第二講道路石油瀝青技術(shù)性能

第二講道路石油瀝青技術(shù)性能第1頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一

國際上，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）。第2頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一一、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：西印度群島島國特立尼達(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。

第3頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一特立尼達(dá)湖瀝青質(zhì)量技術(shù)要求表4.6.4-1檢驗項目單位技術(shù)要求試驗方法針入度25℃0.1mm0～5T0604軟化點TR&B不小于℃90T0606灰分％33～38T061425℃密度g/cm31.3～1.5T0603TFOT后殘留針入度比不小于％50T0604第4頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一石油瀝青、煤瀝青鑒別：鑒別方法

石油瀝青

煤瀝青

相對密度

接近1.01.25–1.28燃燒

煙少，無色，有松香味，無毒煙多，黃色，臭味大，有毒氣味常溫下無刺激性氣味常溫下有刺激性臭味顏色呈輝亮褐色濃黑色溶解試驗可溶于汽油或煤油難溶于汽油或煤油捶擊韌性較好，不易碎韌性差，較脆大氣穩(wěn)定性較高較低抗腐蝕性差強(qiáng)第5頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一

2．加工工藝：●直鎦瀝青：減壓蒸餾，含輕組分，●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，30:7040:600.6kg/m2

●乳化瀝青：乳化劑；（瀝青中加水使瀝青粘度變?。┤榛瘎ǚ试硐匆路郏?0:60

●氧化瀝青：吹氧工藝，硬（常溫，半固態(tài)），高粘度；第6頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一●泡沫瀝青：通過向熱瀝青中加入一定量的經(jīng)過精確計量的冷水(通常為瀝青質(zhì)量的1％～2％)而制成的。當(dāng)注入的冷水遇到熱的瀝青時，瀝青體積發(fā)生膨脹，因而會產(chǎn)生大量的泡沫，表面活性進(jìn)一步增強(qiáng)。對于粘度值較大或高等級的瀝青，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，體第7頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一積大大膨脹，粘度暫時降低的有利條件，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。評價瀝青發(fā)泡效果的兩個參數(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)過的時間。膨脹率越大，泡沫瀝青與集料的接觸就越充分，拌制的泡沫瀝青混合料質(zhì)量就越好。半縮期越長，泡沫越不容易縮減，從而可與集料有較長的時間進(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。第8頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一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)道路維修價格高、浪費資源和污染環(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，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●改性瀝青：物理改性：穩(wěn)定性差，工藝難度小，聚合物較多SBSSBRPE(EVA)第9頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一3．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。A級：進(jìn)口B級：相等于重交通瀝青C級：略高于中、輕交通——養(yǎng)護(hù)第10頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一二、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．氧化瀝青：1即是3.丙烷脫瀝青將2氧化氧化丙烷脫第11頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一三、我國瀝青廠家：1、中國石油化工總公司：茂名石化，鎮(zhèn)海石化，齊魯石化，廣州石化2、中國石油天然氣總公司：遼河石化，蘭煉，克拉瑪依，勝利煉油廠，獨山子煉油廠3、中國海洋石油總公司：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5、地方廠第12頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一四、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：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）第13頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一瀝青名稱C%H%C/H（原子比）平均分子式阿拉伯輕質(zhì)原油瀝青84.010.30.68C68.5H104.2O1.1S0.1伊朗重質(zhì)原油瀝青83.610.20.68C71.8H105S1.8科威特瀝青83.910.30.68C69.9H103S1.8大慶丙脫瀝青86.111.00.66C68.5H104.2O1.1S0.1勝利氧化瀝青84.510.60.67C71.8H107.3O1.1S0.8

