沥青材料.pptx

2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨1第四章第四章 沥青材料沥青材料n第一节 石油沥青n第二节 煤沥青 n第三节 乳化沥青n第四节 改性沥青复习复习:水泥混凝土配合比水泥混凝土配合比2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨2第一节 石油沥青n定义：复杂的定义：复杂的C、H化合物，及其非金属化合物，及其非金属n （O、S、N）衍生物所组成的混合物。）衍生物所组成的混合物。特性：粘结性好、塑性好、不透水性好、防腐性特性：粘结性好、塑性好、不透水性好、防腐性 存存在在状状态态：固固态态、半半固固态态、液液态态 （粘粘稠稠路路用用）石油形成的条件：石油形成的条件：要有良好的保存条件要有良好的保存条件不致腐化不致腐化 要有一定的温度（要有一定的温度（50度左右）度左右）热催化作用热催化作用 要有相当长的时间要有相当长的时间1000万年以上。万年以上。概述：2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨3n沥青材料分类：沥青材料分类：按产源及生产工艺分：按产源及生产工艺分：地沥青地沥青 天然地沥青、天然地沥青、石油沥青（蒸馏）石油沥青（蒸馏）焦油沥青焦油沥青 木沥青、木沥青、煤沥青（干馏）煤沥青（干馏）2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨4补充：补充：n石石油油的的精精制制：原原油油中中的的各各种种成成分分，气气化化后后，分分别别会会在在不不同同的的温温度度下下还还原原成成液液体体。炼炼油油厂厂中中将将原原油油加加热热，使使原原油油变变成成蒸蒸汽汽，然然后后逐逐渐渐冷冷却却，按按照照不不同同的的温温度度取取得得不不同的液体，并将它们分开。同的液体，并将它们分开。n 液化石油汽液化石油汽:n 30180（汽油）（汽油）n 170250（飞机燃料）（飞机燃料）2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨5n350以上以上 （重油、沥青）（重油、沥青）n世界原油产量的前五位：世界原油产量的前五位：原苏联、美国、沙特阿拉伯、伊朗、中国原苏联、美国、沙特阿拉伯、伊朗、中国n复习：复习：按自然中获取方式沥青分哪两大类？按自然中获取方式沥青分哪两大类？粘稠石油沥青？存在三种状态？粘稠石油沥青？存在三种状态？稀释的方法？沥青的组分？稀释的方法？沥青的组分？n加热炉加热炉n石油蒸汽石油蒸汽240350（柴油）（柴油）2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨64-1石油沥青石油沥青一、生产工艺概述一、生产工艺概述n定义：原油提取汽油、煤油、柴油后的残渣。定义：原油提取汽油、煤油、柴油后的残渣。n（一）石油基属分类依据：（一）石油基属分类依据：关键馏分特性和关键馏分特性和补充含硫量补充含硫量n1、关键馏分特性分类：、关键馏分特性分类：第一关键馏分第一关键馏分和和第二关键馏分第二关键馏分n第一关键馏分第一关键馏分于常压下蒸得于常压下蒸得:250275(1.01102Kpa)n第二关键馏分第二关键馏分于减压蒸得于减压蒸得 275300(5.33KPa)2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨71、关键馏分特性分类：、关键馏分特性分类：n2、含硫量的分类、含硫量的分类n低硫原油：含硫量低硫原油：含硫量0.5%；n含硫原油：含硫量含硫原油：含硫量0.5%n国内的原油分类命名表国内的原油分类命名表4-3.n最好最好是选用环烷基原油、是选用环烷基原油、其次其次是中间基、是中间基、不选用不选用石蜡基。石蜡基。2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨8（二）生产工艺概述（二）生产工艺概述n路用石油沥青：粘稠石油沥青路用石油沥青：粘稠石油沥青 （包括：快凝、调合、乳化、混合包括：快凝、调合、乳化、混合）n沥青稀释的方法：沥青稀释的方法：加热、稀释、乳化。加热、稀释、乳化。n（三）不同原油基属和生产工艺炼制沥青的性（三）不同原油基属和生产工艺炼制沥青的性状（见书）状（见书）n达到挥发点达到挥发点直馏沥青（直馏沥青（汽化点交错）汽化点交错）n加氧气加氧气氧化（分清楚界线）氧化（分清楚界线）n裂变裂变有用成分。