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1、第二讲第二讲 道路石油沥青道路石油沥青 技术性能技术性能长安大学 彭波国际上，根据原油国际上，根据原油APIAPI值，可分为值，可分为:轻油（API33.4）;中油（API33.3-28.5）;重油（API28.5-24.7）;稠油（API24.7）。一、沥青分类（基质沥青一、沥青分类（基质沥青）湖沥青（地中溢出，呈湖状）地沥青1.产源天然沥青：（石油渗出地表经长期暴露和蒸发后的残留物）（特立尼达湖沥青：西印度群岛岛国特立尼达和多巴哥的著名露天沥青矿，面积约36公顷，深达90米，1595年被发现，1870年开始开采。）岩沥青：岩缝中沥青石油沥青：石油直馏产品石油 沥青加工工艺焦油（煤）沥青：煤
2、（木材、页岩）（干馏）焦油，焦油蒸馏后残留在蒸馏釜内的黑色物质。含苯，剧毒，但粘附性好。特立尼达湖沥青质量技术要求 表4.6.4-1检验项目单位技 术 要 求试验方法针入度 250.1mm05T 0604软化点 TR&B 不小于90T 0606灰分3338T 061425密度g/cm31.31.5T 0603TFOT后残留针入度比 不小于50T 0604石油沥青、煤沥青鉴别：鉴别方法鉴别方法 石油沥青石油沥青 煤沥青煤沥青 相对密度相对密度 接近接近1.0 1.0 1.25 1.25 1.28 1.28 燃烧燃烧 烟少，无色，有松烟少，无色，有松香味，无毒香味，无毒 烟多，黄色，臭味烟多，黄色
3、，臭味大，有毒大，有毒 气味气味常温下无刺激性气常温下无刺激性气味味 常温下有刺激性臭常温下有刺激性臭味味 颜色颜色呈辉亮褐色呈辉亮褐色 浓黑色浓黑色 溶解试验溶解试验 可溶于汽油或煤油可溶于汽油或煤油 难溶于汽油或煤油难溶于汽油或煤油 捶击捶击韧性较好，不易碎韧性较好，不易碎 韧性差，较脆韧性差，较脆 大气稳定性大气稳定性 较高较高 较低较低 抗腐蚀性抗腐蚀性差差 强强 2加工工艺：直镏沥青：减压蒸馏，含轻组分，溶剂脱沥青：溶剂沉淀法，常用丙烷（丙烷脱沥青），质量不稳定；常温半固态稀释沥青：透层油，110#或130#沥青渗柴油或煤油，30:70 40:60 0.6kg/m2 乳化沥青：乳化剂
4、；（沥青中加水使沥青粘度变小）乳化剂（肥皂 洗衣粉）40:60 氧化沥青：吹氧工艺，硬（常温，半固态），高粘度；泡沫沥青：通过向热沥青中加入一定量的经过精确计量的冷水(通常为沥青质量的12)而制成的。当注入的冷水遇到热的沥青时，沥青体积发生膨胀，因而会产生大量的泡沫，表面活性进一步增强。对于粘度值较大或高等级的沥青，通常需要加入一定的压力，促进泡沫的生成。在发泡的过程中，沥青的粘度显著降低，使之能与高速搅拌状态下的冷湿集料具有很好的裹覆性能，而且这种裹覆作用在常温下只针对集料中的细集料，通过裹覆细料形成高粘度的沥青胶浆，并在压实作用下粘结粗集料形成强度，增加了混合料的粘聚性。泡沫沥青产生的过程
5、中并没有化学反应，所以不改变沥青本身的各种物理性质，仅是利用汽化阶段使沥青的表面积大量增加，体积大大膨胀，粘度暂时降低的有利条件，增加沥青同矿料的裹覆面，改善沥青与矿料拌和的和易性，减少沥青混合料中自由沥青的厚度，从而节省沥青用量。评价沥青发泡效果的两个参数是膨胀率和半缩期。膨胀率是指沥青与水拌和发泡后达到的最大体积与沥青未发泡前体积的比值；半缩期是指白发泡的最大体积为准起算，至体积缩减至一半所经过的时间。膨胀率越大，泡沫沥青与集料的接触就越充分，拌制的泡沫沥青混合料质量就越好。半缩期越长，泡沫越不容易缩减，从而可与集料有较长的时间进行拌和。提高泡沫沥青混合料的质量。所以生产泡沫沥青的关键在于
6、控制使用准确的用水量及获得最佳的膨胀率。泡沫沥青是一种新的沥青混合料冷拌技术将其用于道路冷再生工程，不仅可以解决传统道路维修价格高、浪费资源和污染环境等问题，而且可以充分利用旧有材料，具有节省能源、不产生污染等环保优势，是经济效益较高的路面修复技术。化学改性：稳定性好，工艺难度大改性沥青：物理改性：稳定性差，工艺难度小，聚合物较多SBS SBR PE(EVA)3用途 道路沥青占80%现行建筑沥青：（防水层）30#以下水工沥青（水下）：大坝电缆沥青；防水防潮沥青（水上）防腐沥青，绝缘沥青,电池封口,碳纤维，旧桥加固等。A级：进口 B级：相等于重交通沥青 C级：略高于中、轻交通养护二、沥青加工：二
