第一章基质沥青

第一章基质沥青第一节沥青材料的概念及分类一、沥青材料的概念沥青材料是以沥青为主要成分的一种有机结合料，它是由一些非常复杂的高分子碳氢化合物及其非金属元素（氧、氮、硫）的衍生物所组成。它们几乎能完全溶于二氧化碳、苯等有机溶剂。常温是可为液态、半固态或固态，具有不透水性，不导电，耐酸、碱、盐的腐蚀等特性，同时还具有良好的黏结性。二、沥青材料的分类沥青按其在自然界中获得的方式或来源，可分为地沥青和焦油沥青两大类。1．地沥青：按产源可分为天然沥青和石油沥青。（1）天然沥青石油在自然条件下，长时间受各种自然因素作用，形成以纯粹沥青成分存在或渗入各种空隙性岩石中与砂石材料相混。前者可直接使用，后者可作为混合料使用，亦可用水熬煮或溶剂抽提得到纯地沥青后使用。湖沥青资源有限，现在仅仅把它用作其他黏稠沥青材料性能的添加料，如某些欧洲国家，使用特立尼达湖沥青改善沥青混合料抗车辙能力。岩沥青是石油渗透到岩石内经长期自然因素作用所形成的天然沥青，可以通过一定的提炼工艺把它从岩石中提炼出来，制成成品沥青，也可以把含有沥青的岩石直接轧制，并根据岩石的成分、沥青的含量进行掺配调整，形成相应用途的沥青混合料。（2）石油沥青由弥散于石油胶体中的沥青，经各种石油精制加工而得到的产品，常用的有直馏沥青、氧化沥青、裂化沥青、熔剂脱沥青、调和沥青等，还可经过加工得到轻质沥青、乳化沥青等。根据石油沥青的用途可分为道路石油沥青和建筑石油沥青，前者主要用于路面工程，通常为直馏沥青或氧化沥青；后者主要用于防水、防腐等土建防护工程中，大多为氧化沥青。2．焦油沥青由各种有机物（煤、泥炭、木材等）干馏加工得到的焦油经再加工而得到。焦油沥青按其加工的有机物名称命名，如由煤干馏所得的煤沥青，经再加工所得的沥青，即称为煤（焦油沥青）。煤沥青尽管具有很强的黏附性，但有毒，污染严重，一般不常使用。第二节沥青的组分和结构一、化学组分1、三组分：油分、树脂、沥青质2、四组分：饱和分、芳香分、胶质、沥青质，经验值芳香分和胶质含量达到25%以上才适合生产改性沥青。不然需采用特殊方法如添加助剂剂等解决。3．我国目前采用屋组分分析方法，沥青的五种组分有以下所述的不同特征。（a）沥青质沥青质是深褐色至黑色的无定型物质，沥青质相对密度大于1，不溶于乙醇、石油醚，易溶于苯、氯仿、四氯化碳等熔剂。它是复杂的芳香分物质，有很强的极性，相对分子量在1000～10000范围内，颗粒的粒径为5～30nm。沥青质在沥青中的含量一般为5%～25%，其含量的大小对沥青的流变特性有很大的影响。当沥青中的沥青质含量增加时，沥青稠度提高，软化点上升。所以沥青质的存在，对沥青的黏度、黏结力、温度稳定性都有很大的影响，优质沥青必须含有一定数量的沥青质。（b）胶质胶质也称为树脂或极性芳烃，是半固体或液体状的黄色至褐色的黏稠状物质，具有很强的极性。这一突出的特征使胶质有很好的黏结力。胶质的相对密度为1.0～1.1，相对分子质量在600～1000范围内，其在沥青中的含量为15%～30%。胶质溶于石油醚、汽油、苯等有机溶剂。胶质在沥青中起扩散剂或胶溶剂的作用，它与沥青质的比例在一定程度上决定着沥青的胶体结构特性。胶质赋予沥青可塑性、流动性和黏结性，对沥青的延性、黏结力有很大的影响。（c）芳香分芳香分是深棕色的黏稠液体，由沥青中最低分子量的环烷芳香化合物组成，它是胶溶沥青质的分散介质。芳香分在沥青中占40%～65%，平均分子量为300～600。（d）饱和分饱和分是由直链烃和支链烃组成的，是一种非极性稠状油类，平均分子量为300～600。饱和分在沥青中占5%～20%，对温度较为敏感。芳香分和饱和分都作为油分，在沥青中起润滑和柔软作用。油分愈多，沥青的软化点愈低，针入度愈大，稠度降低。油分经丁酮-苯脱蜡，在-20℃冷冻，会分离出固态的烷烃，即为蜡。（e）蜡分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，它对沥青的性能有较大的影响。在常温下，蜡都以固体形式存在，但随着温度的变化，它对沥青的黏度将产生较大的影响。