第1章沥青材料

1、沥沥 青青 材材 料料第一节节 沥青沥青材料沥青是一种有机胶凝材料，它是由一些极其复杂的高沥青是一种有机胶凝材料，它是由一些极其复杂的高分子碳氢化合物及其非金属（氧、氮、硫等）衍生物所分子碳氢化合物及其非金属（氧、氮、硫等）衍生物所组成的混合物。组成的混合物。 沥青是憎水性材料，几乎不溶于水，而且本身构造致沥青是憎水性材料，几乎不溶于水，而且本身构造致密，具有良好的防水性、耐腐蚀性，能把砂、石等矿物密，具有良好的防水性、耐腐蚀性，能把砂、石等矿物质材料胶结成为一个整体的能力，形成一定强度的沥青质材料胶结成为一个整体的能力，形成一定强度的沥青混凝土，因此，被广泛地应用于铺筑路面、防渗墙、地混凝土

2、，因此，被广泛地应用于铺筑路面、防渗墙、地下防潮、防水和屋面防水等工程中。下防潮、防水和屋面防水等工程中。地方道路地方道路高速公路高速公路城市道路城市道路1 1沥青混合料是一种粘弹性材料，具有良好的力学性能，沥青混合料是一种粘弹性材料，具有良好的力学性能，铺筑的路面平整无缝，振动小，噪音低，行车舒适。铺筑的路面平整无缝，振动小，噪音低，行车舒适。2 2路面平整且有一定的粗糙度，耐磨好，无强烈反路面平整且有一定的粗糙度，耐磨好，无强烈反光，有利于行车安全。光，有利于行车安全。3 3施工方便，施工时不需要养护，能及时开通交通。施工方便，施工时不需要养护，能及时开通交通。4 4维修简单，旧沥青混合料

3、可再生利用。维修简单，旧沥青混合料可再生利用。一、沥青的分类一、沥青的分类 沥青的种类较多，按产源可分为：沥青的种类较多，按产源可分为：沥青沥青地沥青地沥青焦油沥青焦油沥青天然沥青天然沥青石油沥青石油沥青煤沥青煤沥青木沥青木沥青页岩沥青页岩沥青二、石油沥青沥青1 1、化学组分、化学组分 化学组分分析就是将沥青分离为化学性质相近，而且化学组分分析就是将沥青分离为化学性质相近，而且与其性质有一定联系的几个组，这些组就称为与其性质有一定联系的几个组，这些组就称为“组分组分”。 石油沥青的三组分：石油沥青的三组分：u油分油分u树脂树脂u地沥青质地沥青质组分组分外观特征外观特征特征特征油分油分淡黄淡黄透

4、明液体透明液体几乎可溶于大部分有机溶剂，具有光学活性，几乎可溶于大部分有机溶剂，具有光学活性，赋予沥青流动性，含量较多时，温度稳定性差赋予沥青流动性，含量较多时，温度稳定性差树脂树脂红褐色红褐色粘稠半固体粘稠半固体温度敏感性高，溶点低于温度敏感性高，溶点低于100，赋予沥青塑，赋予沥青塑性和粘结性性和粘结性地沥青地沥青质质深褐色深褐色固体末状微粒固体末状微粒加热不熔化，分解为硬焦碳，使沥青呈黑色。加热不熔化，分解为硬焦碳，使沥青呈黑色。赋予沥青黏性和温度稳定性，含量高时，温度赋予沥青黏性和温度稳定性，含量高时，温度敏感性好，但塑性降低，脆性增加敏感性好，但塑性降低，脆性增加石油沥青三组分分析法

5、的各组分性状石油沥青三组分分析法的各组分性状（1）胶体理论：）胶体理论：油分和树脂可以相互溶解，树脂能浸润地沥青油分和树脂可以相互溶解，树脂能浸润地沥青质，并在地沥青质的超细颗粒表面形成树脂薄膜。所以石油质，并在地沥青质的超细颗粒表面形成树脂薄膜。所以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的互溶物而构成的胶团，无数胶团分散在油分中形成胶体结的互溶物而构成的胶团，无数胶团分散在油分中形成胶体结构。构。u 溶胶型结构：沥青中油分和树脂含量较多，其塑性、温度敏溶胶型结构：沥青中油分和树脂含量较多，其塑性、温度敏感性较大，粘性小，开

