1、第四章第四章 沥青材料沥青材料 二、分类二、分类 沥沥 青青 焦油沥青焦油沥青地沥青地沥青 石油沥青石油沥青天然沥青天然沥青煤沥青煤沥青页岩沥青等页岩沥青等 一、概念一、概念:沥青材料是一种有机胶凝材料，其内部组成沥青材料是一种有机胶凝材料，其内部组成 是一些十分复杂的碳氢化合物及其非金属衍是一些十分复杂的碳氢化合物及其非金属衍 生物的混合物。生物的混合物。 第二节第二节 石油沥青石油沥青 Petroleum asphalt 一、生产工艺一、生产工艺 二、分类二、分类 1.1.按原油成分：按原油成分：石蜡基沥青（含蜡量石蜡基沥青（含蜡量 5%）；）； 沥青基沥青或环烷基沥青（含蜡量沥青基沥青或
2、环烷基沥青（含蜡量 2%）；）； 混合基沥青或中间基沥青（含蜡量混合基沥青或中间基沥青（含蜡量2% 5%） 2.2.按加工方法按加工方法 ：直馏沥青：常压蒸馏或减压蒸馏或深拔装置直馏沥青：常压蒸馏或减压蒸馏或深拔装置 氧化沥青：在氧化沥青：在250 250 300300的高温下吹入空气，的高温下吹入空气， 经数小时氧化反应经数小时氧化反应 溶剂沥青：用溶剂提取一部分石蜡溶剂沥青：用溶剂提取一部分石蜡 三、石油沥青的组成三、石油沥青的组成 沥青分子通式是：沥青分子通式是： ，通常在石油沥，通常在石油沥 青中碳含量为青中碳含量为80%-87%80%-87%，氢为，氢为10%-15%10%-15%，
3、氧、硫、和氮的，氧、硫、和氮的 含量少于含量少于3%3%。由于石油沥青化学组成结构的复杂性，工。由于石油沥青化学组成结构的复杂性，工 程上常将沥青所含烃类化合物中化学性质相近的成分归程上常将沥青所含烃类化合物中化学性质相近的成分归 类分析，从而划分为若干组，即用组分进行分析。类分析，从而划分为若干组，即用组分进行分析。 dcbann NSOHC 2 油分：使沥青具有流动性油分：使沥青具有流动性 树脂：提高沥青的塑性和粘附性树脂：提高沥青的塑性和粘附性 酸性树脂：是一种表面活性物质，能增强沥青与砂质材料表酸性树脂：是一种表面活性物质，能增强沥青与砂质材料表 面的粘附性面的粘附性 。 沥青质：提高
4、沥青的粘性、耐热性，但能降低沥青的塑性沥青质：提高沥青的粘性、耐热性，但能降低沥青的塑性 1.1.三组分分析法三组分分析法 油分、树脂、沥青质油分、树脂、沥青质 2.2.四组分分析法四组分分析法 沥青质、饱和分、芳香分、胶质沥青质、饱和分、芳香分、胶质 3.3.沥青的含蜡量沥青的含蜡量（对路面性能的影响）（对路面性能的影响） 高温时，石蜡变软，导致沥青路面的高温稳定性降高温时，石蜡变软，导致沥青路面的高温稳定性降 低，出现车辙，另一方面，低温会使沥青变脆硬，导致路低，出现车辙，另一方面，低温会使沥青变脆硬，导致路 面低温抗裂性降低，出现裂缝，且蜡会使石料与沥青之间面低温抗裂性降低，出现裂缝，且
5、蜡会使石料与沥青之间 的粘附性降低，使路面石子与沥青产生剥落，石蜡的存在的粘附性降低，使路面石子与沥青产生剥落，石蜡的存在 还会降低沥青路面的抗滑性能。还会降低沥青路面的抗滑性能。 四、石油沥青的结构四、石油沥青的结构 1.1.胶体理论胶体理论 沥青的胶体结构是以沥青的胶体结构是以沥青质沥青质为胶核，为胶核，胶质胶质被吸附被吸附 其表面，并逐渐向外扩散形成胶团，胶团再分散于其表面，并逐渐向外扩散形成胶团，胶团再分散于芳芳 香分香分和和饱和分饱和分中。中。 2.2.胶体结构类型（三种）胶体结构类型（三种） a a、溶胶型结构、溶胶型结构 b b、溶凝胶型结构、溶凝胶型结构 c c、凝胶型结构、凝
