第二講-1 道路石油瀝青技術(shù)性能

1、第二講 道路石油瀝青 技術(shù)性能,長(zhǎng)安大學(xué) 彭波,國(guó)際上，根據(jù)原油API值，可分為: 輕油（API≧33.4）; 中油（API33.3-28.5）; 重油（API28.5-24.7）; 稠油（API＜24.7）。,一、瀝青分類（基質(zhì)瀝青 ）,湖瀝青（地中溢出，呈湖狀）,,,地瀝青,,1.產(chǎn)源,天然瀝青：（石油滲出地表經(jīng)長(zhǎng)期暴露和蒸發(fā)后的殘留物）,（特立尼達(dá)湖瀝青 ：西印度群島島

2、國(guó)特立尼達(dá)和多巴哥的著名露天瀝青礦，面積約36公頃，深達(dá)90米，1595年被發(fā)現(xiàn)，1870年開始開采。）,巖瀝青：巖縫中瀝青,石油瀝青：石油直餾產(chǎn)品,石油 瀝青,,加工,工藝,焦油（煤）瀝青：煤（木材、頁(yè)巖）→（干餾）焦油，焦油蒸餾后殘留在蒸餾釜內(nèi)的黑色物質(zhì)。含苯，劇毒，但粘附性好。,,,特立尼達(dá)湖瀝青質(zhì)量技術(shù)要求 表4.6.4-1,石油瀝青、煤瀝青鑒別：,,,2．加工工藝：,●直鎦瀝青：減壓蒸餾，含輕組

3、分，●溶劑脫瀝青：溶劑沉淀法，常用丙烷（丙烷脫瀝青），質(zhì)量不穩(wěn)定；常溫半固態(tài)●稀釋瀝青：透層油，110#或130#瀝青滲柴油或煤油，30:70 40:60 0.6kg/m2 ●乳化瀝青：乳化劑；（瀝青中加水使瀝青粘度變小）乳化劑（肥皂 洗衣粉）40:60 ●氧化瀝青：吹氧工藝，硬（常溫，半固態(tài)），高粘度；,●泡沫瀝青：,通過向熱瀝青中加入一定量的經(jīng)過精確計(jì)量的冷水(通常為瀝青質(zhì)量的1％～2％)而制成的。當(dāng)注

4、入的冷水遇到熱的瀝青時(shí)，瀝青體積發(fā)生膨脹，因而會(huì)產(chǎn)生大量的泡沫，表面活性進(jìn)一步增強(qiáng)。對(duì)于粘度值較大或高等級(jí)的瀝青，通常需要加入一定的壓力，促進(jìn)泡沫的生成。在發(fā)泡的過程中，瀝青的粘度顯著降低，使之能與高速攪拌狀態(tài)下的冷濕集料具有很好的裹覆性能，而且這種裹覆作用在常溫下只針對(duì)集料中的細(xì)集料，通過裹覆細(xì)料形成高粘度的瀝青膠漿，并在壓實(shí)作用下粘結(jié)粗集料形成強(qiáng)度，增加了混合料的粘聚性。 泡沫瀝青產(chǎn)生的過程中并沒有化學(xué)反應(yīng)，所以不改變?yōu)r

5、青本身的各種物理性質(zhì)，僅是利用汽化階段使瀝青的表面積大量增加，體,積大大膨脹，粘度暫時(shí)降低的有利條件，增加瀝青同礦料的裹覆面，改善瀝青與礦料拌和的和易性，減少瀝青混合料中自由瀝青的厚度，從而節(jié)省瀝青用量。 評(píng)價(jià)瀝青發(fā)泡效果的兩個(gè)參數(shù)是膨脹率和半縮期。膨脹率是指瀝青與水拌和發(fā)泡后達(dá)到的最大體積與瀝青未發(fā)泡前體積的比值；半縮期是指白發(fā)泡的最大體積為準(zhǔn)起算，至體積縮減至一半所經(jīng)過的時(shí)間。膨脹率越大，泡沫瀝青與集料的接觸就越充分，拌

6、制的泡沫瀝青混合料質(zhì)量就越好。半縮期越長(zhǎng)，泡沫越不容易縮減，從而可與集料有較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行拌和。提高泡沫瀝青混合料的質(zhì)量。所以生產(chǎn)泡沫瀝青的關(guān)鍵在于控制使用準(zhǔn)確的用水量及獲得最佳的膨脹率。,,泡沫瀝青是一種新的瀝青混合料冷拌技術(shù)．將其用于道路冷再生工程，不僅可以解決傳統(tǒng)道路維修價(jià)格高、浪費(fèi)資源和污染環(huán)境等問題，而且可以充分利用舊有材料，具有節(jié)省能源、不產(chǎn)生污染等環(huán)保優(yōu)勢(shì)，是經(jīng)濟(jì)效益較高的路面修復(fù)技術(shù)。,化學(xué)改性：穩(wěn)定性好，工藝難度大●改

7、性瀝青： 物理改性：穩(wěn)定性差，工藝難度小，聚合物較多,,SBS SBR PE(EVA),,3．用途 ●道路瀝青占80%現(xiàn)行●建筑瀝青：（防水層）30#以下●水工瀝青（水下）：大壩●電纜瀝青；防水防潮瀝青（水上）●防腐瀝青，絕緣瀝青,電池封口 ,碳纖維，舊橋加固等。,二、瀝青加工：1．直餾瀝青：常壓渣油（原油）——減壓渣油 含輕組分內(nèi)，性質(zhì)較差氧化2．氧化瀝

8、青：1 即是3. 丙烷脫瀝青 將2,三、我國(guó)瀝青廠家： 1、中國(guó)石油化工總公司： 茂名石化，鎮(zhèn)海石化，齊魯石化，廣州石化 2、中國(guó)石油天然氣總公司：遼河石化，蘭煉，克拉瑪依，勝利煉油廠，獨(dú)山子煉油廠 3、中國(guó)海洋石油總公司：中海36-1：盤錦石化，山東濱州集團(tuán)，江蘇泰州，青島廣源發(fā)，四州瀘州 4、中石油燃料公司：江陰興府瀝青廠，秦皇島瀝青廠，廣州中油高富瀝青廠