6、裂后自愈能力强。感性较大，粘性小，开裂后自愈能力强。u 凝胶型结构：沥青中地沥青质含量高，胶团外围膜层较薄，凝胶型结构：沥青中地沥青质含量高，胶团外围膜层较薄，分子间吸引力较大，塑性、温度敏感性较小，粘性大，开裂分子间吸引力较大，塑性、温度敏感性较小，粘性大，开裂后自愈能力差。后自愈能力差。u 溶凝胶型结构：沥青中地沥青质含量适中，性质介于溶胶型溶凝胶型结构：沥青中地沥青质含量适中，性质介于溶胶型和凝胶型之间。和凝胶型之间。2.石油沥青的结石油沥青的结构构（2 2）、）、高分子溶液理论高分子溶液理论u 在石油沥青胶体结构中，由于从油分到沥青质是逐步递在石油沥青胶体结构中，由于从油分到沥青质是逐

7、步递变的，并无明显界线，因而该理论认为沥青是一种高分子变的，并无明显界线，因而该理论认为沥青是一种高分子溶液，地沥青质为溶质，油分和树脂（地沥青脂）为溶剂，溶液，地沥青质为溶质，油分和树脂（地沥青脂）为溶剂，它们之间有很强的亲和力，在每个地沥青质分子的表面上它们之间有很强的亲和力，在每个地沥青质分子的表面上紧紧地保持着一层地沥青脂溶剂分子。紧紧地保持着一层地沥青脂溶剂分子。u 石油沥青高分子溶液对电解质具有较大的稳定性，即加石油沥青高分子溶液对电解质具有较大的稳定性，即加入电解质不能破坏高分子溶液。高分子溶液具有可逆性，入电解质不能破坏高分子溶液。高分子溶液具有可逆性，即随地沥青质和地沥青脂相

8、对含量的变化，高分子溶液可即随地沥青质和地沥青脂相对含量的变化，高分子溶液可以较浓或较稀。以较浓或较稀。（2）高分子溶液理论高分子溶液理论u 较浓的高分子溶液，地沥青质含量较高，弹性和粘性较较浓的高分子溶液，地沥青质含量较高，弹性和粘性较高，温度敏感性较小，开裂后自愈能力较差，流动性和高，温度敏感性较小，开裂后自愈能力较差，流动性和塑性较低，其性状类似于凝胶体结构。塑性较低，其性状类似于凝胶体结构。u 较稀的高分子溶液，地沥青脂含量较高，流动性和塑性较稀的高分子溶液，地沥青脂含量较高，流动性和塑性较高，温度敏感性较大（温度稳定性较差），开裂后自较高，温度敏感性较大（温度稳定性较差），开裂后自愈

9、能力较好，其性状类似于溶胶体结构。愈能力较好，其性状类似于溶胶体结构。3、技术术性质质1 1）. .粘滞性（粘性）粘滞性（粘性） 粘滞性是指沥青材料在外力的作用下，沥青粒子产生相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。互位移时抵抗变形的性能。油分少呈固态，粘滞性较大，受力不易变形；油分少呈固态，粘滞性较大，受力不易变形；油分多呈半固态，粘滞性较小，受力容易变形；油分多呈半固态，粘滞性较小，受力容易变形；含油分再多呈流态，容易流淌，粘滞性更小。含油分再多呈流态，容易流淌，粘滞性更小。温度升高，其粘滞性降低。温度升高，其粘滞性降低。流态沥青的粘滞性用流态沥青的粘滞性

10、用粘滞度粘滞度表示，而固态、半固态沥表示，而固态、半固态沥青的粘滞度用青的粘滞度用针入度针入度表示。表示。 （1 1）针入度（粘稠沥青的测定方法）针入度（粘稠沥青的测定方法） 沥青的针入度是在规定温度（沥青的针入度是在规定温度（2525）和时间）和时间(5S)(5S)内，内，附加一定重量（附加一定重量（100100）的标准针垂直贯入试样的深度，）的标准针垂直贯入试样的深度，以以0.10.1表示。表示。 P P25,100g,5s 25,100g,5s : :针入度试验温度为针入度试验温度为2525，标准针质量和贯入时间为标准针质量和贯入时间为100g100g和和5s5s。针针入度测测定仪仪（）

