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道路建筑材料第一篇 第三章有机结合料,长安大学公路学院,第三章有机结合料,普通石油沥青,3.1,改性沥青,3.2,其它沥青,3.3,内容简介 沥青分类、组成组份及胶体结构，沥青的技术性质、评价方法和评价指标，沥青的技术标准，同时介绍了改性沥青、乳化沥青及其它沥青形式。学习要求 掌握沥青的组成结构及沥青的技术性质；掌握路用石油沥青常规试验方法及主要技术指标评价其路用性能；对改性沥青、乳化沥青、天然沥青等其它形式沥青有一定了解。,内容简介及学习要求,沥青按其来源不同，可分为如下种类：,天然沥青,天然沥青是石油在自然界长期受地壳挤压并与空气、水接触逐渐变化而形成的，以天然形态存在的石油沥青，其中常混有一定比例的矿物质。按形成的环境可分为湖沥青、岩沥青、海底沥青、油页岩等,湖沥青,湖沥青的形成是石油不断从地壳中冒出，存在于天然湖中，经长年沉降、变化、硬化而形成的天然沥青，代表性产品有位于西印度群岛的特立尼达岛的特立尼达湖沥青，Trinida Lake Asphalt(简写为TLA)。,岩沥青是石油不断地从地壳中冒出，存在于山体、岩石裂隙中长期蒸发凝固而形成的天然沥青。代表性产品：布敦岩沥青(BMA)和北美岩沥青。我国新疆、青海及四川一带也有储量丰富的天然岩沥青,第一节 普通石油沥青,一、石油沥青的生产工艺,1、石油的基属分类,环烷基,石蜡基,关键馏分,中间基,含硫原油0.5,低硫原油0.5,含硫量,中硫原油0.52.0,高硫原油2.0,5.33kPa，275300第二关键馏分,常压250275第二关键馏分,2、石油沥青的生产工艺,一、石油沥青的生产工艺,蒸馏法 氧化法 溶剂法 调和法,石油沥青生产工艺流程示意图,3.生产工艺对沥青性状的影响蒸馏法原油经常压塔和减压塔装置，将 汽油、煤油、柴油等馏分切割后，根据原油中所含馏分的沸程不同，可以得到加工沥青的原料（渣油），也可以直接获得针入度级的粘稠沥青。这种直接由蒸馏得到的沥青，称直馏沥青。与氧化沥青相比，具有较好的低温变形能力，但温度敏感性差。氧化法以蒸馏得到的渣油或直馏沥青，在氧化塔中经加热并吹入空气（有时含催化剂），由于空气中的氧使其产生脱氢、氧化和缩聚等化学反应，沥青中低分子量的烃转变为高分子烃，这样得到稠度高、温度感应性较低的沥青，称为氧化沥青。与直馏沥青相比，具有较低的温度敏感性，高温时抗变形能力较好，低温时变形能力差。,一、石油沥青的生产工艺,一、石油沥青的生产工艺,半氧化法是一种改进的氧化法。为避免直馏沥青的温度敏感性大和氧化沥青的低温变形能力差的缺点，在氧化时采用较低温度、较长时间、吹入较少风量的空气，这样可以控制温度、时间和风量方法，使得沥青中不同分子量的烃组，按人为意志转移，最终达到适当兼顾高温和低温两方面性能的沥青。溶剂脱沥青法在炼制高级润滑油时，用溶剂脱沥青装置萃取脱沥青后，剩下的沥青称为溶剂脱沥青。这样可降低含蜡量。调配法采用两种或两种以上不同稠度的沥青，按选定比例相互调配后，得到符合要求稠度的沥青产品称为调配沥青。,二、石油沥青的组成及胶体结构,1、元素组成 多种碳氢化合物及其非金属（氧、硫、氮）的衍生物组成的混合物。,2、化学组分 将沥青分离为化学性质相近，且与其路用性能有一定联系的几个组，这些组就称为组分。组分分析是利用沥青在不同有机溶剂中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。,二、石油沥青的组成及胶体结构,三组分法 组分：油分、树脂和沥青质 方法：选择性溶解和选择性吸附，又称溶解吸附法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。