9、 5、地方廠,,四、石油基屬 1、按關(guān)鍵餾分劃分常壓下250℃～70℃進(jìn)行劃分——第一關(guān)鍵餾分5.33Hpa下，270～300℃——第二關(guān)鍵餾分石蠟基、中間基、環(huán)烷基（根據(jù)密度） 2、按硫的含量：S（高溫性好，低溫性差） S≤0.5% 低硫原油 ， S≥0.5%高硫原油 3、原油選擇原則（工藝改性）：環(huán)烷基、低硫 性能好,五、瀝青組成：

10、1、瀝青的元素組成C、H、N、S、O重組分中 極性體中：片狀 另有金屬：Ni、Ca、Fe、Na、Mg（催化 劑、脫鹽）,,瀝青的元素組成,極性體↗ ，片狀大分子↗ ，自由度↗ ，延度、針入度 ↙,,2、組分：分成與路用性能相關(guān)的一類； 根據(jù)溶解性、吸附性、物理化學(xué)性質(zhì)相似的一類；選擇吸附—色層分析法，化學(xué)沉淀法；

11、 1）馬爾庫(kù)松——?？寺荷珜臃治龇?軟瀝青質(zhì)、瀝青質(zhì) 2) 哈巴爾潔——斯坦菲爾德 油分、瀝青質(zhì)、樹脂 3）科爾貝特： 飽和分、環(huán)烷芳香分、瀝青質(zhì) 、極好芳 香分 4）羅斯特勒——斯特恩貝格： 鏈烷分，第二酸性分、第一酸性分、氮基、瀝青質(zhì) 5）我國(guó)四組分法

12、：,,●飽和分、芳香分：H/C原子比為2左右，平均分子量為300~600，在瀝青中占5%~20%，又可分輕、中、重芳，溶于苯、石油醚。 在瀝青中占5%~20%，對(duì)溫度較為敏感。 芳香分和飽和分都作為油分，在瀝青中起著潤(rùn)滑和柔軟作用。 油分含量愈多，瀝青的軟化點(diǎn)愈低，針入度愈大，稠度愈低。 油分經(jīng)丁酮-苯脫蠟，在-20℃冷凍，會(huì)分離出固態(tài)的烷烴，即為蠟?！衲z質(zhì)：膠質(zhì)比重為1.0~1.08，分

13、子量在600~1000范圍內(nèi)，在瀝青中含量為15%~30%。膠質(zhì)溶于石油醚、汽油、苯等有機(jī)溶劑。 膠質(zhì)是瀝青的擴(kuò)散劑或膠溶劑，膠質(zhì)與瀝青質(zhì)的比例在一定程度上決定瀝青是溶膠或是凝膠的特性。 極性高于芳香分，對(duì)瀝青流動(dòng)性、粘度、粘結(jié)力的影響，溶于兩種分。,,●瀝青質(zhì)：黑色，黑褐色，密度＞1.0 分子量＞1000，溶于膠質(zhì)。 瀝青質(zhì)在瀝青中的含量一般為5%~25%，其含量的多少對(duì)瀝青的流變特性有很大的

14、影響。瀝青是膠質(zhì)包裹瀝青質(zhì)而成膠團(tuán)懸浮在油分之中形成的膠體溶液。這樣，瀝青質(zhì)含量多少對(duì)膠體體系的性質(zhì)有很大的影響。 我國(guó)有些瀝青如大慶瀝青、任丘瀝青中的瀝青質(zhì)含量很低幾乎都在1%以下，這是國(guó)產(chǎn)瀝青的重要特征。 當(dāng)瀝青中的瀝青質(zhì)含量增加時(shí)，瀝青稠度提高、軟化點(diǎn)上升。 日本飯島博通過對(duì)20多種瀝青的研究，發(fā)現(xiàn)瀝青的軟化點(diǎn)TR&B與各組分含量之間成如下關(guān)系： TR&B=1.19

15、X-0.671Y-0.682Z-0.00838W+83.6式中，X，Y，Z，W分別為瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、芳香分與飽和分的含量。 瀝青質(zhì)大，粘→脆 改變感溫性,,幾種國(guó)產(chǎn)瀝青的化學(xué)組分（%）,,3．膠體結(jié)構(gòu)： 組成、性能、路用性能、適用地區(qū) 膠體結(jié)構(gòu)判斷 溶膠型PI值：PI＜-2：地瀝青質(zhì)含量較少，膠團(tuán)間完全沒有引力或引力很小，在外力作用下隨時(shí)間發(fā)展的變形特性與粘性液體一樣。直餾瀝青的結(jié)構(gòu)多為

16、溶膠結(jié)構(gòu)。 凝膠型PI值：PI＞+2：凝膠結(jié)構(gòu)地瀝青質(zhì)含量很多，膠團(tuán)間有引力形成立體網(wǎng)狀，地瀝青質(zhì)分散在網(wǎng)格之間，在外力作用下彈性效應(yīng)明顯。氧化瀝青多屬于凝膠結(jié)構(gòu)。 溶凝膠型-2＜PI＜2：溶一凝膠結(jié)構(gòu)介于溶膠與凝膠之間，并有較多的樹脂，膠團(tuán)間有一定吸引力，在常溫下受力變形的最初階段呈現(xiàn)出明顯的彈性效應(yīng)，當(dāng)變形增加到一定數(shù)值后，則變?yōu)橛凶枘岬恼承粤鲃?dòng)。大部分優(yōu)質(zhì)道路瀝青均配成溶～凝膠型結(jié)構(gòu)，具有粘彈性

