沥青材料课件

1第二章沥青材料山东建筑大学交通工程专业2学习内容基本要求：⑴了解道路石油沥青的生产工艺和组分分析方法；掌握道路石油沥青的组成结构；⑵掌握道路石油沥青技术性质(物理性质、路用性能—粘滞性、感温性、耐老化性、粘弹性、低温性能、安全性、黏附性、溶解度、含蜡量)及评价方法；⑶掌握道路石油沥青的技术标准。重点与难点：道路石油沥青的技术性质以及评价方法。道路建筑材料·沥青材料3主要内容2.1沥青基础知识2.2道路石油沥青生产工艺及组成结构2.3道路石油沥青技术性质2.4改性沥青与乳化沥青2.5小结与习题道路建筑材料·沥青材料42.1沥青基础知识1.沥青材料的定义

黑色或暗黑色固体、半固体或者粘稠状物质，由天然或人工制造而得，主要由高分烃类组成。2.沥青材料的分类⑴天然沥青：一般存于岩石裂缝、地面或形成湖泊；

地下原油通过岩石裂缝渗透到地表，其轻质油蒸发，残留物经氧化后形成；特立尼达湖沥青；四川青川沥青矿、新疆克拉玛依乌尔木沥青湖；

⑵焦油沥青：

煤、木材、页岩炭化或减压蒸馏得到；煤焦油、松节油，页岩沥青；⑶石油沥青：

石油加工所得的渣油或由渣油氧化所得产物；普通沥青、SBS改性沥青、橡胶改性沥青等；道路建筑材料·沥青材料使用最广泛课程主要内容；5Ⅰ石油沥青的分类：加工工艺不同：直馏沥青：性质与原油来源有关；氧化沥青：主要用于生产建筑沥青或低标号道路沥青；调和沥青：关键在于组分的配伍性，混合均匀；溶剂脱沥青：形态不同：粘稠沥青：使用广泛；液体沥青：通常的乳化沥青，用于路面养护用途不同：道路沥青、建筑沥青、水工、防腐沥青；是否加入高分子添加剂：普通沥青与改性沥青道路建筑材料·沥青材料环烷基和中间基原油较适合生产优质道路沥青；6Ⅰ石油沥青的分类：普通沥青：针入度分级：A70#，A90#，A110#；PG性能分级：PG64-22，PG58-22；改性沥青：向普通沥青中加入一定高分子改性剂；橡胶类：SBR类；热塑性树脂类：EVA、PE类；热塑性橡胶类：SBS类；其他改性沥青材料：岩改性沥青、橡胶改性沥青；

SBS类、SBR类及EVA、PE类有国家规范，其余仅为指南；7Ⅱ石油沥青的发展及我国使用情况：石油沥青的发展历史公元前1600年，约旦河上游沥青矿—制涂料；公元前600年，巴比伦—沥青铺筑路面，不久失传；1681年，英国人研发出煤焦油沥青；1866年，匹兹堡沥青诞生—硫磺与沥青共热，硫磺改性沥青；1870年，开始开采特立尼达湖沥青，年产10万吨；1894年，柏尔来沥青诞生—氧化沥青；1876年，美国华盛顿特区宾夕法尼亚大道第一个单层沥青路面；1901年，Warrin兄弟开始用沥青混凝土铺路；1902年，加利福尼亚修建38座沥青炼厂；1960年，开始使用全厚度沥青路面；70年代，奥地利开始尝试用聚合物改性沥青；道路建筑材料·沥青材料8Ⅱ石油沥青的发展及我国使用情况：我国道路石油沥青使用情况道路建筑材料·沥青材料202145692.2道路石油沥青生产工艺及组成结构1.石油沥青生产工艺常减压工艺：直馏沥青或普通道路沥青；生产原理：蒸馏将原油中高沸点组分浓缩，减压塔底渣油—沥青；氧化工艺：生产建筑沥青或低标号道路沥青；生产原理：高温渣油吹空气氧化生产的高软化点沥青；溶剂脱沥青工艺：通过调和或氧化生产合格道路沥青；调和工艺：以沥青四组分作为调和依据，使组分配伍性良好；道路建筑材料·沥青材料10沥青生产流程道路建筑材料·沥青材料11