在低温下，蜡结晶体使沥青的脆性增大，从而导致沥青的低温性和黏性降低，使沥青变硬或变脆，导致路面低温抗裂性能降低，出现裂缝；而在较高温度下，熔融会使沥青的黏度降低，使沥青发软，导致沥青路面高温性能降低，出现车辙、拥包等病害。因此，对于沥青中的含蜡量各国都有严格的限制，我国对用于高等级公路的沥青规定其含蜡量（蒸馏法）不大于2.2%。二、胶体结构沥青质不能溶解于油分中，而树脂与油分可以互溶，沥青是沥青质吸附树脂后形成基团，和分散的树脂为溶质，油分为溶剂形成的胶体结构。1、溶胶型沥青中沥青质含量很少，同时由于树脂作用，沥青质完全胶溶分散在油分介质中，胶体能在分散介质的黏度许可范围内自由运动，这种沥青称为溶胶型沥青。这类沥青具有良好的黏结力，但温度敏感性较强。2、溶-凝胶型沥青中沥青含量适当，并有较多的树脂作为保护物质。胶团之间有一定的吸引力。这类沥青在常温时，在变形的最初阶段，表现为非常明显的弹性效应，在变形增加至一定数值后，则可变为牛顿流动。大多数优质的道路石油沥青都属于溶-凝胶沥青，它具有黏弹性和触变性，也称弹性溶胶。3、凝胶型：沥青中沥青质含量很多，油分与树脂相对较少，胶团浓度相对增加，相互之间靠拢较近，形成不规则的空间网络结构，胶团移动比较困难，这种沥青称为凝胶型沥青。其特点是弹性好，温度敏感性低，而且具有触变现象，低温变形能力差沥青的胶体结构与沥青的路用性能有密切关系。工程中常按沥青的针入度指数PI值来判别沥青的胶体结构类型：PI﹤-2溶胶型结构-2≦PI≦+2溶-凝胶型结构PI﹥+2凝胶型结构第三节沥青的物理性质及技术规范一、物理性质1．粘滞性温度越高，粘度越小，测量不同温度下的粘度值绘制粘温曲线用以决定拌合楼的拌合温度。2．温度时间等效性温度一定延长时间和时间一定增高温度最终沥青状态是相同的。二、技术规范1．SHRP（StrategicHighwayResearchProgram）规范PG（PerformanceGraded）分级、Superpave（美国SHRP沥青混合料配合比设计体系的注册名称，SuperiorPerformingAsphaltPavements的略语）设计。测定一定温度下沥青的应力应变值，如PG70-22等级的沥青指可抵抗路面70度高温零下22度低温。2．针入度规范针入度、针入度指数、延度、软化点、动力粘度、溶解度、密度、含蜡量、闪点。TFOT（沥青的薄膜加热试验，ThinFilmOvenTest）或RTFOT（沥青的旋转薄膜加热试验，RollingThinFilmOvenTest）：质量损失、针入度、延度、软化点。★各指标定义及测定目的：※针入度：在规定温度和时间内，附加一定质量的标准针垂直贯入沥青试样的深度，以0.1mm表示。反映沥青的软硬程度。※针入度指数：一种沥青结合料的温度感应性指标，反映针入度随温度而变化的程度，由不同温度的针入度按规定方法计算得到。※延度：规定形态的沥青试样，在规定温度下以一定速度受拉伸至撕开时的长度，以cm表示。反映沥青抵抗低温开裂能力。※软化点：沥青试样在规定尺寸的金属环内，上置规定尺寸和质量的钢球，放于水或甘油中，以规定的速度加热，至钢球下沉达规定距离时的温度，以℃表示。反映沥青抗高温变形能力。※动力粘度：沥青处于牛顿粘性体的流动状态时，试样内部层与层之间产生的阻力（剪应力）与层间相互离开的速度（剪变率）的比例。反映泵送、拌合难易程度。※离析：反映SBS在沥青中的溶解、稳定状况。※老化：模拟拌合楼的老化。※老化后指标：反映沥青抵抗老化的能力。第四节常用沥青—石油沥青介绍一、石油沥青的概念及分类1．概念石油沥青是由石油原料中经蒸馏提炼出各种轻质油品（汽油、煤油、柴油、润滑油等）后的残留物，再经过加工而得到的产品，是在道路工程中最常用的沥青。2．分类（1）按加工方法a、直馏沥青按馏程分取产品后的残留物，用作沥青的叫直馏沥青，不能用作沥青的叫渣油。温度敏感性差。b、蒸馏沥青将直馏沥青吹入热蒸气以提高粘度，提高温度敏感性。c、氧化沥青在230-280度吹入空气使沥青氧化，最适合路面铺筑。d、裂化沥青蒸馏后的重油高温裂化，易脆裂。（2）按用途a、道路石油沥青重交通道路石油沥青（AH即Heavy-trafficAsphalt）b、建筑石油沥青二、石油沥青的技术标准