第二章沥青材料PPT讲稿.ppt

第二章沥青材料第1页，共57页，编辑于2022年，星期二2.1 概述历史及发展沥青的定义及分类 沥青定义：国际道路会议常设委员会（AIPCR）美国材料试验协会（ASTM）我国沥青定义 第2页，共57页，编辑于2022年，星期二按在自然界获得方式分：按在自然界获得方式分：沥青分类沥青分类地沥青焦油沥青沥青天然沥青石油沥青石油沥青煤沥青页岩沥青第3页，共57页，编辑于2022年，星期二l石油的基属分类l石油沥青的生产工艺 蒸馏法蒸馏法直馏沥青直馏沥青 氧化法氧化沥青 溶剂法溶剂法溶剂沥青溶剂沥青 调和法调和法调和沥青调和沥青2.2 石油沥青的生产工艺第4页，共57页，编辑于2022年，星期二直馏沥青调和沥青氧化沥青乳化沥青溶剂沥青改性沥青石油沥青第5页，共57页，编辑于2022年，星期二2.3 石油沥青的组成和结构石油沥青的元素组成 C（8087%）H（1015%）O、N、S（3%）第6页，共57页，编辑于2022年，星期二石油沥青的化学组分 1.化学组分 化学组分分析就是将沥青分离为几个化学性质相近，而且与路用性质有一定联系的组，这些组就称为“组分”。第7页，共57页，编辑于2022年，星期二组分分析方法组分分析方法吸附法吸附法油油 分分树 脂沥青质沥青质色谱法色谱法沥青质沥青质饱和分饱和分芳香分芳香分胶 质第8页，共57页，编辑于2022年，星期二石油沥青石油沥青三组分分析法三组分分析法的各组分性状的各组分性状 组分组分组分组分名称名称名称名称 颜色颜色颜色颜色 状态状态状态状态密度密度密度密度g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 分子分子分子分子量量量量 含量含量含量含量（%）特特特特 点点点点 作作作作 用用用用 油分油分油分油分 淡黄淡黄淡黄淡黄至红至红至红至红褐色褐色褐色褐色 透明透明透明透明液体液体液体液体 0.70.70.70.71.0 1.0 1.0 1.0 300300300300500 500 500 500 4545454560 60 60 60 溶于苯等溶于苯等溶于苯等溶于苯等有机溶剂有机溶剂有机溶剂有机溶剂,不溶于酒不溶于酒不溶于酒不溶于酒精精精精 赋予沥青以流动性赋予沥青以流动性赋予沥青以流动性赋予沥青以流动性,但但但但含量多时含量多时含量多时含量多时,沥青的温度沥青的温度沥青的温度沥青的温度稳定性差稳定性差稳定性差稳定性差 树脂树脂树脂树脂 黄色黄色黄色黄色至黑至黑至黑至黑褐色褐色褐色褐色 粘性粘性粘性粘性半固半固半固半固体体体体 1.01.01.01.01.11.11.11.16006006006001000 1000 1000 1000 1515151530 30 30 30 溶于汽油溶于汽油溶于汽油溶于汽油等有机溶等有机溶等有机溶等有机溶剂剂剂剂,难溶于难溶于难溶于难溶于酒精和丙酒精和丙酒精和丙酒精和丙酮酮酮酮 赋予沥青以塑性，树赋予沥青以塑性，树赋予沥青以塑性，树赋予沥青以塑性，树脂组分含量高，不但脂组分含量高，不但脂组分含量高，不但脂组分含量高，不但沥青塑性好，粘性也沥青塑性好，粘性也沥青塑性好，粘性也沥青塑性好，粘性也好。好。好。好。