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1、第二章第二章第二章第二章沥沥沥沥沥沥沥沥 青青青青青青青青 材材材材材材材材 料料料料料料料料道路建筑材料沥青 计划课时与上课手段：计划课时与上课手段：本章计划用8个课时。以课堂授课、习题练习和试验室操作相结合的方法进行教学，其中课堂教学6学时。学习目的与任务：学习目的与任务：本章应掌握石油沥青的组成、技术性质和技术标准，在此基础上了解聚合物改性沥青和乳化沥青的技术性质和技术标准。道路建筑材料沥青前言前言前言前言1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1石油沥青的组成石油沥青的组成石油沥青的组成石油沥青的组成2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2石油沥青的技术性质石油沥青的技术性质
2、石油沥青的技术性质石油沥青的技术性质3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3道路建筑材料沥青第一节 前 言道路建筑材料沥青第一课时道路建筑材料沥青沥青定义沥青定义沥青定义沥青定义：沥青是黑色或暗黑色固体、半固体或粘稠状物，由 天然或人工制造而得，主要为高分烃类所组成，完 全溶解于二硫化碳。沥青分类：石油沥青：地壳中的原油，经开采加工得到的沥 青。可以从生产工艺中考虑。天然沥青：当地下原油通过岩石裂缝渗透到地表后并长期 暴露在大气中时，其中所含轻质部分蒸发，而 残留物经氧化后成为天然沥青，一般存在于岩 石裂缝中、地面上或形成湖泊，如著名的特立 尼达湖沥青。焦油沥青：是煤、木材、页岩等有机物
3、经干馏加工而得到 的焦油再加工所得的产物。第二节第二节第二节第二节 石油沥青的组成石油沥青的组成石油沥青的组成石油沥青的组成道路建筑材料沥青一、元素和组分 1.石油沥青的元素组成 石油沥青是十分复杂的烃类和非烃类的 混合物混合物混合物混合物，是石油中相对分子量最大、组成及结构最为复杂的部分。主要原子：C、H，杂原子：S、N、O。微量金属元素：V、Ne、Fe、Na、Ca、Cu等。不同产地沥青性质差异非常大，但元素组成相近。元素的数量组成与沥青性质关系不明确。元素组成与性质无明显关联。道路建筑材料沥青道路建筑材料沥青2 2沥青的化学组分沥青的化学组分（1 1）石油沥青的化学组成）石油沥青的化学组成
4、三组分分离法三组分分离法吸附法吸附法：以沥青在吸附剂上的吸附性和在抽提溶剂中溶解性的差异为基：以沥青在吸附剂上的吸附性和在抽提溶剂中溶解性的差异为基 础。例如先用低分子烷烃沉淀出沥青质，再用白土吸附可溶分，础。例如先用低分子烷烃沉淀出沥青质，再用白土吸附可溶分，将其分成吸附部分将其分成吸附部分胶质和未被吸附部分胶质和未被吸附部分油分，这样，可油分，这样，可 将沥青分成三组分。将沥青分成三组分。四组分分离法四组分分离法色谱法色谱法：该方法分为两大步骤。：该方法分为两大步骤。第一步，用正庚烷使沥青中的沥青质沉淀并定量；第一步，用正庚烷使沥青中的沥青质沉淀并定量；第二步，对可溶分用中性氧化铝为吸附剂
5、，在液固色谱柱中，以正庚烷第二步，对可溶分用中性氧化铝为吸附剂，在液固色谱柱中，以正庚烷 （或石油醚）、甲苯、甲苯一乙醇（或石油醚）、甲苯、甲苯一乙醇（1 1：1 1）、甲苯）、甲苯乙醇为冲乙醇为冲 剂，梯度冲洗出饱和分、芳香分和胶质馏分，分别除去溶剂后定剂，梯度冲洗出饱和分、芳香分和胶质馏分，分别除去溶剂后定 量。对于低沥青质含量（小于量。对于低沥青质含量（小于10%10%）的沥青可以省略第一步，直）的沥青可以省略第一步，直 接在色谱柱中进行冲洗。由此得到饱和分（接在色谱柱中进行冲洗。由此得到饱和分（S S）、芳香分（）、芳香分（ArAr）胶质（胶质（R R）和沥青质（）和沥青质（AtAt）