11、粘度（液体沥青粘滞性的测定方法）（）粘度（液体沥青粘滞性的测定方法） 沥青的标准粘度（简称沥青的标准粘度（简称“粘度粘度”）是试样在规定温度）是试样在规定温度下，从标准粘度计规定直径（下，从标准粘度计规定直径（3 3、4 4、5 5、10mm10mm）的流孔流）的流孔流出出50ml50ml所需的时间，以表示。所需的时间，以表示。 流出的时间越长，粘度流出的时间越长，粘度越大。越大。2 2）. .塑性（延性）塑性（延性） 指沥青材料在外力拉伸作用下发生塑性变形的能力。指沥青材料在外力拉伸作用下发生塑性变形的能力。以沥青的延度指标来反映沥青的延性。以沥青的延度指标来反映沥青的延性。 沥青的延度是规

12、定形状（倒八字形）的试样在规定温度沥青的延度是规定形状（倒八字形）的试样在规定温度下，以一定速度受拉伸至断开时的长度，以下，以一定速度受拉伸至断开时的长度，以cm cm 表示。表示。 延度越大，沥青的延性越好。延度越大，沥青的延性越好。用特制试模，将沥青制成用特制试模，将沥青制成“8”8”字型字型试件（中部最窄处的截面积为试件（中部最窄处的截面积为1 1），），在恒温在恒温2525的水中，以的水中，以5cm/min5cm/min的速度缓慢拉伸至试件断裂时的伸的速度缓慢拉伸至试件断裂时的伸长量（长量（cmcm），即为沥青的延度。），即为沥青的延度。沥青的延度一般在沥青的延度一般在1 1100 c

13、m100 cm之间，之间，延度越大的沥青，其塑性越好。延度越大的沥青，其塑性越好。u 沥青塑性的大小与它的组分和所处温度紧密相关。沥青塑性的大小与它的组分和所处温度紧密相关。沥青的塑性随温度升高沥青的塑性随温度升高(降低降低)而增大而增大(减小减小)；u 树脂含量愈多，沥青塑性愈大。树脂含量愈多，沥青塑性愈大。 塑性反映了沥青开裂后的自愈能力塑性反映了沥青开裂后的自愈能力3）、温度敏感性）、温度敏感性温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升温度敏感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。随温度的升高，沥青的粘滞性降低，降而变化的性能。随温度的升高，沥青的粘滞性降低，塑性增加，这

14、样变化的程度越大，则表示沥青的温度敏塑性增加，这样变化的程度越大，则表示沥青的温度敏感性越大。常用软化点表示。感性越大。常用软化点表示。在工程中保证沥青不致温度升高而产生流动，一般取滴在工程中保证沥青不致温度升高而产生流动，一般取滴落点（液化点）和硬化点之间温度的落点（液化点）和硬化点之间温度的87.21%87.21%作为软化点。作为软化点。 该法是将沥青试样注入规定尺寸的金属环内径（该法是将沥青试样注入规定尺寸的金属环内径（15.915.90.0.1mm1mm），高（），高（6.46.40.10.1）mmmm）内，上置规定尺寸和重量的钢球，）内，上置规定尺寸和重量的钢球，放于水（或甘油）中，

15、以（放于水（或甘油）中，以（5 50.50.5）minmin的速度加热，至的速度加热，至沥青下垂量达规定距离（沥青下垂量达规定距离（25.4mm25.4mm）时的温度，以）时的温度，以表示。表示。 软化点越高，沥青的温度敏感性越小。软化点越高，沥青的温度敏感性越小。夏季高温沥青易软化，路面易产夏季高温沥青易软化，路面易产生车辙、波浪；冬季低温时易脆生车辙、波浪；冬季低温时易脆裂，在车辆重复作用下易产生开裂，在车辆重复作用下易产生开裂。裂。u针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度u软化点是反映沥青材料热稳定性的一个指标，也是软化点是反映沥青材料热稳定性的一个

16、指标，也是条件粘度的一种量度。条件粘度的一种量度。u延度是反映沥青材料塑性的一个指标延度是反映沥青材料塑性的一个指标u针入度、延度、软化点是评价粘稠石油沥青路用性针入度、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，所以通称能最常用的经验指标，所以通称“三大指标三大指标”。4 4）. . 沥青的耐久性（大气稳定性）沥青的耐久性（大气稳定性）u大气稳定性大气稳定性指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气因素长指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气因素长期综合作用下，抵抗老化的性能。期综合作用下，抵抗老化的性能。u沥青的老化沥青的老化指沥青在大气因素的长期综合作用下，逐渐失去粘指沥青在大气