沥青沥青沥青沥青质质质质 深褐深褐深褐深褐色至色至色至色至黑色黑色黑色黑色脆性脆性脆性脆性固体固体固体固体微粒微粒微粒微粒 1.11.11.11.11.51.51.51.510001000100010006000 6000 6000 6000 5 5 5 530 30 30 30 溶于三氯溶于三氯溶于三氯溶于三氯甲烷甲烷甲烷甲烷,二硫二硫二硫二硫化碳化碳化碳化碳,不溶不溶不溶不溶于酒精于酒精于酒精于酒精 赋予沥青温度稳定性赋予沥青温度稳定性赋予沥青温度稳定性赋予沥青温度稳定性和粘性，其含量高，和粘性，其含量高，和粘性，其含量高，和粘性，其含量高，温度稳定性好，但沥温度稳定性好，但沥温度稳定性好，但沥温度稳定性好，但沥青的塑性降低，硬脆青的塑性降低，硬脆青的塑性降低，硬脆青的塑性降低，硬脆性增加。性增加。性增加。性增加。第9页，共57页，编辑于2022年，星期二沥 青正庚烷沉淀软沥青质硅胶氧化铝色谱柱沥青质沉淀正庚烷冲洗甲苯冲洗甲苯/乙醇冲洗饱和分芳香分胶质（或胶质-沥青质）沥青四组分的分析图解沥青四组分的分析图解第10页，共57页，编辑于2022年，星期二石油沥青四组分的性状石油沥青四组分的性状组分名组分名组分名组分名称称称称颜色状颜色状颜色状颜色状态态态态平均相平均相平均相平均相对密度对密度对密度对密度平均分子平均分子平均分子平均分子量量量量主要化学主要化学主要化学主要化学结构结构结构结构特点及作用特点及作用特点及作用特点及作用饱和分饱和分饱和分饱和分无色液无色液无色液无色液体体体体0.890.890.890.89625625625625烷烃、环烷烃、环烷烃、环烷烃、环烷烃烷烃烷烃烷烃非极性稠状油类。作用是软化胶非极性稠状油类。作用是软化胶非极性稠状油类。作用是软化胶非极性稠状油类。作用是软化胶质和沥青质，保持体系的稳定性。质和沥青质，保持体系的稳定性。质和沥青质，保持体系的稳定性。质和沥青质，保持体系的稳定性。芳香分芳香分芳香分芳香分黄色至黄色至黄色至黄色至红色液红色液红色液红色液体体体体0.990.990.990.99730730730730芳香烃、芳香烃、芳香烃、芳香烃、含含含含S S S S衍生物衍生物衍生物衍生物非极性，分子量最低，是主要的非极性，分子量最低，是主要的非极性，分子量最低，是主要的非极性，分子量最低，是主要的分散介质。溶解力很强分散介质。溶解力很强分散介质。溶解力很强分散介质。溶解力很强胶质胶质胶质胶质棕色粘棕色粘棕色粘棕色粘稠液体稠液体稠液体稠液体1.091.091.091.09970970970970多环结构，多环结构，多环结构，多环结构，含含含含S S S S、O O O O、N N N N衍生物衍生物衍生物衍生物极性很强，具有很好的粘附力，极性很强，具有很好的粘附力，极性很强，具有很好的粘附力，极性很强，具有很好的粘附力，是沥青质扩散的介质，赋予沥青是沥青质扩散的介质，赋予沥青是沥青质扩散的介质，赋予沥青是沥青质扩散的介质，赋予沥青以可塑性、流动性和粘结性。以可塑性、流动性和粘结性。以可塑性、流动性和粘结性。以可塑性、流动性和粘结性。沥青质沥青质沥青质沥青质深棕色深棕色深棕色深棕色至黑色至黑色至黑色至黑色固体固体固体固体1.151.151.151.153400340034003400缩合环结缩合环结缩合环结缩合环结构，含构，含构，含构，含S S S S、O O O O、N N N N衍生衍生衍生衍生物物物物极性很强；影响着沥青的粘结力、极性很强；影响着沥青的粘结力、极性很强；影响着沥青的粘结力、极性很强；影响着沥青的粘结力、粘度、温度稳定性、硬度。粘度、温度稳定性、硬度。粘度、温度稳定性、硬度。粘度、温度稳定性、硬度。第11页，共57页，编辑于2022年，星期二 蜡分蜡分去除沥青质和胶质后，在去除沥青质和胶质后，在油分中含有的经冷冻能中含有的经冷冻能结晶析出，熔点在结晶析出，熔点在2525上的混合组分。