7、、沥青加工：1直馏沥青：常压渣油（原油）减压渣油 含轻组分内，性质较差氧化2氧化沥青：1 即是3.丙烷脱沥青 将2氧化氧化丙烷脱三、我国沥青厂家：三、我国沥青厂家：1、中国石油化工总公司：茂名石化，镇海石化，齐鲁石化，广州石化 2、中国石油天然气总公司：辽河石化，兰炼，克拉玛依，胜利炼油厂，独山子炼油厂 3、中国海洋石油总公司：中海36-1：盘锦石化，山东滨州集团，江苏泰州，青岛广源发，四州泸州 4、中石油燃料公司：江阴兴府沥青厂，秦皇岛沥青厂，广州中油高富沥青厂 5、地方厂四、石油基属四、石油基属 1、按关键馏分划分常压下25070进行划分第一关键馏分5.33Hpa下，270300第二关键馏
8、分石蜡基、中间基、环烷基（根据密度）2、按硫的含量：S（高温性好，低温性差）S0.5%低硫原油 ，S0.5%高硫原油 3、原油选择原则（工艺改性）：环烷基、低硫 性能好五、沥青组成：五、沥青组成：1、沥青的元素组成C、H、N、S、O重组分中 极性体中：片状 另有金属：Ni、Ca、Fe、Na、Mg（催化 剂、脱盐）沥青名称C%H%C/H（原子比）平均分子式 阿拉伯轻质原油沥青 84.010.30.68C68.5H104.2O1.1S0.1 伊朗重质原油沥青 83.610.20.68C71.8H105S1.8 科威特沥青 83.910.30.68C69.9H103S1.8 大庆丙脱沥青 86.11
9、1.00.66C68.5H104.2O1.1S0.1胜利氧化沥青 84.510.60.67C71.8H107.3O1.1S0.8 沥青的元素组成 极性体，片状大分子，自由度，延度、针入度 2、组分：分成与路用性能相关的一类；根据溶解性、吸附性、物理化学性质相似的一类；选择吸附色层分析法，化学沉淀法；1）马尔库松埃克曼：色层分析法 软沥青质、沥青质 2)哈巴尔洁斯坦菲尔德 油分、沥青质、树脂 3）科尔贝特：饱和分、环烷芳香分、沥青质、极好芳 香分 4）罗斯特勒斯特恩贝格：链烷分，第二酸性分、第一酸性分、氮基、沥青质 5）我国四组分法：饱和分、芳香分：H/C原子比为2左右，平均分子量为300600
10、，在沥青中占5%20%，又可分轻、中、重芳，溶于苯、石油醚。在沥青中占5%20%，对温度较为敏感。芳香分和饱和分都作为油分，在沥青中起着润滑和柔软作用。油分含量愈多，沥青的软化点愈低，针入度愈大，稠度愈低。油分经丁酮-苯脱蜡，在-20冷冻，会分离出固态的烷烃，即为蜡。胶质：胶质比重为1.01.08，分子量在6001000范围内，在沥青中含量为15%30%。胶质溶于石油醚、汽油、苯等有机溶剂。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。极性高于芳香分，对沥青流动性、粘度、粘结力的影响，溶于两种分。沥青质：黑色，黑褐色，密度1.0 分子量1000，溶于胶
11、质。沥青质在沥青中的含量一般为5%25%，其含量的多少对沥青的流变特性有很大的影响。沥青是胶质包裹沥青质而成胶团悬浮在油分之中形成的胶体溶液。这样，沥青质含量多少对胶体体系的性质有很大的影响。我国有些沥青如大庆沥青、任丘沥青中的沥青质含量很低几乎都在1%以下，这是国产沥青的重要特征。当沥青中的沥青质含量增加时，沥青稠度提高、软化点上升。日本饭岛博通过对20多种沥青的研究，发现沥青的软化点TR&B与各组分含量之间成如下关系：TR&B=1.19X-0.671Y-0.682Z-0.00838W+83.6式中，X，Y，Z，W分别为沥青质、胶质、芳香分与饱和分的含量。沥青质大，粘脆 改变感温性几种国产沥
12、青的化学组分（几种国产沥青的化学组分（%）沥青品种和标号沥青品种和标号 沥青质沥青质 树脂树脂 芳香烃芳香烃饱和烃饱和烃 蜡蜡HXL稠油沥青稠油沥青 AH90 AH120 18.435.10 13.4516.60 26.1544.60 36.9727.20 2.803.02 KLMY稠油沥青稠油沥青 AH70 AH90 AH110 0.600.470.33 41.0039.3022.74 25.2431.7425.59 25.0026.3046.68 1.701.903.10 SJS稠油沥青稠油沥青 AH70 AH90 AH110 7.874.613.34 28.9129.1242.85 31
