道路工程材料-第2章沥青材料.ppt
2023/9/19,1,沥青材料,2023/9/19,2,第二章 沥青材料,沥青材料简介石油沥青的生产工艺石油沥青的组成、组分和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,2023/9/19,3,一、沥青材料简介,沥青材料（Bituminous material）是黑色或暗黑色固体、半固体或粘稠状物质；由天然形成或人工炼制而成；定义：由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属（氧、硫、氮）的衍生物所组成的混合物，呈褐色至黑色，可溶于苯或二硫化碳等溶剂，是自然界中天然存在的或从原油经蒸馏得到的残渣。,2023/9/19,4,一、沥青材料简介,沥青的发展历史公元前3800公元前2500年，开始使用沥青公元前600年，古巴比伦出现第一条用沥青铺装的路面，后失传;十九世纪，用沥青来铺路；1835年，在巴黎首先出现用沥青铺筑的人行道路面；约20年后，巴黎出现碾压沥青铺筑的路面。,2023/9/19,5,二、沥青材料分类,沥青,沥青的种类（按获取方式划分）,（1）湖沥青,特立尼达湖沥青（Triniada Lake Asphalt）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,（2）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Uintah盆地的UNTAITE岩沥青是世界上最为著名的岩沥青。,我国道路沥青生产量,道路沥青产量，万顿,2023/9/19,9,直接蒸馏沥青获得的残渣最简单、最经济环烷基、中间基原油,石油沥青,蒸馏沥青,调和沥青,石油沥青的种类（加工工艺）,氧化沥青,溶剂沥青,将低标号沥青或渣油，加热240290，在氧化塔内吹入空气对渣油进行不同深度氧化。,利用溶剂对各组分不同的溶解能力、选择性地溶解其中一个或几个组分，分离出富含饱和烃和芳香烃的脱沥青油，获得胶质和沥青质高的溶剂沥青。常用的脱沥青溶剂为丙烷，处理石蜡基原油。,按照沥青的质量要求，将几种沥青按适当的比例进行调配，调整沥青组分之间的比例关系以获得所要求的产品。,2023/9/19,10,稀释沥青乳化沥青,石油沥青,粘稠沥青,石油沥青的种类（常温下形态）,液体沥青,快凝中凝慢凝,快裂中裂慢裂,石油沥青,道路石油沥青建筑石油沥青水工石油沥青防腐沥青其他,石油沥青的种类（用途）,2023/9/19,11,三、石油沥青的生产工艺,2023/9/19,12,按关键馏分特性分类：石蜡基、中间基、环烷基,（一）石油的基属分类,优质沥青：环烷基原油中间基原油石蜡基原油,按含硫量分类 硫含量0.5%的为低硫原油；硫含量0.5%的为含硫原油。,2023/9/19,13,按关键馏分特性分类：石蜡基、中间基、环烷基,石油在半精馏装置中于常压下蒸得250275的馏分称为“第一关键馏分”；5.33kpa的压力下减压蒸馏，取得275300的馏分称为“第二关键馏分”。,（一）石油的基属分类,2023/9/19,14,优质沥青：环烷基原油中间基原油石蜡基原油,按含硫量分类 硫含量0.5%的为低硫原油；硫含量0.5%的为含硫原油。,（一）石油的基属分类,2023/9/19,15,（一）石油的基属分类,2023/9/19,16,蒸馏法,氧化法,溶剂法,调和法,（二）石油沥青的生产工艺,（二）石油沥青的生产工艺,2023/9/19,18,蒸馏法（最简单、最经济）：,（二）石油沥青的生产工艺,汽油煤油柴油,直镏沥青含有不稳定烃温度稳定性差,升温,2023/9/19,19,氧化法：将常减压渣油预热脱水，加热240290，在氧化塔内吹入空气对渣油进行不同深度氧化。,饱和分、芳香分、胶质减少沥青质增加蜡含量不变 软化点升高 针人度减小 延度降低,（二）石油沥青的生产工艺,2023/9/19,21,溶剂法：利用溶剂对各组分不同的溶解能力、选择性地溶解其中一个或几个组分，分离出富含饱和烃和芳香烃的脱沥青油，获得胶质和沥青质高的溶剂沥青。