道路建筑材料（第2版）课件 单元六 沥青材料之模块一~模块三 沥青及其分类-其他沥青

道路建筑材料

单元六沥青材料课程思政元素：

“中国制造”价值引领：正所谓“人不可貌相，海水不可斗量”

“其貌不扬”的“黑”石油沥青给人类创造了舒适的交通环境

“中国制造”的具有各种特殊功能的新型沥青备受世界青睐！

知识目标❈了解煤沥青、改性沥青和乳化沥青的技术性能及其应用❈熟悉石油沥青的组成结构(技术性质和技术标准❈掌握石油沥青三大技术指标的测试方法(能根据技术指标做出正确评价能力目标❈能根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》对石油沥青相关技术指标进行检测，并依据《公路沥青路面施工技术规范》对所测定的技术指标进行正确评定和合理选用沥青❈能够规范填写实验原始记录，并独立出具相关试验报告模块一

沥青及其分类概述1、

沥青的定义：沥青作为一种憎水性的有机胶凝材料，是高分子碳氢化合物和非金属衍生物，是由多种有机化合物构成的复杂混合物。2、沥青的物理性质：形状：具有良好的不在常温下是粘稠状的液体、半固体或固体；颜色：呈辉亮褐色以至黑色透水性、粘结性、塑性和抗冲击性、耐化学腐蚀性，电绝缘体；能溶解于二硫化碳、苯等有机溶液。沥青地沥青天然沥青：存在于自然界中的沥青石油沥青：石油加工后的残留物焦油沥青煤沥青：炼焦炭或制煤气的副产物页岩沥青：油页岩炼油工业的副产品3、沥青的分类

沥青按其在自然界中获取的方式不同，可分为地沥青和焦油沥青两大类。1、天然沥青——湖沥青

特立尼达湖沥青(TriniadaLakeAsphalt)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1.1地沥青2、石油沥青

石油沥青是原油分馏各类产品后的残渣经过精制加工而制成的。我国储藏着极其丰富的石油资源，如大庆油田、克拉玛依油田、胜利油田和茂名油田等都有很大储量。各地油田的类别不同，沥青的性能也有明显的差异。石油沥青是我国道路工程中使用量最大的一种沥青材料。

焦油沥青——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。美国北部犹他州的盆地的岩沥青是世界上最为著名的岩沥青。技术指标数值软化点，℃160～175针入度，250比重1.04～1.06闪点，25℃315＋1.2焦油沥青模块二

石油沥青1、按沥青在常温下的稠度分类1)液体沥青在常温下为液体状态的沥青，称为液体沥青，其针入度大于300。2)黏稠沥青在常温下呈固体、半固体状态的沥青，称为黏稠沥青，其针入度在300以下。2.1石油沥青的分类

液态沥青

半固态沥青

固态沥青2、按加工方法分类我国生产沥青的主要工艺方法有：蒸馏法、氧化法、半氧化法、溶剂法和调和法等。提炼石油的方法不同，沥青制造方法不同，沥青的性状就有很大的差异。

1)直馏沥青

原油经过常压塔和减压塔，将石油在不同沸点温度的馏分如汽油、煤油和柴油等蒸馏提出之后，可以获得加工沥青的原料，或再经减压深拔，残留的黑色液体状产品，符合沥青标准的，称为直馏沥青。直馏沥青含有许多不稳定的碳氢化合物，所以直馏沥青温度感应性大(即温度升高容易变软)，温度稳定性和气候稳定性较差，一般不能直接使用。

2)蒸馏沥青

将残留沥青或渣油加热至300

℃～330

℃后，吹入过热水蒸气，使沥青中的部分油质被水蒸气蒸馏，从而提高了沥青树脂质和沥青质的相对含量，增大了沥青的稠度。这通常是提高沥青稠度的一种方法，这种沥青称为蒸馏沥青。

3)氧化沥青

将各种低标号沥青或渣油在200

℃～220

℃的高温下吹入空气，通过氧化改变沥青的成分，提高沥青稠度，称为氧化沥青。

氧化沥青比直馏沥青的稠度高，具有较低的温度感应性，不易受温度变化的影响，有很高的热稳性，且具有弹性，但低温变形能力较差(即低温时容易脆裂)，其延伸度没有直馏沥青好。

4)调和沥青

为了得到理想的沥青材料，可以按要求调剂沥青中的化学组分，这种由人工调配组分的沥青称为调和沥青。调和沥青可根据沥青性能的需要，调配成延性和温度稳定性均很好的沥青。

5)溶剂沥青

渣油采用溶剂脱沥青的装置萃取脱沥青油后，剩下的沥青称为溶剂沥青。常用的溶剂有丙烷、丙-丁烷和丁烷等。通过这种方法得到的溶剂沥青含蜡量大大降低，使沥青的性能得到改善。3、按原油的基属分类

目前，我国的原油是按照“关键馏分特性”和“含硫量”的分类方法进行分类的。主要包括石蜡基原油、环烷基原油、中间基原油。

按现行常规工艺，原油基属的选择，最好是选用环烷基原油，其次是中间基原油，最好不选用石蜡基原油，因为石蜡的存在将给沥青路用性能带来不良的影响。但是，石蜡基原油通过现代工艺如溶剂法处理，也能生产出优质的沥青。1、石油沥青的元素组成

石油沥青是由多种极其复杂的碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属衍生物组成的混合物，它的通式为CnH2n+aObScNd，所以它的化学元素主要是碳(80%～87%)和氢(10%～15%)，其次是非烃元素，如氧、硫、氮等(小于3%)，此外还含有一些微量的金属元素，如镍、钒、铁、锰等，含量约为百万分之几至百万分之几十。2.2石油沥青的元素组成和化学组分

2、石油沥青的化学组分

目前通常采用化学组分分析的方法，利用沥青在不同有机溶剂中的选择性溶解或在不同吸附剂上的选择性吸附，而将沥青分离为几个化学性质与路用性能有一定联系的组，这些组就称为“沥青的化学组分”，简称“组分”。

