是将沥青试样注入规定尺寸的金属环内径（15.90.1mm），高（6.40.1）mm）内，上置规定尺寸和重量的钢球（直径9.53mm，质量（3.50.05）g），放于水（或甘油）中，以（50.5）min的速度加热，至钢球下沉达规定距离（25.4mm）时的温度，以表示。 结论：软化点越高，温度稳定性越好。 针入度、延度、软化点是评价粘稠石油沥青路用性能最常用的经验指标，所以通称“三大指标”。,软化点测定仪,2.脆点沥青的脆点是涂于金属片的试样薄膜在特定条件下，因被冷却和弯曲而出现裂纹的温度，以表示。沥青的脆点更直接地反映了其
7、低温抗裂性。,（四）大气稳定性 为了解沥青在路面施工及使用过程的耐久性，规范规定要进行沥青的加热质量损失和加热后残渣性质（三大指标）的试验。 沥青的蒸发损失试验(中、轻交通量用道路粘稠石油沥青)将50g的沥青试样装入盛样皿（筒状，内径55mm，深35mm）内，置于烘箱中，在163下保持受热时间5h，冷却。测定质量损失，并测定残留物的针人度。,三、石油沥青的技术性质,沥青薄膜加热试验(重交通量用道路粘稠石油沥青)是3.2mm厚度的试样在规定温度条件下，经规定时间加 热，测定试验前后沥青质量和性质变化的试验。（五）安全性沥青的闪点是试样在规定的克利夫兰开口杯盛样器内，按规定的升温速度受热时所蒸发的
8、气体，以规定的方法与试焰接触，初次发生一瞬即灭的火焰时的试样温度，以表示。沥青的燃点是试样继续受热时，蒸气接触火焰能持续燃烧时间不少于时的试样温度，以表示，沥青材料在使用时必须加热，加热温度必须低于闪点。,三、石油沥青的技术性质,（六）溶解度 （七）含水量 （八）非常规的其它性能 针人度指数针入度指数是根据沥青在25的针人度值（0.1mm）和软化点（）来表达沥青感温性和胶体结构的流变学参数。 按针人度指数可将沥青划分为三种胶体结构，即 针人度指数者为溶胶结构； 针入度指数者为凝胶结构； 针人度指数一十者为溶凝胶结构。,三、石油沥青的技术性质,劲度模量劲度模量是表示沥青材料粘性和弹性两种联合效应
9、的指标。大多数沥青在变形时呈现粘弹性。 范德波尔在论述粘弹性材料（沥青）的抗变形能力时，以荷载作用时间（）和温度（）作为应力（）与应变（）之比的函数，即在一定荷载作用时间和温度条件下， 应力与应变的比值称为劲度模量（简称劲度）,粘附性 4 老化 沥青在自然因素（热、氧化、光和水）的作用下，产生不可逆的化学变化，导致路用性能劣化，通常称之为老化。 沥青老化后，在物理力学性质方面，表现为针入度减少，延度降低，软化点升高，绝对粘度提高，脆点降低等。在化学组分含量方面，表现为饱和分变化甚少，芳香分明显转变为胶质（速度较慢），而胶质又转变为沥青质（速度较快），由于芳香分转变为胶质不足以补偿胶质转变为沥青
10、质，所以最终是胶质显著地减少，而沥青质显著增加，路用性能劣化，即沥青老化。,道路用粘稠石油沥青分为“重交通量道路石油沥青技术要求”及“中、轻交通量道路石油沥青技术要求”两个等级。重交通量道路沥青按针人度划分为 AH一130、AH一110、AH一90、AH一70、AH一50 五个标号，同时对各标号沥青的延度、软化点、闪点、含蜡量、薄膜加热试验等技术指标也提出相应的要求。 中、轻交通量道路石油沥青按针入度划分为 A一200、A一180、A一140、A一100甲、A一100乙、A一60甲、A一60乙六个标号。,四、石油沥青的技术标准,主要内容：石油沥青的技术性质石油沥青的技术标准 重点内容：针入度指数与胶体结构及路用性能的关系石油沥青的技术标准 难 点：针入度指数与胶体结构及路用性能的关系 要 求：掌握石油沥青的技术性质和技术标准 参考资料：土木工程材料陈志源道路建筑材料严家伋道路建筑材料孙 凌 沥青及沥青混合料路用性能沥青及沥青混合料试验规程,本节小结,1.我国现行规范采用三组分法将沥青材料划分为哪几个组分？各组分与沥青材料的技术性质关系如何？ 2.石油沥青有哪三种胶体结构类型？其路用性能如何？ 3.石油沥青三大指标是什么？其值大小说明其路用性能如何？,思考题：,