常用的脱沥青溶剂为丙烷，处理石蜡基原油。,彩色沥青脱蜡沥青低标号沥青,2023/9/19,22,调和法：按照沥青的质量要求，将几种沥青按适当的比例进行调配，调整沥青组分之间的比例关系以获得所要求的产品。,2023/9/19,23,生产工艺流程,2023/9/19,24,三、石油沥青的组成结构,（一）石油沥青的元素组成,（二）石油沥青的化学组分,（三）石油沥青的胶体结构,（四）沥青组分对路用性能的影响,2023/9/19,25,（一）元素组成,主要化学元素：碳C 氢 H 硫S 氧O 氮N 8288%；811%；06%；01.5%；01%微量金属元素：钒、镍、铁、镁和钙,2023/9/19,26,（一）元素组成,C/H原子比越大，沥青中环结构特别是芳香环结构愈多 碳氢比：石蜡基最小，环烷基最大，中间基介于其间,2023/9/19,27,（二）化学组分,化学组分分析：将沥青分离为化学性质相近，且与其路用性质有一定联系的几个组，这些组就称为“组分”。,美国哈巴尔德和斯坦费尔德提出三组分分析法美国科尔贝特提出四组分分析法,2023/9/19,28,（二）化学组分,将沥青分离为：饱和分（Saturate，S）芳香分（Aromatic，Ar）胶质分（Resin，R）沥青质（Asphaltenes,At）亦称SARA法。,四组分分析法,2023/9/19,29,（二）化学组分,四组分分离过程,含蜡沥青：以丁酮苯为脱蜡溶剂，-20冷冻过滤分离出蜡,沥青,2023/9/19,30,（二）化学组分,沥青质,沥青质：是不溶于正庚烷而溶于苯（或甲苯）的黑色至棕色的无定型固体。形态：固体粉末，密度1含量：525，石蜡基原油1，中东原有生产的沥青5。特点：极性很强。对路用性能的影响：随着沥青质含量的增加，沥青的粘结力、粘度增加，感温性、硬度提高。针入度小、软化点高，变形能力差。,2023/9/19,31,胶质分,（二）化学组分,胶质分：溶于正庚烷，深棕色固体或半固体，极性密度1粘附力强，是沥青质的扩散剂对路用性能的影响：胶质对沥青质的比例在一定程度上决定了沥青胶体结构方的稳定；提高沥青的延度，减小沥青的针入度；沥青质+胶质分比例高，粘度增加,2023/9/19,32,饱和分,（二）化学组分,饱和分：溶于正庚烷，由直链和支链脂肪属烃和烷基芳香烃组成，包括蜡质及非蜡质饱和物无色液体，无极性密度1对路用性能的影响：饱和分含量高，其针人度值较大（稠度较低），软化点较低；,2023/9/19,33,（二）化学组分,芳香分,饱和分：溶于正庚烷，由甲苯冲洗得到；由非极性碳链组成，对其他高分子烃类有很高的溶解能力 黄色至红色液体，弱极性密度1是胶融沥青质分散介质的主要部分，占沥青总量的20%50%对路用性能的影响：芳香分含量增加，具有良好的延展性，低温变形能力好；,2023/9/19,34,（二）化学组分,分子量：沥青质胶质芳香分饱和分极性：沥青质胶质芳香分饱和分,沥青四组分对沥青性能的影响,蜡：高温软化、低温结晶析出,2023/9/19,36,高温：高温时融化，使沥青粘度降低，温度敏感性增大低温：低温时易析出，分散在沥青中，减少沥青分子间的紧密联系，降低沥青的延展性粘附性：使沥青与石料表面亲和力变小，影响沥青与石料的粘附性抗滑性：使沥青路面抗滑性能降低,重交通道路沥青要求：蜡含量 2.2%,蜡对沥青路用性能的影响(非晶格结构),（二）化学组分,2023/9/19,37,（三）石油沥青的胶体结构,沥青的技术性质，不仅取决于它的化学组分和化学结构，而且取决于它的胶体结构。,胶体结构的形成 胶体结构的分类 胶体结构类型的判定,2023/9/19,38,（三）石油沥青胶体结构,现代胶体理论：沥青材料是一种胶体分散系沥青质分散相，固态饱和分和芳香分分散介质，液态胶质保护作用，使分散相能够很好地胶溶于分散介质中形成稳定的胶体结构。,胶体的形成,胶团,2023/9/19,39,沥青是一种胶体分散系，沥青质是核心，吸附胶质分形成“胶团”作为分散相，逐渐向外扩散，使沥青质的胶核胶溶于芳香分和饱和分形成的分散介质中，形成稳定的胶体结构。