瀝青的元素組成極性體↗，片狀大分子↗，自由度↗，延度、針入度↙第14頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2、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；1）馬爾庫松——?？寺荷珜臃治龇ㄜ洖r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）我國四組分法：第15頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一●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，在瀝青中起著潤滑和柔軟作用。油分含量愈多，瀝青的軟化點愈低，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，對瀝青流動性、粘度、粘結(jié)力的影響，溶于兩種分。第16頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一●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%，其含量的多少對瀝青的流變特性有很大的影響。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)含量多少對膠體體系的性質(zhì)有很大的影響。我國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，這是國產(chǎn)瀝青的重要特征。

當(dāng)瀝青中的瀝青質(zhì)含量增加時，瀝青稠度提高、軟化點上升。日本飯島博通過對20多種瀝青的研究，發(fā)現(xiàn)瀝青的軟化點TR&B與各組分含量之間成如下關(guān)系：TR&B=1.19X-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→脆改變感溫性第17頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一幾種國產(chǎn)瀝青的化學(xué)組分（%）瀝青品種和標(biāo)號瀝青質(zhì)

樹脂

芳香烴飽和烴

蠟HXL稠油瀝青

AH－90AH－12018.435.1013.4516.6026.1544.6036.9727.202.803.02KLMY稠油瀝青AH－70AH－90AH－1100.600.470.33

41.0039.3022.74

25.2431.7425.59

25.0026.3046.68

1.701.903.10

SJS稠油瀝青

AH－70AH－90AH－1107.874.613.34

28.9129.1242.85

31.7425.5929.13

27.4835.6924.68

4.112.323.67MMN丙脫

AH－904.4157.0529.726.31

東煉

AH－900.0770.8329.6510.45SLIAH－9013.1340.8738.147.86勝華

AH－909.5939.1541.2210.04錦西

AH－900.9077.0322.3716.71第18頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一3．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?。大部分?yōu)質(zhì)道路瀝青均配成溶～凝膠型結(jié)構(gòu)，具有粘彈性和觸變性，故亦稱彈性溶膠。

第19頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一路用性能較好：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＞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、芳香芬第20頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一6．蠟蠟的化學(xué)組成以純正構(gòu)烷烴或其熔點接近純正構(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，蠟對瀝青的性能有較大的影響。

（1）對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，則會降低分散相的粘度，這是蠟在液體狀態(tài)時瀝青粘度降低，僅10~30厘泊；當(dāng)蠟以結(jié)晶狀態(tài)存在時，則會使瀝青具有屈服應(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。瀝青中蠟含量增加，會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，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)。第21頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一

（2）對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）對瀝青界面性質(zhì)的影響當(dāng)瀝青與石料接觸時，蠟的存在會降低瀝青對石料界面的粘附。同時，蠟會集中在瀝青的表面使瀝青失去光澤，并影響瀝青路面的磨阻性能。

（4）對瀝青膠體結(jié)構(gòu)的影響蠟的結(jié)晶網(wǎng)格會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，瀝青性質(zhì)會發(fā)生劇變。第22頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一但含蠟量大于3%時15℃延度就急劇下降。六、石油瀝青的物理性質(zhì)①相對密度：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：測試方法第23頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一七、石油瀝青的技術(shù)性能

粘滯性：粘度

延性（度）：

粘附性：

安全性：閃點、燃點

感溫性：針入度指數(shù)（感時性）—

—蠕變、松弛

流變性：耐久性：老化特性第24頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一（一）粘滯性（粘度）：粘度粘滯阻力1、條件粘度法：針入度、軟入點●針入度第25頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一⑴針入度評價瀝青優(yōu)缺點：●可以反映常溫下瀝青的性質(zhì)

BTDC（BitumenTestDateChart）㏒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，當(dāng)針入度為1.2時，所對應(yīng)的溫度，T1.2=(0.0792-K)/AT800：當(dāng)量軟化點，當(dāng)針入度為800時，所對應(yīng)的溫度，T800=(2.9031-K)/A第26頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一②PI——針入度指數(shù)對思考：PI范圍？③方法簡易第27頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一⑵不足：只能評價瀝青溫下性能，不能代表使用溫度下的性能；對A、PI有一定人為性，實驗誤差大。A受三溫度選點影響大；①與樣本容量有關(guān)（受影響）②PI為某一溫度范圍內(nèi)情況更寬范圍無法反映③對不同溫度段計標(biāo)其PI值時，不一樣④PI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→處于臨界時對判斷有誤（重復(fù)性、在異性誤差）→同環(huán)境下，異環(huán)境下試驗