13、.7425.5929.13 27.4835.6924.68 4.112.323.67 MMN丙脱丙脱 AH90 4.4157.05 29.726.31 东东炼炼 AH90 0.07 70.83 29.65 10.45 SLI AH90 13.13 40.87 38.14 7.86 胜华胜华 AH90 9.59 39.15 41.22 10.04 锦西锦西 AH90 0.90 77.03 22.37 16.71 3胶体结构：组成、性能、路用性能、适用地区 胶体结构判断 溶胶型溶胶型PI值：PI-2：地沥青质含量较少，胶团间完全没有引力或引力很小，在外力作用下随时间发展的变形特性与粘性液体一样。直
14、馏沥青的结构多为溶胶结构。凝胶型凝胶型PI值：PI+2：凝胶结构地沥青质含量很多，胶团间有引力形成立体网状，地沥青质分散在网格之间，在外力作用下弹性效应明显。氧化沥青多属于凝胶结构。溶凝胶型溶凝胶型-2PI2：溶一凝胶结构介于溶胶与凝胶之间，并有较多的树脂，胶团间有一定吸引力，在常温下受力变形的最初阶段呈现出明显的弹性效应，当变形增加到一定数值后，则变为有阻尼的粘性流动。大部分优质道路沥青均配成溶凝胶型结构，具有粘弹性和触变性，故亦称弹性溶胶。路用性能较好：PI（-1+1）之间较为宜a、溶胶型结构、溶胶型结构 b、溶凝胶型结构、溶凝胶型结构c、凝胶型结构、凝胶型结构4沥青健康安全性（苯酚）致癌
15、 苯含量：0.127g/g 毒性比汽油略小5石油沥青化学组成 炭氢烃 组分分析：沥青质：黑色，黑褐色，密度1.0 分子 量1000 沥青质大，粘脆 改善感温性 胶 质：介于油分和沥青质之间，密度接 近1.0，分子量500-1000 饱和芬、芳香芬6蜡 蜡的化学组成以纯正构烷烃或其熔点接近纯正构烷烃的其他烃类为主。蜡有石蜡和地蜡之分，地腊是微晶蜡，沥青中的蜡主要是地蜡。在常温下，蜡都以固体形成存在，蜡对沥青的性能有较大的影响。（1）对沥青流变性的影响在沥青中，蜡主要溶解在油分中，当它以溶解状态存在时，则会降低分散相的粘度，这是蜡在液体状态时沥青粘度降低，仅1030厘泊；当蜡以结晶状态存在时，则会
16、使沥青具有屈服应力的结构；如果以松散粒子存在，就类似于沥青中加入矿粉而使沥青的粘度增加。沥青中蜡含量增加，会使沥青在常温下的粘度增大；而当接近石蜡融化温度（50）时，蜡含量增加，反而使沥青的粘度降低。因此，蜡含量高的沥青温度敏感性强。（2）对沥青低温性能的影响 低温下高含蜡量沥青结晶结构网增加了沥青刚性，表现出较高的弹性和粘性，随着蜡含量的增加，沥青的脆性也增大。（3）对沥青界面性质的影响 当沥青与石料接触时，蜡的存在会降低沥青对石料界面的粘附。同时，蜡会集中在沥青的表面使沥青失去光泽，并影响沥青路面的磨阻性能。（4）对沥青胶体结构的影响 蜡的结晶网格会促使沥青向凝胶型胶体结构发展，但胶体系统
17、不稳定而具有明显的触变性。含蜡量对沥青及沥青混合料的性质有重要影响。单70沥青由于含蜡量较高（4.11%）；含蜡量从3.6%增大到3.96%，针入度从61提高到86，软化点急剧下降，延度则随含蜡量增加而不断变小。它说明总蜡含量约在3.5%左右时，沥青性质会发生剧变。但含蜡量大于3%时15延度就急剧下降。六、石油沥青的物理性质六、石油沥青的物理性质 相对密度：g/m3水 与沥青中含直链烃、环烷烃含量有关；与含S量；与沥青油源，石蜡基；与生产工艺有关；（氧化 的大分子多，直馏反之）质量好坏 一般1.0，沥青质 密度 热胀系数：沥青密度随温度 而（膨胀）在不 同温度，系数不同 导热系数：与油源，加工
18、工艺有关针入度系数 介电常数：抗滑性、耐老化性有关 酸值：表面强度：测试方法七、石油沥青的技术性能七、石油沥青的技术性能 粘滞性：粘度 延性（度）：粘附性：安全性：闪点、燃点 感温性：针入度指数（感时性）蠕变、松弛 流变性：耐久性：老化特性（一）粘滞性（一）粘滞性（粘度）：）：粘度粘滞阻力1、条件粘度法：针入度、软入点针入度针入度针入度评价沥青优缺点：可以反映常温下沥青的性质 BTDC（Bitumen Test Date Chart）P=AT+K针入度针入度温度感应性系数温度感应性系数A 三温度回归（15，25，30）R=0.998，以 P、T解A、K，T1.2：当量脆点，当针入度为1.2时，
19、所对应的温度，T1.2=(0.0792-K)/A T800：当量软化点，当针入度为800时，所对应的温度，T800=(2.9031-K)/API针入度指数针入度指数对 思考：PI范围？方法简易不足：只能评价沥青温下性能，不能代表使用 温度下的性能；对A、PI有一定人为性，实验误差大。A受三温度选点影响大；与样本容量有关（受影响）PI为某一温度范围内情况更宽范围无法反映 对不同温度段计标其PI值时，不一样 PI与A有一定关系，并不能直接判别其敏感性 某一温度下A值稍变化，PI变化较大处于 临界时对判断有误（重复性、在异性误差）同环境下，异环境下试验 PI缺陷 图 粘度与针入度的关系思考：由于25