有用成分。2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨9二、石油沥青的组成和结构二、石油沥青的组成和结构n（一一）原原素素组组成成：C、H化化合合物物和和O、S、N衍衍生生物物组组成成的的混混合合物物，此此外外，还还含含有有微微量元素。（不能反应其性质）量元素。（不能反应其性质）n（二）化学组分：（二）化学组分：*采用采用溶解吸附溶解吸附的的方法，分离为化学性质相近和路用性质方法，分离为化学性质相近和路用性质有一定联系的几个组，称之为组分。有一定联系的几个组，称之为组分。（马尔库松）（马尔库松）2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨10n1、三组分分析法：、三组分分析法：n油分、树脂、沥青质油分、树脂、沥青质（硅胶、溶剂）、（硅胶、溶剂）、蜡蜡n油分：淡黄透明的液体油分：淡黄透明的液体流动性流动性 n树脂：红褐色粘稠半固体树脂：红褐色粘稠半固体塑性、粘结性塑性、粘结性n沥沥青青质质：深深褐褐色色固固体体粉粉末末状状微微粒粒温温度度稳稳定性定性2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨11n（三）化学结构（三）化学结构n（四）胶体结构：（四）胶体结构：n1、胶体理论认为：、胶体理论认为：复杂的胶体结构复杂的胶体结构 分散相分散相沥青质沥青质 分散介质分散介质油分油分 树脂裹覆沥青质表面树脂裹覆沥青质表面（胶团）（胶团）沥青质沥青质油分油分树脂树脂2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨12n溶胶型结构：溶胶型结构：沥青质量少，胶团距离远，自由移动。（液）沥青质量少，胶团距离远，自由移动。（液）n溶凝胶型结构溶凝胶型结构：n沥沥青青质质含含量量适适当当，胶胶团团数数量量增增多多，之之间间有有吸吸引引力力。属于粘属于粘弹性体（为塑性体）路用性能好。弹性体（为塑性体）路用性能好。n凝胶型结构：凝胶型结构：n沥沥青青质质含含量量很很高高，胶胶团团形形成成空空间间网网络络，吸吸引引力力大大，属于粘属于粘弹性体，特点感温性好，低温变形差。弹性体，特点感温性好，低温变形差。n2、分类、分类2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨13n4、沥青的沥青的老化老化及组分的及组分的转化转化n“老老化化”：沥沥青青在在大大气气的的作作用用下下，由由于于阳阳光光、空空气气，使使之之化化学学分分子子产产生生氧氧化化、缩合，缩合，组分和结构的转化称为老化。组分和结构的转化称为老化。n沥青组分的转化：沥青组分的转化：组分从组分从油分油分树脂树脂沥青脂沥青脂；n 胶胶体体结结构构从从溶溶胶胶型型溶溶凝凝胶胶型型凝凝胶胶型这个转化过程。型这个转化过程。n3、胶体结构类型判定、胶体结构类型判定 针入度指数针入度指数P121表表4-2（计算比较）（计算比较）2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨14组分的转化：组分的转化：沥青组分的转化（老化）是沥青组分的转化（老化）是必然的，故使用寿命比砼路面短。必然的，故使用寿命比砼路面短。这是沥青的主要缺点这是沥青的主要缺点之一之一。2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨15三、石油沥青的技术性质三、石油沥青的技术性质n补充：补充：沥青的基本性质及技术指标：沥青的基本性质及技术指标：n 粘结性粘结性针入度（液态：粘滞度）针入度（液态：粘滞度）n 塑性塑性延度延度n 热稳性热稳性软化点和脆点的间隔。软化点和脆点的间隔。n绝对粘度绝对粘度用绝对单位粘度计测用绝对单位粘度计测 条件粘度条件粘度经验方法确定，经验方法确定，（用经验单位粘度仪测）（用经验单位粘度仪测）n 方方法法：流流出出型型粘粘度度仪仪、针针入入度度仪仪、软软化化点点（相对粘度相对粘度）2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨16n（一）粘滞性（粘性）（一）粘滞性（粘性）n 1、粘度表达方式：粘度表达方式：n牛顿流型牛顿流型沥青的表达方式：沥青的表达方式：沥青在高温条件下，可视为牛顿液体。