6、胶型结构 溶胶结构：沥青质含量少，饱和分和芳香分、胶质多。溶胶结构：沥青质含量少，饱和分和芳香分、胶质多。 凝胶结构：沥青质含量较多，并有相应数量的胶质形成凝胶结构：沥青质含量较多，并有相应数量的胶质形成 胶团，使得胶团的相互移动较困难。胶团，使得胶团的相互移动较困难。 溶溶- -凝胶结构：适中（理想结构）。凝胶结构：适中（理想结构）。 3.3.胶体结构的评价方法胶体结构的评价方法针入度指数（针入度指数（PIPI） 沥青的针入度指数和胶体结构类型沥青的针入度指数和胶体结构类型 五、石油沥青的技术性质五、石油沥青的技术性质 1.1.黏滞性：指沥青在外力作用下抵抗变形的能力，其大小取决黏滞性：指沥
7、青在外力作用下抵抗变形的能力，其大小取决 于沥青的化学组分及温度。用黏度表示。于沥青的化学组分及温度。用黏度表示。 1 1）沥青的绝对黏度）沥青的绝对黏度 （动力黏度）（动力黏度） 2 2）沥青的相对黏度）沥青的相对黏度 （条件黏度）（条件黏度） 技术指标：技术指标：针入度针入度 、黏度、黏度 沥青绝对黏度概念图沥青绝对黏度概念图 针入度针入度 penetration 针入度试验适用于测定黏稠石针入度试验适用于测定黏稠石 油沥青稠度，针入度划分沥青技术油沥青稠度，针入度划分沥青技术 等级的重要指标。等级的重要指标。 1 1）定义：在规定的温度和时）定义：在规定的温度和时 间内，附加一定质量的标
8、准针垂直间内，附加一定质量的标准针垂直 贯入试样的深度，以贯入试样的深度，以0.1mm0.1mm表示。表示。 2 2）表示方法：）表示方法： 沥青针入度试验示意图沥青针入度试验示意图 tmT P , 65)5 ,100,25( sgCP o 粘度粘度 viscosity 1 1）定义：）定义：液态沥青在规定温度条件下，液态沥青在规定温度条件下， 通过规定的流孔直径，流出通过规定的流孔直径，流出50ml50ml体积所需要体积所需要 的时间的时间。（适用于测定液体石油沥青、煤。（适用于测定液体石油沥青、煤 沥青和乳化沥青等的粘度）沥青和乳化沥青等的粘度） 2 2）试验方法：）试验方法：标准粘度计法
9、标准粘度计法 3 3）表示方法：）表示方法： eg： 4 4）结论）结论： 相同的温度和流孔条件下，流出时间相同的温度和流孔条件下，流出时间 越长，表示沥青黏度越大。越长，表示沥青黏度越大。 dT C , sC100 5,60 道路标准黏度计道路标准黏度计 2.2.塑性塑性 1 1）定义）定义: :沥青在外力作用下发生变形而不破坏的能力。沥青在外力作用下发生变形而不破坏的能力。 2 2）影响因素：沥青的组分及温度）影响因素：沥青的组分及温度 3 3）衡量指标：）衡量指标：延度延度 4 4）试验：延度仪测定）试验：延度仪测定 延度试件延度试件 结论：结论：沥青延度越大，塑性越好，沥青延度越大，塑
10、性越好， 柔性和抗断裂性能越好。柔性和抗断裂性能越好。 3.3.温度稳定性温度稳定性 1 1）高温敏感性（用）高温敏感性（用软化点软化点表示，单位：表示，单位： ） 测定方法：环球法软化点仪；测定方法：环球法软化点仪； 以沥青由固化点到滴落点的温度间隔的以沥青由固化点到滴落点的温度间隔的87.21%87.21%为软为软 化点。化点。 环球法的软化点仪环球法的软化点仪 定义：指沥青的黏结性和塑性随温度升降而变化的性能。定义：指沥青的黏结性和塑性随温度升降而变化的性能。 2 2）低温抗裂性（用）低温抗裂性（用脆点脆点表示）表示） 脆点的表示：沥青材料由黏塑状态转变为固体状态达脆点的表示：沥青材料由