PI缺陷第28頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一圖粘度與針入度的關(guān)系思考：由于25℃時的針入度與瀝青在路面中的使用性能和施工的要求沒有直接聯(lián)系，從1975年起，在美國改按與使用性能有關(guān)的60℃時的絕對粘度和與施工要求有關(guān)的135℃時的運動粘度來劃分粘稠瀝青的等級。第29頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一●軟化點注意：水溫5℃，升溫速度對瀝青高溫性能的反應(yīng)程度？第30頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一研究認(rèn)為：多種瀝青在軟化點時的粘度約為1200Pa·s或相當(dāng)于針入度值為800（0.1mm）。軟化點試驗實際上是測量瀝青在一定外力（鋼球）作用下開始產(chǎn)生流動并達(dá)到一定變形時的溫度，可以認(rèn)為軟化點是一種人為的“等粘溫度”。由此可見，針入度是在規(guī)定溫度下測定瀝青的條件粘度，而軟化點則是瀝青達(dá)到規(guī)定條件粘度時的溫度。所以軟化點既是反映瀝青材料熱穩(wěn)定性的一個指標(biāo)，也是瀝青條件粘度的一種量度。2絕對粘度法：運動粘度

第31頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一●毛細(xì)管法毛細(xì)管法是測定瀝青運動粘度的一種方法（JTJ052T0619——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℃），通過選定型號的毛細(xì)管粘度計（通常采用的有坎-芬式，如圖2-8），流經(jīng)規(guī)定體積所需的時間（以s計），按式（2-7）計算運動粘度。（2－6）

式中：VT——在溫度T℃時測定的瀝青運動粘度，mm2/s；c——粘度計標(biāo)定常數(shù)mm2/s2；t——瀝青流經(jīng)規(guī)定體積所需時間，s。第32頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一第33頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一第34頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一第35頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一布洛克菲爾德法（Brookfield）

美國戰(zhàn)略公路研究計劃（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）粘度計測量道路瀝青在45℃以上溫度范圍內(nèi)的表觀粘度，以帕?秒（Pa?s）計，可以看成簡化的雙筒旋轉(zhuǎn)粘度計，見圖2-10。該法適用于測定牛頓流體或非牛頓流體的剪應(yīng)力與剪應(yīng)變之比。第36頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一材料的粘度測試與流動狀態(tài)有關(guān)泊肅葉運動——毛細(xì)管粘度計狹縫中出現(xiàn)簡單剪切運動——滑板式同軸環(huán)中旋轉(zhuǎn)運動——布洛克菲爾德法平板之間扭動運動——平板圓盤式（圓錐平板式）第37頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一多種瀝青粘度

瀝青品種粘度（Pa·s）AH-90AH-70單-90(87)①歡-90(83)克-90(84)英國(106)日本(87)殼牌(87)單-70(65)克-70(69)阿-70(69)135℃0.40.410.70.410.350.350.450.890.6PVN-0.38-0.40.4-0.110.58-0.58-0.530.52-0.05國外的一些試驗路段表明，用同一針入度級瀝青時，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。第38頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一（二）延度——延性（低溫抗裂）溫度：15℃10℃5℃溫度與實際的對應(yīng)性？拉伸速率：5cm/min微膜狀態(tài)7～14μm與試驗中8字模是否有可對應(yīng)性？第39頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一第40頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一研究表明，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，都會使瀝青的延度值相對降低。有的研究指出，瀝青的延度試驗與路面瀝青的拉伸狀態(tài)不符，延度試驗試件尺寸太大，路面中的瀝青為薄膜狀態(tài)，曾設(shè)想采用“微延度”試驗，但未能成功。第41頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一測力延度試驗

