第5章 沥青材料
(2)树脂
为黄色至黑褐色粘稠状物质,分子量600~
1000,密度为1.0~1.1g/cm3。树脂中绝大部 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,它赋予沥青以良好的 粘结性、塑性和可流动性。
树脂含量增加,石油沥青的延度和粘结力等
品质愈好。
(3)沥青质 沥青质为深褐色至黑色固态来自定形物质(固第 5 章
沥青材料
第一节
1 石油沥青
沥青
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 极其复杂的混合物。是由石油原油经分馏出 各种轻质油(如汽油、柴油等)及润滑油以
后的残留物经加工而成的产品。
1.1 石油沥青的化学组分
将沥青中化学成分及性质极为接近,并且与
地区应用的沥青应考虑沥青的脆点。
沥青的软化点愈高,脆点愈低,则沥青的
温度敏感性越小。
(4)大气稳定性
石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气
因素的长期综合作用下抵抗老化的性能, 称为大气稳定性。也是沥青材料的耐久性。 在大气因素的综合作用下,沥青中各组分 会发生不断递变,低分子化合物将逐步转 变成高分子物质,即油分和树脂逐渐减少, 而沥青质逐渐增多。石油沥青随着时间的 进展,流动性和塑性将逐渐减小,硬脆性 逐渐增大,直至脆裂。这个过程称为石油 沥青的“老化”。所以大气稳定性即为沥 青抵抗老化的性能。
(1)溶胶结构
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
凝胶结构沥青质含量很多,胶团间有引力形成
立体网状结构,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。
球(直径9.53mm,质量3.5g),浸入水或
甘油中,以规定的速度升温(5℃/min),
当沥青软化下垂至规定距离(25.4mm)时
的温度即为其软化点,以摄氏度(℃)计。
另外,沥青的脆点是反映温度敏感性的另
一个指标,它是指沥青从高弹态转到玻璃
态过程中的某一规定状态的相应温度,该
指标主要反映沥青的低温变形能力。寒冷
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“化学组分”。
沥青中各组分的主要特性(三组分法) (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、44 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。
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。
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 脂能浸润沥青质,并在沥青质的超细颗粒 表面形成树脂薄膜。 石油沥青的结构是以沥青质为核心,周围 吸附部分树脂和油分的互溶物形成胶团, 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。
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
计算。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。
粘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“CdtT”表 示粘度,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℃。
(3)温度敏感性
温度敏感性是指粘滞性和塑性随温度升降而变化
的性能。由于沥青是一种高分子非晶态热塑性物
质,故没有一定的熔点。
沥青的粘滞性和塑性随温度变化而变化。 石油沥 青中地沥青质含量较多时,其温度敏感性较小。 在工程中使用时往往加入滑石粉、石灰石粉等矿 物填料,以减小其温度敏感性。沥青中含蜡量较 多时,则会产生温度较高(60℃左右)时发生流
淌,在温度较低时又易变硬开裂。
温度敏感性以软化点表示。
由于沥青材料从固态至液态有一定的变态
间隔,故规定以其中某一状态作为从固态
转变到粘流态的起点,相应的温度则称为
沥青的软化点。
沥青软化点一般采用环球法测定:
把沥青试样装入规定尺寸(直径15.88mm,
高6mm)的铜环内,试样上放置一标准钢
(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。(P142 图4-10)
体粉末),分子量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。
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。
石油沥青中还含2~3%的沥青碳和似碳物,是石
(3)溶——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。
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,故工程中常用条件粘度来表示 粘滞性。 对粘稠(半固体或固体)石油沥青用针入 度表示,对液体石油沥青则用粘滞度表示。