长沙理工大学土木工程材料第八章课件

第8章沥青本章主要内容

概述石油沥青液体石油沥青乳化沥青煤沥青

概述1.定义

沥青——是由高分子碳氢化合物及其非金属（氧、氮、硫等）衍生物组成的极其复杂的混合物。在常温下，沥青呈黑色或黑褐色的固体、半固体或液体。2.分类3.应用：广泛用于路面工程、屋面或地下防水工程、防腐蚀工程等。土木工程中主要应用石油沥青。

沥青地沥青

焦油沥青天然沥青：由沥青湖或含有沥青的砂岩等提炼而得。石油沥青：由石油原油蒸馏后的残留物经加工而得。煤沥青：由煤焦油蒸馏后的残留物加工而得。页岩沥青：油页岩炼油工业的副产品。

8.1石油沥青

石油原油经蒸馏提炼出各种轻质油（如汽油、煤油、柴油）及润滑油以后的残留物，或经再加工而得的产品。1.石油沥青的组成通常从工程使用的角度出发，将沥青中化学成分和物理性质相近，并且具有某些共同特征的部分，划分为同一个组，称为组分。一般将石油沥青划分为三个组分：油分、树脂、沥青质。8.1.1石油沥青的组成与结构石油沥青的主要组分特征和作用

组分碳氢比性质与状态分子量含量作用油分0.5～0.7浅黄－红褐色液体，可溶于大部分溶剂，密度约0.91～0.93300～50040%～60%使沥青具有流动性树脂0.7～0.8黄－黑色粘稠半固体，温度敏感性强，密度1.0以上600～100015%～30%使沥青具有粘性和塑性沥青质0.8～1.0深褐－黑色固体颗粒，加热不熔，不溶于溶剂，密度大于1＞100010%～30%决定沥青的稳定性a)溶胶结构b)溶-凝胶结构c)凝胶结构

③溶-凝胶结构：沥青质含量适当，并有较多的树脂作为保护膜层时，胶团之间保持一定的吸引力。性质：介于二者之间。1.粘滞性（简称粘性）

（1）定义：是反映沥青材料内部阻碍其相对流动的一种特性。它反映了沥青软硬、稀稠的程度。

（2）指标：

①标准粘度（液体石油沥青）：在规定温度下，通过规定直径的孔流出50cm³沥青所需的时间s。用符号CT,d表示（T为试验温度℃，d为孔径mm)。8.1.2石油沥青的技术性质

②针入度（固体或半固体沥青）：在规定温度下（25℃），以规定重量（100克）的标准针，在规定时间（5s）内贯入试样中的深度（0.1mm为1度），用P（25℃，100g，5s）表示。

针入度值越大，沥青越软，粘度越小。针入度是我国粘稠沥青标号划分的依据。如：针入度在80～100之间为90号沥青。

（1）定义：石油沥青在外力作用时产生变形而不破坏，除去外力后仍保持变形后形状的性质。（2）指标：延度。把沥青试样制成8字形标准试样，在规定拉伸速度（5cm/min）和规定温度（10℃、15℃）下拉断时的长度，以cm为单位。延度值越大，塑性越好。2.塑性3.温度敏感性

（1）定义：是指石油沥青的粘性和塑性随温度升降而变化的性能。是评价沥青性质的重要指标之一。

（2）指标：

①软化点：沥青是高分子非晶态热塑性物质的混合物，没有固定的熔点。沥青材料从固态转变至粘流态有一定的间隔，因此，规定其中某一状态作为从固态转到粘流态的起点，相应的温度称为沥青软化点。注意：初始温度5℃采用环球法测定：先把沥青试样浇入铜环内，冷却后放入5℃水中恒温至少15min，然后取出放入中层板的圆孔中，套上定位环，放置一个钢球，以5℃/min的升温速度加热，使沥青软化下垂，当沥青下垂到与下底板接触时的温度（℃），即为沥青的软化点，用TR&B表示。

软化点越高，沥青的耐热性越好，温度敏感性越小。有研究表明，大部分沥青在软化点时的针入度值约为800。因此，可以认为软化点是一种人为的等粘温度。

②针入度指数：根据大量试验结果，沥青针入度值的对数lgP与温度T具有线性关系。

式中：

A—针入度-温度敏感性系数，表示沥青针入度随温度的变化率。

K—为截距（常数）。

针入度-温度感应性关系图

根据已知的针入度值P（25℃，100g，5s）和软化点TR&B（假设软化点时的针入度值为800），建立针入度-温度敏感性系数A的基本公式：

针入度-温度敏感性系数A值为小数，使用不方便，普费等引入PI值的概念，按下式计算：

针入度指数的应用：（1）针入度指数愈大，表示沥青对温度的敏感性越小。（2）划分沥青的胶体结构：

PI＜-2者，属溶胶型沥青

PI=-2～+2之间者，属溶-凝胶型沥青

PI＞+2者，属凝胶型沥青

表征石油沥青的粘滞性、塑性和温度敏感性这三项性质的指标为：针入度、延度、软化点

是评价粘稠石油沥青技术性质最常用的指标，被称为石油沥青的三大指标。

石油沥青的三大指标4.大气稳定性

（1）定义：是指石油沥青在热、阳光、氧气、水等因素长期综合作用下抵抗老化的性能。在大气因素的综合作用下，油分→树脂→沥青质。由于树脂向沥青质转化的速度远比油分变为树脂的速度快得多，因此，石油沥青随着使用时间的增长，树脂显著减少，沥青质显著增加。沥青的塑性降低，脆性增加。