17、和觸變性，故亦稱彈性溶膠。,,路用性能較好： PI（-1～+1）之間較為宜,,a、溶膠型結(jié)構(gòu)　 b、溶－凝膠型結(jié)構(gòu)　c、凝膠型結(jié)構(gòu),4．瀝青健康安全性（苯酚） 致癌 苯含量：0.1~27μg/g 毒性比汽油略小5．石油瀝青化學(xué)組成 炭·氫——烴 組分分析：瀝青質(zhì)：黑色，黑褐色，密度＞1.0 分子 量＞

18、1000 瀝青質(zhì)大，粘→脆 改善感溫性 膠 質(zhì)：介于油分和瀝青質(zhì)之間，密度接 近1.0，分子量500-1000 飽和芬、芳香芬,,6．蠟 蠟的化學(xué)組成以純正構(gòu)烷烴或其熔

19、點(diǎn)接近純正構(gòu)烷烴的其他烴類為主。 蠟有石蠟和地蠟之分，地臘是微晶蠟，瀝青中的蠟主要是地蠟。在常溫下，蠟都以固體形成存在，蠟對(duì)瀝青的性能有較大的影響。 （1）對(duì)瀝青流變性的影響在瀝青中，蠟主要溶解在油分中，當(dāng)它以溶解狀態(tài)存在時(shí)，則會(huì)降低分散相的粘度，這是蠟在液體狀態(tài)時(shí)瀝青粘度降低，僅10~30厘泊；當(dāng)蠟以結(jié)晶狀態(tài)存在時(shí)，則會(huì)使瀝青具有屈服應(yīng)力的結(jié)構(gòu)；如果以松散粒子存在，就類似于瀝青中加入礦粉而使瀝青的粘度增加。瀝青中

20、蠟含量增加，會(huì)使瀝青在常溫下的粘度增大；而當(dāng)接近石蠟融化溫度（50℃）時(shí)，蠟含量增加，反而使瀝青的粘度降低。因此，蠟含量高的瀝青溫度敏感性強(qiáng)。,,（2）對(duì)瀝青低溫性能的影響 低溫下高含蠟量瀝青結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)增加了瀝青剛性，表現(xiàn)出較高的彈性和粘性，隨著蠟含量的增加，瀝青的脆性也增大。 （3）對(duì)瀝青界面性質(zhì)的影響 當(dāng)瀝青與石料接觸時(shí)，蠟的存在會(huì)降低瀝青對(duì)石料界面的粘附。同時(shí)，蠟會(huì)集中在瀝青的表面使瀝青失去光澤，

21、并影響瀝青路面的磨阻性能。 （4）對(duì)瀝青膠體結(jié)構(gòu)的影響 蠟的結(jié)晶網(wǎng)格會(huì)促使瀝青向凝膠型膠體結(jié)構(gòu)發(fā)展，但膠體系統(tǒng)不穩(wěn)定而具有明顯的觸變性。 含蠟量對(duì)瀝青及瀝青混合料的性質(zhì)有重要影響。單－70瀝青由于含蠟量較高（4.11%）；含蠟量從3.6%增大到3.96%，針入度從61提高到86，軟化點(diǎn)急劇下降，延度則隨含蠟量增加而不斷變小。 它說明總蠟含量約在3.5%左右時(shí)，瀝青性質(zhì)會(huì)發(fā)生劇變。,,但

22、含蠟量大于3%時(shí)15℃延度就急劇下降。,六、石油瀝青的物理性質(zhì) ① 相對(duì)密度：g/m3水 與瀝青中含直鏈烴、環(huán)烷烴含量有關(guān)；與含S量； 與瀝青油源，石蠟基；與生產(chǎn)工藝有關(guān)；（氧化 的大分子多，直餾反之）質(zhì)量好壞 一般＞1.0， 瀝青質(zhì)↗ 密度↗ ② 熱脹系數(shù)：瀝青密度隨溫度 而 （膨脹）在不

23、 同溫度，系數(shù)不同 ③ 導(dǎo)熱系數(shù)：與油源，加工工藝有關(guān)針入度系數(shù) ④介電常數(shù)：抗滑性、耐老化性有關(guān) ⑤酸值： ⑥表面強(qiáng)度：測(cè)試方法,,七、石油瀝青的技術(shù)性能 粘滯性：粘度 延性（度）：

24、 粘附性： 安全性：閃點(diǎn)、燃點(diǎn) 感溫性：針入度指數(shù)（感時(shí)性）— —蠕變、松弛 流變性： 耐久性：老化特性,,（一

25、）粘滯性（粘度）：,,1 、條件粘度法：針入度、軟入點(diǎn)●針入度,,⑴針入度評(píng)價(jià)瀝青優(yōu)缺點(diǎn)：●可以反映常溫下瀝青的性質(zhì) BTDC（Bitumen Test Date Chart）㏒P=AT+K①針入度—溫度感應(yīng)性系數(shù)A 三溫度回歸（15，25，30℃） R=0.998，以 P、T解A、K， T1.2：當(dāng)量脆點(diǎn)，當(dāng)針入度為1.2時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度，T1.2=(0.0792-K)/A T800：當(dāng)量

26、軟化點(diǎn)，當(dāng)針入度為800時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度，T800=(2.9031-K)/A,,,②PI——針入度指數(shù)對(duì) 思考：PI范圍？③方法簡(jiǎn)易,,,,,,,⑵不足：只能評(píng)價(jià)瀝青溫下性能，不能代表使用 溫度下的性能； 對(duì)A、 PI有一定人為性，實(shí)驗(yàn)誤差大。A受三溫度選點(diǎn)影響大； ① 與樣本容量有關(guān)（受影響）

27、②PI為某一溫度范圍內(nèi)情況更寬范圍無(wú)法反映 ③ 對(duì)不同溫度段計(jì)標(biāo)其PI值時(shí)，不一樣 ④ PI與A有一定關(guān)系，并不能直接判別其敏感性 ⑤ 某一溫度下A值稍變化，→PI變化較大→處于 臨界時(shí)對(duì)判斷有誤（重復(fù)性、在異性誤差）→ 同環(huán)境下，異環(huán)境下試驗(yàn),,PI缺陷,,,,,,,,圖 粘度與針入度的關(guān)系,思考： 由于25℃時(shí)的針入度與瀝青在路面中

