长沙理工大学土木工程材料第八章

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1、道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程1第第8章章 沥沥 青青道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程2本章主要内容本章主要内容 概述概述 石油沥青石油沥青 液体石油沥青液体石油沥青 乳化沥青乳化沥青 煤沥青煤沥青 道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程3概概 述述1.定义定义 沥青沥青是由是由高分子碳氢化合物及其非金属（氧、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、半固体在常温下，沥青呈黑色或黑褐色的固体、半固体或液体。或液体。道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程42.分类分类3.

2、应用：应用：广泛用于广泛用于路面工程、屋面或地下防水工程、防腐蚀路面工程、屋面或地下防水工程、防腐蚀 工程等工程等。土木工程中。土木工程中主要应用石油沥青主要应用石油沥青。沥青沥青地沥青地沥青 焦油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。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。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。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。页岩沥青：油页岩炼油工业的副产品。道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程5 8.1 石油沥

3、青石油沥青 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。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，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、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。沥青质。8.1.1 石油沥青的组成与结构石油沥

4、青的组成与结构道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程6石油沥青的主要组分特征和作用石油沥青的主要组分特征和作用 组分组分碳氢比碳氢比性质与状态性质与状态分子量分子量含量含量作用作用油分油分0.50.7浅黄红褐色液体，浅黄红褐色液体，可溶于大部分溶剂，可溶于大部分溶剂，密度约密度约0.910.9330050040%60%使沥青具有使沥青具有流动性流动性树脂树脂0.70.8黄黑色粘稠半固黄黑色粘稠半固体，温度敏感性强，体，温度敏感性强，密度密度1.0以上以上600100015%30%使沥青具有使沥青具有粘性和塑性粘性和塑性沥青质沥青质0.81.0深褐黑色固体颗深褐黑色固体颗粒，加热不熔，不溶粒，

5、加热不熔，不溶于溶剂，密度大于于溶剂，密度大于1100010%30%决定沥青的决定沥青的稳定性稳定性道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程7 （1）胶体结构的形成：）胶体结构的形成：以沥青质为胶核，胶核表面吸附以沥青质为胶核，胶核表面吸附半固态的树脂形成胶团；由于树脂的胶溶作用，使胶团胶溶、半固态的树脂形成胶团；由于树脂的胶溶作用，使胶团胶溶、分散于液态的油分中，形成稳定的胶体结构。分散于液态的油分中，形成稳定的胶体结构。2.石油沥青的胶体结构石油沥青的胶体结构道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程8 （2）胶体结构的分类：）胶体结构的分类：溶胶结构：溶胶结构：沥青质含量较少，油分和树脂含

6、量较高，胶沥青质含量较少，油分和树脂含量较高，胶团外膜较厚，胶团之间相对运动较自由。团外膜较厚，胶团之间相对运动较自由。性质：粘性小，流动性大，塑性好，温度稳定性较差。性质：粘性小，流动性大，塑性好，温度稳定性较差。凝胶结构：凝胶结构：沥青质含量较多而油分和树脂较少时，胶团沥青质含量较多而油分和树脂较少时，胶团外膜较薄，胶团靠近聚集，移动比较困难。外膜较薄，胶团靠近聚集，移动比较困难。性质：性质：弹性和粘结性较高，温度稳定性较好，但塑性较差。弹性和粘结性较高，温度稳定性较好，但塑性较差。道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程9a)溶胶结构溶胶结构 b)溶溶-凝胶结构凝胶结构 c)凝胶结构凝胶

7、结构 溶溶-凝胶结构：凝胶结构：沥青质含量适当，并有较多的树脂作沥青质含量适当，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。性质：介于二者之间。道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程101.粘滞性（简称粘性）粘滞性（简称粘性）（1）定义：）定义：是反映沥青材料内部阻碍其相对流动的一种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。特性。它反映了沥青软硬、稀稠的程度。（2）指标：）指标：标准粘度标准粘度（液体石油沥青）：在规定温度下，通过规（液体石油沥青）：在规定温度下，通过规定直径的孔流出定直径的