沥青在高温条件下，可视为牛顿液体。n 测测动动力力粘粘度度认认为为剪剪应应力力与与剪剪应应变变率率的的流流变变曲线是直线曲线是直线n非非牛牛顿顿流流型型沥沥青青的的表表达达方方式式：复复杂杂的的胶胶体体，只只有有在在高高温温时时（加加热热至至施施工工温温度度时时）才才接接近近牛牛顿顿液液体体，路路面面使使用用温温度度时时，表表现现为为粘粘弹弹性性体体，故故在在不不同同的的剪剪变变率率时时表表现现出出不不同同的的粘粘度度。即即剪剪应应力与剪力与剪 变率并非线性关系。变率并非线性关系。2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨17n2、沥青粘度的测定方法、沥青粘度的测定方法n*两类：两类：绝对粘度：绝对粘度：三态三态流动流动绝对绝对 单位粘度计单位粘度计 相对粘度：相对粘度：条件粘度条件粘度经验方法经验方法n1）绝对粘度的测定方法）绝对粘度的测定方法（运动粘度）（运动粘度）毛毛细细管管法法：（运运动动粘粘度度）135 流流经经规规定定体体积，所需时间（积，所需时间（毛细管粘度仪毛细管粘度仪）真空减压毛细管法（动力粘度）真空减压毛细管法（动力粘度）外力外力 在在真真空空装装置置内内，在在60，流流经经规规定定体体积积所所需要的时间。需要的时间。n 三态统一：三态统一：用时间多则稀用时间多则稀时间少时间少粘结力小；粘结力小；用时间少则稠用时间少则稠时间多时间多粘结力大。粘结力大。2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨182）条件粘度测定）条件粘度测定n标准粘度计法（标准粘度计法（液态液态）n仪器：标准粘度计仪器：标准粘度计n试验条件：试验条件：CT,d表示表示 n（温度温度 流孔流孔 50ML 时间时间）n例：例：C60,5=120S C25,5=15S（流出：（流出：50ml）n在在规规定定温温度度条条件件下下，通通过过规规定定的的流流孔孔直直径径，流流出出50ml体积，所需要的时间（体积，所需要的时间（S）。）。n总结：流出时间愈长，表示沥青粘度愈大。总结：流出时间愈长，表示沥青粘度愈大。2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨19nP25,100,5S=35（0.1mm）P46.1,50g,5s 单位：单位：1=1/10n总总结结：粘粘稠稠沥沥青青针针入入度度值值愈愈大大，表表示示沥沥青青愈愈软，粘结性差；标号高；软，粘结性差；标号高；针针入入度度值值是是沥沥青青标标号号划划分分的的主主要要依依据据，针针入入度度大，标号大。大，标号大。在南方沥青针入度值宜选偏低标号，稳定性好。在南方沥青针入度值宜选偏低标号，稳定性好。n针针入入度度法法（粘粘稠）常用条件：稠）常用条件：2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨20（二）塑性（二）塑性（“8”字试模）字试模）n1、延性：延性：规定条件下，沥青拉断的长度。规定条件下，沥青拉断的长度。试验条件：试验条件：25，V=50.25/min(分钟分钟)小结：延度大，塑性好。小结：延度大，塑性好。P119图图4-6 2、脆脆点点：脆脆点点仪仪：冷冷却却弯弯曲曲产产生生断断裂裂（薄模）（薄模）P120图图4-8小结三大指标：小结三大指标：沥青标号大，针入度沥青标号大，针入度 ，粘性，粘性 ，延度延度 ，塑性，塑性 ；软化点软化点 ，温度稳定性温度稳定性 ；抗老化抗老化 。2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨21小结三大指标：小结三大指标：沥青标号大，针入度沥青标号大，针入度 大大，粘性，粘性 差差 延度延度 大大，塑性，塑性 好好；软化点软化点 低低，温度稳定性，温度稳定性 小小；抗老化抗老化 好好。沥青标号沥青标号是根据针入度是根据针入度 的平均值划分的；的平均值划分的；是根据三大指标是根据三大指标 确定的。确定的。2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨22（三）温度稳定性（三）温度稳定性n软化点和脆点软化点和脆点n定义：定义：沥青进行加热，沥青进行加热，产生流淌时的温度。