28、的使用性能和施工的要求沒有直接聯(lián)系，從1975年起，在美國(guó)改按與使用性能有關(guān)的60℃時(shí)的絕對(duì)粘度和與施工要求有關(guān)的135℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度來劃分粘稠瀝青的等級(jí)。,,,●軟化點(diǎn),,,,注意：水溫5℃，升溫速度 對(duì)瀝青高溫性能的反應(yīng)程度？,,研究認(rèn)為：多種瀝青在軟化點(diǎn)時(shí)的粘度約為1200Pa·s或相當(dāng)于針入度值為800（0.1mm）。軟化點(diǎn)試驗(yàn)實(shí)際上是測(cè)量瀝青在一定外力（鋼球）作用下開始產(chǎn)生流動(dòng)并達(dá)到一定變形時(shí)的溫度，可以認(rèn)為軟

29、化點(diǎn)是一種人為的“等粘溫度”。 由此可見，針入度是在規(guī)定溫度下測(cè)定瀝青的條件粘度，而軟化點(diǎn)則是瀝青達(dá)到規(guī)定條件粘度時(shí)的溫度。所以軟化點(diǎn)既是反映瀝青材料熱穩(wěn)定性的一個(gè)指標(biāo)，也是瀝青條件粘度的一種量度。,,2絕對(duì)粘度法：運(yùn)動(dòng)粘度,,,●毛細(xì)管法 毛細(xì)管法是測(cè)定瀝青運(yùn)動(dòng)粘度的一種方法（JTJ 052 T 0619——1993）該法是瀝青試樣在嚴(yán)密控溫條件下，于規(guī)定溫度（通常為135℃），通過選定型號(hào)的毛細(xì)管粘度計(jì)（

30、通常采用的有坎-芬式，如圖2-8），流經(jīng)規(guī)定體積所需的時(shí)間（以s計(jì)），按式（2-7）計(jì)算運(yùn)動(dòng)粘度。 （2－6） 式中：VT——在溫度T℃時(shí)測(cè)定的瀝青運(yùn)動(dòng) 粘度，mm2/s； c——粘度計(jì)標(biāo)定常數(shù)mm2/s2； t——瀝青

31、流經(jīng)規(guī)定體積所需時(shí)間，s。,,,,,,,,,,,,布洛克菲爾德法（Brookfield）,美國(guó)戰(zhàn)略公路研究計(jì)劃（SHRP）在瀝青結(jié)合料路用性能規(guī)范中采用布洛克菲爾德法（Brookfield）粘度計(jì)測(cè)量道路瀝青在45℃以上溫度范圍內(nèi)的表觀粘度，以帕?秒（Pa?s）計(jì)，可以看成簡(jiǎn)化的雙筒旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，見圖2-10。該法適用于測(cè)定牛頓流體或非牛頓流體的剪應(yīng)力與剪應(yīng)變之比。,材料的粘度測(cè)試與流動(dòng)狀態(tài)有關(guān),泊肅葉運(yùn)動(dòng)——毛細(xì)管粘度計(jì) 狹縫中出現(xiàn)

32、簡(jiǎn)單剪切運(yùn)動(dòng)——滑板式 同軸環(huán)中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)——布洛克菲爾德法 平板之間扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)——平板圓盤式（圓錐平板式）,多種瀝青粘度,,國(guó)外的一些試驗(yàn)路段表明，用同一針入度級(jí)瀝青時(shí)，用高粘度瀝青的瀝青面層的裂縫明顯少于用低粘度瀝青的面層。,（二）延度——延性（低溫抗裂）,溫度：15℃ 10℃ 5℃ 溫度與實(shí)際的對(duì)應(yīng)性？拉伸速率：5cm/min 微膜狀態(tài)7～14μm與試驗(yàn)中8字模是否有可對(duì)應(yīng)性？,,,研究表明，當(dāng)瀝青化

33、學(xué)組分的不協(xié)調(diào)，膠體結(jié)構(gòu)的不均勻，含蠟量的增加時(shí)，都會(huì)使瀝青的延度值相對(duì)降低。 有的研究指出，瀝青的延度試驗(yàn)與路面瀝青的拉伸狀態(tài)不符，延度試驗(yàn)試件尺寸太大，路面中的瀝青為薄膜狀態(tài)，曾設(shè)想采用“微延度”試驗(yàn)，但未能成功。,測(cè)力延度試驗(yàn),瀝青材料在較低溫度下表現(xiàn)為良好的柔韌性還是脆性是瀝青低溫性能的重要標(biāo)志。測(cè)力延度試驗(yàn)是一種簡(jiǎn)單易行的試驗(yàn)方法，只要在延度試驗(yàn)時(shí)加一只測(cè)力傳感器并接上記錄儀即可。瀝青改性前后在測(cè)力延

34、度試驗(yàn)中有不同的表現(xiàn)，如圖2所示。,,在較低溫度下，SBS改性瀝青并不脆硬，拉伸的線很粗，而且其顯著特點(diǎn)是拉伸曲線逐漸向上移動(dòng)，這說明在拉伸過程中，其拉伸的線可以承受很大的拉應(yīng)力而不斷裂，這充分顯示出在較低溫度下SBS改性瀝青具有很好的粘韌性。,圖 改性瀝青的測(cè)力延度試驗(yàn),（三）粘附性,粘附性是指與集料表面的附著性能。水損害破壞？瀝青裹覆集料后的抗剝性，不僅與瀝青的性質(zhì)有關(guān)，而且與集料的性質(zhì)、混合料性質(zhì)和環(huán)境條件有關(guān)。表給出了一些

