第6章 沥青材料

1、第第6章章 沥青和沥青混合料沥青和沥青混合料 第第6章章 沥青和沥青混合料沥青和沥青混合料 6.1 6.1 沥青材料沥青材料 6.26.2 沥青混合沥青混合料料 6.3 6.3 本章总结本章总结 6.1 6.1 沥青材料沥青材料 一、沥青分类及基本组成结构一、沥青分类及基本组成结构 二、沥青主要性能及测试二、沥青主要性能及测试 三、沥青的技术要求与选用三、沥青的技术要求与选用 四、沥青的掺配、改性及主要沥青制品四、沥青的掺配、改性及主要沥青制品 一、沥青分类及基本组成结构一、沥青分类及基本组成结构 （一）定义（一）定义 沥青是一种沥青是一种有机胶凝材料有机胶凝材料，它是复杂的，它是复杂的 碳氢

2、化合物及非金属（氧、硫、氮等）衍生碳氢化合物及非金属（氧、硫、氮等）衍生 物的混合物。在常温下呈固体、半固体或液物的混合物。在常温下呈固体、半固体或液 体状态。体状态。 （二）分类（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 （三）特点（三）特点 具有结构致密、粘结力良好，抗冲击、不导具有结构致密、粘结力良好，抗冲击、不导 电、不吸水，耐酸、耐碱、耐腐蚀等性能。电、不吸水，耐酸、耐碱、耐腐蚀等性能。 （四）应用（四）应用 主要作为防水、防潮、防腐蚀材料，用于屋主要作为防水、防潮、防腐蚀材料，用于屋 面或地下防水工程、防腐蚀工程、铺筑道路面或地下防水

3、工程、防腐蚀工程、铺筑道路 以及贮水池、水利工程及桥梁等防水防潮层。以及贮水池、水利工程及桥梁等防水防潮层。 （五）石油沥青（五）石油沥青 1.按用途分类：按用途分类： 石油沥青石油沥青 道路石油沥青道路石油沥青 普通石油沥青普通石油沥青 建筑石油沥青建筑石油沥青 2.石油沥青基本组成结构石油沥青基本组成结构 （1）主要组分是）主要组分是油分、树脂和地沥青质油分、树脂和地沥青质三三 大组分，其特点及作用见下表。大组分，其特点及作用见下表。 组组 分分作作 用用 油分油分 淡黄色透明液体；赋予沥青淡黄色透明液体；赋予沥青流动性流动性。影响。影响 沥青的柔软性、抗裂性及施工难度。沥青的柔软性、抗裂

4、性及施工难度。 树脂树脂 红褐色粘稠半固体；增加沥青红褐色粘稠半固体；增加沥青粘结力和塑粘结力和塑 性性。 ( (地地) )沥青质沥青质 黑色固体粉末；决定沥青的粘性、黑色固体粉末；决定沥青的粘性、温度稳温度稳 定性定性、硬度。、硬度。 四组分分析法：四组分分析法： 组组 分分作作 用用 饱和分饱和分芳香芳香 分分 无色液体无色液体黄色至红色液体；黏度降黄色至红色液体；黏度降 低，赋予沥青低，赋予沥青流动性流动性。 胶胶 质质棕色粘稠半固体；增加沥青棕色粘稠半固体；增加沥青延度。延度。 ( (地地) )沥青质沥青质 深棕至黑色固体；决定沥青的深棕至黑色固体；决定沥青的粘性粘性、 温度稳定性温度

5、稳定性等。等。 根据石油沥青中各组分的化学组成和相对含量的根据石油沥青中各组分的化学组成和相对含量的 不同，可形成三种不同不同，可形成三种不同胶体结构胶体结构： 溶胶型溶胶型-地沥青质相对较少而油分和树脂（饱和地沥青质相对较少而油分和树脂（饱和 分、芳香分）相对较高。分、芳香分）相对较高。 特点：流动性和塑性好，低温变形强而温度稳定性差。特点：流动性和塑性好，低温变形强而温度稳定性差。 凝胶型凝胶型-地沥青质较多而油分和树脂（饱和分、地沥青质较多而油分和树脂（饱和分、 芳香分）较少。芳香分）较少。 特点：粘性高，温度稳定性好，而流动性和塑性差，特点：粘性高，温度稳定性好，而流动性和塑性差， 低