,（三）石油沥青胶体结构,只有在各组分的化学组成和相对含量相匹配才能形成稳定的胶体。,胶体结构,2023/9/19,40,胶体结构分类依据 沥青中各组分的化学特性、相对含量和流变特性不同，可分下列3个类型。,（三）石油沥青的胶体结构,溶胶型,溶凝胶型,凝胶型,2023/9/19,41,（1）溶胶型（Sol type）结构,结构特点：沥青质含量很少（10），有一定数量胶质分形成胶团，胶团胶溶而分散在芳香分和饱和分的介质中。胶团相距较远，极性较弱，相互间吸引力小，可以自由运动。,（三）石油沥青的胶体结构,2023/9/19,42,（1）溶胶型（Sol type）结构,（三）石油沥青的胶体结构,力学特性：服从牛顿流体，剪应力与剪变率成正比，粘度为常数，弹性效应可以忽略或没有。路用性能：较好的自愈性和低温变形能力，感温性大，高温时粘度很小，低温时由于粘度增大而使流动性变差，冷却时变为脆性固体。代表沥青：石蜡基或石蜡中间基原油生产的直馏沥青,2023/9/19,43,（2）溶凝胶型(Sol-gel type）结构,特点：沥青质含量适当（1525之间），并有较多胶质分形成胶团。胶团数量增多、浓度增加、距离相对靠近、有一定的吸引力。,（三）石油沥青的胶体结构,2023/9/19,44,力学特性：在变形的最初阶段，有明显的弹性效应，在变形增加至一定数值后，表现出一定的粘性流动，粘度随剪应力增加而减小。具有粘弹性，有时具有触变性。,路用性能：高温时具有较低的感温性 低温时又具有较好的变形能力,（三）石油沥青的胶体结构,大多数优质道路沥青：环烷基的直镏沥青、半氧化沥青及溶剂脱沥青都属于溶凝胶性型。,2023/9/19,45,（三）石油沥青的胶体结构,（3）凝胶型（Gel type）结构,特点：沥青质含量很高（30），有相当数量的胶质形成胶团。胶团浓度增加、引力增强，形成空间网络结构。,2023/9/19,46,力学特性：荷载很小或作用时间很短时，有明显弹性效应；应力超过屈服值之后，表现为粘一弹性变形。具有触变性。,路用性能：具有较低的温度感应性和较好的粘弹特性，低温变形能力较差。深度氧化的沥青多属于凝胶型沥青,（三）石油沥青的胶体结构,2023/9/19,47,（三）石油沥青的胶体结构,胶体结构类型的判定：针入度指数 PI+2 凝胶结构。,2023/9/19,48,四、沥青的物理性质,密度:沥青在规定温度(15)条件下、单位体积的质量。也用相对密度表示：在规定温度下，沥青质量与同体积水质量之比。密度与化学组成密切相关，粘稠沥青密度0.961.04范围。我国富产石蜡基沥青，密度在1.00以下。,用处：沥青在质量与体积之间互相换算及沥青混合料配合比设计时必不可少的重要参数。特点：随温度的升高而降低，体积膨胀。,2023/9/19,49,2.热胀系数：温度上升1时的长度或体积的变化，分别称为线胀系数或体胀系数，统称热胀系数。沥青路面开裂，与沥青混合料的体膨胀系数有关。沥青的体膨胀系数约为（26）10-4/，体膨胀系数越大，夏季沥青路面越容易泛油，冬季容易收缩开裂。特别是含蜡沥青，当温度降低时，蜡由液态转变为固态，比容突然增大，沥青的热胀系数发生突变，易导致路面产生开裂。,四、沥青的物理性质,2023/9/19,50,四、沥青的物理性质,3.介电常数:沥青的介电常数与沥青对氧、雨、紫外线等的耐候性（耐老化性）有关，英国道路研究所研究认为，介电常数与沥青路面抗滑性有很好的相关性。沥青的介电常数在2.63.0范围内变化，属于非极性或弱极性材料。,2023/9/19,51,五、沥青的性能指标,粘滞性 低温性能 感温性 粘弹性 粘附性 安全性 耐久性,2023/9/19,52,五、沥青的性能指标,流变学-英国宾汉姆,变形和流动的科学,流变学是根据应力、应变和时间来研究物质流动和变形的构成与发展的一般规律的科学。,1.粘滞性,1.万物皆流，如玻璃；,2.流体与固体无明确界限，流体瞬间具有固体弹性；固体长时间发生流动；,3.物体弹性、粘性、塑性集于一体。