将沥青分为不同组分的化学分析方法称为组分分析法。组分分析是利用沥青在不同有机溶剂中的选择性溶解或在不同吸附剂上的选择性吸附等性质进行分组。

丁·马尔库松(德国)将沥青的化学组分分为沥青质、树脂、油分、蜡、沥青酸和沥青酸酐、沥青碳和似碳物。美国人L.R哈巴尔德和K.E斯坦费尔德的三组分分析法。科尔贝特(L.W.Corbete)(美国)的四组分分析法。1)三组分分析法：油分、树脂、沥青质。

这种方法的优点是组分分解明确，组分含量能在一定程度上说明沥青的路用性能；主要缺点是分析流程复杂，分析时间长。

2)四组分分析法：饱和分、芳香分、胶质、沥青质。

由相同油源、相同生产工工艺制得的沥青，沥青质和胶质含量越高，其针入度值越小(稠度越大)，软化点越高；饱和分含量越高，其针入度值越大(稠度越小)，软化点越低；芳香分含量对针入度、软化点无显著影响，但极性芳香分含量越高，对其黏附性有利。同时，沥青质能够提高沥青的黏结性和热稳定性，而胶质则能改善其塑性。3)沥青的“老化”

沥青在长期使用过程中，在空气、阳光、水的作用下，它的化学组分也会发生转化，其转化的趋势是油分、树脂含量逐渐减少，沥青质的含量不断增加。从而使沥青不断“老化”。根据沥青中各组分的化学组成和相对含量不同，沥青的胶体结构可分为溶胶、凝胶、溶-凝胶三种结构，(1)溶胶结构沥青质含量极少，饱和分、芳香分（油分）和胶脂多。这种结构的特点是良好的塑性和流动性，开裂后的自愈能力较强，高温稳定性较差。液体沥青等大部分直馏沥青多属溶胶型沥青。2.3石油沥青的胶体结构(2)溶-凝胶结构沥青质的含量适当(15%~25%)，油分和树脂亦适中。有较好的黏结性、塑性和温度稳定性，高温时有较低的感温性，低温时又有较好的变形能力，是道路沥青中较为理想的沥青结构。(3)凝胶结构油分和树脂的含量很少，沥青质含量较多(＞30%)。弹性和黏结性较高，温度敏感性小，高温稳定性较好，但流动性和塑性较差，开裂后的自愈能力较差。氧化沥青多属于凝胶型沥青。(a)溶胶型(b)溶-凝胶型(c)凝胶型

沥青的胶体结构类型2.4.1黏结性(黏滞性)

定义：黏滞性是指沥青在外力作用下，抵抗变形的能力。同时黏性也是沥青软硬、稀稠程度的反映；石油中地沥青质含量较多时，黏性较大；温度下降时，黏性较大。1、沥青绝对黏度(动力黏度)

在两块金属板中间夹一沥青层，当其受到剪切变形时，沥青层会产生抵抗移动的抗力。这种抗力用沥青的内摩擦系数即绝对黏度表示。

沥青剪切变形示意图2.4石油沥青的技术性质2、沥青相对(条件)黏度影响因素：组分含量：一般随沥青质的含量增加，黏性也增大。温度：在一定温度范围内，黏性随温度升高而降低，反之则增大。检验方法：黏稠石油沥青

针入度法测定

液体石油沥青

标准黏度计法测定1)针入度定义：针入度是指沥青试样在规定温度的条件下，以规定荷载的标准针，在规定的时间内贯入沥青试样的深度，以1/10

mm(或0.1

mm)为单位表示。测试方法：针入度试验

标准针、针连杆和附加砝码的总质量为100

g±0.05

g，温度25

℃，荷载100

g，贯入的时间5

s。黏稠沥青的黏结性是用针入度表示的，针入度值越小，表示沥青的黏结性越好。针入度也是划分黏稠沥青标号的依据，例如，针入度值在(60～80)(1/10

mm)的沥青，其标号为AH-70号。如果为确定针入度指数(PI)，常用的试验条件为15

℃、25

℃和30

℃，如果采用30

℃作为试验条件测得的针入度值过大，则可以采取5

℃作为试验条件。沥青针入度试验(一)目的与适用范围本方法适用于测定道路石油沥青、聚合物改性沥青针入度以及液体石油沥青蒸馏或乳化沥青蒸发后残留物的针入度，以0.1mm计。其标准试验条件为温度25℃，荷重100g，贯入时间5s。(二)仪器设备

针入度仪、

标准针、盛样皿、恒温水槽、温度计、盛样皿盖、计时器(精度为0.1s)、三氯乙烯、电炉或砂浴、石棉网、金属锅或瓷把坩埚等。沥青针入度仪恒温水槽标准针(三)沥青(原材料)检验要求沥青应有质量证明单进料≤500t为一批，每批均应进行3大指标检测。检验结果有一项不合格或与质量证明单指标相差较大，则应每车取样进行检验生产用沥青每班应进行3大指标检测初次使用的沥青应进行全套检验，常用沥青应每年进行一次全套检验检验方法按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)沥青材料应按不同品牌、不同标号分别储存非使用期内沥青的储存温度不得超过100℃；使用期内沥青温度宜在130℃~175℃沥青材料不得采用明火直接加热，当采用导热油加热工艺时，导热油热温度不得超过沥青最高允许加热温度50℃沥青取样器沥青盛样桶1、按规定的方法准备试样。2、按试验要求将恒温水槽调节到要求的试验温度25℃或15℃、30℃(5℃)，保持稳定。3、将试样注入盛样皿中，试样高度应超过预计针入度值10mm，并盖上盛样皿，以防落入灰尘。盛有试样的盛样皿在15℃～30℃室温中冷却不少于1.5h(小盛样皿)、2h(大盛样皿)或3h(特殊盛样皿)后移入保持规定试验温度±0.1℃的恒温水槽中，并应保温不少于1.5h(小盛样皿)、2h(大试样皿)或2.5h(特殊盛样皿)。4、调整针入度仪使之水平。检查针连杆和导轨，以确认无水和其他外来物，无明显摩擦。用三氯乙烯或其他溶剂清洗标准针，并拭干。将标准针插入针连杆，用螺钉固紧。按试验条件，加上附加砝码。(四)试验准备1、取出达到恒温的盛样皿，并移入水温控制在试验温度±0.1℃(可用恒温水槽中的水)的平底玻璃皿中的三脚支架上，试样表面以上的水层深度不小于10mm。2、将盛有试样的平底玻璃皿置于针入度仪的平台上。慢慢放下针连杆，用适当位置的反光镜或灯光反射观察，使针尖恰好与试样表面接触，将位移计或刻度盘指针复位为零。3、开始试验，按下释放键，这时计时与标准针落入试样同时开始，至5s时自动停止。4、读取位移计或刻度盘指针的读数，准确至0.1mm。(6)试验步骤5、同一试样平行试验至少3次，各测试点之间及与盛样皿边缘的距离不应小于10mm。每次试验后应将盛有盛样皿的平底玻璃皿放入恒温水槽，使平底玻璃皿中水温保持试验温度。每次试验应换一根干净标准针或将标准针取下用蘸有三氯乙烯溶剂的棉花或布揩净，再用干棉花或布擦干。6、测定针入度大于200的沥青试样时，至少用3支标准针，每次试验后将针留在试样中，直到3次平行试验完成后，才能将标准针取出。7、测定针入度指数PI时，按同样的方法在15℃、25℃、30℃(或5℃)3个或3个以上(必要时增加10℃、20℃等)温度条件下分别测定沥青针入度，但用于仲裁试验温度条件为5个。1、同一试样3次平行试验结果的最大值和最小值之差在下列允许误差范围内时，计算3次试验结果的平均值，取整数作为针入度试验结果，以0.1mm计。 针入度(0.1mm)