6、共四组分，又称为）共四组分，又称为SARASARA分析。这一分分析。这一分 析方法得到广泛应用，如美国析方法得到广泛应用，如美国ASTM D 4124ASTM D 41249797和我国和我国SH/T SH/T 0509 05099292（19981998）就是沥青四组分分析的标准试验方法。）就是沥青四组分分析的标准试验方法。道路建筑材料沥青（2）四组分的结构和特征沥青质沥青质：是不溶于正庚烷而溶于苯（或甲苯）的黑色或棕色的无定型固体，除含有碳和氢外，还有一些氮、硫、氧。形态：固体粉末分离：在正庚烷中沉淀分子量：1000100000 颗粒粒径：530mm原子：C/H:1.62.8，绝大部分由C
7、、H组成。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。随着沥青质含量的增加，沥青的粘结力、粘度增加，温度稳定性、硬度提高。针入度小、软化点高。道路建筑材料沥青胶质胶质：也称为树脂，有很强的极性。这一突出的特性使胶质有很好的粘结力。胶 质是沥青的扩散剂或胶溶剂，胶质与沥青质的比例在一定程度上决定沥青 是溶胶或是凝胶的特性。胶质赋予沥青以可塑性、流动性和粘结性，对沥 青的延性、粘结力有很大的影响。形态：深棕色固体或半固体，极性很强。具有很好的粘附力。分离：溶解于正庚烷。分子量：100050000颗粒粒径：15mm原子：C/H:1.31.4，大多由C、H组成，含少量的O、S、N
8、。芳香族芳香族：是由沥青中最低的分子量的环烷芳香化合物组成，是胶溶沥青质的分 散介质的主要部分。形态：深棕色的粘稠液体。含量：占沥青总量的2050。分子量：3002000结构：分子量最低，环烷芳香化合物组成，是胶融沥青质的分散介质的组要成 分。非极性碳链，溶解力很强。道路建筑材料沥青饱和分饱和分：是由直链或支链脂肪属烃以及烷基环烃和一些烷基芳香烃组成的，它们是非极性稠状油类，呈稻草色或白色。形态：稻草色或白色，非极性稠状油类。含量：占沥青总量的520。分子量：3002000结构：直链和支链脂肪属烃及烷基环烃和一些烷基芳香烃组成。作用：软化胶质和沥青质。蜡分蜡分：是指沥青除去沥青质和胶质后，在油
9、分中含有的、经冷冻能结晶析出的，熔点在25以上的混合组分，其主要是高熔点的烃类混合物结构：结构较简单，正构烷烃及长烷基侧链的少环烃类为主。特点：高温易软化，低温延展性降低，影响沥青与矿料粘结，水稳性差。原因：原油，石蜡基。道路建筑材料沥青道路建筑材料沥青道路建筑材料沥青二、沥青的胶体结构 胶体理论：大多数沥青属于胶体体系，它是由相对分子量很大，芳香性很高的沥青质分散在分子质量较低的可溶性介质中形成的。沥青中不含沥青质，只有单纯的可溶质时，沥青则只具有粘性液体的特征而不成为胶体体系。沥青质分子由于对极性强大的胶质具有很强的吸附力，因而形成了以沥青质为中心的胶团核心，而极性相当的胶质吸附在沥青质周
10、围形成中间相。由于胶团的胶溶作用，而使胶团弥散和溶解于分子量较低、极性较弱的芳香分和饱和分组成分散介质中，形成了稳固的胶体。根据胶团粒子大小、数量及其在连续相中的分散状态，沥青的胶体结构可分为三种类型。第二课时 道路建筑材料沥青1溶胶型沥青概念：当沥青质的含量不多（小于10%），相对分子量不很大，或分子尺寸较小，与胶质的相对分子质量相近时，饱和分和芳香分的溶解能力很强，分散相和分散介质的化学组成比较接近，这样的沥青分散度很高，胶团可以在连续相中自由移动自由移动自由移动自由移动，近似真溶液，具有牛顿流动特性，粘度与应力成比例，称之为溶胶型沥青。特点：这类沥青对温度的变化敏感，高温时粘度很小，低温
11、时由于粘度增大而使流动性变差，冷却时变为脆性固体。溶胶型沥青结构示意图见图2-5。2凝胶型沥青概念：当沥青质含量很大，达到或超过25%30%时，胶质的数量不足以包裹在沥青质周围使之胶溶胶溶胶溶胶溶，沥青质胶团会相互连结，形成三维网状结构，胶团在连续相中移动比较困难，此时就形成了凝胶型沥青。特点：这类沥青在常温下呈现非牛顿流动特性，并具有粘弹性和较好的温度稳定性。随着温度的升高，连续相的溶解能力增强，沥青质胶团可逐渐解缔，或胶质从沥青质吸附中心脱附下来。当温度足够高时，沥青的分散度加大，沥青则又可近似真溶液而具有牛顿流特性。道路建筑材料沥青3溶凝胶型沥青概念：当沥青或沥青质中含有较多的烷基侧链，