,2023/9/19,53,(1)动力粘度（绝对粘度）沥青在外力作用下沥青粒子产生相互位移，其抵抗剪切变形的能力。牛顿：流体的内摩擦力F与流速梯度 成正比，与层流面积A成正比,1.粘滞性,粘度的表达方式（viscosity）,五、沥青的技术性质,单位：Pas,2023/9/19,54,(2)运动粘度系数-牛顿流体,考虑密度的影响，沥青在某一温度下动力粘度与密度之比为运动粘度,单位：mm2/s,(3)表观粘度(视粘度)-非牛顿流体,沥青在高温条件下接近牛顿流体，正常温度范围内表现为粘弹性体，不同的剪变率粘度不同,单位：Pas,1.粘滞性,粘度的表达方式（viscosity）,2023/9/19,55,沥青的复合流动系数C：评价沥青流变性质的重要指标。C=1.0表示牛顿流型沥青，C1.0表示非牛顿流型沥青，C值愈小表示非牛顿性愈强。,(3)表观粘度(视粘度)-非牛顿流体,1.粘滞性,粘度的表达方式（viscosity）,（a）牛顿流体（b）非牛顿流体,2023/9/19,56,(1)动力粘度（绝对粘度）:真空减压毛细管法,沥青在真空装置中保持一定温度(60)通过规定型号毛细管粘度计流经规定体积所需的时间（Pa.s）T=kt（k为粘度计常数）(2)运动粘度（绝对粘度）：毛细管法 指沥青试样在规定的试验温度（135）下，流经规定体积所需的时间。vT=ct（c为粘度计标定常数）,1.粘滞性,粘度的测试方法,2023/9/19,57,(3)相对粘度测定方法,标准粘度计法。我国现行试验法测定液体石油沥青、煤沥青和乳化沥青等粘度，采用道路标准粘度计法。试验方法：液态沥青在标准粘度计中，于规定温度通过规定流孔直径流出50ml体积所需时间。温度和孔径根据粘度选择，常用的有3,4,5和10mm等4种。相同温度和流孔条件下，流出时间愈长，粘度愈大。,1.粘滞性,粘度的测试方法,2023/9/19,58,标准粘度计法,1.粘滞性,粘度的测试方法,2023/9/19,59,该法是沥青材料在规定温度条件下，以规定质量的标准针经过规定时间贯入，沥青试样的深度（以0.1mm为单位计）,针入度试验:等温粘度,1.粘滞性,粘度的测试方法,2023/9/19,60,常用的试验条件为P25，100g，5S。为确定针入度指数（PI）时，针入度试验常用条件为5、15、25和35等，但标准针质量和贯入时间是均为100g和5s。,针入度试验,AH-90:重交通90号沥青，25 针入度为 80-100(0.1mm)之间AH-70:重交通70号沥青，25 针入度为 60-80(0.1mm)之间,1.粘滞性,粘度的测试方法,2023/9/19,61,沥青材料是一种非晶质高分子材料，它由液态凝结为固态，或由固态熔化为液态时，没有敏锐的固化点或液化点，通常采用条件的硬化点和滴落点来表示。即达到一定粘度时的温度,软化点试验：等粘温度,1.粘滞性,粘度的测试方法,硬化点,滴落点,0.8721,2023/9/19,62,软化点试验(Softening point),环与球法软化点（TR&B）。沥青试样注于内径为18.9mm的铜环中，环上置3.5g的钢球，在规定加热速度（5/min）下加热，试样逐渐软化直至在钢球荷重作用下，使沥青产生25.4mm挠度时的温度，称为软化点。,1.粘滞性,粘度的测试方法,TR&B=？C,2023/9/19,63,软化点试验,1.粘滞性,粘度的测试方法,2023/9/19,64,软化点试验,1.粘滞性,粘度的测试方法,普通重交通基质沥青的软化点为45左右。A沥青软化点为43，B沥青软化点为48，说明两者之间的路用性能。,2023/9/19,65,延度（Ductivity）：受外力的拉伸作用所能承受的塑性变形的能力,条件延性指标 将沥青试样制成8字形标准试件（最小断面1cm2），在规定拉伸速度和温度下拉断时的长度（以cm计）称为延度。温度T=25，拉伸速度v=5cm/min,2.沥青的低温性能,DT，V=（？）cm,2023/9/19,66,延度试验,2.沥青的低温性能,D15，5mm/min100cm,2023/9/19,67,2.