瀝青材料第八章

第八章瀝青材料瀝青的定義：在高度縮合的環(huán)烷環(huán)、芳香環(huán)上帶有長短不同的烷基側鏈的碳氫化合物，及其非金屬（O、S、N）衍生物組成的混合物，并含有微量元素；顏色：暗褐色或黑色；形態(tài)：常溫下為固體或半固體。第八章瀝青材料瀝青的分類：瀝青地瀝青

焦油瀝青天然瀝青：石油在自然條件下，長時間經(jīng)受地球物理因素作用形成的產(chǎn)物

石油瀝青：石油經(jīng)各種煉制工藝加工而得的瀝青產(chǎn)品煤瀝青：煤經(jīng)干餾所得的煤焦油，經(jīng)再加工后得到煤瀝青頁巖瀝青：頁巖煉油工業(yè)的副產(chǎn)品

柏油

廣泛用于建筑、公路、橋梁等工程中，主要用于生產(chǎn)防水材料和鋪筑瀝青路面、機場道面等。土木工程建筑主要應用石油瀝青。應用：第八章瀝青材料第八章瀝青材料天然瀝青：天然瀝青是石油在自然條件下，經(jīng)過千百萬年的時間，在溫度、壓力、氣體、無機物催化劑、微生物以及水分等綜合作用下氧化聚合而成的瀝青類物質。由于它常年與自然環(huán)境共存，故其性質特別穩(wěn)定。由瀝青、礦物質、水分構成。根據(jù)天然瀝青生成礦床的不同，可以分為：湖瀝青巖瀝青海底瀝青第八章瀝青材料（1）湖瀝青

特立尼達湖瀝青（TriniadaLakeAsphalt）是世界上最為著名的天然瀝青湖。該瀝青湖面積44萬平方米，深約82米，湖中瀝青儲量達1200萬噸，是世界上最大的天然瀝青產(chǎn)地。特立尼達瀝青湖第八章瀝青材料（2）巖瀝青

巖瀝青生成于巖石的夾縫中，縫寬很窄，僅數(shù)十厘米，深可達幾百米。天然巖瀝青是一種純天然的碳氫化合物，熔點在150℃以上，我國青海及克拉瑪依地區(qū)有所開采，但很少用于道路。狀態(tài)顏色褐色或黑褐色常溫下呈固態(tài)、半固態(tài)或粘性液態(tài)由許多高分子碳氫化合物及其非金屬衍生物組成的復雜混合物成分組分石油瀝青的三大組分組分狀態(tài)作用油分粘性液態(tài)使瀝青具有流動性樹脂粘稠狀半固態(tài)使瀝青具有塑性和粘結性地瀝青質固態(tài)使瀝青具有粘滯性和溫度穩(wěn)定性基本性質：第八章瀝青材料第八章瀝青材料主要內容

石油瀝青的組成與結構

石油瀝青的技術性質和技術指標改性瀝青與乳化瀝青第八章瀝青材料一、石油瀝青的化學組成和結構1.石油瀝青的化學元素組成主要化學元素：碳C氫H硫S氧O氮N82~88%；8~11%；0~6%；0~1.5%；0~1%。微量金屬元素：釩、鎳、鐵、鎂、鈣等碳氫比：C/H大慶石油瀝青：C/H=0.657環(huán)烷基石油瀝青：C/H=0.710化學組分分析方法：將瀝青分離為化學性質相近，而且與其工程性質有一定聯(lián)系的幾個組，這些組就稱為組分。我國現(xiàn)行《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTJ052-2000)規(guī)定有三組分和四組分兩種分析方法。第八章瀝青材料2.石油瀝青的化學組分三組分分析法（溶解-吸附法）：油分（芳香油和飽和油）：油狀液體，密度最小，加熱可以揮發(fā)，能溶于有機溶劑，它們賦予瀝青以流動性。分子量為100～500。樹脂（瀝青脂膠）：粘稠狀液體（半固體），密度大于油分，屬于中性樹脂，能溶于有機溶劑（苯、汽油）。它們賦予瀝青以良好的粘結性、塑性和可流動性，分子量為500～1000。地瀝青質（瀝青質）：固態(tài)無定性物質，密度大于1，決定瀝青的溫度敏感性和粘滯性，其含量越高，瀝青軟化點越高，粘性越大，越硬脆。分子量大于1000～6000。第八章瀝青材料第八章瀝青材料四組分：飽和分－S芳香分－A膠質－R瀝青質－At瀝青四組分分析發(fā)流程四組分分析法：又稱色譜法，具體分析流程如圖所示。第八章瀝青材料表8-1瀝青四組分對瀝青性能的影響