8、孔流出50cm沥青所需的时间沥青所需的时间s。用符号。用符号CT,d表示（表示（T为试验温度为试验温度，d为孔径为孔径mm)。8.1.2 石油沥青的技术性质石油沥青的技术性质道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程11 针入度针入度（固体或半固体沥青）：在规定温度下（固体或半固体沥青）：在规定温度下（25），），以规定重量（以规定重量（100克）的标准针，在规定时间（克）的标准针，在规定时间（5s）内贯入试样内贯入试样中的深度（中的深度（0.1mm为为1度），度），用用P（25，100g，5s）表示。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针入度值越大，沥青越软，粘度越小。针

9、入度是我国粘稠沥青标号划分的依据。如青标号划分的依据。如：针入度在针入度在80100之间为之间为90号沥青。号沥青。道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程12 （1）定义：）定义：石油沥青在外力作用时产生变形而不破坏，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。除去外力后仍保持变形后形状的性质。（2）指标：延度。）指标：延度。把沥青试样制成把沥青试样制成8字形标准试样，在规字形标准试样，在规定拉伸速度（定拉伸速度（5cm/min）和规定温度（和规定温度（10、15）下拉断）下拉断时的长度，以时的长度，以cm为单位。延度值越大，塑性越好。为单位。延度值越大，塑性越好

10、。2.塑性塑性道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程133.温度敏感性温度敏感性 （1）定义：）定义：是指石油沥青的粘性和塑性随温度升降而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。变化的性能。是评价沥青性质的重要指标之一。（2）指标：）指标：软化点：软化点：沥青是高分子非晶态热塑性物质的混合物，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

11、点。起点，相应的温度称为沥青软化点。道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程14注意：初始温度注意：初始温度55 采用环球法测定：采用环球法测定：先把沥青试样浇入铜环内，冷却后放入先把沥青试样浇入铜环内，冷却后放入5 水中水中恒温至少恒温至少15min，然后取出放入中层板的圆孔中，套上定位环，放置一，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（与下底板接触时的温度（），即为沥青的软化点，），即为沥青的软化点，用用TR&B表示。表示。道路建筑材料精品课程道

12、路建筑材料精品课程15 软化点越高，沥青的耐热性越好，温度敏感性越小。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。因此，可以认为软化点是一种人为的等粘温度。道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程16 针入度指数：针入度指数：根据大量试验结果，沥青针入度值的根据大量试验结果，沥青针入度值的对数对数lgP与温度与温度T具有线性关系。具有线性关系。KATPlg 式中：式中：A针针入度入度-温度敏感性系数，温度敏感性系数，表表示沥青针入度随温度的变化率。示沥

13、青针入度随温度的变化率。K为截距为截距（常数）。（常数）。针入度针入度-温度感应性关系图温度感应性关系图 道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程17 根据已知的针入度值根据已知的针入度值P（25，100g，5s）和软化点和软化点TR&B（假假设软化点时的针入度值为设软化点时的针入度值为800），），建立针入度建立针入度-温度敏感性温度敏感性系数系数A的基本公式：的基本公式：25lg800lg&)5,100,25(BRsgCTPA 针入度针入度-温度敏感性系数温度敏感性系数A值为小数，使用不方便，普费值为小数，使用不方便，普费等引入等引入PI值的概念，按下式计算：值的概念，按下式计算：1050

14、130API道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程18针入度指数的应用：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。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：）划分沥青的胶体结构：PIPI-2者，属溶胶型沥青者，属溶胶型沥青 PIPI=-2+2之间者，属溶之间者，属溶-凝胶型沥青凝胶型沥青 PIPI+2者，属凝胶型沥青者，属凝胶型沥青道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程19 表征石油沥青的粘滞性、塑性和温度敏感性这三项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：性质的指标为：针入度、延度、软化点针入度、延度、软化点 是评价