12、生成的胶团结构比较松散，可能含有一些开式网状结构，网状结构的形成与温度密切相关，在常温时，在变形的最初阶段表现出明显的弹性效应，但在变形增加至一定阶段时，则表现为牛顿液体状态。特点：高温时具有较低的感温性，低温时又具有较好的形变能力。高分子溶液学说理论认为，沥青是以高分子量的沥青质为溶质，以低分子量的软沥青质（树脂和油分）为溶剂的高分子溶液。当沥青质含量很小，沥青质与软沥青质溶解度参数很小时能够形成稳定的真溶液。这种高分子溶液的特点是对电解质稳定性较大，而且是可逆的，也就是说，在沥青高分子溶液中，加入电解质并不能破坏沥青的结构。当软沥青质减少，沥青质增加时，为浓溶液，即凝胶型沥青；如果沥青质减
13、少，软沥青质增加时则为稀溶液，溶胶型沥青即可视为稀溶液。介乎二者之间的即溶凝胶型沥青。沥青的胶体结构与沥青的技术性质有密切关关系，但从化学角度来评价沥青的胶体结构是很困难的，常采用针入度指数（PI）法、容积度法、絮凝比一稀释度法等来评价胶体结构类型及其稳定性。有的学者不采用胶体结构学说，而采用高分子溶液学说进行研究。道路建筑材料沥青第三节 石油沥青的技术性质 道路建筑材料沥青第三课时 道路建筑材料沥青一、沥青的物理性质1密度 概念：沥青密度是在规定温度规定温度规定温度规定温度下单位体积所具有的质量，单为为t/m3或g/cm3，我国现行试验方法（JTJ 052 T06031993）规定的温度条件
14、为15。也可用相对密度表示，相对密度是指在规定温度下，沥青质量与同体积的水质量之比值。影响因素：沥青的相对密度与沥青的化学组成有密切的关系，它取决于沥青各组分的比例及排列的紧密程度。沥青中含硫量大、芳香族含量高、沥青质含量高则相对密度较大；蜡分含量较多则相对密度较小。用处：沥青的密度是沥青在质量与体积之间互相换算以及沥青混合料配合比设计时必不可少的重要参数。在沥青使用、贮存、运输、销售和设计沥青容器时也是不可缺少的数据。特点：密度随温度的升高而降低，体积膨胀。道路建筑材料沥青2体膨胀系数概念：当温度上升时，沥青材料的体积发生膨胀。作用：对于沥青与储罐的设计和沥青作为填缝、密封材料是十分重要的数
15、据，与沥青路面的路用性能也有密切的关系，体膨胀系数越大，沥青路面在夏季易泛油，冬季因收缩而产生裂缝。计算：沥青的体膨胀系数可以通过测定不同温度下的密度，由式（2-2）计算。(2-2)式中：A沥青的体膨胀系数；T1,T2密度测试温度，；DT1,DT2分别为温度T1和T2时的密度，g/cm3。3介电常数概念：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，介电常数定义为：英国道路研究所（TRRL）研究认为，沥青路面的抗滑阻力的改善与介电常数有关，因此英国标准对道路用沥青介电常数提出了要求。行板电容器的电容真空作为介质时相同平电容器的电容沥青作为介质时平行板道路建筑材料沥青二、沥青的
16、路用性能1.粘滞性（1）沥青粘滞性的定义粘滞性：是指沥青材料在外力作用下沥青粒子产生相互位移的 抵抗剪切变形抵抗剪切变形抵抗剪切变形抵抗剪切变形的能力。沥青作为胶结材料，应将松散的矿质材料胶结为一整体而不产生位移。如图2-7所示，在金属板中夹一沥青层，当其受到简单剪切变形时，沥青在高温时表现为牛顿流状态，按牛顿粘度公式表征沥青层抵抗移动的抗力由式（2-3）表示。（2-3）式中：F引起沥青层移动的力（亦即等于沥青抵抗移动的抗力），N；A沥青层的面积，m2；dv/dy速度变化梯度（即剪变率），s-1；沥青的内摩阻系数（即沥青的动力粘度），pas。由于 ，代入式（2-3），沥青的粘度由式（2-4）表
17、示。（2-4）式中：沥青的动力粘度，pas。剪应力，N/m2；剪变率，s-1。yvddAF=&/=&第四课时 道路建筑材料沥青（2）沥青粘度的测定方法 沥青的粘度随温度而变化，变化的幅度很大，因而需采用不同的仪器和方法来测定。为了确定沥青60粘度分级，国际普遍采用真空减压毛细管粘度计测定其动力粘度（pas），还有布洛克菲尔德粘度计方法用以测定其表观粘度。真空减压毛细管法 真空减压毛细管法是测定沥青动力粘度的一种方法（JTJ 052 T 06192000）。该法是沥青试样在严密控制的真空装置内，保持一定的温度（通常为60），通过规定型号毛细管粘度计（通常采用的有美国沥青学会式，即AI式，如图2-