20、时的针入度与沥青在路面中的使用性能和施工的要求没有直接联系，从1975年起，在美国改按与使用性能有关的60时的绝对粘度和与施工要求有关的135时的运动粘度来划分粘稠沥青的等级。软化点软化点注意：水温5，升温速度 对沥青高温性能的反应程度？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
21、青条件粘度的一种量度。2绝对粘度法：运动粘度绝对粘度法：运动粘度 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135），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。布洛克菲尔德法（布洛克菲尔德法（Brookfield）美国战略公路研究计划（美国战略公路研究计划（SHRP）在沥青结合）在沥青结合料路用性
22、能规范中采用布洛克菲尔德法料路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）粘度计测量道路沥青在45以上温以上温度范围内的表观粘度，以帕度范围内的表观粘度，以帕秒（秒（Pas）计，可）计，可以看成简化的双筒旋转粘度计，见图以看成简化的双筒旋转粘度计，见图2-10。该法。该法适用于测定牛顿流体或非牛顿流体的剪应力与剪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应变之比。材料的粘度测试与流动状态有关材料的粘度测试与流动状态有关u 泊肃叶运动泊肃叶运动毛细管粘度计毛细管粘度计u 狭缝中出现简单剪切运动狭缝中出现简单剪切运动滑板式滑板式u 同轴环中旋转运动同轴环中旋
23、转运动布洛克菲尔德法布洛克菲尔德法u 平板之间扭动运动平板之间扭动运动平板圆盘式平板圆盘式（圆锥（圆锥平板式）平板式）多种沥青粘度多种沥青粘度 沥青品种粘度（Pas）AH90AH70单90(87)欢90(83)克90(84)英国(106)日本(87)壳牌(87)单70(65)克70(69)阿70(69)1350.40.410.70.410.350.350.450.890.6PVN0.380.40.40.110.580.580.530.520.05 国外的一些国外的一些试验试验路段表明，用同一路段表明，用同一针针入度入度级沥级沥青青时时，用高粘度，用高粘度沥沥青的青的沥沥青面青面层层的裂的裂缝缝
24、明明显显少于用低粘少于用低粘度度沥沥青的面青的面层层。（二）延度（二）延度延性（低温抗裂）延性（低温抗裂）温度：温度：15 10 5 温度与实际的对应温度与实际的对应性？性？拉伸速率：拉伸速率：5cm/min 微膜状态微膜状态714m与试验中与试验中8字模是否有可对应性字模是否有可对应性？研究表明，研究表明，当沥青化学组分的不协调，胶体结构的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不均匀，含蜡量的增加时，都会使沥青的延度值相对降低。低。有的研究指出，有的研究指出，沥青的延度试验与路面沥青的拉伸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
25、，路面中的沥青为薄状态不符，延度试验试件尺寸太大，路面中的沥青为薄膜状态，曾设想采用膜状态，曾设想采用“微延度微延度”试验，但未能成功试验，但未能成功。测力延度试验测力延度试验 沥青材料在较低温度下表现为良好的柔韧性还是沥青材料在较低温度下表现为良好的柔韧性还是脆性是沥青低温性能的脆性是沥青低温性能的重要标志重要标志。测力延度试验是一。测力延度试验是一种简单易行的试验方法，只要在延度试验时加一只测种简单易行的试验方法，只要在延度试验时加一只测力传感器并接上记录仪即可。沥青改性前后在测力延力传感器并接上记录仪即可。沥青改性前后在测力延度试验中有不同的表现，如图度试验中有不同的表现，如图2所示。所