11、黏塑状态转变为固体状态达 到条件脆裂时的温度。到条件脆裂时的温度。 测定方法：弗拉斯脆点仪测定方法：弗拉斯脆点仪 软化点越高，表明沥青的耐热性越好，即温度稳定性愈好。软化点越高，表明沥青的耐热性越好，即温度稳定性愈好。 沥青的三大指标：针入度、延度、软化点沥青的三大指标：针入度、延度、软化点 要求沥青具有较高的软化点和较低的脆点。要求沥青具有较高的软化点和较低的脆点。 4.4.加热稳定性加热稳定性 1 1）定义：）定义：沥青在过热或长时间加热过程中，会发生轻质馏分沥青在过热或长时间加热过程中，会发生轻质馏分 挥发、氧化、裂化、聚合等一系列物理及化学变化，使沥青的挥发、氧化、裂化、聚合等一系列物
12、理及化学变化，使沥青的 化学组成及性质相应地发生变化，称为沥青加热稳定性。化学组成及性质相应地发生变化，称为沥青加热稳定性。 2 2）试验：）试验：按规定要进行对沥青的加热质量损失和加热后残渣按规定要进行对沥青的加热质量损失和加热后残渣 性质的试验性质的试验 对于道路石油沥青（黏稠沥青）：沥青的薄膜加热试验对于道路石油沥青（黏稠沥青）：沥青的薄膜加热试验 对于液体石油沥青：液体石油沥青蒸馏试验对于液体石油沥青：液体石油沥青蒸馏试验 测定：测定： 1.1.质量损失百分率质量损失百分率 2.2.针入度针入度 3.3.延度（延度（2525）(cm) (cm) 4.4.延度（延度（1515）(cm)
13、(cm) 5.5.安全性安全性 2 2）闪点测定方法：）闪点测定方法：克利夫兰开口杯式闪点测定仪克利夫兰开口杯式闪点测定仪 1 1）指标）指标: :主要是闪点和燃点。主要是闪点和燃点。 闪点：闪点：指加热沥青挥发出可燃气体与空气组成的混合气体在规指加热沥青挥发出可燃气体与空气组成的混合气体在规 定条件下与火接触，产生闪光时的沥青温度定条件下与火接触，产生闪光时的沥青温度。 燃点燃点：指沥青加热产生的混合气体与火接触，持续燃烧指沥青加热产生的混合气体与火接触，持续燃烧 5s 5s 以以 上时的沥青温度，一般与闪点相差上时的沥青温度，一般与闪点相差1010。 6.6.溶解度溶解度 定义：石油沥青在
14、三氯乙烯中溶解的百分率。（定义：石油沥青在三氯乙烯中溶解的百分率。（用以确定沥青含有用以确定沥青含有 对筑路有利的有效成分的百分含量对筑路有利的有效成分的百分含量） 7.7.含水量含水量 含水危害：含水危害：1.1.影响施工速度影响施工速度 2.2.加热时加热时“溢锅溢锅”易引起火灾易引起火灾 3.3.造成材料损失造成材料损失 解决措施：解决措施：在熔化沥青时，加快搅拌速度，促进水分蒸发，控制在熔化沥青时，加快搅拌速度，促进水分蒸发，控制 加热温度。加热温度。 粘稠沥青用水分测定仪测定，液体沥青可直接抽提。粘稠沥青用水分测定仪测定，液体沥青可直接抽提。 8. 8. 其他性能指标其他性能指标 K
15、ATp lg 10 501 30 A PI 当当PI-2 PI+2 PI+2 凝胶型结构凝胶型结构 PI=-2PI=-2+2 +2 溶凝胶型结构溶凝胶型结构 （2 2）劲度模量）劲度模量 定义：表示沥青的黏性和弹性联合效应的指标。定义：表示沥青的黏性和弹性联合效应的指标。 Tt b S , PItTfSb, 根据沥青材料的针入度指数根据沥青材料的针入度指数(PI)(PI)、软化点、路面温度及、软化点、路面温度及 荷载作用时间等因素，可通过劲度模量诺模图获得沥青的劲荷载作用时间等因素，可通过劲度模量诺模图获得沥青的劲 度模量。度模量。 对于某一给定沥青材料而言，弹性变形部分和永久变形部分的比例，