,二、石油沥青的组成及胶体结构,四组分法（常用方法）：组分：沥青质、胶质、饱和分、芳香分 方法：色层分析方法,二、石油沥青的组成及胶体结构,石油沥青四组分中各组分的性状,二、石油沥青的组成及胶体结构,油分使沥青具有流动性；树脂使沥青具有塑性，树脂中含有少量的酸性树脂（即地沥青酸和地沥青酸酐），是一种表明活性物质，能增强沥青与矿质材料表面的吸附性；沥青质能提高沥青的粘结性和热稳定性。,二、石油沥青的组成及胶体结构,沥青的含蜡量严重影响沥青的路用性能。高温稳定性低温抗裂性水稳定性（集料与沥青的粘附性）,二、石油沥青的组成及胶体结构,3、胶体结构胶体理论 沥青的胶体结构，是以固态超细微粒的沥青质为分散相。通常是若干个沥青质麋集在一起，他们吸附了极性半固态的胶质，而形成胶团。由于胶溶剂胶质的胶溶作用，而使胶团胶溶、分散于液态的芳香分和饱和分组成的分散介质中，形成稳定的胶体。,二、石油沥青的组成及胶体结构,二、石油沥青的组成及胶体结构,3、胶体结构胶体结构类型溶胶型结构 溶凝胶型结构 凝胶型结构,二、石油沥青的组成及胶体结构,3、胶体结构胶体结构类型溶胶型结构：沥青质分子量低、含量少，一定数量的芳香度高的胶质，这样胶团能完全溶胶而分散在芳香分和饱和分的介质中。在这种情况下，胶团相距较远，相互间吸引力很小甚至没有，胶团可以分散在介质粘度许可范围内自由运动，这种胶体结构的沥青，称为溶胶型沥青。这种结构沥青粘滞性小，流动性大，具有牛顿流特性粘度与应力成比例（也称牛顿流沥青），塑性好，开裂后自行愈合能力强，但温度稳定性较差。通常，大部分直馏沥青都属于溶胶型沥青。,溶凝胶型结构：沥青质含量适中，并有较多芳香度较高的胶质，这样形成胶团数量增多，胶体中胶团浓度增加，胶团距离相对靠近，相互间有一定引力。这是一种介乎溶胶和凝胶之间的结构沥青，称为溶凝胶结构。这种结构沥青在变形时，最初阶段表现出一定程度的弹性，但应变增加至一定数值后，则又表现出一定程度的粘性流动，是一种粘弹特性的伪塑性体，也称粘弹性沥青。环烷基稠油的直馏沥青或半氧化沥青，溶剂沥青都属于这类 高温时具有较低的感温性；低温时具有良好的形变能力。,二、石油沥青的组成及胶体结构,凝胶型结构：沥青质含量很高，并有相当数量芳香度高的胶质来形成胶团。这样胶体中胶团浓度很大程度地增加，胶团相互间有引力增强，使胶团靠的很近，形成空间网络结构。此时，液态芳香分和饱和分在胶团网络中成为分散相，连续的胶团成为分散介质。这种结构沥青，称为凝胶结构沥青。这种结构沥青当施加荷载时间很短时，具有明显弹性变形，当应力超过屈服值之后，则表现为粘弹性变形。这类沥青称弹性沥青。通常深度氧化的沥青多属于这类结构。具有较好的感温性，但低温时形变能力较差。,二、石油沥青的组成及胶体结构,蜡对胶体结构的影响蜡在胶体结构中可溶于分散介质芳香分和饱和分在高温时，他的粘度会很低，会降低分散介质的粘度，使沥青胶体结构向溶胶方向发展在低温时，他能结晶析出，形成网络状结构，使沥青胶体结构向凝胶方向发展,二、石油沥青的组成及胶体结构,胶体结构类型的判断,二、石油沥青的组成及胶体结构,（一）物理性质 1、密度 2、体膨胀系数 3、介电常数,三、石油沥青路用技术性质,（二）路用性质 1、粘滞性 2、低温性能 3、感温性 4、加热稳定性 5、黏弹性 6、黏附性,（三）其他性质 1、安全性 2、溶解度 3、含水率,三、石油沥青路用技术性质,密度（Density）,定义：沥青密度是在规定温度下单位体积所 具有的质量，单位为kg/m3或g/cm3。