允许误差(0.1mm)0～49 250～149 4150～249 12250～500 20 当试验值不符此要求时，应重新进行。2、允许误差(1)当试验结果小于50(0.1mm)时，重复性试验的允许误差为2(0.1mm)，再现性试验的允许误差为4(0.1mm)。(2)当试验结果等于或大于50(0.1mm)时，重复性试验的允许误差为平均值的4%，再现性试验的允许误差为平均值的8%。(六)结果整理例题：有一组沥青针入度实测值：96.4、98.6、99.1（0.1mm）,请判断该沥青标号？答：99.1—96.4=2.7<4(0.1mm),99.1+98.6+96.4/3=98(0.1mm)

该沥青是90号例题计算针入度越小，黏稠石油沥青黏性越大，道路石油沥青标号也越小。重复性试验定义：相同的方法，同一试验材料，在相同的条件下获得的一系列结果之间的一致程度。相同的条件是指同一操作者，同一测量仪器，同一地点，相同的测量程序和短暂时间内重复测量。复现性试验定义：复现性试验允许差是指在两个以上不同的实验室，由各自的试验人员，使用各自的仪器，按相同的试验方法，对同一试样，分别完成试验操作所得试验结果之间的误差。知识拓展标准黏度试验液体沥青（黏滞度）:是将一定量的液体沥青，在某温度下经一定直径的小孔流出50ml沥青所需的时间，以秒表示。常用符号“Ct，d”表示粘滞度，其中C为黏度，d为小孔直径（mm），t为试样温度。d有10、5、3mm三种，t通常为25℃或60℃。例如：某沥青60℃时，自5mm孔径流出50ml，所需要的时间为120s，表示为C60,5=120s

各种石油沥青的黏结性(黏滞性)变化范围很大，黏结性(黏滞性)的大小与组分及温度有关。当沥青质含量较高，胶质适量，油分较少时，沥青的黏结性(黏滞性)较大。在一定温度范围内，当温度升高时，沥青的黏结性(黏滞性)随加之降低，反之则增大。在现代高温、重载交通条件下，为防止路面出现车辙，沥青黏度的选择是首要考虑的参数。定义：塑性指石油沥青在外力作用时产生变形而不破坏，除去外力后，则仍保持变形后的形状的性质。也反映了沥青的自愈合性能。沥青的塑性对冲击振动荷载有一定吸收能力，并能减少摩擦时的噪声，故沥青是一种优良的道路路面材料。评价指标：延度（伸长度）用D(cm)表示，延度越大，塑性越好。影响因素

胶脂含量较多，其他组分含量适当时，则塑性较大；温度升高，塑性增大；沥青膜层厚度越厚，则塑性愈大。

2.4.2塑性

沥青延度试验（一）目的与适用范围1、本方法适用于测定道路石油沥青、聚合物改性沥青、液体石油沥青蒸馏残留物和乳化沥青蒸发残留物等材料的延度。2．沥青延度的试验温度与拉伸速率可根据要求采用，通常采用的试验温度为25℃、15℃、10℃或5℃，拉伸速度为5cm/min±0.25cm/min。当低温采用1cm/min±0.05cm/min拉伸速度时，应在报告中注明。（二）仪器设备1、延度仪2、试模3、试模底板4、恒温水槽5、其他：温度计、砂浴或其他加热炉具。6、甘油滑石粉隔离剂(甘油与滑石粉的质量比2:1)、平刮刀、石棉网、酒精、食盐等。