15、粘稠石油沥青技术性质最常用的指标，被称是评价粘稠石油沥青技术性质最常用的指标，被称为为石油沥青的三大指标。石油沥青的三大指标。石油沥青的三大指标石油沥青的三大指标道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程204.大气稳定性大气稳定性 （1）定义：）定义：是指石油沥青在热、阳光、氧气、水等因是指石油沥青在热、阳光、氧气、水等因素长期综合作用下抵抗老化的性能。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，油分在大气因素的综合作用下，油分树脂树脂沥青质。由沥青质。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

16、间的增长，树脂显著减少，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。沥青质显著增加。沥青的塑性降低，脆性增加。道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程21 （2）指标：）指标：采用烘箱或薄膜烘箱试验或旋转薄膜加热试采用烘箱或薄膜烘箱试验或旋转薄膜加热试验（沥青试样在验（沥青试样在163条件下，加热条件下，加热5h或或85min），），以沥青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。试样在加热前后的质量变化率和残留针入度比来评价。%100蒸发前针入度蒸发后针入度残留针入度比%100蒸发前质量蒸发后质量蒸发前质量质量变化率 质量变化率愈

17、小，残留针入度比愈大，残留延度愈大，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。则表示沥青大气稳定性愈好，老化得越慢。道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程225.溶解度、闪点和燃点溶解度、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。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。沥青在使用前

18、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。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火焰接触能持续燃烧5s以上时沥青的温度。以上时沥青的温度。道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程23 1.建筑石油沥青技术标准建筑石油沥青技术标准 按针入度值划分为按针入度值划分为40号、号、30号和号和10号三个标号，建筑石号三个标号，建筑石油沥青针入度较小，软化点较高，但延

19、度较小。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，宜选针入度较小的度较小的10号沥青，对于地下防水工程，主要考虑沥青的号沥青，对于地下防水工程，主要考虑沥青的耐老化性，宜选择耐老化性，宜选择针入度较大的针入度较大的40号沥青。号沥青。8.1.3 石油沥青的技术标准与选用石油沥青的技术标准与选用道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程24建筑石油沥青技术标准建筑石油沥青技术标准 项项 目目质量指标质量指标10号号30号号40号号针入度（针入度（25，100g，5s）（）（1/10mm）102526353650

20、延度（延度（25，5cm/min）（）（cm）不小于）不小于1.52.53.5软化点（环球法）（软化点（环球法）（）不低于不低于957560溶解度（三氯乙烷、三氯乙烯、四氯化溶解度（三氯乙烷、三氯乙烯、四氯化碳或苯）（碳或苯）（%）不小于不小于99.5蒸发损失（蒸发损失（163，5h）（）（%）不大于不大于1蒸发后针入度比（蒸发后针入度比（%）不小于不小于65闪点（开口）（闪点（开口）（）不低于不低于230脆点，脆点，报告报告道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程25沥青等级沥青等级适用范围适用范围A级沥青级沥青各个等级的公路，适用于任何场合和层次。各个等级的公路，适用于任何场合和层次。B级

21、沥青级沥青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；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。沥青。C级沥青级沥青三级及三级以下公路的各个层次。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的标准与选用 道路石油沥青按照质量等级分为道路石油沥青按照质量等级分为A、B、C三个等级，三个等级，各等级的石油沥青的适用范围见下表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适用范围

22、道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程26道路石油沥青技术要求道路石油沥青技术要求指指 标标单单位位等等级级沥沥 青青 标标 号号160号号130号号110号号90号号70号号50号号30号号针入度针入度25,5s,100g0.1mm14020012014010012080100608040602040适用的适用的气候分区气候分区注注注注2-12-23-21-11-21-32-22-31-31-42-22-32-41-4注注针入度指数针入度指数PIA-1.5+1.0B-1.8+1.0软化点软化点（T TR&BR&B）不小于不小于A384043454446454955B363942434244