用途：质量与体积进行换算计量、算价 沥青混合料配合比设计,（一）物理性质 1、密度 2、体膨胀系数 3、介电常数,三、石油沥青路用技术性质,（二）路用性质 1、粘滞性 2、低温性能 3、感温性 4、加热稳定性 5、黏弹性 6、黏附性,（三）其他性质 1、安全性 2、溶解度 3、含水率,三、石油沥青路用技术性质,热胀系数（Thermal coefficient of expension）,定义：沥青温度上升1时长度或体积的变化，称为 线胀系数或体胀系数，通常热胀系数。用途：影响路面的开裂。沥青混合料的温缩系数，主要取决于沥青热 化学性质，尤其是含蜡沥青。,（一）物理性质 1、密度 2、体膨胀系数 3、介电常数,三、石油沥青路用技术性质,（二）路用性质 1、粘滞性 2、低温性能 3、感温性 4、加热稳定性 5、黏弹性 6、黏附性,（三）其他性质 1、安全性 2、溶解度 3、含水率,定义：作用：沥青介电常数对氧、雨、紫外线等的耐气候 老化性能有影响。与抗滑行能有很好相关性，因此纳入英国标准,三、石油沥青路用技术性质,介电常数（Permitticity）,（一）物理性质 1、密度 2、体膨胀系数 3、介电常数,三、石油沥青路用技术性质,（二）路用性质 1、粘滞性 2、低温性能 3、感温性 4、加热稳定性 5、黏弹性 6、黏附性,（三）其他性质 1、安全性 2、溶解度 3、含水率,三、石油沥青路用技术性质,粘滞性（粘性）（Viscosity）,定义：是指沥青在外力作用下抵抗变形的能力，是反映沥青 内部材料阻碍其相对流动的特性。机理：沥青受到外力作用后表现的变形，是由于沥青组分胶团 发生变形或胶团之间产生相互位移。影响规律：粘滞性的大小与组分及温度有关。沥青质高，含适量树脂、少量油分时，粘滞性较大。在一定温度范围内，温度升高时，粘滞性随之降低,动力粘度（粘度、绝对粘度）Pa.s,三、石油沥青路用技术性质,沥青粘度的表达方式,运动粘度（动比密粘度），mm2/s,剪应力（N/cm2）剪变率（s-1）,表观粘度（视粘度），Pa.s,三、石油沥青路用技术性质,沥青粘度的表达方式,C1.0,C1.0,牛顿流型沥青,非牛顿流型沥青,c沥青的复合流动系数,三、石油沥青路用技术性质,沥青粘度的测定方法,沥青绝对粘度,沥青条件粘度（相对粘度）,运动粘度毛细管法动力粘度真空减压毛细管法表观粘度布洛克菲尔德（Brookfield）粘度计,流出型粘度计：道路沥青标准粘度计法、赛氏恩氏粘度计法针入度法软化点,划分粘稠石油沥青（135）和石油沥青（60）标号的指标黏温曲线（120、150、180）按等黏温度决定施工温度沥青试样在严密控温条件下在规定温度下通过选定型号的毛细管粘度计（坎芬式），流经规定体积所需的时间。,三、石油沥青路用技术性质,运动粘度毛细管法,动力粘度真空减压毛细管法,60 粘度分级标准：美国、澳州标准温度：60 沥青试样在严密控温真空装置下，保持一定温度下通过规定型号的毛细管粘度计，流经规定体积所需的时间。,三、石油沥青路用技术性质,表观粘度布式旋转粘度法,布洛克菲尔德法（Brookfield）测量沥青的高温黏度黏温曲线（60、135、175，确定施工温度。0.170.02PaS 拌和温度0.280.03PaS 压实成型温度135 粘度小于3Pas 控制改性沥青施工温度,图3-8旋转粘度试验模式示意图,图3-9沥青标准粘度试验示意图,适用范围：液体石油沥青 乳化沥青 煤沥青试验方法：规定温度条件下，通过规定 流孔直径，流出50mL体积所 需时间，以s计。