常减压工艺道路建筑材料·沥青材料12

常减压工艺132.石油沥青的组成结构⑴元素组成主要是C、H；少量杂原子S、N和O；微量金属元素Fe、Ni、V；道路建筑材料·沥青材料元素组成与沥青的技术性质相关性较差；142.石油沥青的组成结构⑵族组成沥青是一种复杂混合物，一般的化学分析方法难以将其分离；化学族组成分析定义：物理和化学特性相近似的化合物集合体——族；分析原理：不同分子大小、极性及分子空间构型不同；族组成分析方法：四组分分析法

吸附法：沥青在吸附剂上的吸附性不同及抽提溶剂中溶解度不同而分离；色谱法：液固吸附色谱进行梯度冲洗；常用四组分分析法(SARA法)：道路建筑材料·沥青材料15沥青四组分分析法道路建筑材料·沥青材料

液相冲洗色谱柱；

SARA法将沥青分饱和分芳香分胶质沥青质油分16沥青质胶质沥青四组分结构特点道路建筑材料·沥青材料17溶剂溶解的沥青质道路建筑材料·沥青材料18沥青四组分结构特点道路建筑材料·沥青材料19

沥青四组分特点：饱和分S：

直链和支链脂肪烃及烷基、环烷基烃；温度敏感性差；S%越大，沥青越软；占5-20%；起软化沥青质-胶质的作用；芳香分A：

沥青中最低的分子量的环烷芳香化合物；非极性较强，对高分子有强的溶解能力；A%越大，沥青越软；沥青中占30-45%；胶质R：

溶于正庚烷，极性强，粘结力强，是沥青的胶溶剂；化学稳定性差，易氧化缩合，具有很好的粘附性；沥青中占30-40%；沥青质AT：

溶于苯或甲苯，不溶于正庚烷；

AT%增加，沥青硬度增大，对沥青的感温性有好的影响；但过高，使沥青较脆；沥青中占5-20%；道路建筑材料·沥青材料20

常见沥青的族组成道路建筑材料·沥青材料注：C5戊烷沥青质比C7庚烷沥青质数值要大；21沥青中的蜡定义：

指沥青除去沥青质和胶质后，在油分中含有的、经冷冻能结晶析出的，熔点在25℃以上的混合组分，其主要是高熔点的烃类混合物；结构：正构烷烃及长烷基侧链的少环烃类为主。相对其他组分其结构和组成相对简单；特点：高温易软化，使沥青粘度降低，温度敏感性增大；低温时结晶，降低沥青的低温延展能力，柔韧性变差；降低沥青与集料的粘附性；道路建筑材料·沥青材料22蜡晶体的不同几何结构

道路建筑材料·沥青材料232.石油沥青的组成结构⑶沥青的胶体结构

胶体理论：多数沥青为胶体体系，以沥青质为胶核，胶质吸附在沥青质周围，饱和分、芳香分作为分散介质，包裹外围，从而形成稳固的胶体结构；道路建筑材料·沥青材料简单的胶体模型24道路建筑材料·沥青材料溶胶型沥青及凝胶型沥青示意图25扫描电子显微镜SEM观测的凝胶型沥青

道路建筑材料·沥青材料26不同胶体结构的沥青特点：溶胶型沥青：

沥青质含量<10%，分子尺寸与胶质相近，饱和分与芳香分溶解能力强；沥青胶束分散度高，胶束可自由移动，具有牛顿流体特性；对温度变化敏感；凝胶型沥青：

沥青质含量很大，超过25%，胶质不足以裹覆沥青质使其胶溶；沥青质胶团相互连接，沥青胶束移动较困难，呈非牛顿流动特性；较好的温度敏感性，高温下粘度较大，低温下较脆，柔韧性差；溶凝胶型沥青：沥青质含量适中，沥青中存在的网络结构相对较松散；常温时，变形初期有明显的粘弹性，