产生流淌时的温度。试验：沥青试样逐渐软化，试验：沥青试样逐渐软化，直至沥青接触下底板的温度。直至沥青接触下底板的温度。n小结：软化点高，热稳性好；小结：软化点高，热稳性好；n 沥沥青青在在软软化化点点时时的的粘粘度度相相当当于于针针入入度度值值800（1/10），故故计计为为软软化化点点是是人人为为的的“等粘温度等粘温度”软化点试验仪软化点试验仪2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨23复习：复习：n 沥青的胶体类型沥青的胶体类型n 试述沥青的老化和转化是必然的？试述沥青的老化和转化是必然的？n 粘滞度的测定方法有哪两种？粘滞度的测定方法有哪两种？n 针入指标是根据什么来划分的？针入指标是根据什么来划分的？n 粘粘稠稠石石油油沥沥青青的的标标号号是是根根据据什什么么来来确确定定的的？n 写出流出性粘度符号并说出其意义？写出流出性粘度符号并说出其意义？n 粘粘稠稠石石油油沥沥青青的的三三大大指指标标？并并说说出出其其之之间间的关系？的关系？2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨24某粘稠石油沥青，沥青标号小，针入度某粘稠石油沥青，沥青标号小，针入度_，粘粘性性_；延延度度_，塑塑性性_；软软化化点点_，温度稳定性，温度稳定性_抗老化抗老化_。写出石油沥青稀释的方式？写出石油沥青稀释的方式？写出针入度、延度、粘化点试验的流程。写出针入度、延度、粘化点试验的流程。试试述述道道路路石石油油沥沥青青110号号和和50号号三三大大指指标标间间的的关系？在南方宜选用何种为什么？关系？在南方宜选用何种为什么？重重交交通通道道路路石石油油沥沥青青的的标标号号，是是根根据据什什么么来来划划分的？分的？沥青的组分？沥青的组分？2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨252024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨26（三）温度稳定性（三）温度稳定性 3、针入度指数法针入度指数法（简称（简称PI）:评价沥青感温性指标评价沥青感温性指标n 分析二者关系图分析二者关系图4-10-a)公式公式n（1）基本公式：标准试验条件对应的（两点）基本公式：标准试验条件对应的（两点）n 横坐标横坐标25、TR&Bn 纵坐标纵坐标针入度指数对数针入度指数对数n LgP25、Lg800nLg800绝对粘度绝对粘度，假定，假定在软化点时的温度为在软化点时的温度为TR&B时时的针入度值为的针入度值为800（1/10）。）。2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨272024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨28n（2）按针入度指数（）按针入度指数（PI）将沥青划分为）将沥青划分为三种胶体见表三种胶体见表4-2。通常：在通常：在PI=-1+1之间，之间，PI值大，沥青的感温性能低。值大，沥青的感温性能低。2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨29小结：小结：n根根据据针针入入度度和和针针入入度度指指数数可可知知某某沥沥青青的的软化点软化点 根根据据针针入入度度和和某某沥沥青青的的软软化化点点可可知知针针入入度指数即知胶体结构。度指数即知胶体结构。n通通常常：PI=-1+1之之间间，PI值值大大，沥沥青的感温性能低。温度稳定性好。青的感温性能低。温度稳定性好。n（溶凝胶：（溶凝胶：-2PI+2）2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨30第三节第三节 乳化沥青乳化沥青n（一）（一）组成材料组成材料n1、沥青：标号高易形成乳液，沥青：标号高易形成乳液，n2、乳化剂：不同形成乳化剂：不同形成 W/O 、O/Wn阳离子乳化剂较阴离子乳化剂好。阳离子乳化剂较阴离子乳化剂好。（路用性能好）（路用性能好）n3、稳定剂：增加稠度（有机、无机）稳定剂：增加稠度（有机、无机）n4、水：不含其它杂质水：不含其它杂质2024/4/7 周日道路建筑材料 姚昱晨31作业n见道路建筑材料习题集nP12填空题-3nP13问答题-3