23、434653C3537414243455060动力动力粘度粘度不小于不小于A6012016014018016020026010延度延度不小于不小于cmA505040453020302020152520151510B3030303020152015151020151010815延度延度不小于不小于cmAB1008050C80806050403020道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程27指指 标标单单位位等等级级沥沥 青青 标标 号号160号号130号号110号号90号号70号号50号号30号号含蜡量含蜡量(蒸馏法蒸馏法)不大于不大于%A2.2B3.0C4.5闪点闪点不小于不小于230245

24、260溶解度溶解度不小于不小于%99.5密度（密度（15）g/g/cmcm3 3实测记录实测记录TFOT（或（或RTFOT）后）后质量变化质量变化不大于不大于%0.8残留针入度残留针入度比（比（25）不小于不小于%A48545557616365B45505254586062C40454850545860残留延度残留延度（10）不小于不小于cmA121210864B10108642残留延度残留延度（15）不小于不小于cmC403530201510道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程281.氧化改性氧化改性 是在是在250300高温下向残留沥青或渣油吹入空气，通高温下向残留沥青或渣油吹入空气，

25、通过氧化作用和聚合作用，使沥青分子变大，提高沥青的粘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。度和软化点，从而改善沥青的性能。8.1.4 沥青改性沥青改性 改性沥青：改性沥青：是指掺加橡胶、树脂、高分子天然聚合物、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。混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料。道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程292.矿物填充改性矿物填充改性 为提高沥青的粘结能力和耐热性，降低沥青的温度敏感性，为

26、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。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。容性，可赋予石油沥青优良的性能。（1）SBS改性沥青改性沥青 （2）SBR改性沥青改性沥青 （3）APP改性沥青改性沥青 道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程308.2 液体石油沥青液体石油沥青1.定义定义 是指在常温下呈液体状态的沥青，它可以是油分含量是指在常温下呈液体状态的沥青，它可

27、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。油沥青稀释而成的产品。2.分类分类 （1）快凝）快凝AL(R)：AL(R)-1、AL(R)-2 （2）中凝）中凝AL(M)：AL(M)-1AL(M)-6 （3）慢凝）慢凝AL(S)：AL(S)-1AL(S)-6道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程318.3 乳化沥青乳化沥青1.定义定义 是指石油沥青与水在乳化剂、稳定剂的作用下经乳化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。加工制得的均匀的沥青产品，也称沥青乳液。2

28、.优点优点 （1）可冷态施工、节约能源；）可冷态施工、节约能源；（2）施工便利、节约沥青；）施工便利、节约沥青；（3）环境友好，无毒副作用。）环境友好，无毒副作用。道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程323.分类分类 （1）阳离子乳化沥青；）阳离子乳化沥青；（2）阴离子乳化沥青；）阴离子乳化沥青；（3）非离子乳化沥青。）非离子乳化沥青。4.应用应用 在道路工程中，以阳离子乳化沥青为主，常用于沥青在道路工程中，以阳离子乳化沥青为主，常用于沥青表面处治路面、沥青贯入式路面、冷拌沥青混合料路面，表面处治路面、沥青贯入式路面、冷拌沥青混合料路面，以及修补裂缝、喷洒透层、粘层与封层等。以及修补裂缝、喷洒透层、粘层与封层等。道路建筑材料精品课程道路建筑材料精品课程338.4 煤沥青煤沥青1.定义定义 烟煤在干馏过程中的挥发物质经冷凝得到煤焦油，再烟煤在干馏过程中的挥发物质经冷凝得到煤焦油，再经分馏加工提取轻油、中油、重油等组分后所得的残渣经分馏加工提取轻油、中油、重油等组分后所得的残渣。2.主要组分：主要组分：油分、树脂和游离碳等。油分、树脂和游离碳等。3.技术性质：技术性质：（1）温度敏感性大；）温度敏感性大；（2）大气稳定性差；）大气稳定性差；（3）塑性较差、防水性较差；）塑性较差、防水性较差；（4）与矿料有较好的粘结力。）与矿料有较好的粘结力。