上的混合组分。高温高温高温高温结晶析出结晶析出结晶析出结晶析出 蜡分使沥青的温度敏感性增大，影响沥青与矿料的粘蜡分使沥青的温度敏感性增大，影响沥青与矿料的粘结性和水稳性。结性和水稳性。特点：沥青粘度降低沥青粘度降低沥青粘度降低沥青粘度降低沥青的低温延展性降低沥青的低温延展性降低沥青的低温延展性降低沥青的低温延展性降低融化融化融化融化低温低温低温低温第12页，共57页，编辑于2022年，星期二沥青的化学结构与其技术性质的相关性：沥青的化学结构与其技术性质的相关性：A A、沥青的感温性与沥青化学结构参数中、沥青的感温性与沥青化学结构参数中烷碳率烷碳率和侧链根数及平均侧链长度有关；B、沥青的粘附性与其芳烃指数、芳香环数等有关；、芳香环数等有关；C C、沥青的耐候性与其、沥青的耐候性与其饱和碳率饱和碳率有关；有关；D D、沥青的粘度与其分子量及聚合度等有关。、沥青的粘度与其分子量及聚合度等有关。3石油沥青的化学结构第13页，共57页，编辑于2022年，星期二4.石油沥青的胶体结构（b b）溶）溶-凝胶结构凝胶结构（a a）溶胶结构）溶胶结构（c c）凝胶结构）凝胶结构第14页，共57页，编辑于2022年，星期二l l溶溶胶胶结结构构当当沥沥青青质质的的含含量量不不多多（小小于于10%10%），相相对对分分子子量量不不很很大大，或或分分子子尺尺寸寸较较小小，与与胶胶质质的的相相对对分分子子质质量量相相近近时时，饱饱和和酚酚和和芳芳香香酚酚的的溶溶解解能能力力很很强强，分分散散相相和和分分散散介介质质的的化化学学组组成成比比较较接接近近，这这样样的的沥沥青青分分散散度度很很高高，胶胶团团可可以以在在连连续续相相中中自自自自由由由由移动移动移动移动，近似真溶液，具有牛顿流动特性，粘度与应力成比例。，近似真溶液，具有牛顿流动特性，粘度与应力成比例。l l在在路路用用性性质质上上具具有有较较好好的的自自愈愈性性和和低低温温变变形形能能力力，但但是是高高温温稳稳定定性性差差（粘度很小）。（粘度很小）。第15页，共57页，编辑于2022年，星期二沥青沥青沥青质高分子芳香烃胶质饱和酚芳香酚第16页，共57页，编辑于2022年，星期二l l凝凝胶胶结结构构当当沥沥青青质质含含量量很很大大，达达到到或或超超过过25%-30%25%-30%时时，胶胶质质的的数数量量不不足足以以包包裹裹在在沥沥青青质质周周围围使使之之胶胶胶胶溶溶溶溶，沥沥青青质质胶胶团团会会相相互互连连结结，形成三维网状结构，胶团在连续相中移动比较困难。形成三维网状结构，胶团在连续相中移动比较困难。l l特特点点：这这类类沥沥青青在在常常温温下下呈呈现现非非牛牛顿顿流流动动特特性性，在在路路用用性性能能上，常温下具有较好的温度稳定性，但低温变形能力较差。上，常温下具有较好的温度稳定性，但低温变形能力较差。第17页，共57页，编辑于2022年，星期二l l溶溶一一凝凝胶胶结结构构当当沥沥青青或或沥沥青青质质中中含含有有较较多多的的烷烷基基侧侧链链，生生成成的的胶胶团团结结构构比比较较松松散散，可可能能含含有有一一些些开开式式网网状状结结构构，网网状状结结构构的的形形成成与与温温度度密密切切相相关关，在在常常温温时时，在在变变形形的的最最初初阶阶段段表表现现出出明明显显的的弹弹性性效效应应，但但在在变变形形增增加加至一定阶段时，则表现为牛顿液体状态。至一定阶段时，则表现为牛顿液体状态。