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。測力延度試驗是一種簡單易行的試驗方法，只要在延度試驗時加一只測力傳感器并接上記錄儀即可。瀝青改性前后在測力延度試驗中有不同的表現(xiàn)，如圖2所示。第42頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一在較低溫度下，SBS改性瀝青并不脆硬，拉伸的線很粗，而且其顯著特點是拉伸曲線逐漸向上移動，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。圖改性瀝青的測力延度試驗第43頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一（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)。表給出了一些影響瀝青與集料粘附性的主要因素。第44頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一瀝青與集料粘附性的影響因素集料性質(zhì)瀝青性質(zhì)混合料性質(zhì)環(huán)境條件礦物組成表面紋理多孔性含塵量耐久性表面積吸收性含水量形狀風(fēng)化程度流變性電的極性成分空隙率滲透性瀝青含量瀝青膜厚度填料類型集料級配混合料類型雨量濕度水的pH值鹽分溫度溫度循環(huán)交通量設(shè)計施工質(zhì)量排水第45頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一 影響條件①集料

堿值判定石料的酸堿性。

測定石料堿值的方法。具體試驗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，并用精密酸度計測定硫酸標(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插入上層清液中，測定清液的氫離子濃度，并由式計算石料的堿值。第46頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一式中：——硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的氫離子濃度；——檢測石料與硫酸反應(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。上述方法測定的幾種代表性石料的堿值。第47頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一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)，將集料劃分為良好、合格、不合格、極差四個等級。石料種類石灰?guī)r安山巖玄武巖片麻巖花崗巖(黑)砂

巖花崗巖(紅)堿值0.970.710.640.620.570.550.54第48頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一堿值與集料等級類型

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于粘附的牢固程度來說甚至比集料的礦物成分更重要。堿值＞0.80.7～

0.80.6～0.7＜0.6等級類型良好合格不合格極差第49頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一瀝青粘度↗，粘附性↗以酸值作為評價瀝青酸性強(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規(guī)程》（JTJ052-2000）給出了瀝青酸值的測定方法，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，由消耗氫氧化鉀乙醇溶液的體積來計算酸值，瀝青酸值的計算公式由：第50頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一式中：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；——氫氧化鉀乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，mol/L；m——瀝青用量，g。第51頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一

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。檢驗與評價①粘附性試驗：水浸法（80℃）水煮法——主觀較多；分光光度計法②混合料試驗：殘留穩(wěn)定度，凍融劈裂試驗，浸水車轍思考：是否先老化第52頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一第53頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一●改善措施抗剝落劑檢驗：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外最大公司：莫頓熟石灰：效果最好第54頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一高速公路、一級公路的石料為酸性石料時，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。第55頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一摻加消石灰粉，添加時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)熱的石灰粉國外有學(xué)者認(rèn)為，盡管抗剝落劑對瀝青與集料的早期粘附性能得到改善，但對其在長期性能方面能否得到改善尚有疑問。美國國家瀝青路面協(xié)會（NAPA）在對各種抗剝離措施進(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：第56頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一

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?？箘兟鋭┦欠乐篂r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、第四銨鹽類等陽離子表面活性劑。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)計時盡量采用水穩(wěn)性好的混合料，瀝青用量采用上限，水穩(wěn)定性的檢驗采用浸水車轍試驗等。第57頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一（四）瀝青感溫性：1、意義：2、指標(biāo)：PI、PVN、VTS（粘溫指數(shù)）、BTDC試驗數(shù)據(jù)