組分分子量含量（%）高溫粘度低溫變形能力化學穩(wěn)定性飽和分S500~7005~20低低高芳香分A800~90040~65低低高膠質R1200~130015~30高高低瀝青質At1000~20005~25高低無影響3.瀝青含蠟量蠟是瀝青中的有害成分，高溫時會軟化，低溫時結晶析出、延性降低。易出現(xiàn)的問題：高溫會軟化，會導致瀝青路面高溫穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)車轍；低溫結晶析出，使瀝青變脆硬，低溫抗裂性降低，出現(xiàn)裂縫；瀝青與石料的粘附性降低，在有水的條件下，使路面石子產(chǎn)生剝落現(xiàn)象，造成路面破壞；路面的抗滑性降低，影響路面的行車安全。第八章瀝青材料第八章瀝青材料石油瀝青的膠體結構1.膠體結構的形成瀝青材料在微觀上呈膠體結構。根據(jù)膠體理論，絕大多數(shù)瀝青是以瀝青質為核心，吸附膠質形成的膠團作為分散相，分散在飽和分和芳香分的分散介質中。2.膠體結構的分類根據(jù)瀝青膠團的大小、數(shù)量、分散狀態(tài)的不同，瀝青可分為溶膠型、凝膠型和溶-凝膠型三種。第八章瀝青材料溶膠結構油分較多，膠團較少，溫度穩(wěn)定性差；膠團相對運動自由，分散度高，流動性和塑性較好。凝膠結構油分與樹脂較少，瀝青質較多，溫度穩(wěn)定性好；膠團相互連接成不規(guī)則空間網(wǎng)狀的凝膠結構，彈性和粘性較高，流動性和塑性較低。溶－凝膠結構介于溶膠結構與凝膠結構之間。第八章瀝青材料溶膠結構凝膠結構瀝青的膠體結構第八章瀝青材料瀝青的組成與結構膠體結構：溶膠型、凝膠型、溶-凝膠型元素組成：C、H、O、S、N→C/H化學組分：飽和分、芳香分、膠質、瀝青質石油瀝青的基本性能第八章瀝青材料二、石油瀝青的技術性質1.物理性質1）密度：標準規(guī)定瀝青密度測定的標準溫度為15℃，用d15表示。d瀝青質＞d膠質＞d芳香分＞d飽和分2）體膨脹系數(shù)3）介電常數(shù)第八章瀝青材料

2.黏滯性1）瀝青的粘度瀝青的粘滯性是指在外力作用下瀝青粒子產(chǎn)生相互位移以抵抗剪切變形的能力，通常用黏度指標來表示。瀝青粘度測定⑴絕對粘度測定方法毛細管法、真空減壓毛細管法、旋轉粘度計法、布洛克菲爾德法、滑板黏度計法(2)相對粘度測定方法標準黏度計法、針入度法、軟化點法第八章瀝青材料3.延展性瀝青延展性簡稱延性，是瀝青在外力作用下能承受的塑性變形的總能力。延展性反應的是瀝青的低溫性能，用延度來表示。延度試驗的溫度為15℃、10℃，其中15℃延度為強制性指標。研究表明：當瀝青化學組分不協(xié)調、膠體結構不均勻、含蠟量較高時，瀝青的延度會降低。第八章瀝青材料4.低溫性能隨著溫度的變化，瀝青通常呈現(xiàn)出三態(tài)：瀝青的三態(tài)：流動態(tài)————橡膠態(tài)————玻璃態(tài)軟化點脆點溫度升高，瀝青由橡膠態(tài)向液態(tài)轉變；溫度降低時，瀝青由橡膠態(tài)向玻璃態(tài)轉變。第八章瀝青材料（1）脆點試驗瀝青材料在低溫下受到瞬時荷載時，常表現(xiàn)為脆性破壞。通常采用脆點作為條件來衡量脆性指標。脆點是測量瀝青在低溫不引起破壞時溫度，實質上反映瀝青由黏彈體轉變?yōu)閺棿囿w即玻璃態(tài)轉變溫度。（2）彎曲梁流變試驗（BBR）勁度是瀝青或瀝青混合料在一定溫度和一定負荷時間下應力與應變的比值，反映了瀝青的黏彈性，用勁度模量來表示。第八章瀝青材料（3）直接拉伸試驗（DTT）直接拉伸試驗是通過測定瀝青在低溫時的極限拉伸應變來反映瀝青的低溫拉伸性能。試驗溫度為0~36℃，瀝青呈脆性特性。第八章瀝青材料5.感溫性感溫性——指石油瀝青的黏度和勁度隨溫度升降而變化的性能。工程意義：感溫性過大會使瀝青材料高溫軟化、低溫開裂、影響其防水效果。評價指標：針入度指數(shù)（PI）：瀝青針入度指數(shù)有兩個作用：一是判斷瀝青的膠體結構，二是評價瀝青的感溫性。規(guī)定A級瀝青PI為-1.5~+1.0、B級瀝青PI為-1.8~+1.0.針入度-溫度指數(shù)（PTI）：根據(jù)不同溫度條件下的針入度值得比率來評價瀝青的感溫性。PTI值越小，表明瀝青的感溫性越小，溫度穩(wěn)定性越好。第八章瀝青材料6.黏彈性（1）瀝青的黏彈現(xiàn)象通常瀝青材料在低溫時表現(xiàn)為彈性、高溫時表現(xiàn)為黏性，而在相當寬的溫度范圍內則表現(xiàn)為黏性與彈性并存的黏彈性。1）瀝青材料的粘-彈性現(xiàn)象