16、对于某一给定沥青材料而言，弹性变形部分和永久变形部分的比例， 取决于应力、荷载作用时间和温度。取决于应力、荷载作用时间和温度。 沥青的劲度与温度、荷载作用时间和沥青的流变类型等参沥青的劲度与温度、荷载作用时间和沥青的流变类型等参 数有关，故：数有关，故： 试验方法：水煮法和水浸法试验方法：水煮法和水浸法 （3 3）黏附性）黏附性 与沥青及集料性质有关，一般应优先使用碱性集料与沥青及集料性质有关，一般应优先使用碱性集料 （4 4）老化）老化 沥青在自然因素作用下，产生不可逆的化学变化，导致路用沥青在自然因素作用下，产生不可逆的化学变化，导致路用 性能劣化，称之为老化。性能劣化，称之为老化。 其组
17、分变化规律为：其组分变化规律为： 油分油分 树脂树脂 沥青质沥青质 饱和分饱和分 芳香分芳香分 胶质胶质 沥青质沥青质 沥青老化后针入度减少，延度降低，软化点升高，绝对黏度沥青老化后针入度减少，延度降低，软化点升高，绝对黏度 提高，脆点降低等。提高，脆点降低等。 1.1.道路石油沥青的技术标准道路石油沥青的技术标准 六、石油沥青的技术标准六、石油沥青的技术标准 2.2.道路液体石油沥青的技术标准道路液体石油沥青的技术标准 （1 1）分级：）分级：A A、B B、C C三级三级 （2 2）标号：根据针入度划分七个标号。）标号：根据针入度划分七个标号。 随着牌号增加，沥青的稠度减小（针入度增加），
18、塑性随着牌号增加，沥青的稠度减小（针入度增加），塑性 增加（延度增大），而温度敏感性增大（软化点降低）。增加（延度增大），而温度敏感性增大（软化点降低）。 按其凝结速度分快凝、中凝、慢凝三个等级按其凝结速度分快凝、中凝、慢凝三个等级 第二节第二节 其他沥青其他沥青 其他沥青其他沥青 改性沥青改性沥青乳化沥青乳化沥青煤沥青煤沥青 一、煤沥青一、煤沥青 煤沥青是烟煤炼焦或制煤气时，从干馏所挥发的物质中煤沥青是烟煤炼焦或制煤气时，从干馏所挥发的物质中 冷凝出煤焦油，将焦油再继续蒸馏得轻油、中油及重油后所冷凝出煤焦油，将焦油再继续蒸馏得轻油、中油及重油后所 剩的残渣，即是煤沥青。剩的残渣，即是煤沥青。
19、 根据干馏温度的不同，分为：高温煤焦油根据干馏温度的不同，分为：高温煤焦油路用煤焦油，路用煤焦油， 及低温煤焦油两类。及低温煤焦油两类。 1.1.煤沥青的化学组成和结构特点煤沥青的化学组成和结构特点 1 1）化学组成）化学组成 游离碳（自由碳）：增加沥青的黏滞性、提高热稳定性游离碳（自由碳）：增加沥青的黏滞性、提高热稳定性 树脂：硬树脂：黏滞性树脂：硬树脂：黏滞性 软树脂：塑性软树脂：塑性 油分：流动性油分：流动性 2 2）煤沥青的结构）煤沥青的结构胶体分散系胶体分散系 此外，煤沥青中还含有少量碱性物质（吡啶、喹啉等）和酸性物质此外，煤沥青中还含有少量碱性物质（吡啶、喹啉等）和酸性物质 （酚）
20、，酚有毒且能溶于水。（酚），酚有毒且能溶于水。 煤沥青中的酸性物质都属表面活性物质，其含量高于石油沥青。所以煤沥青中的酸性物质都属表面活性物质，其含量高于石油沥青。所以 煤沥青表面活性比石油沥青高，与石料黏结力好。煤沥青表面活性比石油沥青高，与石料黏结力好。 2.2.煤沥青的技术性质和技术标准煤沥青的技术性质和技术标准 1 1）煤沥青的技术性质）煤沥青的技术性质 与石油沥青的差异：与石油沥青的差异： 煤沥青含有较多不饱和的碳氢化合物，化学稳定性差，所煤沥青含有较多不饱和的碳氢化合物，化学稳定性差，所 以大气稳定性差。以大气稳定性差。 煤沥青含有较多的游离碳，塑性较差，使用时易因受力变煤沥青含有