18、9），流经规定的体积所需要的时间流经规定的体积所需要的时间流经规定的体积所需要的时间流经规定的体积所需要的时间（以s计），按式（2-5）计算动力粘度。（2-5）式中：T在温度T时测定的沥青运动粘度，mm2/s；k粘度计常数，papapapa s s s s；t沥青流经规定体积时间,s。真空减压毛细管法测定60沥青粘度直接关联沥青路面的抗车辙能力，在各国得到较广泛采用。此外，在测定沥青软化点附近的粘度常采用双筒旋转粘度计，锥板旋转粘度计，在常温条件下，较多采用滑板式粘度计。ctT=道路建筑材料沥青道路建筑材料沥青布洛克菲尔德法（Brookfield）美国战略公路研究计划（SHRP）在沥青结合料路
19、用性能规范中采用布洛克菲尔德法（Brookfield）粘度计测量道路沥青在45以上温度范围内的表观粘度，以帕秒（Pas）计，可以看成简化的双筒旋转粘度计，见图2-10。该法适用于测定牛顿流体或非牛顿流体的剪应力与剪应变之比。试验方法：试验方法：试验方法：试验方法：将少量沥青样品盛于恒温控制的试样筒中，转子在沥青试样中转动，测定相应的转动阻力所反映出来的扭矩扭矩扭矩扭矩。扭矩计读数乘以仪器参数即可得到以Pas表示的沥青的粘度毛细管法 毛 细 管 法 是 测 定 沥 青 运 动 粘 度 的 一 种 方 法（JTJ 052 T 06191993）该法是沥青试样在严密控温条件下，于规定温度（通常为13
20、5），通过选定型号的毛细管粘度计（通常采用的有坎-芬式，如图2-8），流经规定体积所需的时间（以s计），按式（2-7）计算运动粘度。（26）式中：vT在温度T时测定的沥青运动粘度，mm2/s；c粘度计标定常数mm2/s2；t沥青流经规定体积所需时间，s。ctvT=道路建筑材料沥青 上面这些测定粘度的方法，都是采用仪器为绝对粘度单位的粘度计，也可以称为绝对粘度法。另一类则采用一些经验的方法测定试验单位粘度，如恩格拉粘度计法，赛氏粘度计法。道路沥青标准粘度计法等。此外，针入度试验也可表征沥青的相对粘度。下面对沥青标准粘度针入度和软化点等试验介绍如下。沥青标准粘度试验概念：我国现行试验法（JTJ 0
21、52 T 0621-93）规定液体石油沥青、煤沥青和乳化沥青等的粘度，采用道路标准粘度计法，试验模式见图2-11。试验方法：液体状态的沥青材料，在标准粘度计中，于规定的温度条件下，通过规定的流孔直径，流出50ml体积所需的时间，以s计。试验条件：以GT,d表示，其中C表示粘度，脚标表示试验条件，其中T表示试验温度，d为流孔直径。试验温度和流孔直径根据液体状态沥青的粘度选择，常用的孔径有3mm、4mm、5mm、10mm等四种。在相同温度和相同流孔条件下，流出时间愈长，表示沥青粘度愈大。其它国家多采用恩格拉粘度计法或赛波特粘度试验道路建筑材料沥青 针入度法概念：是国际上普遍采用测定粘稠沥青粘稠沥青
22、粘稠沥青粘稠沥青稠度的一种方法，也是划分沥青标号采用的一项指标。试验方法：是沥青材料在规定的温度条件下，以规定质量的标准针经过规定时间贯入沥青式样的深度，以0.1mm计。试验条件：针入度以Pt,m,t表示，P表示针入度，脚标表示试验条件，其中T为试验温度，m为标准针（包括连杆及砝码）的质量，t为贯入时间。我国现行试验法（T060493）规定：常用的试验条件为P25,100g,5s。此外，在计算针入度指数时，针入度试验温度常为5，15，25，35等，但标准针质量和贯入时间仍为100g和5s。指标特性：针入度值愈大，表示沥青愈软（稠度愈小）。实质上，针入度是测量沥青稠度的一种指标。通常稠度高的沥青