沥青延度仪沥青延度试模恒温水浴锅温度计（三）试验准备

1．将隔离剂拌和均匀，涂于清洁干燥的试模底板和两个侧模的内侧表面，端模不涂。并将试模在试模底板上装妥。2．按规定的方法准备试样，然后将试样仔细自试模的一端至另一端往返数次缓缓注入模中，最后略高出试模。灌模时不得使气泡混入。3．试件在室温中冷却不少于1.5h，然后用热刮刀刮除高出试模的沥青，使沥青面与试模面齐平。沥青的刮法应自试模的中间刮向两端，且表面应刮得平滑。将试模连同底板再浸入规定试验温度的水槽中保温1.5h。4．检查延度仪延伸速度是否符合规定要求，然后移动滑板使其指针正对标尺的零点。将延度仪注水，并保温达试验温度±0.1℃。延度试件（四）试验步骤1．将保温后的试件连同底板移入延度仪的水槽中，然后将试模自试模底板上取下，将试模两端的孔分别套在滑板及槽端固定板的金属柱上，并取下侧模。水面距试件表面应不小于25mm。2．开动延度仪，并注意观察试样的延伸情况。此时应注意，在试验过程中，水温应始终保持在试验温度规定范围内，且仪器不得有振动，水面不得有晃动，当水槽采用循环水时，应暂时中断循环，停止水流。在试验中，如发现沥青细丝浮于水面或沉入槽底时，则应在水中加入酒精或食盐，调整水的密度至与试样相近后，重新试验。3．试件拉断时，读取指针所指标尺上的读数，以cm计，在正常情况下，试件延伸时应成锥尖状，拉断时实际断面接近于零。如不能得到这种结果，则应在报告中注明。延度试件开始拉伸延度试件拉伸中（五）结果整理1．同一样品，每次平行试验不少于3个，如3个测定结果均大于100cm，试验结果记作“＞100cm”；特殊需要也可分别记录实测值。3个测定结果中，当有一个以上的测定值小于100cm时，若最大值或最小值与平均值之差满足重复性试验要求，则取3个测定结果的平均值的整数作为延度试验结果，若平均值大于100cm，记作“＞100cm”；若最大值或最小值与平均值之差不符合重复性试验要求时，试验应重新进行。2．允许误差：当试验结果小于100cm时，重复性试验的允许误差为平均值的20%；再现性试验的允许误差为平均值的30%。例题：有一组沥青延度实测值：96.4、98.6、102(cm)，请确定该沥青延度结果？解：102+98.6+96.4/3=99(cm)(99－96.4)/99=2.6%<20%；(99－101)/99=2.0%<20%；

该沥青延度结果是99cm。

1、温度稳定性的定义：温度稳定性是指沥青的黏结性和塑性随温度升降而变化的性能。

沥青是无定形的非结晶高分子化合物，它的力学性能对温度的变化非常敏感，当外界温度增高时，沥青就软化；当温度降低时，沥青就变脆。

温度稳定性好的沥青，使用时不易因夏季升温而软化，也不易因冬季低温而脆裂。

2、评价指标：软化点和脆点。2.4.3温度稳定性

1)高温稳定性——软化点

软化点是沥青材料由固体状态转变为具有一定流动性的黏塑状态时的一种条件温度。软化点是评价沥青高温稳定性的重要指标。软化点用sp表示，单位℃。

黏稠石油沥青三大技术指标之间的关系：沥青标号越大，针入度越大，黏结性差；延度大，塑性好；软化点低，热稳定性差。

检测方法：软化点试验(环球法)

检测方法：软化点试验(环球法)环球法是将沥青试样加热后注入规定尺寸的两个铜环内，将铜环装于试验搁架的中层板上，在环内的沥青试样上各放置一个标准钢球，将其架置在盛有规定液体的烧杯内，并规定起始温度，以5

℃/min加热速度，一直加热到沥青在钢球自重作用下，试样下垂至与试验搁架底板接触时的温度，即为试样的软化点。2)低温稳定性——脆点

脆点是沥青材料在低温条件下，产生条件脆裂时的温度。

检测方法：弗拉斯脆点试验将(0.4±0.01)g沥青试样均匀涂在(41±0.5)mm×(20±0.2)mm的薄钢片上，再将此薄钢片放在弗拉斯脆点仪弯曲器的夹钳上，用漏斗把干冰慢慢加入酒精中，控制温度下降的速度为1℃/min，同时均匀摇动弯曲器手柄，使涂在金属片上的沥青薄膜按一定的速度进行“弯曲——伸直”循环，直至出现一个或多个裂缝时的温度即为脆点。

沥青脆点和软化点的大小随其组分不同，在实际应用时总希望沥青具有较高的软化点和较低的脆点。所以常对沥青进行改性，通过添加增塑剂、橡胶、树脂等填料改变它的软化点和脆点。

沥青软化点试验(环球法)（一）目的与适用范围

本方法适用于测定道路石油沥青、聚合物改性沥青的软化点，也适用于测定液体石油沥青、煤沥青蒸馏残留物或乳化沥青蒸发残留物的软化点。沥青软化点试验仪1—温度计；2—上盖板；3—立柱；4—钢球；5—钢球定位环；6—金属环；7—中层板；8—下底板；9—烧杯（二）仪器设备1、软化点试验仪2、加热炉具3、试样底板4、恒温水槽。5、平直刮刀.6、甘油、滑石粉隔离剂(甘油与滑石粉的质量比为2:1)

试样环、钢球定位环沥青软化点仪低温水浴温度计平直刮刀（三）试验准备1、将试样环置于涂有甘油滑石粉隔离剂的试样底板上。按规定方法将准备好的沥青试样徐徐注入试样环内至略高出环面为止。如估计试样软化点高于120℃，则试样环和试样底板(不用玻璃板)均应预热至80℃～100℃。2、试样在室温冷却30min后，用热刮刀刮除环面上的试样，应使其与环面齐平。（四）试验步骤1、试样软化点在80℃以下者：(1)将装有试样的试样环连同试样底板置于5℃±0.5℃水的恒温水槽中至少15min；同时将金属支架、钢球、钢球定位环等亦置于相同水槽中。(2)烧杯内注入新煮沸并冷却至5℃的蒸馏水或纯净水，水面略低于立杆上的深度标记。(3)从恒温水槽中取出盛有试样的试样环放置在支架中层板的圆孔中，套上定位环；然后将整个环架放入烧杯中，调整水面至深度标记，并保持水温为5℃±0.5℃。环架上任何部分不得附有气泡。将0℃～100℃的温度计由上层板中心孔垂直插入，使端部测温头底部与试样环下面齐平。(4)将盛有水和环架的烧杯移至放在石棉网的加热炉具上，然后将钢球放在定位环中间的试样中央，立即开动电磁振荡搅拌器，使水微微振荡，并开始加热，使杯中水温在3min内调节至维持每分钟上升5℃±0.5℃。在加热过程中，应记录每分钟上升的温度值。如温度上升速度超出此范围时，则应重新试验。(5)试样受热软化逐渐下坠，至与下层底板表面刚好接触时，立即读取温度，准确至0.5℃。2、试样软化点在80℃以上者：(1)将装有试样的试样环连同试样底板置于装有32℃±1℃甘油的恒温槽中至少15min；同时将金属支架、钢球、钢球定位环等亦置于甘油中。(2)在烧杯内注入预先加热至32℃的甘油，其液面略低于立杆上的深度标记。(3)从恒温槽中取出装有试样的试样环，按上述的方法进行测定，准确至1℃。（五）结果整理同一试样平行试验两次，当两次测定值的差值符合重复性试验允许误差要求时，取其平均值作为软化点试验结果，准确至0.5℃。1．当试样软化点小于80℃时，重复性试验的允许误差为1℃，再现性试验的允许误差为4℃。2．当试样软化点等于或大于80℃时，重复性试验的允许误差为2℃，再现性试验的允许误差为8℃。