35、影響瀝青與集料粘附性的主要因素。,瀝青與集料粘附性的影響因素,影響條件,① 集料 堿值判定石料的酸堿性。 測(cè)定石料堿值的方法。具體試驗(yàn)方法是采用分析純的碳酸鈣含量為標(biāo)準(zhǔn)，先配制濃度約為0.25mol/L的硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，并用精密酸度計(jì)測(cè)定硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的氫離子濃度，將石料試樣清洗烘干，破碎研磨成小于0.075mm的石粉，置于圓底燒瓶中，加入一定量的硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，放入130℃的油浴鍋中回流30min，冷卻后用精密酸度計(jì)

36、插入上層清液中，測(cè)定清液的氫離子濃度，并由式計(jì)算石料的堿值。,式中： ——硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的氫離子濃度；,——檢測(cè)石料與硫酸反應(yīng)后清液的氫離子濃度；,——純碳酸鈣與硫酸反應(yīng)后清液的氫離子濃度。,上述方法測(cè)定的幾種代表性石料的堿值。,幾種代表性石料堿值,由表中可以看到，石灰?guī)r的堿值最高，安山巖和玄武巖次之，而砂巖、花崗巖最小，說明石料的堿性逐漸減弱，酸性則逐漸增強(qiáng)。這與通常按SiO2含量區(qū)分集料的酸堿性相吻合。因此，集料堿值為標(biāo)準(zhǔn)，將

37、集料劃分為良好、合格、不合格、極差四個(gè)等級(jí)。,堿值與集料等級(jí)類型,集料表面的粗糙程度也影響著集料與瀝青的粘附性。集料表面粗糙度是瀝青吸附良好的重要條件，集料表面微空隙的數(shù)量、孔徑的大小和微細(xì)裂縫都影響著吸附瀝青的表面積，表面積越大，吸附能力越強(qiáng)，并使瀝青吸入集料內(nèi)部。對(duì)表面光滑的集料，瀝青不能很好地吸附在集料表面上，不僅吸附在集料表面的瀝青膜很薄，易被水破壞，而且在行車荷載作用下，瀝青膜與集料間的界面上易產(chǎn)生剪切破壞，使水分浸入，造成粘

38、結(jié)力喪失，產(chǎn)生水損害破壞。因此，有學(xué)者認(rèn)為，集料表面的粗糙度對(duì)于粘附的牢固程度來說甚至比集料的礦物成分更重要。,瀝青,粘度↗，粘附性↗ 以酸值作為評(píng)價(jià)瀝青酸性強(qiáng)弱的指標(biāo)，瀝青的酸性越大，與集料的粘附性越好。 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ052-2000）給出了瀝青酸值的測(cè)定方法，其基本原理是將瀝青溶解于苯和乙醇的混合溶劑中，以氫氧化鉀的乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液中和瀝青中的游離酸，由消耗氫氧化

39、鉀乙醇溶液的體積來計(jì)算酸值，瀝青酸值的計(jì)算公式由：,式中：A——瀝青的酸值，ml?mol/L?g；V——滴定試樣所消耗的氫氧化鉀乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，ml；V0——滴定空白試樣消耗氫氧化鉀乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，ml； ——?dú)溲趸浺掖紭?biāo)準(zhǔn)溶液濃度，mol/L； m——瀝青用量，g。,一般認(rèn)為克拉瑪依瀝青的酸值較大，說明該瀝青表面活性組分含量較高，與集料的粘附性也較強(qiáng)，而茂名瀝青的酸值較小。,檢驗(yàn)與評(píng)價(jià),①粘附性試

40、驗(yàn)：,水浸法（80℃）水煮法——主觀較多；分光光度計(jì)法,②混合料試驗(yàn)：殘留穩(wěn)定度，凍融劈裂試驗(yàn)，浸水車轍,思考：是否先老化,●改善措施,抗剝落劑檢驗(yàn)：瀝青→混合料,液體抗剝落劑： 貝洛膠（皺形） PA-1，AST-3等 粉末狀抗剝劑類國(guó)外最大公司：莫頓 熟石灰：效果最好,,高速公路、一級(jí)公路的石料為酸性石料時(shí)，宜使用針入度較小的瀝青，并采用下列抗剝離措施，使瀝青與集料的粘附性符合規(guī)范的要求： 用干燥磨細(xì)的消石灰粉或生石

41、灰粉、水泥作為填料的一部分，其用量宜為礦料總量的1%～2%； 在瀝青中摻加抗剝落劑； 將粗集料用石灰漿處理后使用。,,,,,摻加消石灰粉，添加時(shí)間必須確保集料是在裹覆消石灰以后才與瀝青拌和；。,將生石灰粉與潮濕的集料拌和，同時(shí)能降低集料中3%～5%的含水率,用石灰漿或石灰水裹覆集料，效果很好，但要增加成本，降低生產(chǎn)率；,用熱的生石灰，即正在消解發(fā)熱的石灰粉,,國(guó)外有學(xué)者認(rèn)為，盡管抗剝落劑對(duì)瀝青與集料的早期粘附性能得到改善，但對(duì)其在長(zhǎng)

42、期性能方面能否得到改善尚有疑問。美國(guó)國(guó)家瀝青路面協(xié)會(huì)（NAPA）在對(duì)各種抗剝離措施進(jìn)行研究后也認(rèn)為，效果最好、最穩(wěn)定的是摻加石灰、消石灰和生石灰，其用量通常為集料總量的1%～1.5%，并提出在生產(chǎn)上可采用下述四種方法：,,在日本規(guī)范《瀝青路面要綱》中關(guān)于抗剝落劑一條也有類似的規(guī)定。 抗剝落劑是防止瀝青混合料產(chǎn)生剝離破壞為主要目的而添加的外加劑，一般采用消石灰，也可以使用以油脂為主要成分的胺類、酰胺類、第四銨鹽類等陽(yáng)離子