沥青的低温性能,针入度，软化点和延度是评价粘稠石油沥青路用性能最常用的经验性指标，通称为“三大指标”。针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度 沥青的稠度（软硬）软化点是沥青达到条件粘度时的温度.沥青高温稳定性延度是沥青低温条件下的变形能力 沥青低温性能,2023/9/19,68,脆点：低温条件下沥青达到临界硬度发生开裂的温度,条件脆性指标：弗拉斯脆点 将试样0.4g在标准金属薄片上摊成薄层，置于有冷却设备的脆点仪内，摇动脆点仪曲柄使金属片产生弯曲。随制冷剂温度以1/min的速度降低，沥青薄膜的温度逐渐降低至某一温度时，在规定弯曲条件下产生断裂时的温度。,指标特性：实质上反映沥青由粘弹性体转变为弹脆体即玻璃态的温度，即达到临界硬度时发生脆裂的温度，也意味着沥青达到等劲度时的温度，沥青出现脆裂时的劲度约为2.1109Pa。,2.沥青的低温性能,2023/9/19,69,感温性：采用“粘度”随“温度”而变化的行为（粘-温关系）来表达，是评价沥青技术性质的重要指标，与施工和使用性能有密切关系。,3.沥青的感温性,必要性,70,评价指标：针入度指数（PI-Penetration index），沥青针入度值的对数（lgP）与温度（T）具有线性关系:,A表征沥青针入度（lgP）随温度（T）的变化率，故称为针入度-温度感应性系数（简称PTS）。,3.沥青的感温性,A针入度温度感应性系数,2023/9/19,71,基本公式,3.沥青的感温性,温度T,lgP,25,P25,TR&B,PR&B,6001000,数组（Pi,Ti）进行回归,假设软化点时的针入度值为800（1/10mm）A为针入度温度感应性系数,2023/9/19,72,3.沥青的感温性,2023/9/19,73,针入度指数的意义,（1）道路石油沥青对针入度指数的要求一般认为PI值为-1+1的溶凝胶型沥青适宜修建沥青路面，随着对沥青路面热稳定的要求提高，对PI值的要求趋于0.5+1.0。（2）针入度指数值获得途径：公式计算或通过诺模图查。（3）用途：评价沥青的感温性、评价沥青的胶体结构类型 针入度指数越大，表示沥青的感温性越低。,3.沥青的感温性,2023/9/19,74,按PI可将沥青划分为三种胶体结构类型：PI+2为凝胶型沥青；PI=-2+2为溶凝胶型沥青；当PI+2时有明显的凝胶特征，耐久性差;一般认为选用-1+1的溶凝胶型沥青适宜修筑沥青路面。,3.沥青的感温性,2023/9/19,75,当量软化点T800与当量脆点T1.2 当量软化点T800和当量脆点T1.2分别定义为与沥青针入度800和1.2对应的温度，它们可以代替软化点和脆点反映沥青高温性能和低温性能。,3.沥青的感温性,2023/9/19,76,4.沥青的粘附性,影响因素：集料的亲水性：SiO2:0%52%65%碱性集料 中性集料 酸性集料沥青的粘度与极性沥青混合料的空隙率 评价方法：水煮法和水浸法光电分光光度法,2023/9/19,77,沥青与集料的粘附性：根据沥青混合料的最大粒径决定13.2mm采用水煮法；13.2mm采用水浸法。水煮法：选取粒径为13.219mm形状接近正立方体的规则集料5个，经沥青裹覆后在蒸馏水中沸煮3min，按沥青膜剥落面积百分率分为5个等级评价粘附性。水浸法：选取9.513.2mm的集料100g与5.5g的沥青在规定温度条件下拌和，配制成沥青集料混合料，冷却后浸入80的蒸馏水中保持30min，按剥落面积百分率评定粘附性。共分5个等级，最好为5级，最差为1级。,4.沥青的粘附性,2023/9/19,78,沥青的老化 沥青在使用的过程中受到储运、加热、拌和、摊铺、碾压、交通荷载以及自然因素作用发生一系列物理化学变化，逐渐改变其原有性能而变硬变脆的现象。产生老化的原因按已有研究认为主要是沥青受到氧化作用，同时在日光紫外线作用下，加之在一定温度条件下加速了反应的进行，并且水又起着催化的作用。在力学性质方面，表现为针入度减小，延度降低，软化点升高，绝对粘度提高，脆点降低等。