表示方法：以CT，d表示粘度，脚标表示试验条件 如C60，5100s，沥青在60时，自 5mm孔径流出50 ml沥青所需时间为100s，,三、石油沥青路用技术性质,沥青标准粘度试验,针入度（Penetration）,作 用：分级指标试验方法：针入度是在规定的温度和时 间内，附加一定质量的标准 针垂直贯入试样的深度（0.1mm）。表示方法：PT，m，t 表示 P(25，100g，5s)=65(0.1mm),规定温度下的条件黏度,软化点（Softening point）,定义：沥青条件固化点到滴落点的温度间 隔的87.21%为软化点。测试方法：环球法 将沥青试样装入规定尺寸的铜环 内（内径18.9mm），试样上放 置标准钢球（重3.5g）在水或甘 油中，以规定的升温速度（5/min）加热，使沥青软化下 垂至规定距离（垂度为25.4mm）时的温 度，以表示。,达到规定条件黏度的温度,（一）物理性质 1、密度 2、体膨胀系数 3、介电常数,三、石油沥青路用技术性质,（二）路用性质 1、粘滞性 2、低温性能 3、感温性 4、加热稳定性 5、黏弹性 6、黏附性,（三）其他性质 1、安全性 2、溶解度 3、含水率,延性（Ductility）定义：沥青的延性是指当其受到外力的拉伸作用时，所能 承受的塑性变形的总能力，是沥青的内聚力的衡量。指标：用延度作为条件延性指标来表征。试验方法：将沥青试样制成字型标准试模，在规定速度和温 度下拉伸至断时的长度，以cm表示。,三、石油沥青路用技术性质,延度试验温度：通常采用25、15、10或5拉伸速率：50.25cm/min。,脆性（Brittleness）沥青材料在低温下受到瞬时荷载作用时，常表现为脆性破坏。弗拉斯脆点涂有沥青薄膜的金属片，加载弯曲。降温速率：1/min,三、石油沥青路用技术性质,达到等劲度时的温度,弯曲梁流变试验（BBR）将沥青先RTFOT短期老化，再PAV压力老化。弯曲试验在弯曲流变仪器（BBR）上进行，测试沥青小梁试件在在蠕变荷载作用下的劲度，用蠕变荷载模拟温度下降时路面中可产生的应力。,三、石油沥青路用技术性质,弯曲流变试验模式示意图,三、石油沥青路用技术性质,弯曲梁流变试验（BBR）,沥青的低温性能,直接拉伸试验（DTT）,直接拉伸试验是SHRP为测试沥青拉伸性能而开发的，用以测试沥青在低温时的极限拉伸应变。测得的结果是试件拉断时的荷载和伸长变形，计算试件的应力和应变算。,三、石油沥青路用技术性质,形状：哑铃试件重：约3g总长：40mm有效标准长度：27mm面积：36mm2,图3-17给出了不同温度下直接拉伸试验的破坏应变及试验应力关系图，相应于低温状态脆性破坏的试件的应变通常不大于1%，因此SHRP规范要求直接拉伸试验的破坏应变不得大于1%。,图3-17直接拉伸试验的破坏应变与应力关系示意图,（一）物理性质 1、密度 2、体膨胀系数 3、介电常数,三、石油沥青路用技术性质,（二）路用性质 1、粘滞性 2、低温性能 3、感温性 4、加热稳定性 5、黏弹性 6、黏附性,（三）其他性质 1、安全性 2、溶解度 3、含水率,针入度指数（PI）法,1）针入度温度感应性系数,三、石油沥青路用技术性质,lgP,T,25,P,T,25,三、石油沥青路用技术性质,2）针入度指数（PI）的确定,PI-2 溶胶型沥青+2 凝胶型沥青-2+2 溶凝胶型沥青,普费假定:感温性最小,PI=20，感温性最大,PI=-10 由于A值很小，为使PI值在+20-10之间，A值乘以50，,3）当量软化点T800与当量脆点T1.2,三、石油沥青路用技术性质,沥青的感温性,确定当量软化点T800和针入度指数PI的壳牌诺模图,PI法表征低于软化点温度的沥青感温性PVN法高于软化点温度的沥青感温性,三、石油沥青路用技术性质,针入度黏度指数（PVN）法,（一）物理性质 1、密度 2、体膨胀系数 3、介电常数,三、石油沥青路用技术性质,（二）路用性质 1、粘滞性 2、低温性能 3、感温性 4、加热稳定性 5、黏弹性 6、黏附性,（三）其他性质 1、安全性 2、溶解度 3、含水率,影响因素（1）热的影响：加速分子运动，蒸发沥青，加速沥青化学 反应。