43、表面活性劑。 消石灰粉及水泥的劑量為瀝青混合料總量的1%～3%，抗剝落劑的用量為瀝青用量的0.3%以上。 在配合比設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用水穩(wěn)性好的混合料，瀝青用量采用上限，水穩(wěn)定性的檢驗(yàn)采用浸水車轍試驗(yàn)等。,（四）瀝青感溫性：,1、意義：2、指標(biāo)：PI、PVN、VTS（粘溫指數(shù)）、BTDC試驗(yàn)數(shù)據(jù) ● PI——針入度指數(shù),不同瀝青的針入度指數(shù),,●針入度—粘度指數(shù)（PVN） 針入

44、度指數(shù)值（PI）通常僅能表征低于軟化點(diǎn)溫度的瀝青感溫性，瀝青在道路使用中或在施工時(shí)，還需要了解高于軟化點(diǎn)溫度時(shí)的瀝青的感溫性。N?W?麥克里奧德（Mcleod）提出了“針入度—粘度指數(shù)”（PVN）法。該法是應(yīng)用瀝青25℃時(shí)的針入度值和135℃（或60℃）時(shí)的粘度值與溫度的關(guān)系來計(jì)算瀝青感溫性的方法。,針入度指數(shù)與膠體結(jié)構(gòu)類型,針入度—粘度指數(shù)愈大，表示瀝青的感溫性愈低。對(duì)PVN——路用性能（60℃時(shí)不易測(cè)）——缺陷,瀝青感溫性,①PV

45、N1 已知25℃時(shí)的針入度值P（1/10mm）和135℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度值v（mm2/s）時(shí)，按式計(jì)算針入度—粘度指數(shù)。,②PVN2 已知25℃時(shí)針入度值P（0.1MM）和60℃絕對(duì)粘度 （Pa?s）時(shí)，可按式計(jì)算針入度—粘度指數(shù)。,針入度—粘度指數(shù)愈大，表示瀝青的感溫性愈低。,●針入度—溫度指數(shù)（PTI）針入度—溫度指數(shù)是根據(jù)不同溫度條件下的針入度值的比率來評(píng)價(jià)瀝青的感溫性。針入度—溫度指數(shù)由式表達(dá)。,式中：P——為不

46、同溫度、不同荷重、不同針入時(shí)間的針入度值。 計(jì)算得出的PTI值越小表明瀝青的感溫性越小，即溫度穩(wěn)定性越好。,（五）老化特性,●粘溫指數(shù)VTS η—T1g1gη=AlgT（VTS為負(fù)值）+k（T有攝氏，K氏，華氏溫度之分）“條件”→真的溫度敏感性 應(yīng) 對(duì)應(yīng)不同溫度與試驗(yàn)，要反應(yīng)過程而非點(diǎn)指標(biāo)。 思考：石油瀝青工程性質(zhì)評(píng)價(jià)方法（低溫、高溫）,1、老化階段：拌和運(yùn)輸，攤鋪中處于熱老化中（HMA）施工階段：——短期老化

47、運(yùn)營(yíng)：——長(zhǎng)期老化,,2、老化原因1）瀝青的氧化作用——高溫下，促進(jìn)極性體與氧結(jié)合成大分子2）揮發(fā)作用——輕組分，使瀝青變硬3）聚合作用——結(jié)構(gòu)片（+、-、中性）之間結(jié)合成大結(jié)構(gòu)4）自然硬化——定位重組，從而蠟等物質(zhì)產(chǎn)生結(jié)晶作用，但該（4）過程可逆，開溫后恢復(fù)；5）滲流硬化：3、老化試驗(yàn)、模擬●蒸發(fā)損失：最早模擬試驗(yàn)●薄膜烘箱：TFOT：模擬施工階段→缺點(diǎn)：①瀝青膜厚；②163℃比現(xiàn)場(chǎng)高，改進(jìn)成為延遲老化試驗(yàn)③揮

48、發(fā)損失大●旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱：RTFOT；●進(jìn)而→TFAAT 4g、113℃薄膜加速老化試驗(yàn),●壓力老化試驗(yàn)（PAV）,思考溫度太高（X）不符合現(xiàn)場(chǎng)——加溫膜太?。╔）回收不易——減薄膜厚光線（紫外） ？（強(qiáng)度控制）——光照催化劑（氧化劑等）（氧化鈦抗紫外線）？——加劑加壓——Lee ：65.6℃，加氧加壓①穩(wěn)定性如何 ②時(shí)間長(zhǎng)短？,,4、老化評(píng)價(jià)●耐老化指數(shù)、質(zhì)量損失●老化機(jī)理分析：1）X射線 試驗(yàn)：

49、對(duì)芳香基變化情況觀察（氧化情況）2）質(zhì)譜分析：元素種類和含量變化3）紅外光譜：對(duì)特征峰值變化情況，哪些組分易到達(dá)4）核磁共振、元素分析，密度、分子量變化綜上目的：為“等效”方向努力，找到等效的一個(gè)最合適的方法●ISV 零剪切粘度——新方法測(cè)粘度 剪切速率為0時(shí)的剪切粘度值；,（六）低溫性能,瀝青的低溫性質(zhì)對(duì)瀝青混凝土的低溫抗裂性能有重要影響。瀝青的低溫性質(zhì)包括瀝青的低溫脆性、溫度收縮系數(shù)和低溫延度。 （1）延

50、度 瀝青的延性是指當(dāng)其受到外力的拉伸作用時(shí)，所能承受的塑性變形的總能力，是瀝青的內(nèi)聚力的衡量，通常是用延度作為條件延性指標(biāo)來表征。 指標(biāo)特性：瀝青的延度與瀝青的流變特性、膠體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分等有密切的關(guān)系。研究表明，當(dāng)瀝青化學(xué)組分的不協(xié)調(diào)，膠體結(jié)構(gòu)的不均勻，含蠟量的增加時(shí)，都會(huì)使瀝青的延度值相對(duì)降低。,,《1》延度：低溫延度，測(cè)力延度《2》彎曲梁流變?cè)囼?yàn)（BBR）概念：一種能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)瀝青勁度