6、温变形差。低温变形差。 溶胶凝胶型：介于二者之间溶胶凝胶型：介于二者之间 （2 2）石油沥青的胶体结构）石油沥青的胶体结构 ( ( 六）煤沥青的基本组成六）煤沥青的基本组成 1.游离碳：固态碳质颗粒，加热不熔，游离碳：固态碳质颗粒，加热不熔， 高高 温分解。其含量增加，温分解。其含量增加， 粘度和温度稳定粘度和温度稳定 性提高，低温脆性增加。性提高，低温脆性增加。 2.油分：液态碳氢化合物，油分：液态碳氢化合物， 3.树脂：环心含氧碳氢化合物。树脂：环心含氧碳氢化合物。 二、沥青主要性能及测试二、沥青主要性能及测试 （一）物理特征常数（一）物理特征常数 1.1.密度：反映沥青各组成比例及紧密程

7、度密度：反映沥青各组成比例及紧密程度 2.2.热胀系数：反映沥青体积膨胀大小。热胀系数：反映沥青体积膨胀大小。 3.3.介电常数：与沥青使用耐久性有关。介电常数：与沥青使用耐久性有关。 4.4.溶解度：反映沥青中有效物质含量。溶解度：反映沥青中有效物质含量。 （二）粘滞性（粘性）：反映沥青内部阻碍其（二）粘滞性（粘性）：反映沥青内部阻碍其 相对流动的特性，反映其流动性、施工性能。相对流动的特性，反映其流动性、施工性能。 是划分沥青牌号的主要技术指标。是划分沥青牌号的主要技术指标。 影响因素：温度；组分影响因素：温度；组分 测试方法：测试方法： 1.1.绝对粘度法：毛细管粘度计绝对粘度法：毛细管

8、粘度计 2.2.相对粘度法（条件粘度法）：相对粘度法（条件粘度法）： 针入度针入度； 软化点软化点； 表示表示液体石油沥青液体石油沥青的相对粘度的相对粘度。 沥青标准粘度计试验沥青标准粘度计试验 标准粘度试验仪器标准粘度试验仪器 试验条件及方法：试验条件及方法：50mL 的沥青在规定温度（的沥青在规定温度（20、25、 30、60）流过规定直径）流过规定直径 （3、5、10mm）的所需时）的所需时 间（间（s）。用）。用CT,d表示。表示。 定义定义 试验试验 标准粘度仪器设备标准粘度仪器设备 （三）温度敏感性（三）温度敏感性 石油沥青粘性和塑性随温度升降而变石油沥青粘性和塑性随温度升降而变

9、化的性能。化的性能。 工程要求沥青的温度敏感性应小，保工程要求沥青的温度敏感性应小，保 证高温不流淌，低温不脆裂。证高温不流淌，低温不脆裂。 常用指标：针入度指数（常用指标：针入度指数（PIPI）。）。 （四）延性与脆性（四）延性与脆性 石油沥青在外力作用下所能承受的塑性变石油沥青在外力作用下所能承受的塑性变 形的能力。形的能力。 延度。延度大，延性好，抗变形性好延度。延度大，延性好，抗变形性好 在在25温度，把沥青试样制成温度，把沥青试样制成字型标准试字型标准试 模（中间最小截面积为模（中间最小截面积为1cm） 拉断时的长度即为延度，单位为拉断时的长度即为延度，单位为cm。 影响因素：温度；

10、组分影响因素：温度；组分 脆性脆性 定义：在低温下，受到瞬时荷载作用时，表定义：在低温下，受到瞬时荷载作用时，表 . 现为脆性破坏。现为脆性破坏。 常用指标：脆点。常用指标：脆点。 脆点越低，抗裂性越好。脆点越低，抗裂性越好。 （五）粘附性（五）粘附性 定义：定义： 在沥青混合料中，沥青以薄膜的形式裹覆在骨在沥青混合料中，沥青以薄膜的形式裹覆在骨 料颗粒表面，并将松散的骨料粘结为一个整体。料颗粒表面，并将松散的骨料粘结为一个整体。 粘附机理：粘附机理： 沥青中有极性组分和芳香分结构，还有表面活沥青中有极性组分和芳香分结构，还有表面活 性物质，当与碱性骨料接触时会产生强大的化学性物质，当与碱性骨