（2）指标：采用烘箱或薄膜烘箱试验或旋转薄膜加热试验（沥青试样在163℃条件下，加热5h或85min），以沥青试样在加热前后的质量变化率和残留针入度比来评价。质量变化率愈小，残留针入度比愈大，残留延度愈大，则表示沥青大气稳定性愈好，老化得越慢。5.溶解度、闪点和燃点

溶解度：石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳和苯中溶解的百分率。用以限制有害的不溶物的含量，不溶物会降低沥青的粘结性。

沥青使用时必须加热，为保证沥青安全加热和施工，沥青在使用前应检测闪点和燃点。闪点：沥青加热产生的气体和空气的混合物，在规定的条件下与火焰接触，初次产生蓝色闪光时沥青的温度。燃点：若继续加热，产生的气体和空气的混合物，与火焰接触能持续燃烧5s以上时沥青的温度。

1.建筑石油沥青技术标准按针入度值划分为40号、30号和10号三个标号，建筑石油沥青针入度较小，软化点较高，但延度较小。

屋面防水工程，主要考虑沥青的高温稳定性，宜选针入度较小的10号沥青，对于地下防水工程，主要考虑沥青的耐老化性，宜选择针入度较大的40号沥青。

8.1.3石油沥青的技术标准与选用建筑石油沥青技术标准

项目质量指标10号30号40号针入度（25℃，100g，5s）（1/10mm）10～2526～3536～50延度（25℃，5cm/min）（cm）不小于1.52.53.5软化点（环球法）（℃）不低于957560溶解度（三氯乙烷、三氯乙烯、四氯化碳或苯）（%）不小于99.5蒸发损失（163℃，5h）（%）不大于1蒸发后针入度比（%）不小于65闪点（开口）（℃）不低于230脆点，℃报告沥青等级适用范围A级沥青各个等级的公路，适用于任何场合和层次。B级沥青1.高速公路、一级公路沥青下面层及以下的层次，二级及二级以下公路的各个层次；2.用作改性沥青、乳化沥青、改性乳化沥青、稀释沥青的基质沥青。C级沥青三级及三级以下公路的各个层次。2.道路石油沥青的标准与选用道路石油沥青按照质量等级分为A、B、C三个等级，各等级的石油沥青的适用范围见下表。道路石油沥青适用范围

道路石油沥青技术要求指标单位等级沥青标号160号130号110号90号70号50号30号针入度25℃,5s,100g0.1mm140～200120～140100～12080～10060～8040～6020～40适用的气候分区注注2-12-23-21-11-21-32-22-31-31-42-22-32-41-4注针入度指数PIA-1.5～+1.0B-1.8～+1.0软化点（TR&B）不小于℃A384043454446454955B363942434244434653C3537414243455060℃动力粘度不小于A—6012016014018016020026010℃延度不小于cmA505040453020302020152520151510B3030303020152015151020151010815℃延度不小于cmAB1008050C80806050403020指标单位等级沥青标号160号130号110号90号70号50号30号含蜡量(蒸馏法)不大于%A2.2B3.0C4.5闪点不小于℃230245260溶解度不小于%99.5密度（15℃）g/cm3实测记录TFOT（或RTFOT）后质量变化不大于%±0.8残留针入度比（25℃）不小于%A48545557616365B45505254586062C40454850545860残留延度（10℃）不小于cmA121210864—B10108642—残留延度（15℃）不小于cmC403530201510—1.氧化改性是在250～300℃高温下向残留沥青或渣油吹入空气，通过氧化作用和聚合作用，使沥青分子变大，提高沥青的粘度和软化点，从而改善沥青的性能。8.1.4沥青改性

改性沥青：是指掺加橡胶、树脂、高分子天然聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉或者其他外掺剂，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料。

2.矿物填充改性

为提高沥青的粘结能力和耐热性，降低沥青的温度敏感性，经常在石油沥青中加入一定数量的矿物填充料进行改性。3.聚合物改性某些聚合物（包括橡胶和树脂）同石油沥青具有较好的相容性，可赋予石油沥青优良的性能。

（1）SBS改性沥青（2）SBR改性沥青（3）APP改性沥青8.2液体石油沥青1.定义

是指在常温下呈液体状态的沥青，它可以是油分含量较高的直馏沥青，也可以是汽油、煤油、柴油等溶剂将石油沥青稀释而成的产品。

2.分类（1）快凝AL(R)：AL(R)-1、AL(R)-2（2）中凝AL(M)：AL(M)-1～AL(M)-6

（3）慢凝AL(S)：AL(S)-1～AL(S)-68.3乳化沥青1.定义

是指石油沥青与水在乳化剂、稳定剂的作用下经乳化加工制得的均匀的沥青产品，也称沥青乳液。

2.优点

（1）可冷态施工、节约能源；（2）施工便利、节约沥青；

（3）环境友好，无毒副作用。

3.分类

（1）阳离子乳化沥青；（2）阴离子乳化沥青；

（3）非离子乳化沥青。