例题：有一组沥青软化点实测值：46.4、47.2(℃)，请确定该沥青软化点结果？

解：47.2－46.4=0.8<1℃47.2+46.4/2=46.8(℃)

该沥青软化点结果是47.0℃。例题计算1、定义：应用经验的针入度和软化点试验结果，提出一种能表征沥青的感温性和胶体结构的指标称“针入度指数”。2、针入度与温度关系曲线

温度与针入度关系式：lgP=AT+K

直线lgP=AT+K斜率(温度感应性系数A）计算公式：

(A值越大，沥青的感温性越差)针入度指数宜在15℃、25℃和30℃的温度条件下测定针入度后按规定的方法计算得到，若30℃时的针入度值过大，可采用5℃代替。2.4.4感温性

针入度温度关系图【例6.1】某沥青试样Ⅰ，测得其软化点的温度为36

℃，25

℃时的针入度为210；沥青试样Ⅱ的软化点温度为49

℃，25

℃时的针入度为98，试比较沥青试样Ⅰ与沥青试样Ⅱ的感温性。

解：

因为A1＞A2，所以试样Ⅱ的感温性好。3、计算针入度指数(P.I)

根据温度感应性系数(A)计算针入度指数(PI)4、用针入度指数表征沥青感温性和划分沥青胶体结构类型：

溶胶结构PI＜-2；

溶-凝胶结构PI＝-2~+2；

凝胶结构PI＞+2。

一般PI值为－1～1的溶凝胶型沥青比较适宜修筑沥青路面。【例6.3】某厂生产的溶剂型沥青，经检验其针入度为60，软化点为45℃，试确定其针入度指数并判别其体结构。

解：

因为PI＝－2.13＜－2，所以属于溶胶型结构。2.4.5安全性

沥青的安全性是指沥青在施工过程中具有的防火性能。沥青材料在使用时必须加热，当加热至一定温度时，沥青材料中挥发的油分蒸气与周围空气组成混合气体，此混合气体遇火焰则易发生闪火。闪点加热沥青至初次闪火(有蓝色闪光)时的沥青温度。燃点或着火点加热沥青，并与火接触能持续燃烧5秒以上时的温度。含水率

沥青含水影响施工进度，加热“溢锅”易引发火灾，造成材料损失。2.4.6黏弹性

路用沥青多为溶-凝胶型沥青，在低温时表现为弹性，高温时表现为黏性，在相当宽的温度范围内表现为黏性和弹性共存，是一种典型的黏弹性物体。蠕变

黏弹性物体在应力保持不变的情况下，应变随时间而增加的现象。应力松弛

在保持应变不变的条件下，应力随时间增加而逐渐减小的现象。

蠕变和应力松弛可能是由沥青胶体结构内部的某些分子产生位移或分子构型发生变化而导致。

范德玻尔采用以荷载作用时间t和温度T为函数的应力应变之比来表示黏弹性沥青抵抗变形的性能，由此得出劲度模量为：式中：S—沥青的劲度模量，Pa；

σ—应力，Pa；

ε—应变；t—荷载作用时间，s；

T—温度，℃。

沥青材料的劲度模量S可以采用“微膜滑板黏度计”或“微弹性仪”等仪器来测定，也可通过图表确定。范德玻尔根据荷载作用时间t或频率ω、路面温度差T、沥青的胶体结构类型(PI)等参数绘制出了实用沥青劲度模量诺谟图。沥青劲度模量诺谟图沥青与集料的黏附性是沥青的重要路用性能之一，直接影响沥青路面的使用质量和耐久性。特别是在使用酸性岩石和潮湿石料施工时，黏附性尤为重要。黏附性——反映沥青与集料的粘结能力2.4.7黏附性路面损坏机理分析环境与路面因素：

动水压力导致雨水进入路面，并积聚于层底；

重复荷载导致沥青粘附性降低产生沥青-集料剥离病害。影响因素：集料的亲水性：沥青的粘度与极性沥青混合料的空隙率评价沥青粘附性的试验方法：水煮法和水浸法光电分光光度法

沥青与粗集料黏附性的试验方法根据沥青混合料的最大粒径决定：＞13.2

mm者采用水煮法；≤13.2

mm者采用水浸法。

水煮法是选取粒径为(13.2～19)

mm形态接近立方体的规则集料5个，用沥青裹覆后，在蒸馏水中沸煮3min，按沥青膜剥落的情况分为5个等级来评价沥青与集料的黏附性。

水浸法是选取粒径为(9.5～13.2)mm的集料100g与5.5g的沥青在规定温度条件下拌和成混合料，冷却后浸入80℃的蒸馏水中保持30min，然后按剥落面积百分率来评定沥青与集料的黏附性。沥青粘附性试验——水煮法测定方法：1、水浸法≤13.2

mm。

2、水煮法＞13.2

mm。

水煮法：取13.2~19mm颗粒5个，烘干，加热，置于热沥青中，冷却5min，水煮微沸，3min后观察沥表剥落情况，评价等级，5~1级，5级最好，1级最差。试验后集料表面上沥青膜剥落情况黏附性等级沥青膜完全保存，剥离面积百分率接近05沥青膜少部为水所移动，厚度不均匀剥离面积百分率小于10%4沥青膜局部明显地为水所移动，基本保留在集料表面上，剥离面积百分率小于30%3沥青膜大部为水所移动，局部保留在集料表面上，剥离面积百分率大于30%2沥青膜完全为水所移动，集料基本裸露，沥青全浮于水面上1沥青与集料的黏附性等级