26、示。u 在较低温度下，在较低温度下，SBS改性沥青并不脆改性沥青并不脆硬，拉伸的线很粗，硬，拉伸的线很粗，而且其显著特点是拉而且其显著特点是拉伸曲线逐渐向上移动，伸曲线逐渐向上移动，这说明在拉伸过程中，这说明在拉伸过程中，其拉伸的线可以承受其拉伸的线可以承受很大的拉应力而不断很大的拉应力而不断裂，这充分显示出在裂，这充分显示出在较低温度下较低温度下SBS改性改性沥青具有很好的粘韧沥青具有很好的粘韧性。性。图 改性沥青的测力延度试验（三）粘附性（三）粘附性粘附性是指与集料表面的附着性能。粘附性是指与集料表面的附着性能。水损害破坏？水损害破坏？沥青裹覆集料后的抗剥性，不仅与沥青沥青裹覆集料后的抗剥
27、性，不仅与沥青的性质有关，而且与集料的性质、混合的性质有关，而且与集料的性质、混合料性质和环境条件有关料性质和环境条件有关。表给出了一些。表给出了一些影响沥青与集料粘附性的主要因素。影响沥青与集料粘附性的主要因素。沥青与集料粘附性的影响因素沥青与集料粘附性的影响因素集料性质集料性质沥青性质沥青性质混合料性质混合料性质环境条件环境条件矿物组成表面纹理多孔性含尘量耐久性表面积吸收性含水量形 状风化程度流变性电的极性成分空隙率渗透性沥青含量沥青膜厚度填料类型集料级配混合料类型雨量湿度水的pH值盐分温度温度循环交通量设计施工质量排水影响条件影响条件 集料集料 碱值判定石料的酸碱性。碱值判定石料的酸碱性
28、。测定石料碱值的方法。具体试验方法是测定石料碱值的方法。具体试验方法是采用分采用分析纯的碳酸钙含量为标准析纯的碳酸钙含量为标准，先配制浓度约为，先配制浓度约为0.25mol/L的硫酸标准溶液，并用精密酸度计测的硫酸标准溶液，并用精密酸度计测定硫酸标准溶液的氢离子浓度，将石料试样清定硫酸标准溶液的氢离子浓度，将石料试样清洗烘干，破碎研磨成小于洗烘干，破碎研磨成小于0.075mm的石粉，置的石粉，置于圆底烧瓶中，加入一定量的硫酸标准溶液，于圆底烧瓶中，加入一定量的硫酸标准溶液，放入放入130的油浴锅中回流的油浴锅中回流30min，冷却后用精，冷却后用精密酸度计插入上层清液中，测定清液的氢离子密酸度
29、计插入上层清液中，测定清液的氢离子浓度，并由式计算石料的碱值。浓度，并由式计算石料的碱值。式中：硫酸标准溶液的氢离子浓度；检测石料与硫酸反应后清液的氢离子浓度；纯碳酸钙与硫酸反应后清液的氢离子浓度。上述方法测定的几种代表性石料的碱值。几种代表性石料碱值几种代表性石料碱值 由表中可以看到，石灰岩的由表中可以看到，石灰岩的碱值碱值最高，安山岩和玄武岩次最高，安山岩和玄武岩次之，而砂岩、花岗岩最小，说明石料的碱性逐渐减弱，酸性之，而砂岩、花岗岩最小，说明石料的碱性逐渐减弱，酸性则逐渐增强。这与通常按则逐渐增强。这与通常按SiO2含量区分集料的酸碱性相吻合。含量区分集料的酸碱性相吻合。因此，因此，集料
30、碱值为标准，将集料划分为良好、合格、不合格、集料碱值为标准，将集料划分为良好、合格、不合格、极差四个等级极差四个等级。石料种类石灰岩安山岩玄武岩片麻岩花岗岩(黑)砂 岩花岗岩(红)碱值0.970.710.640.620.570.550.54 碱值与集料等级类型碱值与集料等级类型 集料表面的粗糙程度集料表面的粗糙程度也影响着集料与沥青的粘附性。集也影响着集料与沥青的粘附性。集料表面粗糙度是沥青吸附良好的重要条件，集料表面微空料表面粗糙度是沥青吸附良好的重要条件，集料表面微空隙的数量、孔径的大小和微细裂缝都影响着吸附沥青的表隙的数量、孔径的大小和微细裂缝都影响着吸附沥青的表面积，表面积越大，吸附能
31、力越强，并使沥青吸入集料内面积，表面积越大，吸附能力越强，并使沥青吸入集料内部。对表面光滑的集料，沥青不能很好地吸附在集料表面部。对表面光滑的集料，沥青不能很好地吸附在集料表面上，不仅吸附在集料表面的沥青膜很薄，易被水破坏，而上，不仅吸附在集料表面的沥青膜很薄，易被水破坏，而且在行车荷载作用下，沥青膜与集料间的界面上易产生剪且在行车荷载作用下，沥青膜与集料间的界面上易产生剪切破坏，使水分浸入，造成粘结力丧失，产生水损害破坏。切破坏，使水分浸入，造成粘结力丧失，产生水损害破坏。因此，有学者认为，因此，有学者认为，集料表面的粗糙度对于粘附的牢固程集料表面的粗糙度对于粘附的牢固程度来说甚至比集料的矿