●PI——針入度指數(shù)瀝青品種

不同溫度時的針入度TR&B(℃)A回歸法PI用A40℃25℃15℃5℃0℃單—9037079269.85.848.80.0452-0.8歡—90312753213.98.349.50.03890.19克—90—843110—48.20.0462-0.94殼—90375883312.25.547.20.0448-0.74英—904181003414.1845.20.0428-0.45日—9042085287.55.1470.0489-1.29單—7032863228.15.250.50.0451-0.78克—70—69257—51.20.0497-1.39阿—7030061218.8552.50.0441-0.64不同瀝青的針入度指數(shù)第58頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一●針入度—粘度指數(shù)（PVN）

針入度指數(shù)值（PI）通常僅能表征低于軟化點溫度的瀝青感溫性，瀝青在道路使用中或在施工時，還需要了解高于軟化點溫度時的瀝青的感溫性。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℃時的針入度值和135℃（或60℃）時的粘度值與溫度的關(guān)系來計算瀝青感溫性的方法。針入度指數(shù)與膠體結(jié)構(gòu)類型瀝青針入度指數(shù)（PI）PI＜－2PI=－2～

+2PI＞+2瀝青的膠體結(jié)構(gòu)類型溶膠型結(jié)構(gòu)溶－凝膠型結(jié)構(gòu)凝膠型結(jié)構(gòu)第59頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一針入度—粘度指數(shù)愈大，表示瀝青的感溫性愈低。對PVN——路用性能（60℃時不易測）——缺陷

瀝青感溫性

針入度－粘度數(shù)PVN0～-0.5-0.5～-1.0-1.0～-1.5瀝青感溫性類型低感溫性瀝青中感溫性瀝青高感溫性瀝青①PVN1

已知25℃時的針入度值P（1/10mm）和135℃時運動粘度值v（mm2/s）時，按式計算針入度—粘度指數(shù)。第60頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一②PVN2

已知25℃時針入度值P（0.1MM）和60℃絕對粘度（Pa?s）時，可按式計算針入度—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價瀝青的感溫性。針入度—溫度指數(shù)由式表達(dá)。第61頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一式中：P——為不同溫度、不同荷重、不同針入時間的針入度值。計算得出的PTI值越小表明瀝青的感溫性越小，即溫度穩(wěn)定性越好。第62頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一（五）老化特性●粘溫指數(shù)VTSη—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)對應(yīng)不同溫度與試驗，要反應(yīng)過程而非點指標(biāo)。

思考：石油瀝青工程性質(zhì)評價方法（低溫、高溫）1、老化階段：拌和運輸，攤鋪中處于熱老化中（HMA）施工階段：——短期老化運營：——長期老化第63頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2、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、模擬●蒸發(fā)損失：最早模擬試驗●薄膜烘箱：TFOT：模擬施工階段→缺點：①瀝青膜厚；②163℃比現(xiàn)場高，改進(jìn)成為延遲老化試驗③揮發(fā)損失大●旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱：RTFOT；● 進(jìn)而→TFAAT4g、113℃薄膜加速老化試驗第64頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一● 壓力老化試驗（PAV）思考溫度太高（X）不符合現(xiàn)場——加溫膜太薄（X）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時間長短？第65頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一4、老化評價●耐老化指數(shù)、質(zhì)量損失●老化機(jī)理分析：1）X射線試驗：對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，找到等效的一個最合適的方法●ISV零剪切粘度——新方法測粘度剪切速率為0時的剪切粘度值；第66頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一（六）低溫性能瀝青的低溫性質(zhì)對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）延度瀝青的延性是指當(dāng)其受到外力的拉伸作用時，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，都會使瀝青的延度值相對降低。第67頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一《1》 延度：低溫延度，測力延度《2》彎曲梁流變試驗（BBR）概念：一種能準(zhǔn)確評價瀝青勁度和蠕變速率的方法，即彎曲梁流變試驗（BendingBeanRheome-ter簡稱BBR）?？刹捎脼r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（PAV）模擬瀝青路面經(jīng)過5年的使用期老化。試驗方法：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路面中可產(chǎn)生的應(yīng)力。通過試驗獲得兩個評價指標(biāo)：第68頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一（2）脆點

