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4. 沥青材料. 沥青的定义 ：. 在高度缩合的环烷环、芳香环上带有长短不同的烷基侧链的碳氢化合物，及其非金属（ O 、 S 、 N ）衍生物组成的混合物，并含有微量元素 颜色：暗褐色或黑色 形态：常温下为固体或半固体. 沥青的分类：. ① 地沥青 天然沥青：湖沥青、岩石沥青、海底沥青 石油沥青：用石油经开采、精炼加工而得到的 ② 焦油沥青 煤沥青 木沥青. 天然沥青. 天然沥青是石油在自然条件下，经过千百万年的时间，在温度、压力、气体、无机物催化剂、微生物以及水分等综合作用下氧化聚合而成的沥青类物质。 由于它常年与自然环境共存，故其性质特别稳定。
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沥青的定义： • 在高度缩合的环烷环、芳香环上带有长短不同的烷基侧链的碳氢化合物，及其非金属（O、S、N）衍生物组成的混合物，并含有微量元素 • 颜色：暗褐色或黑色 • 形态：常温下为固体或半固体
沥青的分类： ①地沥青 • 天然沥青：湖沥青、岩石沥青、海底沥青 • 石油沥青：用石油经开采、精炼加工而得到的 ② 焦油沥青 • 煤沥青 • 木沥青
天然沥青 天然沥青是石油在自然条件下，经过千百万年的时间，在温度、压力、气体、无机物催化剂、微生物以及水分等综合作用下氧化聚合而成的沥青类物质。 由于它常年与自然环境共存，故其性质特别稳定。 由沥青、矿物质、水分构成。 根据天然沥青生成矿床的不同，可以分为： 湖沥青 岩沥青 海底沥青
（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。
我国道路沥青生产量 道路沥青产量，万顿
4. 沥青材料 主要内容 石油沥青的组成与性能的关系 沥青的技术性质和技术指标 改性沥青与乳化沥青
4.1 石油沥青 4.1.1 石油沥青的生产工艺简介插图 4.1.1.1石油的基属分类 分类指标：“关键馏分特性”和“含硫量”。 1) 关键馏分特性分类 关键馏分： “第一关键馏分”：常压下，250~275C的馏分 “第二关键馏分”：减压下（5.33kPa） ，275~300C的馏分 特征参数：相对密度 特性因素K（教材表4-1）
基属分类：由两个关键馏分的特征参数和K确定基属分类：由两个关键馏分的特征参数和K确定
2) 含硫量的分类 低硫：含硫量＜0.5%； 含硫：0.5~2%； 高硫：含硫量＞0.5%。 3）石油基属与沥青路用性能的关系 按照路用性能优排队：环烷基＞中间基＞石蜡基
原油→常压渣油→减压渣油→粘稠沥青 直馏沥青：较好的变形能力，温度敏感性较大 氧化沥青：较好的温度稳定性 溶剂沥青：丙烷脱 液体沥青：在粘稠沥青中掺加煤油、汽油、柴油 调配沥青：调和沥青、混合沥青 乳化沥青：水＋乳化剂＋沥青
4.1.2 石油沥青的化学组成和结构 4.1.2.1 石油沥青的化学元素组成 主要化学元素： 碳C 氢 H 硫S 氧O 氮N 82~88% ； 8~11%； 0~6%； 0~1.5%； 0~1% 微量金属元素：钒、镍、铁、镁和钙 碳氢比：C/H • 大庆石油沥青：C/H=0.657 • 某环烷基石油沥青：C/H=0.710
4.1.2.2 石油沥青的化学组分 化学组分：化学性质、物理性质、路用性能 三组分→多组分 四组分： 饱和分－S 芳香分－A 胶质－R 沥青质－At
表4-1 沥青四组分对沥青性能的影响 蜡：高温软化、低温结晶析出
4.1.2.3 沥青的胶体结构 胶体：分散相——At吸附R→胶团 分散介质——S、A 1) 溶胶型结构 At的分子量低、数量少 ——直馏沥青、液体沥青 特点：高温粘度较低
2) 凝胶型结构At分子量大、数量多—氧化沥青、老化沥青 特点：变形能力差，脆性 3) 溶凝胶型结构
石油基属：环烷基＞中间基＞石蜡基 沥青性能 直馏沥青 制作工艺 氧化沥青 液体沥青: 掺加煤油、汽油、柴油 调配沥青：掺加其他沥青 乳化沥青：水＋乳化剂＋沥青 元素组成：C、H、O、S、N → C/H 沥青的 组成与结构 化学组分：饱和分、芳香分、胶质、沥青质 胶体结构：溶胶型、凝胶型、溶凝胶型 石油沥青的基本性能
4.1.3 石油沥青的技术性质 4.1.3.1物理性质 1）密度：d25或d15 d沥青质＞d胶质＞d芳香分＞d饱和分 2）体膨胀系数a：Vt=V0+at 3）介电常数
4.1.3 石油沥青的技术性质 • 粘滞性 • 延性和脆性 • 感温性 • 粘弹性 • 粘附性 • 耐久性