尤其在氧参与下（2）氧的影响：氧在加热作用下，脱氢作用，组分发生移 行：方向分转为胶质，胶质转为沥青质（3）光的影响：光化学反应，加速氧化，增加沥青中羟基 和碳氧基（4）水的影响：在光、氧、热共同作用时，起催化剂作用,三、石油沥青路用技术性质,沥青薄膜加热试验（TFOT）盛样皿内径：140mm，深9.510mm试样质量：50g加热温度：1631加热时间：5h测试指标：质量损失，残留物的针入度、软化点、延度。,三、石油沥青路用技术性质,旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）沥青试样：35g瓶：高140mm，直径64mm加热温度：163旋转速率：15r/min老化时间：75min,三、石油沥青路用技术性质,压力老化试验（PAV）老化温度：90110老化时间：20h压力：2.1MPa,三、石油沥青路用技术性质,（一）物理性质 1、密度 2、体膨胀系数 3、介电常数,三、石油沥青路用技术性质,（二）路用性质 1、粘滞性 2、低温性能 3、感温性 4、加热稳定性 5、黏弹性 6、黏附性,（三）其他性质 1、安全性 2、溶解度 3、含水率,沥青是一种典型的粘弹性物体，具有蠕变和应力松弛行为，还具有瞬时弹性回复和弹性滞后现象（简称弹性后效）。影响沥青性能的因素：温度、荷载作用方式和荷载作用时间,三、石油沥青路用技术性质,蠕变曲线,应力松弛曲线,沥青的黏弹行为,当时间为t时，所产生的总应变由瞬时弹性应变e、延迟恢复应变d和黏塑性应变组成 e+d+,三、石油沥青路用技术性质,E-瞬时弹性模量D-延迟弹性模量（时间、温度函数）黏度（温度的函数）,沥青的劲度模量 SE 抗拉劲度模量 剪切劲度模量SG 1/3 SE,三、石油沥青路用技术性质,复数剪切模量G*和相位角 G*是材料重复剪切变形时总阻力的度量，包括弹性（可恢复）部分和粘性（不可恢复）部分。相位角是可恢复与不可恢复变形的相对指标。,三、石油沥青路用技术性质,f摆动板频率；t应变滞后时间，s。,（一）物理性质 1、密度 2、体膨胀系数 3、介电常数,三、石油沥青路用技术性质,（二）路用性质 1、粘滞性 2、低温性能 3、感温性 4、加热稳定性 5、黏弹性 6、黏附性,（三）其他性质 1、安全性 2、溶解度 3、含水率,黏附性 影响因素：与沥青、集料性质有关 机 理：润湿理论 评价方法：水煮法：13.219mm 5颗 水浸法：9.513.2mm 100g，5.5g沥青,三、石油沥青路用技术性质,（一）物理性质 1、密度 2、体膨胀系数 3、介电常数,三、石油沥青路用技术性质,（二）路用性质 1、粘滞性 2、低温性能 3、感温性 4、加热稳定性 5、黏弹性 6、黏附性,（三）其他性质 1、安全性 2、溶解度 3、含水率,闪点和燃点 主要是反映施工安全性能。溶解度 沥青在三氯乙烯中溶解的百分率有有效物质含量。含水率 加热过程中，沥青如果含水量过多，易产生溢锅现象，使材料损失，甚至引起火灾,三、石油沥青路用技术性质,四、道路石油沥青的技术要求,我国道路石油沥青的技术要求粘稠道路石油沥青 针入度分级 气候条件分级 流动变形的气候因子，一级指标3个区：夏炎热区（30），夏热区（2030），夏凉区（2030）裂缝气候因子，二级指标4个区：冬严寒区（-37.0），冬寒区（-37.021.5）冬冷区（-21.5-9.0），冬冷区（-9.0），水损影响气候因子，三级指标4个区：潮湿区（1000），湿润区（5001000），半干区（500250），干旱区（250）,针入度指数PI60动力粘度 10延度,沥青等级,四、道路石油沥青的技术要求,道路用液体石油沥青 分类：快凝AL（R）、中凝AL（M）、慢凝AL（S）指标：标准粘度计测定 蒸馏馏分含量 蒸馏后残留物的性质 闪点和含水量。