提高沥青及集料粘附性，一般应优先使用碱性集料水煮后试样目前常用的改善粘附性的措施有：

①用干燥的磨细消石灰粉或生石灰粉、水泥作为填料的一部分，其用量宜为矿料总量的1％～2％；

②在沥青中掺加抗剥落剂；

③将粗集料用石灰浆处理后使用；

④提高沥青及集料粘附性，一般应优先使用碱性集料。

其中，用消石灰作为填料改善沥青与集料的粘附性效果明显、价格便宜、施工简单，在国内外得到普遍认同；在沥青中掺加抗剥落剂也是在工程上普遍使用的一种方法。抗剥落剂是一种表面活性剂，它通过亲油基与沥青结合，亲水基与集料结合，使沥青与集料的粘附性得以提高。1)溶解度溶解度是指沥青试样在规定的有机溶剂中可溶物的质量占试样总质量的百分率。能反映沥青中沥青碳及矿物质等降低沥青的黏滞性有害杂质的含量。石油沥青的溶解度很高，一般在98%以上；天然沥青由于含有较多的不溶性矿物质，其溶解度较低。2)含蜡量蜡在沥青中显著影响了沥青的技术性质，尤其当蜡含量过大，会显著降低沥青的抗滑性能、塑性和温度稳定性。除此之外，蜡的组成结构也会影响对沥青的性能，因此蜡是一种有害组分。根据我国现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTGE20-2011)规定，含蜡量(蒸馏法)A级不大于2.2%，B级不大于3%，C级不大于4.5%。

2.4.8其他性质3)加热稳定性加热稳定性是指沥青被加热时化学组分和性质保持稳定的能力。为了解沥青在施工及使用过程中的加热稳定性，通常要进行沥青的加热质量损失和加热后残渣性质的试验。对于黏稠沥青一般采用加热损失试验。4)老化沥青的老化是指沥青在施工过程中长时间加热，受自然环境中阳光、空气、温度和湿度的长期综合作用，渐渐失去粘性、塑性，而变硬变脆的现象。老化使得沥青的组分发生转化，转化的大致趋势是：

油分→树脂质→沥青质→沥青碳，似碳物老化后沥青针入度降低、延度降低、软化点升高、脆性增大、塑性减小，最终导致沥青的技术性质变差。

沥青老化的测定方法：（1）沥青薄膜加热试验：样50g；样筒R140mm、H9.5-10mm；制成标准薄膜厚3.2mm薄膜；在标准薄膜烘箱加热至163ºC；加热5h，测定质量损失。并测残留物针入度、延度。

（2）沥青旋转薄膜加热试验：样35g；样筒R64mm、H140mm；加热163ºC；时间75min，测沥青残留物的针入度、黏度、延度及脆点的变化。针入度比＝老化后沥青的针入度老化前沥青的针入度旋转薄膜加热烘箱

某施工队为沥青路面材料加热熬制石油沥青，沥青碎块的平均尺寸为22

cm，并且工程量较大，加热和保温时间都比较长。施工后发现沥青的塑性下降明显，效果不好。【工程实例分析】【原因分析】

沥青与空气接触会逐渐氧化，沥青中逐渐形成高分子的胶团，使沥青硬化，降低了柔韧性。温度越高，时间越长，氧化越快。所以随着时间的推移沥青的塑性也随之下降。【防治措施】

首先将沥青碎块破碎为10

cm以下，缩短熬制时间，当天熬制的沥青应当天用完。（一）道路石油沥青的技术标准

道路石油沥青分为A级、B级、C级三个等级，按针入度划分160、130、110、90、70、50、30号七个标号。分别适应于不同等级的公路及不同的路面结构层。路面选用沥青材料时，各自的适用范围应符合下表规定。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级沥青高速公路、一级公路沥青下面层及以下层次、二级及二级以下公路的各个层次；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道路石油沥青的适用范围

2.5石油沥青的技术要求（二）道路用液体石油沥青的技术标准

液体石油沥青是指用汽油、煤油、轻柴油等溶剂将石油沥青稀释而成的沥青产品，也称轻制沥青或稀释沥青。适用于透层、黏层及拌制冷拌沥青混合料。液体石油沥青按凝结速度而分为快凝、中凝、慢凝三个等级。根据使用目的与场所，可选用快凝、中凝、慢凝的液体石油沥青，其质量应符合《公路沥青路面施工技术规范》。液体石油沥青宜采用针入度较大的石油沥青，使用前按先加热沥青后加稀释剂的顺序，掺配煤油或轻柴油，经适当地搅拌、稀释制成。掺配比例根据使用要求由试验确定。液体石油沥青在制作、储存、使用全过程中必须通风良好，并有专人负责，确保安全。基质沥青的加热温度严禁超过140℃，液体沥青的储存温度不得高于50℃。

思考：怎样划分石油沥青的牌号？牌号大小与沥青主要技术性质之间的关系怎样？

解：石油沥青按针入度指标来划分牌号，牌号数字约为针入度的平均值。

常用的道路石油沥青的牌号与主要性质之间的关系是：牌号愈高，其粘性愈小(针入度越大)，塑性愈大(即延度越大)，温度稳定性愈低(即软化点愈低)。

注：严格地讲，石油沥青的牌号是按沥青的针入度、延度和软化点指标来划分的。

思考模块三

其他沥青煤在隔绝空气的条件下，经焦化、干馏得到的黏性液体称为“焦油”。焦油再经进一步加工而得到黏稠液体或半固体的产品称为“煤沥青”。

煤沥青(俗称柏油)：主要是由炼焦和制造煤气得到的高温煤焦油再经加工而得到的沥青。煤沥青3.1

1、煤沥青化学组分

煤沥青的组成主要包括芳香族碳氢化合物及其氧、硫、氮衍生物的混合物。其主要化学元素有C、H、O、S和N。通常将煤沥青分离为油分、树脂，游离碳等几个组分。

(1)游离碳。游离碳是高分子的有机化合物的固态微粒，不溶于任何有机溶剂，有足够的稳定性，只有在高温下才分解。

(2)树脂。煤沥青中的树脂分为硬树脂和软树脂两种。

(3)油分。油分是液态碳氢化合物，类似于石油沥青的油分，它能增加煤沥青的流动性。

煤沥青的表面活性比石油沥青好，无论对酸性、碱性石料均有较好的黏结性。3.1.1煤沥青的化学组分与结构

2、煤沥青的结构

煤沥青的结构和石油沥青类似，也是一种复杂的胶体结构。其中，游离碳和硬树脂组成的胶体微粒为分散相，油分为分散介质，软树脂为过渡性物质，它吸附在固态分散胶粒周围，并逐渐向外扩散，胶粒溶于油分之中，使分散系组成稳定的胶体结构。