4.1.3.2 粘滞性 1）沥青的粘度 图4- 5牛顿液体 ⑴牛顿液体→粘度 （单位：Pa∙s） 图4- 6 τ与应变速率 ⑵ 非牛顿液体→视粘度或表观粘度 C－复合流动系数 ⑶ 动力粘度和运动粘度
η—粘滞系数（粘度） A F 沥青 牛顿液体受力示意图 dV F dy u
应力与剪应变速率的关系示意图 c——沥青的复合流动系数
2）沥青粘度测定方法 ⑴ 绝对粘度测定方法 ① 毛细管粘度示意图1 ② 旋转粘度示意图2 ③ 滑板粘度示意图3
毛细管粘度仪试验示意图 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
旋转粘度试验示意图 旋转粘度计：测定沥青施工温度区的粘度 双筒旋转粘度计CCR
dV F dy u 滑板粘度试验示意图
⑵ 条件粘度测定方法 ① 标准粘度计法CT,d ——单位 s 图4-7标准粘度计 ② 针入度法PT,m,t ——单位0.1mm图4-8针入度法 ③ 软化点TR&B ——单位℃图4-9 软化点测试 （表征沥青热稳定性） ★ 针入度是等温粘度 ★ 软化点是等粘温度
4.1.3.3延性和脆性 1)延度D——单位cm，反映沥青的塑性 图4-10 沥青延度 2) 脆点TFrass——单位℃，反映沥青低温变形能力 图沥青脆点仪 沥青的三态：流动————橡胶————玻璃 软化点 脆点
标准粘度计测定液体沥青示意图 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。
针入度法测定粘稠沥青针入度示意图 粘度变化 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1/10mm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
软化点测试示意图 粘度变化 固态 液态 硬化点 滴落点 条件粘度 T R&B(℃)
沥青延度测试示意图 在规定的温度条件下，按规定的速率拉伸沥青试件至断裂时的长度，单位cm。
沥青脆点仪和弯曲器 在规定的速率下降温，等速弯曲11次/min，记录沥青薄膜的开裂温度，单位℃。
lgP 温度T 4.1.3.4 沥青的感温性 • 针入度－温度关系 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 logP=AT+K A－针入度－温度感应性系数
A值的确定方法 lgP 600~1000 PR&B ③ 数组（Pi,Ti）→进行回归 P25 温度T 25℃ TR&B
2）针入度指数PI的确定 令：感温性最大A=∞，PI值为-10 感温性最小A=0，PI值为+20 logP=AT+K PI与沥青感温性的关系
⑶ 针入度指数的确定方法 • ① 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 • ② 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： P＝800 P＝1.2 4）针入度指数与胶体结构的关系 PI<-2 →溶胶型沥青 PI>+2 →凝胶型沥青 PI=-2~+2 →溶凝胶型沥青
感温性： 沥青的粘度随温度的不同而产生明显的变化的特性 感温性评价指标： • 针入度指数（PI） • 针入度粘度指数PVN • 粘度温度数VTN
4.1.3.5 沥青的粘弹性 1）沥青材料的粘-弹性现象插图 ◇ 蠕变—在应力保持不变的情况下，应变随时间增加而增加 ◇ 应力松弛—在保持应变不变的情况下，应力随时间增加逐渐衰减插图
蠕变与应力松弛现象 应力松弛——在保持应变不变的情况下，应力随时间的增加而逐渐减弱（衰减）的现象 蠕变——在应力保持不变的情况下，应变随时间增加而增加的现象
劲度模量 S 0℃ 25℃ 时间 t 4.1.3.5 沥青的粘弹性插图 2）沥青的劲度模量 ◇ 定义： S=( /) t, T ◇ 确定方法： 滑板粘度试验 沥青劲度模量诺模图：① 荷载作用时间 ② 路面温度差: Tp-TR&B ③ 沥青的PI
沥青材料的粘－弹性现象 变形 ε 温度T1 温度T2 粘性 弹性 时间 t
logP=AT+K lgP 温度T 沥青的感温性 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 感温性评价指标： • 针入度指数（PI） • 针入度粘度指数PVN • 粘度温度数VTN
4.1.3.6 沥青的粘附性——反映沥青与集料的粘结能力水损害 影响因素： • 集料的亲水性： SiO2 : 0% 52% 65% 碱性集料 中性集料 酸性集料 • 沥青的粘度与极性 • 沥青混合料的空隙率 评价方法： • 水煮法和水浸法试样 • 光电分光光度法