17、因素的长期综合作用下，逐渐失去粘性、塑性而变硬变脆的现象。性、塑性而变硬变脆的现象。表现：表现：针入度减少针入度减少延度降低延度降低软化点升高软化点升高在长期的大气因素作用下，在长期的大气因素作用下，因沥青塑性降低，脆性增强，因沥青塑性降低，脆性增强，粘聚力减小，导致路面表面粘聚力减小，导致路面表面产生松散，引起路面破坏。产生松散，引起路面破坏。沥青路面老化现象沥青路面老化现象5 5）. . 安全性安全性u闪点闪点是试样在规定的克利夫兰开口杯盛样器内，按规定的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气体，以规定的方法与试焰接触，升温速度受热时所蒸发的气体，以规定的方

18、法与试焰接触，初次发生一瞬即灭的火焰时的试样温度，以初次发生一瞬即灭的火焰时的试样温度，以表示。表示。u燃点燃点试样继续受热时，蒸气接触火焰能持续燃烧时间不少试样继续受热时，蒸气接触火焰能持续燃烧时间不少于时的试样温度，以于时的试样温度，以表示。表示。 沥青材料在使用时必须加热，加热温度必须低于闪点。沥青材料在使用时必须加热，加热温度必须低于闪点。6 6）. . 溶解度溶解度 沥青的溶解度是指石油沥青在沥青的溶解度是指石油沥青在三氯乙烯三氯乙烯等有机溶剂中溶等有机溶剂中溶解的百分率（即有效物质含量）。那些不溶解的物质为解的百分率（即有效物质含量）。那些不溶解的物质为有害物质，会降低沥青的性能，

19、应加以限制。有害物质，会降低沥青的性能，应加以限制。 石油沥青按技术性质划分为多种牌号，按应用不同石油沥青按技术性质划分为多种牌号，按应用不同可分为道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青三可分为道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青三类，其技术指标见下表。类，其技术指标见下表。 三种石油沥青的牌号主要是根据针入度指标来划分的，三种石油沥青的牌号主要是根据针入度指标来划分的，随着随着牌号的增加，粘性越小（针入度越大），塑性越好牌号的增加，粘性越小（针入度越大），塑性越好（延度越大），温度敏感性越大（软化点越低）。（延度越大），温度敏感性越大（软化点越低）。4、石油沥青的分类及选用标准、石油沥

20、青的分类及选用标准 项目项目 牌号牌号品种品种道路石油沥青（道路石油沥青（SH0522-2000）建筑石油沥青建筑石油沥青（GB/T494-1998）普通石油沥普通石油沥（SY1665-88)200180140100甲甲100乙乙60甲甲60乙乙403010756555针入度（针入度（25，100g）,1/10mm201-300161-200121-16091-12081-12051-8041-8036-5026-3510-25756555延度，（延度，（25）,cm，不小于，不小于100100906070403.52.51.521.51软 化 点 （ 环 球软 化 点 （ 环 球法），法），

21、30-4535-4538-4842- 5242-5245-5545-556075956080100溶解度，不小于溶解度，不小于99.099.099.099.099.099.099.099.599.599.5989898蒸发损失，蒸发损失，%，不大于不大于111111111蒸发后针入度比，蒸发后针入度比，%，不小于，不小于50606065657070656565闪点（开口），闪点（开口），不低于，不低于180200230230230230230230230230230230230道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青的技术标准道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青的技术标准p182u 道路沥

22、青的针入度和延度较大，但软化点较低，此类沥青较软道路沥青的针入度和延度较大，但软化点较低，此类沥青较软，在常温下的弹性较好，可用来拌制沥青砂浆和沥青混凝土，用于，在常温下的弹性较好，可用来拌制沥青砂浆和沥青混凝土，用于道路路面或车间地面等工程。道路路面或车间地面等工程。u 建筑石油沥青在常温下较硬，软化点较高，在使用中不易发生建筑石油沥青在常温下较硬，软化点较高，在使用中不易发生软化流淌流等现象，广泛用于建筑屋面工程和地下防水工程等。软化流淌流等现象，广泛用于建筑屋面工程和地下防水工程等。u 普通石油沥青，由于含有害成分石蜡较多，因此温度敏感性较普通石油沥青，由于含有害成分石蜡较多，因此温度敏