在化学组分含量方面，表现为饱和酚变化甚少，芳香酚明显转变为胶质胶质显著地减少，而沥青质显著增加，路用性能劣化。,5.沥青的耐久性,2023/9/19,79,（1）热致老化评价：由于路面施工加热导致沥青性能变化的评价，我国现行行业标准规定：中轻交通量道路用石油沥青：“蒸发损失试验”；重交通量道路用石油沥青：“薄膜加热试验”；液体沥青：进行蒸馏试验。,沥青蒸发损失试验：将沥青试样50g盛于直径55mm、深35mm的器皿中。在1631的烘箱中加热5h，测定质量损失以及残留物P占原试样P的百分率。缺点：沥青与空气接触面积太小，试样太厚，效果较差。,5.沥青的耐久性,2023/9/19,80,沥青薄膜加热试验(TFOT:the test of thin-film-oven)：将50g试样盛于内径139.7mm、深9.5mm铝皿中，使沥青成厚约3mm薄膜，在1631的标准烘箱中加热5h。以加热前后的质量损失、针入度比和25及15的延度值作为评价指标。薄膜烘箱老化后的性质相当于150 拌和11.5min后的性质.,薄膜烘箱试验TFOT,5.沥青的耐久性,2023/9/19,81,旋转薄膜烘箱试验RTFOT：rolling thin-film-oven test,沥青旋转薄膜加热试验：旋转薄膜烘箱：共有8个玻璃盛样瓶（高139.7mm，外径64mm，壁厚2.4mm），每个瓶中注入沥青35g。烘箱温度1630.5，在垂直方向旋转（转速15r/min），沥青薄膜（5-10m），连续吹入热空气，时间缩短为75min。,5.沥青的耐久性,2023/9/19,82,评价方法,5.沥青的耐久性,P1老化试验前针入度（0.1mm）P2老化试验后针入度（0.1mm）m1老化试验前质量（m）m2老化试验后质量（m）,25、15延度,2023/9/19,83,6.沥青的安全性,闪、燃点实验方法克利夫兰法,试样盛于标准杯中，按规定加热速度加热到某一温度时，点火器扫拂过沥青试样任何一部分表面，出现一瞬即灭的蓝色火焰状闪光时的温度为闪点。,按规定速度继续加热，至点火器扫拂过沥青试样表面发生燃烧火焰，并持续5s以上，此时的温度即为燃点。,2023/9/19,84,7.沥青的劲度模量,劲度模量的定义,沥青粘弹特性,温度,时间,温度高、荷载作用时间长粘性明显,温度低、荷载作用时间短弹性明显,劲度模量（Stiffness Modulus）：表征沥青在某一温度和某一荷载作用下的应力、应变关系。范.德.波尔提出。,2023/9/19,85,由范.德.波尔诺模图求算劲度模量：（1）由针入度、软化点(T800)计算PI值(修正)（2）确定荷载作用时间，60km/h-0.02s（3）确定计算温度，求出与软化点(T800)温度差Tdif（4）由PI、Tdif、t确定劲度模量,7.沥青的劲度模量,劲度模量的求取,2023/9/19,86,7.沥青的劲度模量,劲度模量的影响因素,温度,时间,夏天温度高，劲度小，不足以抵抗荷载作用，易产生车辙,冬天温度低、劲度大，应力松弛性能弱，易出现温缩裂缝,高速行车，高劲度低速行车，低劲度,静载时加载速率快，动载时频率高，劲度高,时温换算,时间,加载速率,换算时间,低温（高粘度）和瞬时荷载作用下，弹性变形主导，呈弹性行为,高温（低粘度）和长时间荷载作用下，粘性变形主导，呈粘性行为,大多数实际使用情况下，粘弹性行为,石油沥青的技术标准,道路沥青的产品主要分级方法针入度分级粘度分级 PG性能分级,针入度分级P 按所测得的沥青25针入度所处水平划分沥青牌号 粘度分级A 按真空毛细管法所测得沥青60粘度所处水平划分沥青牌号 按新鲜沥青60粘度分级(AC)；按薄膜烘箱(TFOT)或旋转薄膜烘箱(RTFOT)试验后残余 物60粘度分级(AR)两种分级体系 PG性能分级 按沥青所能够适应的最高和最低环境温度来划分沥青牌号,道路沥青的产品主要分级方法,我国石油沥青的技术标准,重交通道路石油沥青质量要求按P25分级：AH-50、AH-70、AH-90、AH-110 AH-130 4060 6080 80100 100120 