1、黏度

黏度表示煤沥青的稠度。当煤沥青组分中油分含量较少、固态树脂及游离碳含量较多时，煤沥青的黏度较大。煤沥青的温度稳定性和大气稳定性较差，当温度变化或“老化”时，其黏度也会显著地变化。

2、蒸馏及蒸馏后残渣的性质

为了预估煤沥青在路面使用过程中的性质变化；在测定其原始黏度的同时，还必须测定煤沥青在各馏程中所含馏分及其蒸馏后残留物的性质。沥青蒸馏试验各馏分蒸馏的标准切换温度为170℃、270℃、300℃。其中170℃以前的为轻油，170℃～270℃的为中油，270℃～300℃的为重油，300℃以后的残留油为蒽油。在蒸馏出300℃前的油分后，再测定蒸馏后残留物的软化点、脆点等性质，以反映煤沥青的温度稳定性和“老化”速度。3.1.2煤沥青的技术性质和技术要求

3、有害杂质的含量

(1)游离碳含量。游离碳在煤沥青中能增加其黏度和热稳定性，但含量过大时，会产生低温脆裂，因此，在保证低温塑性和高温稳定性的条件下，对游离碳的含量应加以限制。

(2)酚含量。酚能溶于水，从而降低了路面的水稳性。同时酚有毒，对人类和牲畜有害，故酚在煤沥青中的含量越少越好。

(3)萘含量。萘在低温时易结晶析出，常温下易升华，使煤沥青产生假黏度而失去塑性，加快老化速度。此外，萘也有毒，故对其含量应加以限制。

(4)含水量。与石油沥青一样，煤沥青中含有水分，会使煤沥青在施工加热时造成沥青外溢，甚至引起火灾事故。因此，煤沥青中的含水量必须小于规范规定的数值。

因此，煤沥青中的有害杂质的含量必须加以限制。

(1)煤沥青的温度稳定性差。煤沥青是由较粗的分散系组成，树脂的可溶性高，受热容易软化。

(2)煤沥青的塑性较差。煤沥青中含有较多的游离碳，降低了沥青塑性，在使用时容易使路面开裂。

(3)煤沥青的气候稳定性差。

(4)煤沥青有毒性和臭味。由于煤沥青中含有酚、蒽、萘油等有毒成分，虽然防腐性好，但对人类、动植物均有害。

(5)煤沥青与矿料的黏附性好。这是煤沥青最大的优点。由于煤沥青中含有较多的酸碱性物质，因此，不论对酸性石料还是碱性石料，煤沥青均有较好的黏结性。煤沥青与石油沥青的异同点煤沥青的技术要求

改性沥青是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉，或其他填料型外掺剂(改性剂)与沥青混合均匀，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青的性能得以改善而制成的有机结合料。

改性沥青的作用：提高高温抗变形能力，增强沥青路面的抗车辙性能；提高沥青的弹性性能，改善其抗低温和抗疲劳开裂性能；改善沥青与矿料的黏附性；提高沥青的抗老化能力，延长沥青路面的寿命。概述改性沥青3.2

改性剂是指在沥青中加入的天然的或人工的有机或无机材料，可熔融分散在沥青中，改善或提高沥青路面性能(与沥青发生反应或裏覆在集料表面上)的材料。

1、改性剂的种类

常用改性剂主要为高聚物，如树脂类、橡胶类、热塑性弹性体类等。3.2.1改性剂树脂类高聚物橡胶类高聚物树脂-橡胶共聚物(热塑性弹性体)聚乙烯(PE)聚丙烯(PP)聚乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)丁苯橡胶(SBR)氯丁橡胶(CR)丁腈橡胶(NBR)苯乙烯-戊二烯橡胶(SIR)乙丙橡胶(EPDR)苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物(SIS)改性沥青常用的高聚物

2、改性剂的选择

改性沥青可根据改性的目的和要求选择改性剂，具体参考如下：

(1)为提高沥青的抗永久变形能力，宜选用热塑性橡胶类热塑性树脂类改性剂。

(2)为提高沥青的抗低温开裂能力，宜选用热塑性橡胶类、橡胶类改性剂。

(3)为提高沥青的抗疲劳开裂能力，宜选用热塑性橡胶类、热塑性树脂类改性剂。

(4)为提高沥青的抗水损害能力，宜选用各类抗剥落剂改性剂。

1、热塑性树脂类改性沥青

1)分类：树脂类高聚物可分为热塑性树脂和热固性树脂两类。用于沥青改性的主要是热塑性树脂。最常用的是聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)。

2)特性：提高黏度，改善高温耐流动性，同时增大韧性，从而改善沥青的高温性能。但对低温性能的改善有时并不明显。

2、橡胶类改性沥青

1)分类：使用最多的橡胶类改性材料是丁苯橡胶(SBR)和氯丁橡胶(CR)，丁苯橡胶是世界上应用最广泛的改性剂之一。

2)特性：低温变形能力提高，韧度或韧性增大，高温(施工温度)黏度增大，针入度降低，软化点升高。3.2.2常用聚合物改性沥青的分类及其特性

3、热塑性弹性体改性沥青

1)分类：常用的热塑性弹性体主要是苯乙烯嵌段共聚物，如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)。其中SBS常用于路面沥青混合料；SIS主要用于热熔黏结料。目前，世界各国道路改性沥青使用最多的是SBS改性沥青。