11、料接触时会产生强大的化学 吸附作用，粘附力很大。吸附作用，粘附力很大。 影响因素：组分、骨料性质、水影响因素：组分、骨料性质、水 实验方法：水煮法、水浸法实验方法：水煮法、水浸法 （六）耐久性（六）耐久性 沥青性质随时间而产生化学组成结构和物沥青性质随时间而产生化学组成结构和物 理力学性能变化的过程，称为耐久性。理力学性能变化的过程，称为耐久性。 表现：沥青老化、路面变硬变脆等。表现：沥青老化、路面变硬变脆等。 影响因素：氧化影响因素：氧化温度、光、水温度、光、水 实验方法：在室内作加速老化试验。实验方法：在室内作加速老化试验。 短期老化试验、长期老化试验短期老化试验、长期老化试验 1.闪点：

12、沥青加热挥发出的可燃气体与空气的闪点：沥青加热挥发出的可燃气体与空气的 混合物在规定条件下与火焰接触初次闪火时混合物在规定条件下与火焰接触初次闪火时 的沥青温度。的沥青温度。 2.燃点：沥青加热挥发出的可燃气体与空气的燃点：沥青加热挥发出的可燃气体与空气的 混合物与火焰接触能持续燃烧时的最低温度。混合物与火焰接触能持续燃烧时的最低温度。 闪点和燃点表明沥青引起火灾或爆炸的可能性闪点和燃点表明沥青引起火灾或爆炸的可能性 （七）安全性（七）安全性 针入度针入度 测试固体或半固体石油沥青测试固体或半固体石油沥青 的相对粘度的相对粘度 试验仪器：针入度仪试验仪器：针入度仪 如图如图 所示所示 试验条件

13、及方法：试验条件及方法： 针入度试验示意图针入度试验示意图 沥青越硬沥青越硬 针入度越小针入度越小 粘度越大粘度越大 针入度与粘度之间的针入度与粘度之间的 关系是：关系是： 针入度越小针入度越小, , 粘度越粘度越 大大, , 石油沥青越硬。石油沥青越硬。 软化点软化点 试验示意图试验示意图 试验条件和方法：试验条件和方法： 将沥青试样装入规定尺将沥青试样装入规定尺 寸寸(D=18.9mm)的铜环内，的铜环内， 式样上放置一标准钢球式样上放置一标准钢球 (9.53mm,W=3.5g)，侵入，侵入 水或甘油中，按规定的速水或甘油中，按规定的速 度（度（5/min）加热，使沥）加热，使沥 青下垂，

14、当下垂到规定距青下垂，当下垂到规定距 离离25.4mm时的温度（时的温度（） 即为软化点。即为软化点。 软化点：沥青达到规定条件粘度时的温度。软化点：沥青达到规定条件粘度时的温度。 它反映沥青的粘度特性，软化点越高，等粘它反映沥青的粘度特性，软化点越高，等粘 温度越高。温度越高。 同时反映沥青温度敏感性的指标，软化点越高，同时反映沥青温度敏感性的指标，软化点越高， 温度敏感性越小。温度敏感性越小。 三、沥青的技术要求与选用三、沥青的技术要求与选用 1.1.石油沥青按其针入度、延度和软化点划分牌石油沥青按其针入度、延度和软化点划分牌 号，并以号，并以针入度值针入度值表示。见表。表示。见表。 2.