120140其它指标：软化点、延度(15C)、含蜡量、溶解度 薄膜烘箱(残留物质量损失、针入度比、延度),中、轻交通道路石油沥青质量要求按P25 分级:A-60甲/A-60乙/A-100甲/-100乙/A-140/A-180/A-200其它指标：软化点、延度(25C)、溶解度、闪点 蒸发试验（质量损失、针入度比）等,针入度分级：按沥青25针入度所处水平划分沥青牌号,按照针入度指标进行沥青分级7个标号,2004年沥青路面施工技术规范（JTG F30-2004）对道路石油沥青的质量要求,针入度分级：按沥青25针入度所处水平划分沥青牌号,按照技术性能进行沥青分类：A、B、C 针入度指数PI 软化点、60粘度、延度（10、15）TFOT或RTFOT 蜡含量、闪点、溶解度,合并了2个技术要求，按照性能分为A、B和C回放 沥青质量要求充分考虑气候条件，增加了气候分区高温指标：1.夏炎热区、2.夏热区、3.夏凉区低温指标：1.冬严寒区、2.冬寒区、3.冬冷区、4.冬温区雨量指标：1.潮湿区、2.湿润区、3.半干区、4.干旱区如：1-1-4为夏炎热冬寒冷干旱区 增加了沥青感温性指标针入度指数PI 适当提高软化点要求，对A级沥青增加了60动力粘度 延度温度修订：增加了10延度 含蜡量,2004年沥青路面施工技术规范主要修订内容,针入度分级：按沥青25针入度所处水平划分沥青牌号,2023/9/19,92,习题,1.请说出下列符号的含义(1)P(2)PI(3)AH-90(4)A(5)(6)P25，100g，5S(7)(8)SARA法2.一种沥青W,其25度针入度为85，软化点为45，请计算其针入度温度感应系数A及PI值，并说出其胶体结构。3.某沥青试样甲，软化点温度为36，25时针入度为210；沥青试样乙的软化点为49，25针入度为98。试比较甲乙两试样的感温性。,第三节、改性沥青改性沥青 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等外掺剂（改性剂），或采用对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青的性能得以改善。改性剂 改性剂是指在沥青中加入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材料。,从狭义来说，现在所指道路改性沥青一般指聚合物改性沥青。用于改性的聚合物的种类也很多，按照改性剂的不同，一般分为以下几类：热塑性橡胶类改性沥青（SBS）橡胶类改性沥青(SBR)热塑性树脂类改性沥青(PE、EVA)热固性树脂类改性沥青（PV、EP）其它改性沥青,（一）改性沥青的分类,（二）改性沥青的评价指标,1.离析试验 当聚合物改性沥青在生产后不是立即使用，而需经过储运再加热等过程时，需要进行离析试验。不同改性沥青离析情况不同。2.弹性恢复试验 采用延度试件拉伸10cm后停止，立即剪断，保持1h，测量恢复率。3.粘韧性试验 测定沥青在规定温度条件下高速拉伸时与金属半球的粘韧性和韧性。4.测力延度试验 在普通延度仪上附加测力传感器，试验温度5，拉伸速度5cm/min,记录拉力-变形（延度）曲线。,（三）改性沥青的技术要求,根据聚合物类型将改性沥青分为、类，按照软化点的不同，将、类聚合物改性沥青分为A、B、C和D四个等级，将类分为A、B和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表示改性沥青针入度减小，粘度增加。等级划分以改性沥青的针入度作为主要依据。聚合物改性沥青的技术要求见表2-9。,(四）改性沥青的生产工艺,1.直接混溶法 采用直接混溶法制作改性沥青，采用的共混设备有搅拌机和胶体磨两种。2.母料法 预先制作改性剂浓度较高的改性沥青母体，运到工地现场经稀释后使用。3.胶乳法 采用丁苯橡胶（要求高浓度胶体）直接投入沥青混合料拌和机与矿料、沥青拌和制作改性沥青混合料。