23、感性较大，稳定性较差，粘性较小，塑性较差，故在工程中不宜单独使用大，稳定性较差，粘性较小，塑性较差，故在工程中不宜单独使用，一般与建筑石油沥青掺合使用。，一般与建筑石油沥青掺合使用。 牌号简 易 鉴 别 方 法103060140100 用铁锤敲击，成为较小碎块，表面呈黑色并有光用铁锤敲击，成为较大碎块用铁锤敲击，只发生变形，不破碎质地较柔软石油沥青的选用，应根据工程所处环境，满足塑性或温度稳定性的要求。在此前提下，宜选牌号较高者以提高其使用年限。用于路面、地坪、地下防水及可能产生相对位移的沟管接头、伸缩缝、沉降缝等，应选用粘性大、塑性好、能随着构件变形而保持其完整有效性能的沥青，如选用60号、

24、100号或140号及其掺合的沥青。l石油沥青的选用：石油沥青的选用：用于屋面防水的沥青，主要依据温度稳定性来选择，要达到夏季不流淌、冬季不脆裂的要求。一般夏季高温时屋面受阳光直射，其实际温度比当时的标准气温要高出2030，因此要求所选用沥青的软化点应比当地气温高出2025。对于炎热地区屋面坡度较大的防水层，常选用10号、30号及其混合的石油沥青；对气温不太高或屋面坡度不大的屋面防水层，则可选用60号与30号、60号与10号的混合沥青，所选用沥青均以达到所要求的软化点为准。当某种牌号的石油沥青不能满足工程技术要求时，需用不同牌号的沥青进行掺配。在掺配时，为了不使掺配的沥青胶体结构被破坏，应选用表

25、面张力相近和化学性质相似的沥青。试验证明同产源的沥青容易保证掺配后的沥青胶体结构的均匀性。所谓同产源是指同属石油沥青，或同属煤沥青。l石油沥青的掺配石油沥青的掺配两种沥青掺配的比例可用下式估算：Q1 较软沥青用量，%；Q2较硬沥青用量，%；T掺配后的沥青软化点，；T1较软沥青软化点，；T2较硬沥青软化点，。根据估算的掺配比例和在其邻近的比例（5%10%）进行试配（混合熬制均匀），测定掺配后沥青的软化点，然后绘制“掺配比软化点”曲线，即可从曲线上确定所要求的掺配比例。1001211TTTTQ12100QQ三、煤沥青沥青 煤沥青是炼焦或生产煤气的副产品。烟煤干馏时所挥发煤沥青是炼焦或生产煤气的副产

26、品。烟煤干馏时所挥发的物质冷凝为煤焦油，煤焦油经分馏加工，提取出各种的物质冷凝为煤焦油，煤焦油经分馏加工，提取出各种油质后的产品即为煤沥青。油质后的产品即为煤沥青。 煤沥青主要是由碳、氢、氧、硫和氮元素组成，碳氢比要比沥青大得多。煤沥青可分离为油分、软树脂、硬树脂和游离碳四个组分，油分又可分离为中性油、酚、萘和葸。按蒸馏程度不同，煤沥青分为低温煤沥青（软化点低于75）中温煤沥青（软化点为7595）高温煤沥青（软化点为95120）工程上多采用低温煤沥青。 与石油沥青相比，煤沥青的塑性、大气稳定性都较差，冬季易脆裂，夏季易软化，老化快，不宜用于屋面防水和温度变化较大的环境。煤沥青含有酚、蒽等有毒成

27、分，但粘性好，所以常用于地下防水和木材防腐材料。由于煤沥青含有有毒成分，在贮存和施工中，应遵守有关劳保规定，以防中毒。l煤沥青的应用煤沥青的应用 石油沥青与煤沥青的主要区别石油沥青与煤沥青的主要区别 性质性质石油沥青石油沥青煤沥青煤沥青密度密度(g/cm3)燃烧燃烧锤击锤击颜色颜色溶解溶解温度稳定性温度稳定性大气稳定性大气稳定性防水性防水性抗腐蚀性抗腐蚀性近于近于1.0烟少、无色、有松香味、无毒烟少、无色、有松香味、无毒韧性较好韧性较好呈辉亮褐色呈辉亮褐色易溶于煤油与汽油中，呈棕黑色易溶于煤油与汽油中，呈棕黑色较好较好较高较高较好较好差差 1.251.28烟多、黄色、臭味大、有毒烟多、黄色、臭味大、有毒韧性差，较脆韧性差，较脆浓黑色浓黑色难溶于煤油与汽油中，呈黄绿色难溶于煤油与汽油中，呈黄绿色较差较差较低较低较差较差(含酚、能溶于水含酚、能溶于水)强强 鉴别方法石油沥青煤沥青密度