21、较多的游离碳，塑性较差，使用时易因受力变 形而开裂。形而开裂。 可溶性树脂含量多，受热易软化，所以温度稳可溶性树脂含量多，受热易软化，所以温度稳 定性差。定性差。 煤沥青所含的酸、碱性物质都是表面活性物质，煤沥青所含的酸、碱性物质都是表面活性物质， 与矿料的粘结力较强。与矿料的粘结力较强。 煤沥青含有酚、蒽油等有毒物质，防腐性能好。煤沥青含有酚、蒽油等有毒物质，防腐性能好。 煤沥青的密度比石油沥青大。煤沥青的密度比石油沥青大。 由于煤沥青的主要技术性质比石油沥青差，但煤沥青与矿料的由于煤沥青的主要技术性质比石油沥青差，但煤沥青与矿料的 黏结性好，适量掺入石油沥青中，可增强石油沥青的黏结力，但不
22、黏结性好，适量掺入石油沥青中，可增强石油沥青的黏结力，但不 应随意混合，否则产生沉渣、变质等现象，黏结性急剧下降甚至完应随意混合，否则产生沉渣、变质等现象，黏结性急剧下降甚至完 全失去粘结力。全失去粘结力。 2 2）煤沥青的技术指标）煤沥青的技术指标 黏度：黏度：用标准黏度计测量。与液体沥青一样。用标准黏度计测量。与液体沥青一样。 蒸馏试验馏分含量及残渣性质：蒸馏试验馏分含量及残渣性质：测定试样受热时，在规定温度测定试样受热时，在规定温度 范围内蒸出的馏分含量，及蒸馏后残留物的含量。范围内蒸出的馏分含量，及蒸馏后残留物的含量。 馏分含量的限制控制了煤沥青由于蒸发而老化的安全性；馏分含量的限制控
23、制了煤沥青由于蒸发而老化的安全性； 残渣性质试验保证了煤沥青残渣具有适宜的黏结性。残渣性质试验保证了煤沥青残渣具有适宜的黏结性。 煤沥青焦油酸含量：煤沥青焦油酸含量：导致路面强度降低，且有毒，在沥青中的导致路面强度降低，且有毒，在沥青中的 含量必须加以限制。含量必须加以限制。 含萘量：含萘量：萘是有害物且易升华，有毒，能加速老化，萘易使沥萘是有害物且易升华，有毒，能加速老化，萘易使沥 青失去塑性。含量越低青失去塑性。含量越低 越好。越好。 甲苯不溶物：甲苯不溶物：沥青中不溶于甲苯的物质。沥青中不溶于甲苯的物质。 水分：水分：过量的水分造成沥青损失，易引起火灾。过量的水分造成沥青损失，易引起火灾
24、。 3.3.煤沥青与石油沥青的鉴别（见后页表）煤沥青与石油沥青的鉴别（见后页表） 石油沥青和煤沥青的简易鉴别方法石油沥青和煤沥青的简易鉴别方法 二、乳化沥青二、乳化沥青 1.1.概述概述 1 1）定义：石油沥青与水在乳化剂、稳定剂等的作用下，经乳化）定义：石油沥青与水在乳化剂、稳定剂等的作用下，经乳化 加工制的的均匀沥青产品，在常温下具有较好的流动性。加工制的的均匀沥青产品，在常温下具有较好的流动性。 2 2）优点：）优点： 冷态施工，操作方便，节约能源冷态施工，操作方便，节约能源 可在潮湿地基上施工（与湿集料拌和，具有足够的黏结力）可在潮湿地基上施工（与湿集料拌和，具有足够的黏结力） 无毒、