15、2.牌号越高，针入度越大、延度越大、软化点牌号越高，针入度越大、延度越大、软化点 越低。越低。 3.3.选用与应用选用与应用 土木工程选用石油沥青的原则：工程特点、使土木工程选用石油沥青的原则：工程特点、使 用部位及环境条件的要求。用部位及环境条件的要求。 请比较下列A、B两种建筑石油沥青的针入度、 延度及软化点测定值。若于南方夏季炎热地区 屋面选用何种沥青较合适？ 两种建筑石油沥青的针入度、延度及软化点值表两种建筑石油沥青的针入度、延度及软化点值表 比较温度稳定性指标，宜用比较温度稳定性指标，宜用B B。 南方炎热地区气温高，南方炎热地区气温高，A A沥青软化点较低，夏沥青软化点较低，夏 季

16、易流淌。季易流淌。 编编 号号 针入度针入度/0.01mm (25，100g，5s) 延度延度 /cm(255cm/min) 软化点软化点 环球法环球法/ A30572 B 222.5101 . .道路沥青道路沥青 根据根据公路沥青路公路沥青路 面施工技术规范面施工技术规范划分个标号，并以其划分个标号，并以其 性能指标分为、三个等级性能指标分为、三个等级。见表。见表 、。、。 选用与应用：选用与应用： 选用原则：选用原则：气候条件气候条件、公路等级、交通条件、公路等级、交通条件、 路面类型、施工方法等工程特点。路面类型、施工方法等工程特点。 煤沥青性质与选用煤沥青性质与选用 与石油沥青相比较，

17、性能如下：与石油沥青相比较，性能如下： 防腐能力好、粘附性能好；防腐能力好、粘附性能好； 温度敏感性较大、大气稳定性较差、塑温度敏感性较大、大气稳定性较差、塑 性较差，易变形、有毒性和臭味。性较差，易变形、有毒性和臭味。 用于配制防腐涂料、油膏、油毡等制品。用于配制防腐涂料、油膏、油毡等制品。 四、沥青的掺配、改性及主要四、沥青的掺配、改性及主要 沥青制品沥青制品 1.1.沥青的掺配沥青的掺配 两种同属沥青掺配比例可用下式计算：两种同属沥青掺配比例可用下式计算： 式中：式中：Q Q1 1较软沥青用量，；较软沥青用量，； Q Q2 2较硬沥青用量，；较硬沥青用量，； T T 要求配置的沥青软化点

18、，要求配置的沥青软化点，； T T1 1较软沥青软化点，较软沥青软化点，； T T2 2较硬沥青软化点，较硬沥青软化点，。 12 12 2 1 100 %100 QQ TT TT Q 例题例题 工程需用软化点工程需用软化点85的石油沥青。现有的石油沥青。现有10号、号、60 号石油沥青，软化点分别为号石油沥青，软化点分别为95 、45 。估算如。估算如 何掺配满足工程需求？何掺配满足工程需求？ 60号用量号用量 10号用量号用量 以以10号石油沥青号石油沥青80、60号石油沥青号石油沥青20掺配。掺配。 %80%20%100 %20%100 4595 8595 2.2.改性沥青改性沥青 目的：

19、满足土木工程对沥青性能的要求。如目的：满足土木工程对沥青性能的要求。如 低温柔韧性、高温稳定性、抗老化能力、强低温柔韧性、高温稳定性、抗老化能力、强 粘结力、对构件变形良好的适应性等。粘结力、对构件变形良好的适应性等。 改性手段：改性手段： 橡胶改性沥青橡胶改性沥青 克服了热淌冷脆的缺点，高温变形小、低克服了热淌冷脆的缺点，高温变形小、低 温柔性好，强度高。温柔性好，强度高。 常用品种：氯丁橡胶改性沥青、丁基改性常用品种：氯丁橡胶改性沥青、丁基改性 沥青等。用于路面工程和密封材料。沥青等。用于路面工程和密封材料。 树脂改性沥青：改善其耐寒性、耐热性、粘结性、树脂改性沥青：改善其耐寒性、耐热性、粘结性、 不透气性等。不透气性等。 常用：聚丙烯（常用：聚丙烯（APPAPP）、酚醛树脂、聚乙烯等。）、酚醛树脂、聚乙烯等。 用于防水卷材和防水涂料的生产。用于防水卷材和防水涂料的生产。 橡胶和树脂共混改性沥青：用于卷材、片材、密橡胶和树脂共混改性沥青：用于卷材、片材、密 封和防水材料的生产。封和防水材料的生产。 矿物填充料改性沥青：提高粘结能力、耐热性、矿物填充料改性沥青：提高粘结能力、耐热性、 降低温度敏感性。降低温度敏感性。 常用：滑石粉、石灰石粉、石棉等。常用：滑石粉、石