土木工程材料 第七章沥青及沥青混合料 张德思教授
土木工程材料 第七章沥青及沥青混合料 张德思教授 主讲
第一节沥青 e1.石油沥青 石油沥青是由石油原油经蒸馏提炼出各种 轻质油(如汽油、柴油等)及润滑油以后的残 留物,再经过加工而得的产品 1.石油沥青的组分 e石油沥青是由许多高分子碳氢化合物及其 非金属(主要为氧、硫、氮等)衍生物组成的 复杂混合物。将沥青中化学成分及性质极为接 近,并且与物理力学性质有一定关系的成分, 划分为若干个组,这些组就称为“组分
第一节 沥青 1. 石油沥青 石油沥青是由石油原油经蒸馏提炼出各种 轻质油（如汽油、柴油等）及润滑油以后的残 留物，再经过加工而得的产品。 1.1 石油沥青的组分 石油沥青是由许多高分子碳氢化合物及其 非金属（主要为氧、硫、氮等）衍生物组成的 复杂混合物。将沥青中化学成分及性质极为接 近，并且与物理力学性质有一定关系的成分， 划分为若干个组，这些组就称为“组分”
沥青中各组分的主要特性简述如下 e(1)油分。油分为淡黄色至红褐色 的油状液体,是沥青中分子量最小和密 度最小的组分,密度介于0.7~1.0g/ cm3之间。在170°C较长时间加热,油 分可以挥发。油分能溶于石油醚、二硫 化碳、三氯甲烷、苯、四氧化碳和丙酮 等有机溶剂中,但不溶于酒精。油分赋 予沥青以流动性
沥青中各组分的主要特性简述如下： （１）油分。油分为淡黄色至红褐色 的油状液体，是沥青中分子量最小和密 度最小的组分，密度介于0.7～1.0ｇ／ cm3之间。在170°Ｃ较长时间加热，油 分可以挥发。油分能溶于石油醚、二硫 化碳、三氯甲烷、苯、四氧化碳和丙酮 等有机溶剂中，但不溶于酒精。油分赋 予沥青以流动性
(2)树脂(沥青脂胶)。沥青脂胶为黄色至黑褐 色粘稠状物质(半固体),分子量比油分大 (600~1000),密度为1.0~1.1g/cm3。沥青 脂胶中绝大部分属于中性树脂。中性树脂能溶于 氯甲烷、汽油和苯等有机溶剂,但在酒精和丙 酮中难溶解或溶解度很低,它赋予沥青以良好的 粘结性、塑性和可流动性。中性树脂含量增加, 石油沥青的延度和粘结力等品质愈好。另外,沥 青树脂中还含有少量的酸性树脂,即地沥青酸和 地沥青酸酐,是沥青中的表面活性物质。它改善 了石油沥青对矿物材料的浸润性,特别是提高了 对碳酸盐类岩石的粘附性,并有利于石油沥青的 可乳化性。沥青脂胶使石油沥青具有良好的塑性 和粘结性
(２)树脂（沥青脂胶）。沥青脂胶为黄色至黑褐 色粘稠状物质（半固体），分子量比油分大 （600～1000），密度为1.0～1.1g／cm3。沥青 脂胶中绝大部分属于中性树脂。中性树脂能溶于 三氯甲烷、汽油和苯等有机溶剂，但在酒精和丙 酮中难溶解或溶解度很低，它赋予沥青以良好的 粘结性、塑性和可流动性。中性树脂含量增加， 石油沥青的延度和粘结力等品质愈好。另外，沥 青树脂中还含有少量的酸性树脂，即地沥青酸和 地沥青酸酐，是沥青中的表面活性物质。它改善 了石油沥青对矿物材料的浸润性，特别是提高了 对碳酸盐类岩石的粘附性，并有利于石油沥青的 可乳化性。沥青脂胶使石油沥青具有良好的塑性 和粘结性
(3)地沥青质(沥青质)。地沥青质为深褐色 至黑色固态无定形物质(固体粉末),分子量比 树脂更大(100以上),密度大于1g/cm3,不 溶亍酒精、正戊烷,但溶于三氯甲烷和二硫化碳 染色力强,对光的敏感性强,感光后就不能溶解 地沥青质是决定石油沥青温度敏感性、粘性的重 要组成部分,其含量愈多,则软化点愈高,粘性 愈大,即愈硬脆。 另外,石油沥青中还含2~3%的沥青碳和 似碳物,是石油沥青中分子量最大的。它降低石 油沥青的粘结力 石油沥青中还含有蜡,它会降低石油沥青的 粘结性和塑性,同时对温度特别敏感(即温度稳 定性差)。所以蜡是石油沥青的有害成分
（３）地沥青质（沥青质）。地沥青质为深褐色 至黑色固态无定形物质（固体粉末），分子量比 树脂更大（1000以上），密度大于1 g／cm3，不 溶于酒精、正戊烷，但溶于三氯甲烷和二硫化碳， 染色力强，对光的敏感性强，感光后就不能溶解。 地沥青质是决定石油沥青温度敏感性、粘性的重 要组成部分，其含量愈多，则软化点愈高，粘性 愈大，即愈硬脆。 另外，石油沥青中还含２～３％的沥青碳和 似碳物，是石油沥青中分子量最大的。它降低石 油沥青的粘结力。 石油沥青中还含有蜡，它会降低石油沥青的 粘结性和塑性，同时对温度特别敏感（即温度稳 定性差）。所以蜡是石油沥青的有害成分