23、，其粘度亦高。道路建筑材料沥青软化点概念：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，没有明确的固化点或液化点，通常采用条件的硬化点和滴落点来表示，沥青材料在硬化点至滴落点之间的温度阶段时，是一种粘滞流动状态，在工程实用中为保证沥青不致由于温度升高而产生温度升高而产生温度升高而产生温度升高而产生流动流动流动流动的状态，因此，取滴落点和硬化点之间温度间的87.21%作为软化点。试验方法：软化点的数值随所采用的仪器不同而异，我国现行试验（T 060493）是采用环与球法软化点，见图2-13。该法是沥青试样注于内径为18.9mm的铜环中，环上置一重3.5g的钢球，在规定
24、的加热温度（5/min）下进行加热，沥青试样逐渐软化，直至在钢球荷重作用下，使沥青产生25.4mm垂度（即接触底板）时的温度，称为软化点，以计。指标特性：研究认为：多种沥青在软化点时的粘度约为 1200Pas或相当于针入度值为800（0.1mm）。软化点试验实际上是测量沥青在一定外力（钢球）作用下开始产生流动并达到一定变形时的温度，可以认为软化点是一种人为的“等粘温度”。由此可见，针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度，而软化点则是沥青达到规定条件粘度时的温度。所以软化点既是反映沥青材料热稳定性的一个指标，也是沥青条件粘度的一种量度。道路建筑材料沥青2沥青的低温性能 沥青的低温性能与沥青路面的
25、低温抗裂性有密切的关系，沥青的低温延性与低温脆性是重要的性能，多以沥青的低温延度试验和脆点试验来表表征。（1）延性概念：沥青的延性是指当其受到外力的拉伸作用时，所能承受的塑性变塑性变塑性变塑性变形形形形的总能力，是沥青的内聚力的衡量，通常是用延度作为条件延性指标来表征。延度试验方法：将沥青试样制成8字形标准试件（最小断面1cm2），在规定拉伸速度和规定温度下拉断时的长度，以cm计，称为延度。沥青的延度采用延度仪延度仪延度仪延度仪来测度，见图2-14。我国国家标准对A级、B级道路石油沥青规定延度试验温度采用10和15 ，对C级道路石油沥青规定延度试验温度为15，拉伸速度v=50.25cm/min
26、。指标特性：沥青的延度与沥青的流变特性、胶体结构和化学组分等有密切的关系。研究表明，当沥青化学组分的不协调，胶体结构的不均匀，含蜡量的增加时，都会使沥青的延度值相对降低。有的研究指出，沥青的延度试验与路面沥青的拉伸状态不符，延度试验试件尺寸太大，路面中的沥青为薄膜状态，曾设想采用“微延度”试验，但未能成功。道路建筑材料沥青第五课时（2）脆性概念：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。脆点：是测量沥青在低温不引起破坏时的温度。沥青脆性的测定极为复杂，通常采用A弗拉斯脆点试验方法可以求出沥青达到临界硬度发生开裂时的温度作为条件脆性指标。脆点试验的方法：是将沥青试样0.4g在一个标准
27、的金属片上摊成薄层，此金属片置于有冷却设备的脆点仪内，摇动脆点仪的曲柄，能使涂有沥青薄膜的金属片产生弯曲。随着冷却设备中致冷剂温度以 1/min的速度的降低，沥青薄膜的温度亦逐渐降低，当降低至某一温度时，沥青薄膜在规定弯曲条件下产生断裂时的温度，即为沥青的脆点。指标特性：脆点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。道路建筑材料沥青（3）弯曲梁流变试验（BBR）概念：一种能准确评价沥青劲度和蠕变速率的方法，即弯曲梁流变试验（Bending Bean Rheome-ter简称BBR
28、）。可采用沥青模拟经过施工的热老化，先经过旋转薄膜烘箱RTFOT，再经过压力老化试验（PAV）模拟沥青路面经过5年的使用期老化。试验方法：在弯曲流变仪器（BBR）上进行（见图2-15）。弯曲流变仪应用在工程上梁的理论来测量沥青小梁试件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，试验曲线见图 2-16。通过试验获得两个评价指标：蠕变劲度模量S（弯拉模量），要求不超过300MPa；如果沥青材料的蠕变劲度太大，则呈现脆性，路面容易开裂，因此要求不超过300MPa。而表征沥青低温劲度时间变化率的m值越大，则沥青开裂的可能性会随之减少，即m值越大越好。蠕变曲线的斜率要求不小于0.