32、物成分更重要度来说甚至比集料的矿物成分更重要。碱值0.80.7 0.80.60.70.6等级类型良好合格不合格极差沥青沥青粘度粘度，粘附性，粘附性 以以酸值酸值作为评价沥青酸性强弱的指标，沥青的酸作为评价沥青酸性强弱的指标，沥青的酸性越大，与集料的粘附性越好性越大，与集料的粘附性越好。公路工程沥青及沥青混合料试验规程公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ052-2000）给出了沥青酸值的）给出了沥青酸值的测定方法测定方法，其，其基本原理是将沥青溶解于苯和乙醇的混合溶剂中，基本原理是将沥青溶解于苯和乙醇的混合溶剂中，以氢氧化钾的乙醇标准溶液中和沥青中的游离酸，以氢氧化钾的乙醇标准溶液中和沥青中
33、的游离酸，由消耗氢氧化钾乙醇溶液的体积来计算酸值，沥由消耗氢氧化钾乙醇溶液的体积来计算酸值，沥青酸值的计算公式由青酸值的计算公式由：式中：A沥青的酸值，mlmol/Lg；V滴定试样所消耗的氢氧化钾乙醇标准溶液的体积，ml；V0滴定空白试样消耗氢氧化钾乙醇标准溶液的体积，ml；氢氧化钾乙醇标准溶液浓度，mol/L；m沥青用量，g。一般认为克拉玛依沥青的酸值较大，说明该沥青表面活性一般认为克拉玛依沥青的酸值较大，说明该沥青表面活性组分含量较高，与集料的粘附性也较强，而茂名沥青的酸值较组分含量较高，与集料的粘附性也较强，而茂名沥青的酸值较小。小。检验与评价检验与评价粘附性粘附性试验试验：水浸法（水浸
34、法（80）水煮法水煮法主主观较观较多；多；分光光度分光光度计计法法混合料混合料试验试验：残留：残留稳稳定度，定度，冻冻融劈裂融劈裂试验试验，浸水，浸水车辙车辙思考：是否先老化思考：是否先老化改善措施改善措施抗剥落剂抗剥落剂检验：沥青检验：沥青混合料混合料液体抗剥落液体抗剥落剂剂：贝贝洛胶（洛胶（皱皱形）形）PA-1，AST-3等等 粉末状抗剥粉末状抗剥剂类剂类国外最大公司：莫国外最大公司：莫顿顿 熟石灰：效果最好熟石灰：效果最好 高速公路、一级公路的石料为酸性石料时，宜使用针高速公路、一级公路的石料为酸性石料时，宜使用针入度较小的沥青，并采用下列抗剥离措施，使沥青与集料入度较小的沥青，并采用下
35、列抗剥离措施，使沥青与集料的粘附性符合规范的要求：的粘附性符合规范的要求：用干燥磨细的消石灰粉或生石灰粉、水泥作为填料的一部用干燥磨细的消石灰粉或生石灰粉、水泥作为填料的一部分，其用量宜为矿料总量的分，其用量宜为矿料总量的1%2%；在沥青中掺加抗剥落剂；在沥青中掺加抗剥落剂；将粗集料用石灰浆处理后使将粗集料用石灰浆处理后使用。用。掺加消石灰粉，添加时间必须确保集料是在裹覆消石灰以后才与沥青拌和；。将生石灰粉与将生石灰粉与潮湿的集料拌潮湿的集料拌和，同时能降和，同时能降低集料中低集料中3%3%5%5%的含水率的含水率用石灰浆或石用石灰浆或石灰水裹覆集料，灰水裹覆集料，效果很好，但效果很好，但要增
36、加成本，要增加成本，降低生产率；降低生产率；用热的生石灰，即用热的生石灰，即正在消解发热的石正在消解发热的石灰粉灰粉 国外有学者认为，尽管抗剥落剂对沥青与集料的早期粘附性国外有学者认为，尽管抗剥落剂对沥青与集料的早期粘附性能得到改善，但对其在长期性能方面能否得到改善尚有疑问。能得到改善，但对其在长期性能方面能否得到改善尚有疑问。美国国家沥青路面协会（美国国家沥青路面协会（NAPA）在对各种抗剥离措施进行研究）在对各种抗剥离措施进行研究后也认为，效果最好、最稳定的是掺加石灰、消石灰和生石灰，后也认为，效果最好、最稳定的是掺加石灰、消石灰和生石灰，其用量通常为集料总量的其用量通常为集料总量的1%1
37、.5%，并提出在生产上可采用下，并提出在生产上可采用下述四种方法：述四种方法：在在日本日本规范沥青路面要纲中关于抗剥落剂一条也有规范沥青路面要纲中关于抗剥落剂一条也有类似的规定。类似的规定。抗剥落剂是防止沥青混合料产生剥离破坏为主要目的而添抗剥落剂是防止沥青混合料产生剥离破坏为主要目的而添加的外加剂，一般采用消石灰，也可以使用以油脂为主要成加的外加剂，一般采用消石灰，也可以使用以油脂为主要成分的胺类、酰胺类、第四铵盐类等阳离子表面活性剂。分的胺类、酰胺类、第四铵盐类等阳离子表面活性剂。消石灰粉及水泥的剂量为沥青混合料总量的消石灰粉及水泥的剂量为沥青混合料总量的1%3%，抗，抗剥落剂的用量为沥青
38、用量的剥落剂的用量为沥青用量的0.3%以上。以上。在配合比设计时尽量采用在配合比设计时尽量采用水稳性好水稳性好的混合料，沥青用量采的混合料，沥青用量采用上限，水稳定性的检验采用浸水车辙试验等。用上限，水稳定性的检验采用浸水车辙试验等。（四）沥青感温性：（四）沥青感温性：1、意义：、意义：2、指标：、指标：PI、PVN、VTS（粘温指数）、（粘温指数）、BTDC试验数据试验数据 PI针入度指数针入度指数沥青品种 不同温度时的针入度TR&B()A回归法PI用A40251550单9037079269.85.848.80.04520.8欢90312753213.98.349.50.03890.19克9