51、和蠕變速率的方法，即彎曲梁流變?cè)囼?yàn)（Bending Bean Rheome-ter簡(jiǎn)稱BBR）。可采用瀝青模擬經(jīng)過施工的熱老化，先經(jīng)過旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱RTFOT，再經(jīng)過壓力老化試驗(yàn)（PAV）模擬瀝青路面經(jīng)過5年的使用期老化。試驗(yàn)方法：在彎曲流變儀器（BBR）上進(jìn)行。彎曲流變儀應(yīng)用在工程上梁的理論來測(cè)量瀝青小梁試件在蠕變荷載作用下的勁度，用蠕變荷載模擬溫度下降時(shí)路面中可產(chǎn)生的應(yīng)力。通過試驗(yàn)獲得兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)：,（2）脆點(diǎn),①蠕變勁度模量S（彎

52、拉模量），要求不超過300MPa；如果瀝青材料的蠕變勁度太大，則呈現(xiàn)脆性，路面容易開裂，因此要求不超過300MPa。而表征瀝青低溫勁度時(shí)間變化率的m值越大，則瀝青開裂的可能性會(huì)隨之減少，即m值越大越好。 ②蠕變曲線的斜率要求不小于0.3。,概念：瀝青材料在低溫下受到瞬時(shí)荷載作用時(shí)，常表現(xiàn)為脆性破壞。①脆點(diǎn)：是測(cè)量瀝青在低溫不引起破壞時(shí)的溫度。瀝青脆性的測(cè)定極為復(fù)雜，通常采用A?弗拉斯脆點(diǎn)試驗(yàn)方法可以求出瀝青達(dá)到臨界硬度發(fā)生開裂時(shí)

53、的溫度作為條件脆性指標(biāo)。,,指標(biāo)特性：脆點(diǎn)實(shí)質(zhì)上反映瀝青由粘彈性體轉(zhuǎn)變?yōu)閺棿囿w即玻璃態(tài)的溫度，即達(dá)到臨界硬度時(shí)發(fā)生脆裂的溫度，也意味著瀝青達(dá)到等勁度時(shí)的溫度，瀝青出現(xiàn)脆裂時(shí)的勁度約為2.1×109Pa。②瀝青的低溫脆性通常用弗拉斯脆點(diǎn)（Fr）表示，它實(shí)際上相當(dāng)于一種一定荷載條件下的等勁度溫度。最近也有人提出用圓盤內(nèi)瀝青收縮開裂的皿式脆點(diǎn)（Ｆp）來模擬瀝青脆裂的溫度。 但脆點(diǎn)有時(shí)不能說明瀝青的低溫抗裂性能。脆點(diǎn)不能反映

54、瀝青低溫抗裂性能優(yōu)劣的主要原因也可能是瀝青中蠟的影響。根據(jù)國(guó)外一些學(xué)者提出的試驗(yàn)結(jié)果，即對(duì)于大多數(shù)含蠟量小的瀝青可以假定瀝青在弗拉斯脆點(diǎn)溫度時(shí)的針人度為1.2，建議對(duì)含蠟量高的瀝青計(jì)算針入度為1.2時(shí)的脆點(diǎn)，并稱其為當(dāng)量脆點(diǎn)（Ｔ1.2）。,幾種瀝青樣品的脆點(diǎn),表中的數(shù)據(jù)表明，用當(dāng)量脆點(diǎn)評(píng)價(jià)瀝青的低溫抗裂性能較為合適。如與含蠟量相對(duì)應(yīng)考慮，含蠟量小于3%的瀝青的當(dāng)量脆點(diǎn)應(yīng)低于－17℃。,（3）瀝青的溫縮系數(shù) 瀝青混凝土的溫縮系數(shù)主要取

55、決于瀝青的溫縮系數(shù)。瀝青、集料和瀝青混凝土的線溫縮系數(shù)的一般數(shù)值列在表中,思考： 前蘇聯(lián)在粘稠道路石油瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中增加了0℃延度、,（4）直接拉伸試驗(yàn)（DTT）,概念：直接拉伸試驗(yàn)是SHRP為測(cè)試瀝青的拉伸性能而開發(fā)的，用以測(cè)試瀝青在低溫時(shí)的極限拉伸應(yīng)變。試驗(yàn)方法：試驗(yàn)溫度0~36℃，瀝青試件如啞鈴狀，試件重約2g，兩端粗，中間細(xì)，長(zhǎng)40mm，有效標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為27mm，截面積為36mm2。一只試件僅需3g瀝青，試驗(yàn)溫度為設(shè)計(jì)最

56、低溫度以上10℃，拉伸速率為1mm/min，較延度試驗(yàn)（5cm/min）慢得多，測(cè)得的結(jié)果是試件拉斷時(shí)的荷載和伸長(zhǎng)變形，試件的應(yīng)力和應(yīng)變由式（2-7）和式（2-8）計(jì)算。,（2-7） （2-8）,,相應(yīng)于低溫狀態(tài)脆性破壞的試件的應(yīng)變通常不大于1%，因此SHRP規(guī)范要求直接拉伸試驗(yàn)的破壞應(yīng)變不得大于1%。 （七）瀝青的流變性 瀝青材料是一種具有

57、流變特性的典型材料，它的流動(dòng)和變形不僅與應(yīng)力有關(guān)，也與時(shí)間和溫度有關(guān)，因此瀝青的流變性質(zhì)與其路用性能密切相關(guān)。而所謂瀝青的流變性質(zhì)就是瀝青材料的應(yīng)力和應(yīng)變隨時(shí)間而變化的性質(zhì)。,1、瀝青的粘彈性 瀝青在高溫（低粘度）及連續(xù)荷載作用下，瀝青以粘性形變?yōu)橹鳎辉诘蜏兀ǜ哒扯龋┘八矔r(shí)荷載作用下，彈性形變占主要地位；而在通常使用情況下，瀝青的形變介于二者之間，屬于粘彈性形變,,如圖。范.德.波爾認(rèn)為在道路的實(shí)際使用條件下，瀝青的流變形可以采