,四、道路石油沥青的技术要求,美国Superpave沥青胶结料的技术要求 Strategic Highway Research Program(SHRP)Superior Performing Asphalt Pavement(SuperpaveTM)PGx-y表示，Performance Grade(路用性能）x路面设计最高温度(7d平均最高温度）y路面设计最低温度（年极端最低温度）7个高温等级，4682，每6为一级低温亚级，-10-46，每-6为一级,四、道路石油沥青的技术要求,第二节 改性沥青,了解改性沥青的分类熟悉常用聚合物改性沥青及其性能了解改性沥青的制作工艺,沥青改性目的 普通沥青 改性 重交通沥青 意义不大 重交通沥青 改性 优质沥青 a、用在重载交通路段 b、桥面铺装 c、特殊结构SMA、OGFC、SAC,一、改性沥青的分类,一、改性沥青的分类,1、热塑性橡胶类热塑性弹性体 化学成分：苯乙烯嵌段共聚物典型代表：苯乙烯一丁二烯一苯乙烯(SBS)苯乙烯一异戊二烯一苯乙烯(SIS)苯乙烯一聚乙烯/丁基一苯乙烯(SE/BS)特 点：兼具有橡胶和树脂两类改性沥青结构与性质改性机理：混合、溶解、溶胀产生交联作用，形成不可逆的 化学键，形成立体网状结构改性效果：SBS具有良好的弹性（变形的自恢复性和裂缝 的自愈性），改善沥青的高温与低温性能,一、改性沥青的分类,2、橡胶类典型代表：天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）氯丁橡胶（CR）、丁二烯橡胶（BR）异戊二烯橡胶(IR)、乙丙橡胶等等改性效果：提高沥青的粘度、韧性、软化点，降低脆点 使用情况：丁苯橡胶(SBR)使用最为广泛，尤其是胶乳形式 氯丁橡胶(CR)具有极性，煤沥青的改性剂,一、改性沥青的分类,3、树脂类（塑料）成分：热塑性树脂类：聚烯烃类高分子聚合物，如聚乙烯(PE)聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)聚苯乙烯(PS)、无规聚丙烯(APP)乙烯一乙酸乙烯酯共聚物(EVA)热固性树脂类：环氧树脂（EP）特点：提高沥青结合料的常温粘度，提高沥青的强度和劲度 改善高温稳定性，低温性能改善效果不显著 易离析,一、改性沥青的分类,4、其它改性沥青 多价金属皂化物 增加延度降低脆点 显著提高与集料的粘附性能 改善沥青路面的低温柔性和疲劳强度。掺炭黑的改性沥青 增加改性沥青的粘度 提高回弹性能,二、改性剂的选择,基于改性目的的改性剂类型选择提高抗永久变形能力 热塑性橡胶类、热塑性树脂类改性剂。提高抗低温开裂能力 热塑性橡胶类、橡胶类改性剂。提高抗疲劳开裂能力 热塑性橡胶类、橡胶类 热塑性树脂类改性剂。提高抗水损害能力 各类抗剥落剂外掺剂。,二、改性剂的选择,聚合物改性剂与基质沥青的配伍性与相容性 配伍性：基质沥青和改性剂的种类繁多，但并不是任何一种沥青和 任意一种改性剂相互掺配都能达到比较理想的改性效果，改性剂与基质沥青存在配伍性问题 反映聚合物改性剂改性效果好坏。改性效果：与剂量有关，与配伍性有关 评价指标：改性效果好坏进行评判,二、改性剂的选择,相容性：是指聚合物改性剂以微细的颗粒与基质沥青 发生反应或均匀、稳定地分散在基质沥青 中，而不发生分层、凝聚或离析等现象。