,四、乳 化 沥 青概念: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，沥青形成细小的微粒（25m左右），使沥青以微粒状态均匀有乳化剂和稳定稳定剂的水溶液之中，形成水包油（O/W）型乳浊液。乳化沥青优点如下：可冷态施工，节约能源。粘稠沥青通常要加热至160180施工，而乳化沥青可以在常温下进行喷洒、贯入或拌和摊铺，现场无需加热，简化了施工程序，操作简便，节省了能源。,施工便利，节约沥青。能直接与湿集料拌和，粘结力不会减低。混合料中含有水分，施工和易性好，易于拌和，节约劳力。乳化沥青混合料中沥青膜较薄，节约沥青用量。保护环境，保障健康。乳化沥青无毒、无嗅、不燃、施工安全，保护环境，减少污染。常温施工使施工人员免受沥青挥发物的毒害。常温下流动性较好，保证了洒布的均匀性，可提高路面质量。施工季节长，受低温和雨季影响较少。乳化沥青的缺点：稳定性差，贮存期不超过半年，贮存期过长容易引起凝聚分层，贮存温度在0以上。乳化沥青修筑路面成型期较长，最初应控制车辆行使速度。,乳化沥青主要由沥青、乳化剂、稳定剂和水等组成。1沥青2乳化剂阴离子型乳化剂 阳离子型乳化剂 两性离子型乳化剂 非离子型乳化剂,（二）乳化沥青的组成材料,3.稳定剂 为防止已经分散的沥青乳液在贮存期彼此凝聚，以及在施工喷洒或拌和的机械作用下有良好的稳定性，必要时加入适量的稳定剂。稳定剂可分为两类：有机稳定剂和无机稳定剂。4.水 水是乳化沥青的主要组成部分。水在乳化沥青中起着润湿、溶解及化学反应的作用。所以要求乳化沥青中的水应当纯净，不含其它杂质，一般要求用每升水中氧化钙含量不得超过80mg的洁净水，否则对乳化性能将有很大的影响，并且要多消耗乳化剂。水的用量一般为30%70%。,（三）乳化沥青的形成机理 根据乳状液理论，由于沥青与水这两种物质的表面张力相差较大，将沥青分散于水中，则会因表面张力的作用使已分散的沥青颗粒重新聚集结成团块。欲使已分散的沥青能稳定均匀地存在（实际上是悬浮）于水中，必须使用乳化剂，以降低沥青与水之间的表面张力差。沥青能够均匀稳定地分散在乳化剂水溶液中的原因主要是：乳化剂降低界面能的作用；增强界面膜的保护作用；界面电荷稳定作用,（四）乳化沥青技术性质与技术要求 乳化沥青在使用中，与砂、石骨料拌和成型后，在空气中逐渐脱水，水膜变薄，使沥青微粒靠拢，将乳化剂薄膜挤裂而凝成连续的沥青粘结膜层。成膜后的乳化沥青具有一定的耐热性、粘结性、抗裂性、韧性及防水性。（五）乳化沥青的生产 乳化剂水溶液的调制：在水中加入需要数量的乳化剂和稳定剂。将水温调节至乳化剂和稳定剂溶解所需的温度，使其在水中充分溶解。沥青加热及贮存。沥青与水比例控制机构。乳化，常用设备为胶体磨或其它同类设备。乳化成品贮存。,（六）乳化沥青在集料表面分裂机理 分裂是指从乳液中分裂出来的沥青微滴在集料表面聚结成一层连续的沥青薄膜，这一过程称为分裂（俗称破乳）。1.蒸发作用2.乳液与集料表面的吸附作用 阴离子乳液（沥青微滴带负电荷）与带正电荷碱性集料（石灰石、玄武石等）具有较好的粘结性。阳离子乳液（沥青微滴带正电荷）与带负电荷的酸性集料（花岗岩、石英石等）具有较好的粘结性。同时与碱性集料也有较好的亲和力。,（七）乳化沥青的应用 乳化沥青用于修筑路面，不论是阳离子型乳化沥青或阴离子型乳化沥青有两种施工方法：1）洒布法：如透层、粘层、表面处治或贯入式沥青碎石路面。2）拌和法：如沥青碎石或沥青混合料路面。,2023/9/19,106,第二章 沥青材料总结,沥青材料简介发展历史沥青的种类石油沥青的生产工艺石油的基属分类:石蜡基，中间基，环烷基石油沥青的生产工艺：蒸馏法、氧化法、溶剂法，调合法,2023/9/19,107,第二章 沥青材料总结,石油沥青的组成和结构元素组成：碳、氢、氧、氮、硫等化学组分：三组分、四组分（SARA）胶体结构：溶胶型、凝胶型、溶凝胶型沥青的物理性质：密度、热胀系数、介电常数沥青的技术性质粘滞性：绝对粘度、相对粘度（针入度、软化点）,2023/9/19,108,第二章 沥青材料总结,沥青的技术性质低温性能：延度、脆点感温性：A,PI,T800,T1.2粘附性耐久性安全性劲度模量,