58、用拉應(yīng)力σ與總拉應(yīng)變?chǔ)诺谋戎担础翱估瓌哦饶Ａ俊?表示。由式可得：,式中： ——瞬時(shí)彈性模量； ——延遲彈性模量（時(shí)間和溫度的函數(shù)）； ——粘度。若為剪切勁度模量 ，可采用換算公式 ＝3 計(jì)算。,若為剪切勁度模量 ，可采用換算公式 ＝3 計(jì)算。,,瀝青的粘性和彈性聯(lián)合效應(yīng)指標(biāo)采用勁度模量表示。大多數(shù)瀝青在變形時(shí)呈現(xiàn)粘彈性。對(duì)某一給定瀝青材料，彈性變形部分和永久變形部分的比例取決于應(yīng)力、荷載作用時(shí)間和溫度。

59、 當(dāng)形變量較小且荷載作用時(shí)間較短時(shí)，以彈性形變?yōu)橹?；反之，則以粘性形變?yōu)橹鳌?多數(shù)情況下，彈性形變通常由瞬時(shí)彈性形變和延遲彈性形變兩部分組成。在形變量較小且荷載作用時(shí)間較短時(shí)，應(yīng)變與應(yīng)力呈線性關(guān)系；反之，應(yīng)變與應(yīng)力呈非線性關(guān)系。 瀝青勁度模量的測(cè)定方法有兩種：一種是靜力法，即對(duì)瀝青試件施以恒載，進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)，在不同的加載時(shí)間測(cè)定形變量。此方法適用于恒定溫度且形變時(shí)間大于1s的情況；

60、另一種是動(dòng)力法，即對(duì)瀝青試件施以交變荷載，在這種情況下，任意時(shí)刻的應(yīng)力為 σ= sinωt(ω表示應(yīng)力交變頻率)。此方法適用于恒定溫度不高于瀝青的軟化點(diǎn)，且加載時(shí)間小于1s的情況。,,2、蠕變和應(yīng)力松弛 瀝青材料作為一種典型的粘彈性材料，在所受應(yīng)力保持不變的情況下，其應(yīng)變隨時(shí)間增加而增加，這種現(xiàn)象稱為“蠕變”。 蠕變?cè)囼?yàn)可采用靜態(tài)法或動(dòng)態(tài)法。通常采用靜態(tài)剪切蠕變?cè)囼?yàn)，以確定時(shí)間與彈性效應(yīng)的關(guān)系。圖是瀝青在恒定剪應(yīng)力作用

61、下，剪切變形與時(shí)間關(guān)系的典型曲線。,圖 瀝青在恒定剪應(yīng)力下剪切變形-時(shí)間關(guān)系的典型曲線,蠟對(duì)瀝青路用性能的影響主要有：蠟在高溫時(shí)融化，使瀝青粘度降低，影響高溫穩(wěn)定性，增大溫度敏感性； 蠟使瀝青與集料的親和力變小，影響瀝青的粘結(jié)力和抗剝離性；蠟在低溫時(shí)結(jié)晶析出，分散在其他各組分之間，減小了分子間的緊密聯(lián)系；當(dāng)蠟結(jié)晶的大小超過膠束的界限時(shí)，便以不均相的懸浮物狀態(tài)存在于瀝青中，相當(dāng)于瀝青中的雜質(zhì)，使瀝青的極限拉伸應(yīng)變和延度減小，容易造

62、成低溫開裂；,（八）瀝青的含蠟量,對(duì)粘—彈性的瀝青材料，在保持應(yīng)變恒定的情況下，應(yīng)力則隨時(shí)間的增加而逐漸衰減，這種現(xiàn)象稱為“應(yīng)力松弛”。,,,◆減小了低溫時(shí)的應(yīng)力松弛性能，使瀝青的收縮應(yīng)力迅速增加而容易開裂； ◆低溫時(shí)的流變指數(shù)增加，瀝青粘度增加，勁度也變大，這也是造成低溫開裂的原因之一； ◆蠟的結(jié)晶及融化使一些測(cè)定指標(biāo)出現(xiàn)假相，使瀝青的性質(zhì)發(fā)生突變，使瀝青性質(zhì)在這一溫度區(qū)的變化不連續(xù)。例如瀝青的軟化點(diǎn)測(cè)定值采用當(dāng)量軟化點(diǎn)代替，針入

63、度指數(shù)PI的計(jì)算根據(jù)不同溫度的針入度值回歸得到便是基于這一原因。,,由于國(guó)外煉制瀝青的原油主要是環(huán)烷基和中間基原油，瀝青的蠟含量很低，蠟的影響就很小了。而我國(guó)的原油多屬石蠟基，煉制的瀝青含蠟量至今仍高達(dá)4%～10%。從圖中可見，蠟含量對(duì)瀝青性質(zhì)的影響有一個(gè)拐點(diǎn)，在此拐點(diǎn)含量之前，影響比較小，超過此拐點(diǎn)后，影響急劇增大，這個(gè)拐點(diǎn)大概在3%～4%左右。,,,,圖3-10-2 含蠟量對(duì)瀝青性質(zhì)的影響,圖3-10-3 含蠟量對(duì)瀝青性質(zhì)的影響

64、,圖3-10-2 含蠟量對(duì)瀝青性質(zhì)的影響,,圖3-10-4 含蠟量對(duì)瀝青性質(zhì)的影響,,含蠟量對(duì)瀝青及瀝青混合料的性質(zhì)有重要影響。單－70瀝青由于含蠟量較高（4.11%）；含蠟量從3.6%增大到3.96%，針入度從61提高到86，軟化點(diǎn)急劇下降，延度則隨含蠟量增加而不斷變小。 它說明總蠟含量約在3.5%左右時(shí)，瀝青性質(zhì)會(huì)發(fā)生劇變。 但含蠟量大于3%時(shí)15℃延度就急劇下降。,（九）瀝青的安全性,閃點(diǎn)實(shí)驗(yàn)誤差偏大,瀝