蠕變—在應力保持不變的情況下，應變隨時間增加而增加

應力松弛—在保持應變不變的情況下，應力隨時間增加逐漸衰減

第八章瀝青材料瀝青材料的粘－彈性現(xiàn)象時間t變形ε溫度T1溫度T2彈性粘性第八章瀝青材料（2）瀝青的勁度模量

定義：S=(/

)t,T

確定方法：瀝青滑板粘度試驗時間t勁度模量S0℃25℃荷載時間與溫度對瀝青勁度模量的影響第八章瀝青材料7.粘附性

——反映瀝青與集料的粘結能力。粘附機理：（1）機械黏附理論（2）化學反應理論（3）表面能理論（4）極性理論（5）表面構造理論第八章瀝青材料影響因素：集料的酸堿性：

SiO2:0%52%65%堿性集料中性集料酸性集料瀝青的粘度與極性：瀝青的黏度提高，粘附性提高；瀝青混合料的空隙率：瀝青混合料的壓實空隙率過低，易出現(xiàn)瀝青-礦料的粘附性問題。

改進措施：其一，采用堿性集料；其二，摻抗剝落劑。第八章瀝青材料評價方法：（1）水煮法和水浸法當集料最大粒徑大于13.2mm時采用水煮法；當集料最大粒徑小于等于13.2mm時采用水浸法。瀝青試樣經(jīng)過水煮或水浸后瀝青膜脫落面積越大，則說明瀝青粘附性越差。（2）光電分光光度法第八章瀝青材料水煮法試樣第八章瀝青材料水煮法試樣第八章瀝青材料8.耐久性瀝青的耐久性主要指瀝青的抗老化性。現(xiàn)象：瀝青性能隨著時間推移而發(fā)生變化如針入度下降、粘度增加、軟化點增加→變脆變硬→老化誘因：熱、氧氣、光（紫外線）老化階段：瀝青短期氧化：瀝青在儲存運輸、加熱拌合等過程中所發(fā)生的老化；瀝青長期氧化：瀝青在正常使用階段的老化較為緩慢，此階段的光老化很明顯。第八章瀝青材料老化機理：芳香分→膠質膠質→瀝青質