高温时具有较低的感温性，低温时又具有较好的形变能力；道路建筑材料·沥青材料27沥青胶体结构的评价方法

胶体结构的判断——针入度指数法：PI值<-2时，溶胶型沥青；PI值>2时，凝胶型沥青，PI在-2～2时，溶胶—凝胶型沥青；

PI指数的计算：通常采用针入度实验来确定确定：计算公式：道路建筑材料·沥青材料式中：P——沥青针入度，0.1mm；

A——针入度-温度感应性系数；

T——针入度的实验温度，℃；28小结道路石油沥青沥青的化学族组成；四组分分析方法；饱和分、芳香分、胶质、沥青质分别起的作用；道路石油沥青的胶体结构；溶胶型沥青：沥青质少，抗冻，高温粘度低；凝胶型沥青：沥青质多，低温较脆；溶凝胶型沥青：PI指数的判定及其计算；道路建筑材料·沥青材料2.3道路石油沥青技术性质1.物理性质密度体膨胀系数介电常数292.3道路石油沥青技术性质2.路用性质粘滞性——粘度表征30

沥青绝对粘度概念图测定方法

(1)毛细管粘度法

(2)真空减压毛细管法

(3)布氏粘度

(4)标准粘度

(5)针入度

(6)软化点2.路用性质——粘滞性真空减压毛细管法——60℃动力粘度，Pa.s，高温指标312.路用性质——粘滞性针入度——分级指标P25℃，100g，5s32100g100gpenetration0sec5sec2.路用性质——粘滞性软化点——环球法软化点，高温指标33实验过程：制模；空气中0.5h，热刮刀切模，温度浴中护15min；实验条件：SP<80℃，5℃水中养护；SP>80℃，32℃甘油中养护；2.路用性质沥青低温性能测定方法：

延性(延度)、脆性、弯曲梁流变实验BBR；沥青低温蠕变劲度：BBR测定蠕变劲度定义：意义：表征沥青在某一温度和某一荷载作用时间的应力与应变关系，是反映沥青粘性和弹性联合效应的指标。

34S，沥青劲度模量，Pa；δ，应力，Pa；ε，应变；T，温度，℃；t，荷载时间，s；2.路用性质沥青低温性能测定方法：

延性(延度)、脆性、弯曲梁流变实验BBR；

35延度测定2.路用性质沥青低温性能测定方法：

延性(延度)、脆性、弯曲梁流变实验BBR；

36BBR测定沥青蠕变劲度2.路用性质沥青感温性能——针入度指数PI37A：针入度—温度敏感性系数；P：沥青在某一温度下针入度；2.路用性质沥青耐久性定义：沥青运输、加热、拌合、碾压及自然条件作用发生物理化学变化而变硬、变脆的现象；影响因素：温度、空气、水、时间评价方法

(1)薄膜烘箱试验TFOT(2)旋转薄膜烘箱试验RTFOT(3)压力老化试验PAV382.路用性质——耐久性392.路用性质沥青粘弹性定义：低温时表现为弹性，高温时表现为粘性，常温粘弹性共存测定：动态剪切流变仪DSR402.路用性质沥青粘附性粘附原因：沥青偏酸性，与碱性石料产生强化学吸附；粘附性差：导致沥青路面松散；实验方法水煮法水浸法、光电分光光度法。413.道路石油沥青的技术要求道路石油沥青的分级体系针入度分级：分级指标：25℃针入度划分沥青标号；技术要求：JTGF40-2004粘度分级：以60℃粘度大小划分沥青标号；PG分级：ASTMD637342技术指标符号实验仪器试验目的抗车辙因子G*/sinσDSR高温性能抗疲劳因子G*×sinσDSR中温疲劳特性蠕变劲度变化率mBBR低温性能蠕变劲度SBBR低温性能粘度η布氏粘度计施工和易性3.道路石油沥青的技术要求43我国道路石油沥青的技术要求2.4改性沥青与乳化沥青1.改性沥青：定义：向普通沥青中加入一定高分子改性剂；分类：橡胶类：SBR类；热塑性树脂类：EVA、PE类；热塑性橡胶类：SBS类；其他改性