25、无臭、施工安全，环保、污染少无毒、无臭、施工安全，环保、污染少 3 3）缺点：）缺点： 稳定性差，贮存期不超过半年（贮存期长易产生分层）稳定性差，贮存期不超过半年（贮存期长易产生分层） 修筑路面成型期长修筑路面成型期长 2.2.组成材料组成材料 乳化沥青乳化沥青 = = 沥青沥青 + + 乳化剂乳化剂 + + 稳定剂稳定剂 + + 水水 1 1）沥青）沥青 （主要组成材料，占（主要组成材料，占55-7055-70） 2 2）乳化剂）乳化剂（关键材料）（关键材料） 沥青乳化剂是表面活性剂的一种类型，分子结构中的亲水沥青乳化剂是表面活性剂的一种类型，分子结构中的亲水 基团和亲油基团能使互不相容的沥
26、青与水连接起来。基团和亲油基团能使互不相容的沥青与水连接起来。 分类分类 按亲水基在水中是否电离分：离子型和非离子型乳化剂；按亲水基在水中是否电离分：离子型和非离子型乳化剂； 离子型乳化剂又分为：阴离子型、阳离子型和两性离子型乳化剂。离子型乳化剂又分为：阴离子型、阳离子型和两性离子型乳化剂。 3 3）稳定剂）稳定剂 作用：作用：为了储存或施工时增加沥青的稳定性为了储存或施工时增加沥青的稳定性 分类：有机稳定剂和无机稳定剂分类：有机稳定剂和无机稳定剂 用量：为沥青乳液的用量：为沥青乳液的0.10.1 -0.15-0.15 4 4）水）水 作用：起润湿、溶解及化学反应的作用。作用：起润湿、溶解及化
27、学反应的作用。 (2)(2)要求：要求：不含杂质，对硬度也有要求，不能含钙离子过多不含杂质，对硬度也有要求，不能含钙离子过多 (3)(3)用量：用量：3030 -70-70 3.3.乳化沥青的形成机理乳化沥青的形成机理 1 1）乳化剂降低界面能的作用）乳化剂降低界面能的作用 2 2）增强界面膜的保护作用）增强界面膜的保护作用 3 3）界面电荷稳定作用）界面电荷稳定作用 乳化剂在沥青微滴表面形成界面膜乳化剂在沥青微滴表面形成界面膜 4.4.乳化沥青技术性质和技术要求乳化沥青技术性质和技术要求 沥青能均匀稳定地分散在乳化剂水溶液中，主要原因有：沥青能均匀稳定地分散在乳化剂水溶液中，主要原因有： 5
28、.5.乳化沥青的分裂机理乳化沥青的分裂机理 1 1）分裂：）分裂：从乳液中分裂出来的沥青微滴在集料表面凝结成从乳液中分裂出来的沥青微滴在集料表面凝结成 一层连续的沥青薄膜一层连续的沥青薄膜 。 2 2）乳液分裂的外观特征：）乳液分裂的外观特征：沥青由棕褐色变成黑色沥青由棕褐色变成黑色 3 3）分裂原因：）分裂原因： 乳液与集料表面的吸附作用乳液与集料表面的吸附作用 水分的蒸发作用水分的蒸发作用 6.6.乳化沥青的应用乳化沥青的应用 1 1）洒布法：）洒布法：如透层、粘层、表面处治或贯入式沥青碎石路面如透层、粘层、表面处治或贯入式沥青碎石路面 2 2）拌和法：）拌和法：如沥青碎石或沥青混合料路面
29、如沥青碎石或沥青混合料路面 三、改性沥青三、改性沥青 1.1.定义定义 为了提高沥青混合料的路用性能，掺加某些高分子化合物或为了提高沥青混合料的路用性能，掺加某些高分子化合物或 其他填料等外掺剂，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青其他填料等外掺剂，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沥青结合料。的性能得以改善而制成的沥青结合料。 2.2.改性剂的种类改性剂的种类 1 1）聚合物类）聚合物类 （橡胶类、热塑性橡胶类、树脂类）（橡胶类、热塑性橡胶类、树脂类） 2 2）纤维类）纤维类 3 3）固体颗粒类）固体颗粒类 4 4）粘附性改性剂）粘附性改性剂 5 5）耐老化改性剂（常用的是碳黑）等）耐老化改性剂（常用的是碳黑）等