39、084311048.20.04620.94壳90375883312.25.547.20.04480.74英904181003414.1845.20.04280.45日9042085287.55.1470.04891.29单7032863228.15.250.50.04510.78克706925751.20.04971.39阿7030061218.8552.50.04410.64不同沥青的针入度指数针入度针入度粘度指数（粘度指数（PVN）针入度指数值针入度指数值（PI）通常仅能表征低于软化点温度的沥）通常仅能表征低于软化点温度的沥青感温性，沥青在道路使用中或在施工时，还需要了解高青感温性，沥青在
40、道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。于软化点温度时的沥青的感温性。NW麦克里奥德麦克里奥德（Mcleod）提出了）提出了“针入度针入度粘度指数粘度指数”（PVN）法。该法）法。该法是应用沥青是应用沥青25时的针入度值和时的针入度值和135（或（或60）时的粘）时的粘度值与温度的关系来计算沥青感温性的方法。度值与温度的关系来计算沥青感温性的方法。针入度指数与胶体结构类型沥青针入度指数（PI）PI2PI=2+2PI+2沥青的胶体结构类型溶胶型结构溶凝胶型结构凝胶型结构针入度针入度粘度指数愈大，表示沥青的感温性愈低。粘度指数愈大，表示沥青的感温性愈低。对对PVNPVN路用
41、性能（路用性能（6060时不易测）时不易测）缺陷缺陷 沥青感温性 针入度粘度数PVN00.50.51.01.01.5沥青感温性类型低感温性沥青中感温性沥青高感温性沥青PVN1PVN1 已知已知2525时的针入度值时的针入度值P P（1/10mm1/10mm）和）和135135时运动时运动粘度值粘度值v v（mm2/smm2/s）时，按式计算针入度）时，按式计算针入度粘度指数。粘度指数。PVN2PVN2 已知已知2525时针入度值时针入度值P P（0.1MM0.1MM）和）和6060绝对粘度绝对粘度 （PasPas）时，可按式计算针入度）时，可按式计算针入度粘度指数。粘度指数。针入度粘度指数愈大
42、，表示沥青的感温性愈低。针入度针入度温度指数（温度指数（PTIPTI）针入度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。针入度来评价沥青的感温性。针入度温度指数由式表达。温度指数由式表达。式中：式中：PP为不同温度、不同荷重、不同针入时间的针为不同温度、不同荷重、不同针入时间的针入度值。入度值。计算得出的计算得出的PTIPTI值越小表明沥青的感温性越小，即温值越小表明沥青的感温性越小，即温度稳定性越好度稳定性越好。（五）老化特性（五）老化特性粘温指数粘温指数VTS T1g1g=AlgT（VTS为负值）为负值）+k（T有摄氏，
43、有摄氏，K氏，华氏温氏，华氏温度之分）度之分）“条件条件”真的温度敏感性真的温度敏感性 应应 对应不同温度与试验，要反对应不同温度与试验，要反应过程而非点指标。应过程而非点指标。思考：石油沥青工程性质评价方法（低温、高温）思考：石油沥青工程性质评价方法（低温、高温）1 1、老化阶段：拌和运输，摊铺中处于热老化中（、老化阶段：拌和运输，摊铺中处于热老化中（HMAHMA）施工阶段：施工阶段：短期老化短期老化运营：运营：长期老化长期老化2、老化原因、老化原因1）沥青的氧化作用）沥青的氧化作用高温下，促进极性体与氧结合成大高温下，促进极性体与氧结合成大分子分子2）挥发作用）挥发作用轻组分，使沥青变硬轻
44、组分，使沥青变硬3）聚合作用）聚合作用结构片（结构片（+、-、中性）之间结合成大结构、中性）之间结合成大结构4）自然硬化）自然硬化定位重组，从而蜡等物质产生结晶作用，定位重组，从而蜡等物质产生结晶作用，但该（但该（4）过程可逆，开温后恢复；）过程可逆，开温后恢复；5）渗流硬化：）渗流硬化：3、老化试验、模拟、老化试验、模拟蒸发损失：最早模拟试验蒸发损失：最早模拟试验薄膜烘箱：薄膜烘箱：TFOT：模拟施工阶段：模拟施工阶段缺点：缺点：沥青膜厚；沥青膜厚；163比现场高，改进成为延迟老化试验比现场高，改进成为延迟老化试验挥发损失大挥发损失大旋转薄膜烘箱：旋转薄膜烘箱：RTFOT；进而进而TFAAT