影响因素：主要取决于两者之间的界面作用、基质沥 青的组分以及聚合物的极性、颗粒大小、分子结构等因素。规律：一般地，聚合物的极性越强，分子结构与 沥青越接近，则它与基质沥青的相容性越好。评价指标：测定改性效果在存放过程中性质的变化,三、改性沥青生产工艺,预混法（制作改性沥青）,直接投入法 如SBR胶乳、纤维、磨细橡胶粉（制作改性沥青混合料的工艺）,改性沥青,母体法二次掺配法（强力搅拌）,胶体磨与高速剪切法,工厂制作的改性沥青,高速剪切法,溶剂法,混炼法,机械搅拌法,四、改性沥青技术要求,改性沥青的评价指标 离析试验评价相容性 弹性恢复试验SBS 粘韧性试验SBR改性效果 延度试验-5度,根据聚合物类型将改性沥青分为、三类按照软化点不同，将、类聚合物改性沥青分为A、B、C和D四个等级，类分A、B和C三个等级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表示改性沥青针入度减小，粘度增加，即高温性能提高，但低温性能下降。,四、改性沥青技术要求,第三节 其他沥青,煤沥青(俗称柏油)是用煤在隔绝空气的条件下干馏，制取焦炭和煤气的副产品煤焦油炼制而成。根据煤干馏的温度不同，而分为高温煤焦油(700以上)和低温煤焦油(450700)两类。路用煤沥青主要是由炼焦或制造煤气得到的高温煤焦油加工而得。,一、煤沥青,煤沥青的化学组成和结构特点 煤沥青的化学组成 煤沥青的组成主要是芳香族碳氢化合物及其氧、硫和氮的衍生物的混合物，其元素组成主要为C、H、O、S和N。煤沥青的化学结构极其复杂，又环结构上带有侧链，但侧链很短。煤沥青可以分离为：油分、软树脂、硬树脂和游离碳等四个组分。,一、煤沥青,煤沥青的结构 煤沥青和石油沥青相类似，也是复杂的胶体分散系。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，而软树脂为保护物质，它吸附于固态分散胶粒周围，逐渐向外扩散，并溶解于油分中，使分散系形成稳定的胶体物质。,一、煤沥青,煤沥青的技术性质与技术标准 煤沥青的技术性质 a粘度 b蒸馏试验的馏分含量及残渣性质 c煤沥青焦油酸含量 d含萘量 e甲苯不溶物 f含水量,一、煤沥青,煤沥青的技术标准 按照稠度可划分为软煤沥青(液体、半固体的)和硬煤沥青(固体的)两大类。道路工程主要应用软煤沥青，用于道路的软煤沥青又按其粘度和有关技术性质分为9个标号。,一、煤沥青,煤沥青在技术性质上与石油沥青的差异 a、煤沥青的温度稳定性差 b、煤沥青的大气稳定性差 c、煤沥青塑性较差 d、煤沥青与矿质材料表面粘附性能好 e、煤沥青防腐性能好 f、煤沥青含有对人体有害成分较多，臭味较重,一、煤沥青,二、乳化沥青,乳化沥青是将粘稠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(25m左右)，且以此状态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。其外观为茶褐色，在常温下具有较好的流动性。,乳化沥青的组成材料 乳化沥青主要由沥青、乳化剂、稳定剂和水等组成。稳定剂可分为两类：a、有机稳定剂聚乙烯醇、聚丙烯酰胺羟甲基纤维素钠 b、无机稳定剂 氯化钙、氯化镁,二、乳化沥青,乳化沥青的优点与应用,（1）冷态施工，节约能源（2）常温下具有较好的流动性，洒布均匀（3）与矿料表面具有良好的粘附性（4）稀浆封层，微表处,三、天然沥青,天然沥青是石油经过历史上的长达亿万年的沉积、变化，在热、压力、氧化、融煤、细菌的综合作用下衍变成沥青类物质。