①蠕變勁度模量S（彎拉模量），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間變化率的m值越大，則瀝青開裂的可能性會隨之減少，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荷載作用時，常表現(xiàn)為脆性破壞。①脆點：是測量瀝青在低溫不引起破壞時的溫度。瀝青脆性的測定極為復(fù)雜，通常采用A?弗拉斯脆點試驗方法可以求出瀝青達(dá)到臨界硬度發(fā)生開裂時的溫度作為條件脆性指標(biāo)。第69頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一指標(biāo)特性：脆點實質(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)到臨界硬度時發(fā)生脆裂的溫度，也意味著瀝青達(dá)到等勁度時的溫度，瀝青出現(xiàn)脆裂時的勁度約為2.1×109Pa。②瀝青的低溫脆性通常用弗拉斯脆點（Fr）表示，它實際上相當(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（Ｆp）來模擬瀝青脆裂的溫度。但脆點有時不能說明瀝青的低溫抗裂性能。脆點不能反映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)國外一些學(xué)者提出的試驗結(jié)果，即對于大多數(shù)含蠟量小的瀝青可以假定瀝青在弗拉斯脆點溫度時的針人度為1.2，建議對含蠟量高的瀝青計算針入度為1.2時的脆點，并稱其為當(dāng)量脆點（Ｔ1.2）。第70頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一

幾種瀝青樣品的脆點

KLMYHXLLHELANLMMNSJSSLI25℃針入度899213882819796弗拉斯脆點Fr（℃）-15-19-16.8-16.8-13-14.8-16.8當(dāng)量脆點（℃）-23-20-15.3-16.5-14.6-14.7-11T1.2-－Fr(℃)-8-11.50.3-1.60.15.8含蠟量（%）1.281.553.853.384.084.195.55表中的數(shù)據(jù)表明，用當(dāng)量脆點評價瀝青的低溫抗裂性能較為合適。如與含蠟量相對應(yīng)考慮，含蠟量小于3%的瀝青的當(dāng)量脆點應(yīng)低于－17℃。第71頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一（3）瀝青的溫縮系數(shù)瀝青混凝土的溫縮系數(shù)主要取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)值列在表中材料名稱溫縮系數(shù)(×10-6/℃)瀝青(0℃~－30℃，3~10℃/h)160～200集料石灰?guī)r花崗巖砂巖大理巖0.5～8.90.5～6.81.0～6.62.4～7.40.6～8.9瀝青混合料20～45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、第72頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一（4）直接拉伸試驗（DTT）概念：直接拉伸試驗是SHRP為測試瀝青的拉伸性能而開發(fā)的，用以測試瀝青在低溫時的極限拉伸應(yīng)變。試驗方法：試驗溫度0~36℃，瀝青試件如啞鈴狀，試件重約2g，兩端粗，中間細(xì)，長40mm，有效標(biāo)準(zhǔn)長度為27mm，截面積為36mm2。一只試件僅需3g瀝青，試驗溫度為設(shè)計最低溫度以上10℃，拉伸速率為1mm/min，較延度試驗（5cm/min）慢得多，測得的結(jié)果是試件拉斷時的荷載和伸長變形，試件的應(yīng)力和應(yīng)變由式（2-7）和式（2-8）計算。（2-7）（2-8）第73頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一

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流變特性的典型材料，它的流動和變形不僅與應(yīng)力有關(guān)，也與時間和溫度有關(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)變隨時間而變化的性質(zhì)。第74頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一1、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，屬于粘彈性形變第75頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一如圖。范.德.波爾認(rèn)為在道路的實際使用條件下，瀝青的流變形可以采用拉應(yīng)力σ與總拉應(yīng)變ε的比值，即“抗拉勁度模量”表示。由式可得：式中：——瞬時彈性模量；——延遲彈性模量（時間和溫度的函數(shù)）；——粘度。若為剪切勁度模量，可采用換算公式＝3計算。若為剪切勁度模量，可采用換算公式＝3計算。第76頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一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