29、3。道路建筑材料沥青(4）直接拉伸试验（DTT）概念：直接拉伸试验是SHRP为测试沥青的拉伸性能而开发的，用以测试沥青在低温时的极限拉伸应变。试验方法：试验温度036，沥青试件如哑铃状（见图2-17），试件重约2g，两端粗，中间细，长40mm，有效标准长度为27mm，截面积为36mm2。一只试件仅需3g沥青，试验温度为设计最低温度以上 10，拉伸速率为1mm/min，较延度试验（5cm/min）慢得多，测得的结果是试件拉断时的荷载和伸长变形，试件的应力和应变由式（2-7）和式（2-8）计算。（2-7）（2-8）图2-18示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
30、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%。道路建筑材料沥青3沥青的感温性概念：沥青是复杂的胶体结构，粘度随温度的不同而产生明显的变化，这种粘度随温度变化的感应性称为感温性。意义：对于路用沥青，温度和粘度的关系是极其重要的性能。沥青混合料在施工过程中的拌和、摊铺和碾压以及铺筑后的使用期间，都要求沥青的粘度在适当的范围之内，否则将影响沥青路面的质量。评价参数：评价参数：（1）针入度指数（PIPIPIPI）针入度指数（PI）：是应用针入度和软化点的试验结果来表征沥青感温性的一种指标。同时也可采用针入度指数值来判别沥青的胶体结构状态。道路建筑材料沥青第六
31、课时 针入度温度感应性系数A A A A 沥青的粘度随温度而变化，当以对数纵坐标表示针入度，以横坐标表示温度时，可以得到图2-19所示的直线关系，此关系由式（2-9）表示。1gP=AT+K1gP=AT+K1gP=AT+K1gP=AT+K1gP=AT+K1gP=AT+K1gP=AT+K1gP=AT+K （2-9）式中：P P P P沥青的针入度，0.1mm；A A A A针入度温度感应性系数，可由针入度和软化点确定；K K K K回归系数。根据对多种沥青的研究发现，沥青在软化点温度时，针入度在6001000之间，假定为800（0.1mm）。由此针入度温度感应性系数A可由式（2-10）表示。（2-
32、10）式中：P P P P（25，100g,5s）在25，100g,5s条件下测定的针入度值，0.1mm；TR&BTR&BTR&BTR&B环球法测定的软化点温度，。由于软化点温度时的针入度常与800相距甚大，因此斜率A应根据不同温度的针入度值确定，常采用的温度为15，25及30（或5），由式（2-11）计算。（2-11）通过回归求取针入度温度感应性系数A值，由3个温度的针入度回归的相关系数R应在0.997以上，由4个温度针入度回归的系数应不小于0.995，否则说明试验误差过大，此试验结果不能采用。道路建筑材料沥青针入度指数（PIPIPIPI）的确定 普费等人在制定针入度指数时，假定感温性最小的
33、沥青其针入度指数（PI）为20，感温性最大的沥青为-10，在图2-20中将软化点从标25与针入度坐标800连成一线，将斜线划成30等分，软化点与针入度连线同斜率交点定为PI值。此PI值将斜线分为两段，根据上式长度比，即为斜率A。由于A值很小，为使PI值在+20-10之间，A值乘以50，得式（2-12），并由式（2-12）推导出针入度指数PI计算式（2-13）如下：（2-12）（2-13）按针入度指数可将沥青划分为三种胶体结构类型：针入度指数值+2者为凝胶型沥青；针入度指数值=-2+2者为溶凝胶型沥青；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。表