老化性能評價方法：①蒸發(fā)損失試驗②薄膜烘箱加熱試驗TFOT③旋轉薄膜烘箱試驗RTFOT④PAV壓力老化試驗評價指標：質量損失、針入度比、延度第八章瀝青材料9.安全性評價瀝青施工安全性有兩個指標：閃點：加熱瀝青初次閃火的溫度；所有瀝青的閃電都必須大于230℃；燃點：加熱瀝青能持續(xù)燃燒5S以上的溫度。瀝青的燃點通常比閃點搞10℃左右。10.溶解度瀝青的溶解度是指瀝青在三氯乙烯、四氯化碳、苯等有機溶劑中可溶物的百分含量。溶解度反映了瀝青中起黏結作用的有效成分的含量。第八章瀝青材料二、瀝青膠結料評價方法土木工程中常用的石油瀝青主要分為道路石油瀝青、建筑石油瀝青、防水防潮石油瀝青等。1.道路瀝青的評價方法（1）道路石油瀝青的分級方法⑴針入度分級－P按所測得的瀝青25℃針入度所處水平來劃分瀝青牌號⑵粘度分級－A按所測得瀝青60℃粘度所處水平劃分來瀝青牌號☆AC－按新鮮瀝青60℃粘度分級☆AR－按TFOT或RTFOT試驗后殘余物60℃粘度分級⑶性能分級PG按瀝青所能夠適應的最高和最低環(huán)境溫度來劃分瀝青牌號第八章瀝青材料重交通道路石油瀝青質量要求（AH）按P25分級：AH-50AH-70AH-90AH-110AH-13040~6060~8080~9090～110110~130其它指標：軟化點、延度(15oC)、含蠟量、溶解度、薄膜烘箱(殘留物質量損失、針入度比、延度)中、輕交通道路石油瀝青質量要求(A)按P25分級:A-60甲/A-60乙/A-100甲/100-乙/A-140/A-180/A-200其它指標：軟化點、延度(25oC)、溶解度、閃點蒸發(fā)試驗（質量損失、針入度比）等按瀝青25℃針入度所處水平劃分瀝青牌號第八章瀝青材料①合并了2個技術要求，按照性能分為A、B和C三級；②瀝青質量要求充分考慮氣候條件，增加了氣候分區(qū)高溫指標：1.夏炎熱區(qū)、2.夏熱區(qū)、3.夏涼區(qū)低溫指標：1.冬嚴寒區(qū)、2.冬寒區(qū)、3.冬冷區(qū)、4.冬溫區(qū)雨量指標：1.潮濕區(qū)、2.濕潤區(qū)、3.半干區(qū)、4.干旱區(qū)如：1-1-4為夏炎熱冬寒冷干旱區(qū)③增加了瀝青感溫性指標——針入度指數(shù)PI④適當提高軟化點要求，對A級瀝青增加了60℃動力粘度⑤延度溫度修訂：增加了10℃延度2004年瀝青路面施工技術規(guī)范主要修訂內容按瀝青25℃針入度所處水平劃分瀝青牌號第八章瀝青材料三、改性瀝青傳統(tǒng)瀝青材料往往具有高溫軟化、低溫易脆裂、耐久性差等不足，隨著高速公路的發(fā)展，對瀝青材料的性能也提出了更高的要求。改性瀝青是指摻加橡膠、樹脂、天然瀝青、膠粉或其他改性劑，使瀝青或瀝青混合料性能得以改善而制成的瀝青膠結料。1.常用改性瀝青（1）聚合物改性瀝青1）熱固性橡膠類改性瀝青丁苯橡膠（SBR）改性瀝青、氯丁橡膠（CR）改性瀝青2）熱塑性橡膠類改性瀝青苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SBS）改性瀝青第八章瀝青材料3）熱塑性樹脂類改性瀝青a.聚乙烯（PE）改性瀝青b.乙烯-乙酸乙烯酯（EVA）改性瀝青c.無規(guī)則聚丙烯（APAO）改性瀝青4）熱固性樹脂類改性瀝青環(huán)氧樹脂（EP）改性瀝青（2）天然瀝青改性瀝青天然瀝青是石油在自然界長期受地殼擠壓、變化，并與空氣、水接觸逐漸變化而形成的，以天然狀態(tài)存在的石油瀝青，其中?；煊幸欢康牡V物質。由于常年與自然環(huán)境共存，性質特別穩(wěn)定。按形成環(huán)境分為湖瀝青、巖瀝青、海底瀝青等。天然瀝青改性瀝青是將湖瀝青等天然瀝青作為改性劑，按一定比例，通常為30%，回摻到基質瀝青中去，進行調和，用以改善基質瀝青的高溫性能。第八章瀝青材料3.改性瀝青的性能與選用（1）改性瀝青的性能瀝青改性機理有物理共混說、網(wǎng)絡填充說、化學共混說、高分子合金說等。改性瀝青性能評價指標有關鍵指標和針對指標；關鍵指標：針入度針對指標：彈性恢復、延度、黏度、離析、低溫彎曲性能等；第八章瀝青材料改性劑品種改性效果高溫性能低溫性能感溫性彈性恢復粘附性耐久性SBS星型優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)SBS線型優(yōu)中中中優(yōu)優(yōu)SBR優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)中EVA優(yōu)中中中中中PE優(yōu)差中差差中常用改性瀝青性能第八章瀝青材料（2）改性瀝青選用改性瀝青分為三大類：SBS類、SBR類、EVA和PE類；SBS類主要用于改善瀝青高低溫性能，用在我國南、北方地區(qū)；SBR類可改善瀝青的低溫性能，多用在我國北方寒