45、 4g、113薄膜加速老化试验薄膜加速老化试验压力老化试验（压力老化试验（PAV）思考思考温度太高（温度太高（X）不符合）不符合现场现场加温加温膜太薄（膜太薄（X）回收不易）回收不易减薄膜厚减薄膜厚光线（紫外）光线（紫外）？（强度？（强度控制）控制）光照光照催化剂（氧化剂等）催化剂（氧化剂等）（氧化钛抗紫外线）（氧化钛抗紫外线）？加剂加剂加压加压Lee：65.6，加氧加压，加氧加压稳定性如何稳定性如何 时间时间长短？长短？4、老化评价、老化评价耐老化指数、质量损失耐老化指数、质量损失老化机理分析：老化机理分析：1）X射线射线 试验：对芳香基变化情况观察（氧化试验：对芳香基变化情况观察（氧化情况
46、）情况）2）质谱分析：元素种类和含量变化）质谱分析：元素种类和含量变化3）红外光谱：对特征峰值变化情况，哪些组分易）红外光谱：对特征峰值变化情况，哪些组分易到达到达4）核磁共振、元素分析，密度、分子量变化）核磁共振、元素分析，密度、分子量变化综上目的：为综上目的：为“等效等效”方向努力，找到等效的一方向努力，找到等效的一个最合适的方法个最合适的方法ISV 零剪切粘度零剪切粘度新方法测粘度新方法测粘度 剪切速率为剪切速率为0时的剪切粘度值；时的剪切粘度值；（六）低温性能（六）低温性能 沥青的低温性质对沥青混凝土的低温抗裂性沥青的低温性质对沥青混凝土的低温抗裂性能有重要影响。沥青的低温性质包括沥青
47、的低能有重要影响。沥青的低温性质包括沥青的低温脆性、温度收缩系数和低温延度。温脆性、温度收缩系数和低温延度。（1）延度）延度 沥青的延性是指当其受到外力的拉伸作用时，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，是沥青的内聚所能承受的塑性变形的总能力，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力的衡量，通常是用延度作为条件延性指标来表征。表征。指标特性指标特性：沥青的延度与沥青的流变特性、：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，胶体结构的不明，当沥青化学组分的不协调
48、，胶体结构的不均匀，含蜡量的增加时，都会使沥青的延度值均匀，含蜡量的增加时，都会使沥青的延度值相对降低。相对降低。1 延度：延度：低温延度，测力延度低温延度，测力延度2弯曲梁流变试验（弯曲梁流变试验（BBR）概念概念：一种能准确评价沥青劲度和蠕变速率的方法，即弯：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（曲梁流变试验（Bending Bean Rheome-ter简称简称BBR）。）。可采用沥青模拟经过施工的热老化，先经过旋转薄膜烘可采用沥青模拟经过施工的热老化，先经过旋转薄膜烘箱箱RTFOT，再经过压力老化试验（，再经过压力老化试验（PAV）模拟沥青路面）模拟沥青路面经过经过
49、5年的使用期老化。年的使用期老化。试验方法试验方法：在弯曲流变仪器（：在弯曲流变仪器（BBR）上进行。弯曲流变仪）上进行。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。通过试验获得两个评价指标：生的应力。通过试验获得两个评价指标：（2）脆点）脆点 蠕变劲度模量蠕变劲度模量S（弯拉模量），要求不超过（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，如果沥青材料的蠕变劲度太大，则呈现脆性，路面
50、容易开裂，因此要求不超过因此要求不超过300MPa。而表征沥青低温劲度时间变化。而表征沥青低温劲度时间变化率的率的m值越大，则沥青开裂的可能性会随之减少，即值越大，则沥青开裂的可能性会随之减少，即m值值越大越好。越大越好。蠕变曲线的斜率要求不小于蠕变曲线的斜率要求不小于0.3。概念：沥青材料在低温下受到瞬时荷载作用时，常表现为概念：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，通常采用性的测定极为复杂，通常采用AA弗拉斯脆点试验方法可以弗拉斯脆点试验方法可以求出沥