e1.2石油沥青的胶体结构 油分、树脂和地沥青质是石油沥青的 三大组分,其中油分和树脂可以互相溶解, 树脂能浸润地沥青质,并在地沥青质的超 细颗粒表面形成树脂薄膜。所以石油沥青 的结构是以地沥青质为核心,周围吸附部 分树脂和油分的互溶物而构成胶团,无数 胶团分散在油分中而形成胶体结构。根据 沥青中各组分的相对比例不同,胶体结构 可分为溶胶型、凝胶型和溶凝胶型三种类 型
1.2 石油沥青的胶体结构 油分、树脂和地沥青质是石油沥青的 三大组分，其中油分和树脂可以互相溶解， 树脂能浸润地沥青质，并在地沥青质的超 细颗粒表面形成树脂薄膜。所以石油沥青 的结构是以地沥青质为核心，周围吸附部 分树脂和油分的互溶物而构成胶团，无数 胶团分散在油分中而形成胶体结构。根据 沥青中各组分的相对比例不同，胶体结构 可分为溶胶型、凝胶型和溶凝胶型三种类 型
。(1)溶胶结构。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。直馏沥青的结构多为溶胶 结构 (2)凝胶结构。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。 。(3)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 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
（1）溶胶结构。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。直馏沥青的结构多为溶胶 结构。 （2） 凝胶结构。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。 （3）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
e1.3石油沥青的技术性质 ●(1)粘滞性 石油沥青的粘滞性又称粘性。 .滞性应以绝对粘度表示,但因其测定方 法较复杂,故工程中常用相对粘度(条件 粘度)来表示粘滞性,对使用粘稠(半固 体或固体)的石油沥青用针入度表示,对 液体石油沥青则用粘滞度表示
1.3 石油沥青的技术性质 （1）粘滞性 石油沥青的粘滞性又称粘性。 粘滞性应以绝对粘度表示，但因其测定方 法较复杂，故工程中常用相对粘度（条件 粘度）来表示粘滞性，对使用粘稠（半固 体或固体）的石油沥青用针入度表示，对 液体石油沥青则用粘滞度表示
粘稠石油沥青的针入度是在规定温度 (25c)条件下,以规定质量(100g)的 标准针,在规定时间(5s)内贯入试样中 的深度来表示,单位以1/10mm计。针入度反 映了石油沥青抵抗剪切变形的能力。针入度 值越小,表明粘度越大。(P317附图6-1) 粘滞度是将一定量的液体沥青,在某温 度下经一定直径的小孔流出50cm3所需的时 间,以秒表示。常用符号“CT”表示粘滞度, 其中d为小孔直径(mm),t为试样温度, T为流出50cm沥青的时间。d有10、5、 3m三种,t通常为25或60c
粘稠石油沥青的针入度是在规定温度 （25℃）条件下，以规定质量（100ｇ）的 标准针，在规定时间（５s）内贯入试样中 的深度来表示，单位以1/10mm计。针入度反 映了石油沥青抵抗剪切变形的能力。针入度 值越小，表明粘度越大。（P317 附图6-1） 粘滞度是将一定量的液体沥青，在某温 度下经一定直径的小孔流出50cm3所需的时 间，以秒表示。常用符号“C d t T”表示粘滞度， 其中ｄ为小孔直径（mm），ｔ为试样温度， Ｔ为流出50 cm3沥青的时间。ｄ有10、５、 ３mm三种，ｔ通常为25℃或60℃
e(2)塑性 ●塑性指石油沥青在外力作用下产生变 形而不破坏,除去外力后,仍能保持变形 后的形状的性质。沥青的塑性对冲击振动 荷载有一定吸收能力,并能减少摩擦时的 噪声,故沥青是一种优良的道路路面材料。 石油沥青的塑性用延度表示。延度愈 大,塑性愈好。延度测定是把沥青制成 “8”字形标准试件,置于延度仪内25 水中,以5cm/mn的速度拉伸,用拉断时 的伸长度来表示,单位用cm计。(P319附 图6-2)
（２）塑性 塑性指石油沥青在外力作用下产生变 形而不破坏，除去外力后，仍能保持变形 后的形状的性质。沥青的塑性对冲击振动 荷载有一定吸收能力，并能减少摩擦时的 噪声，故沥青是一种优良的道路路面材料。 石油沥青的塑性用延度表示。延度愈 大，塑性愈好。延度测定是把沥青制成 “８”字形标准试件，置于延度仪内25℃ 水中，以 5cm／min的速度拉伸，用拉断时 的伸长度来表示，单位用cm计。（P319 附 图6-2）