天然沥青粘度大，抗氧化性强按照形成的环境可分为湖沥青、岩沥青和海底沥青等。,湖沥青 湖沥青的形成是石油不断从地壳中冒出，存在于天然湖中，经长年沉降、变化、硬化而形成的天然沥青，代表性产品有位于南美洲特立尼达岛的特立尼达湖沥青，Trinida Lake Asphalt(简写为TLA)。,三、天然沥青,岩沥青 岩沥青的形成是石油不断地从地壳中冒出，存在于山体、岩石裂隙中，经长期蒸发凝固而形成的天然沥青，其代表性产品有位于南太平洋的布敦岛的布敦岩沥青(BMA)和美国北部犹太州东部Uintah盆地的UINTAITE北美岩沥青。我国新疆、青海及四川一带也有储量丰富的天然岩沥青。由于岩沥青的高含氮量（一般沥青中很少含氮），沥青粘度大，抗氧化性强，特别是与集料有很好的粘附性及抗剥落性。,三、天然沥青,四、泡沫沥青,在高温的普通针入度级沥青中加入少量冷水，由于水的急速气化形成爆炸性泡沫，使沥青表面积大量增加，体积膨胀数倍至数十倍，然后在近1min内沥青又恢复原状，这种膨胀成泡沫的沥青称为泡沫沥青。沥青膨胀产生泡沫而使其粘度下降，从而可以很方便地与冷湿集料拌合均匀。,图3-26泡沫沥青的发泡示意图,四、泡沫沥青,泡沫沥青的评价指标 膨胀率 半衰期,四、泡沫沥青,沥青发泡的影响因素 沥青:沥青来源及种类 沥青温度 沥青喷射速度 外加剂 水:用水量 水温 水的组成 外加剂 仪器设备及其:沥青、水及空气压力 发泡测定筒的温度 发泡仓及喷嘴的组成 环境温度及湿度,四、泡沫沥青,本章小结,石油沥青是复杂的高分子化合物，可分离为饱和分、芳香分、胶质和沥青质等几个组分。根据这些组分结构和含量的不同，可将沥青分为溶胶、凝胶和溶凝胶三种胶体结构。沥青的化学组分、化学结构与胶体结构与沥青的路用性能有着密切的关系。,沥青具有粘滞性、粘弹性、感温性等一系列特性。通过学习应掌握这些特性及其测试方法。石油沥青的标号和等级是根据沥青使用的气候分区按针入度划分，并保证其相应的延度和软化点，要求能分析这三者之间的相互关系，并根据工程要求选择沥青的标号和等级。本章还针对美国SHRP沥青结合料的主要性能指标与测试方法作为简要介绍，以便了解沥青材料现代测试技术的概念，为沥青材料性能的深入研究和工程应用奠定基础。,本章小结,由于交通运输的发展，对沥青的性能提出了更高的要求，因此改性沥青得到较大的发展。本章介绍了几种常用的改性沥青的性能和测试方法。乳化沥青也是沥青路面工程中广泛采用的材料，具有可冷态施工的特点，应掌握其组成机理和用途。随着现代沥青路面铺筑技术的发展，天然沥青（岩沥青、湖沥青）、泡沫沥青、煤沥青也逐渐在新建路面及旧沥青路面改造工程中得到推广使用。应对这些新材料的运用状况加以关注。,本章小结,复习题,1采用沥青化学组分分析方法可将沥青分离为哪几组分，与沥青的技术性质有何关系？2石油沥青可划分为哪几种胶体结构？各种胶体结构的石油沥青有何特点？3石油沥青的“三大指标”表征沥青哪些特征？简述其主要试验方法与条件。4美国SHRP的沥青技术规范中沥青的性能提出哪些新的试验方法，各自反映沥青哪些方面的性能？5沥青的感温性采用哪些指标来表征？6重交通道路沥青的技术标准有哪几项指标？,7什么是沥青粘弹性，采用什么技术指标对其进行 评价？8 为什么对沥青进行改性？常用的聚合物改性沥青有哪几种？改性沥青性能的评价方法与指标有哪些？9 试述乳化沥青形成和分裂机理及其在节约能源、保护环境和经济效益等方面的优越性。10 沥青在10、25和30下测定的针入度分别为24、85和125(0.1mm)，求出沥青的针入度温度敏感性系数A，由此计算针入度指数PI，并判断沥青的胶体结构类型。,复习题,Thank You!,