2)特性：兼具有树脂和橡胶的特性，所以它对沥青性能的改善优于树脂和橡胶改性沥青。

4、天然沥青改性沥青

1)分类：通常可加的天然沥青有湖沥青(如特立尼达湖沥青TLA)、岩石沥青(如美国的Gilsonite)和海底沥青(如BMA)等。

2)特性：加TLA的混合沥青有良好的高温稳定性及低温抗裂性能，耐久性好；掺加岩石沥青的有较好的抗剥离性、耐久性、高温抗车辙、抗老化性。BMA可减薄到2cm，降低工程造价。

5、热固性树脂类改性沥青

1)分类：热固性树脂品种有聚氨酯(PU)、环氧树脂(EP)、不饱和聚酯树脂(VP)等，其中环氧树脂已成功用于配制改性沥青。

2)特性：环氧树脂改性沥青的延伸性不好，但其强度很高，具有优越的抗永久变形能力、耐燃料油和润滑油腐蚀的能力。热固性树脂由于造价较高以及重复使用困难等缺点，所以较少采用。

我国聚合物改性沥青性能评价方法基本沿用了道路石油沥青质量标准体系，增加了一些评价聚合物性能的指标，如弹性恢复、黏韧性和离析(软化点差)等。

首先，根据聚合物类型将改性沥青分为I、II、Ⅲ三类；其次，按照软化点的不同，又将I、Ⅲ类聚合物改性沥青分为A、B、C、D四个等级，将II类聚合物改性沥青分为A、B、C三个等级，以适应不同的气候条件。同一类型中的A、B、C或D主要反映基质沥青标号及改性剂含量的不同，由A至D表现为改性沥青针入度减小，黏度增加，即高温性能提高，低温性能下降。等级划分以改性沥青的针入度作为主要依据。3.2.3改性沥青的技术要求指标单位SBS类(Ⅰ类)SBR类(Ⅱ类)EVA，PE类(Ⅲ类)Ⅰ-AⅠ-BⅠ-CⅠ-DⅡ-AⅡ-BⅡ-CⅢ-AⅢ-BⅢ-CⅢ-D针入度(25℃，100g，5s)0.1mm＞10080~10060~8030~60＞10080~10060~80＞8060~8040~6030~40针入度指数PI≥—－1.2－0.8－0.40－1.0－0.8－0.6－1.0－0.8－0.6－0.4延度(5℃，5cm/min)≥cm50403020605040—软化点(TR&B)≥℃4550556045485048525660运动黏度①(135℃)≤Pa·s3闪点≥℃230溶解度≥%99—贮存稳定性②离析，48h软化点差≤℃2.5—无改性剂明显析出、凝聚弹性恢复(25℃)≥%55606570—黏韧性≥N·m—5—韧性≥N·m2.5TFOT(或RFOT)后残留物质量变化≤%±1.0针入度比(25℃)≥—5055606550556050555860延度(5℃)≥cm30252015302010—注：①表中135℃运动黏度可采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)中“沥青布氏旋转黏度试验方法(布洛克菲尔德旋转黏度计法)”进行测定。若在不改变沥青物理力学性质并符合安全条件的温度下易于泵送和拌合，或经证明适当提高泵送和拌合温度时能保证改性沥青的质量，容易施工，可不要求测定。②贮存稳定性指标适用于工厂生产的成品改性沥青。现场制作的改性沥青对贮存稳定性指标可不作要求，但必须在制作后，保持不间断的搅拌或泵送循环，保证使用前没有没有明显的离析。聚合物改性沥青的技术要求

目前，改性沥青可用做排水或吸声磨耗层及其下面的防水层；在旧路面上做应力吸收中间层，以减少反射裂缝；在重载交通道路的旧路面上加铺薄或超薄的沥青面层，以提高耐久性；在旧路面上或新建一般公路上做表面处治，以恢复路面使用性能或减少养护工作量。

SBS改性沥青无论在高温、低温、弹性等方面都优于其他改性沥青，所以我国改性沥青的发展方向应该以SBS作为主要方向。3.2.4改性沥青的应用和发展

乳化沥青是石油沥青与水在乳化剂、稳定剂等的作用下经乳化加工制得的均匀沥青产品。将沥青加热至流动状态，再经高速离心、搅拌及剪切等机械作用，使沥青形成细小的微粒(2～5μm左右)，且均匀分散在含有乳化剂和稳定剂的水中，形成水包油(O/W)型沥青乳液。

乳化沥青的优缺点：用乳化青修筑的路面有节约能源、减少污染、便利施工、降低成本等优点。但稳定性稍差，乳化沥青贮存期不宜超过6个月，否则易引起凝聚和分层，贮存温度不宜低于0℃。概述乳化沥青3.3

乳化沥青主要由沥青、乳化剂、水和稳定剂组成。

1、沥青

沥青是乳化沥青的基本组分，它在乳化沥青中的含量约占55%～70%(质量比)。用于制造乳化沥青的沥青，针入度多在(100～250)(1/10mm)之间。

沥青材料的性能直接决定着乳化沥青的成膜性能和路用性能的好坏。一般来说，相同油源和工艺的沥青，针入度较大者易于形成乳液。

在选择沥青时，首先要考虑它的易乳化性。3.3.1乳化沥青的组成材料

2、乳化剂乳化沥青的性能在很大程度上依赖于乳化剂的性能，乳化剂在乳化沥青中虽然只占千分之几，但对乳化沥青的形成却起关键作用。

乳化剂是一种表面活性剂。

按其亲水基在水中是否电离而分为离子型和非离子型两大类。离子型乳化剂按其离子电性分为阴离子型、阳离子型、两性离子型乳化剂。

用阳离子乳化剂制成的乳化沥青稳定性好，在低温、潮湿气候条件下，施工不影响工程质量，而且路面成型较快。

3、水

水一般占乳化沥青总量的(30～70)%。

水能溶解、润湿、黏附其他物质，并起缓和化学反应的作用。

生产乳化沥青所用的水应相当纯净，不宜太硬。4、稳定剂

稳定剂是为了防止已分散的沥青乳液在储存期内彼此凝聚，保证乳液具有良好的储存稳定性和施工稳定性而加入的试剂。

稳定剂的类型有无机和有机稳定剂两种。

无机稳定剂：常