34、2-3列出几种沥青采用3个温度针入度测定的PI的计算结果。道路建筑材料沥青道路建筑材料沥青当量软化点T800与当量脆点T1.2 当量软化点T80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映沥青高温性能和低温性能。当量软化点T800和当量脆点T1.2分别由式（2-14）和式（2-15）计算：（2-14)(2-15)式中：A A A A，K K K K意义同式（2-9）。当量软化点T800与当量脆点T1.2以及针入度指数PI也可以由壳牌诺谟图2-21确定。具体方法为：测试沥青在 2个温度T1和T2下的针入度P1和P2，在图2-21中确定点A（T1、P
35、1）和B（T2、P2）的位置，以直线连接AB两点并延长，延长线与针入度 800对应的温度为当量软化点T800，与针入度1.2对应的温度为当量脆点T1.2。将直线平等移动至图中的O点，与PI标尺的交点为沥青的针入度指数PI。道路建筑材料沥青（2）针入度温度指数（PTI）针入度温度指数是根据不同温度条件下的针入度值的比率来评价沥青的感温性。针入度温度指数由式（2-16）（2-17）表达。式中：P为不同温度、不同荷重、不同针入时间的针入度值。计算得出的PTI值越小表明沥青的感温性越小，即温度稳定性越好。(3）针入度粘度指数（PVN）针入度指数值（PI）通常仅能表征低于软化点温度的沥青感温性，沥青在道
36、路使用中或在施工时，还需要了解高于软化点温度时的沥青的感温性。NW麦克里奥德（Mcleod）提出了“针入度粘度指数”（PVNPVN）法。该法是应用沥青25时的针入度值和135（或60）时的粘度值与温度的关系来计算沥青感温性的方法。道路建筑材料沥青PVNPVNPVNPVN 已知25时的针入度值P（1/10mm）和135时运动粘度值v（mm2/s）时，按式（2-19）计算针入度粘度指数。（2-19）PVN2PVN2PVN2PVN2 已知25时针入度值P（0.1MM）和60绝对粘度 （Pas）时，可按式（2-20）计算针入度粘度指数。（2-20）针入度粘度指数愈大，表示沥青的感温性愈低。根据麦克里奥
37、德公式计算所得的针入度粘度指数值，可按表2-4进行感温性评价。道路建筑材料沥青 本本本本 章章章章 小小小小 结结结结道路建筑材料沥青 石油沥青是石油经炼制加工后获得的一种具有胶结性能的道路建筑材料，在道路路面结构工程中应用广泛。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最的不同，可将沥青分为溶胶、溶凝胶和凝胶等三种胶体结构，沥青的胶体结构与沥青的路用性能有密切关系。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，更好地应用沥青材料。本章还对美国 SHRP 沥青结合料的主要性能指标与测试方法作了简要的介绍，
38、以便了解沥青材料现代测试技术的概念，为沥青材料性能的探人研究和和工程应用奠定基础。由于交通运输的发展，对沥青的性能提出厂更高的要求，因此改性沥青得到较大的发展。本章介绍了几种常川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，应掌握其组成形成机理和用途：改性乳化沥青在路面工程中也得到应用，应关注这些材料的发展。课课课课 后后后后 习习习习 题题题题道路建筑材料沥青2-l 沥青的体膨胀系数与沥青的路用性能有何关系？2-2 采用沥青化学组分分析方法可将沥青分离为哪几个组分，与沥青的技术性质有何关系？2-3 沥青可划分为几种胶体结构，与其技术性质有何关联？2-4 沥青常用的技术指标有哪些，反应沥青的哪些性能？2-5 美国 SHRP 的沥青技术规范中对沥青的性能提出哪些新的试验方法，各自反应沥青哪些方面的性能？2-6 表征沥青粘滞性的试验方法有哪些？2-7 沥青针入度、延度、软化点试脸反应沥青的那些性能？简述主要试脸条件。2-8 沥青的低温性能可采用哪些方法来侧试？2-9 沥青的感温性最常来用哪些指标来表征？2-10 什么是沥青的粘弹性，采用什么技术指标给以评价？2-11 影响沥青与石料粘附性的因素有哪些？