l l 特点：在在路路用用性性能能上上，在在高高温温时时具具有有较较低低的的感感温温性性，低低温时又有较好的形变能力。温时又有较好的形变能力。第18页，共57页，编辑于2022年，星期二l l沥青的粘滞性沥青的粘滞性 粘滞性（粘性）粘滞性（粘性）是指沥青材料在外力的作用下，沥青粒是指沥青材料在外力的作用下，沥青粒子产生相互位移时的抵抗变形的能力。子产生相互位移时的抵抗变形的能力。粘滞性是沥青材料最为重要的的性质。以以粘度表示。表示。4.沥青材料的路用性能评价方法及指标第19页，共57页，编辑于2022年，星期二1.1.沥青沥青粘度粘度的表达方式的表达方式牛顿流体牛顿流体：任一点上的任一点上的剪应力剪应力都同都同剪切变形速率剪切变形速率呈呈线性线性函数关系的流体。最函数关系的流体。最简单的牛顿流体流动是二无限平板以相对速度简单的牛顿流体流动是二无限平板以相对速度U U相互平行运动时相互平行运动时,两板间粘性流体的低速定常两板间粘性流体的低速定常剪切运动剪切运动（或库埃特流动）。（或库埃特流动）。第20页，共57页，编辑于2022年，星期二式中 剪应力;剪切变形速率;流体动力粘性系数（即粘度）。这就是著名的牛顿粘性(内摩擦)定律。凡是符合此定律的流体称为牛顿流体，否则是非牛顿流体。剪切流动实验 1687 1687年，年，牛顿牛顿做了最简单的剪切流动实验。他的实验如图所示。在平行平板之间做了最简单的剪切流动实验。他的实验如图所示。在平行平板之间充满粘性流体，平板间距为充满粘性流体，平板间距为d d，下板，下板B B静止不动，上板静止不动，上板C C以速度以速度U U在自己平面内等速在自己平面内等速平移。由于板上流体随平板一起运动平移。由于板上流体随平板一起运动,因此附在上板的流体速度为因此附在上板的流体速度为U U，附在，附在下板的流体速度为下板的流体速度为零零。实验指出，两板之间的速度分布。实验指出，两板之间的速度分布u u(y y)服从服从线性规律线性规律。作用在。作用在上板的上板的力力同板的同板的面积面积、板的运动、板的运动速度速度成正比，同间距成正比，同间距d d成反比。由此得出：成反比。由此得出：说明流体在流动过程中流体层间所产生的剪应力与法向速度梯度成正比，与压力说明流体在流动过程中流体层间所产生的剪应力与法向速度梯度成正比，与压力无关无关。第21页，共57页，编辑于2022年，星期二（1）牛顿流型沥青的粘度 动力粘度 绝对粘度 运动粘度（动比密粘度）注：绝对单位 用基本量(例如长度、时间、质量及电荷或电流)的单位所规定的单位,称为绝对单位。这些单位在任何时刻、任何地点都取固定的数值。人们规定米、千克、秒分别为长度、质量、时间的绝对单位。其他物理量的单位,都是根据上面三个基本单位(即SI制单位)制定的。第22页，共57页，编辑于2022年，星期二（2）非牛顿流型沥青的粘度 沥青的表观粘度 cc沥青的复合流动度系数，沥青的复合流动度系数，是评价沥青流变性质的重要指标。是评价沥青流变性质的重要指标。c=1.0 c=1.0时表示为牛顿流型沥青；时表示为牛顿流型沥青；c c小于小于1.01.0表示非牛顿流型沥青表示非牛顿流型沥青第23页，共57页，编辑于2022年，星期二2.沥青粘度的测定方法 绝对粘度法绝对粘度法 相对粘度法（条件粘度法）相对粘度法（条件粘度法）绝对粘度测定方法1 1）毛细管法）毛细管法运动粘度（通常运动粘度（通常135135）2 2）真空减压毛细管法）真空减压毛细管法动力粘度（通常动力粘度（通常6060）第24页，共57页，编辑于2022年，星期二条件粘度测定方法 标准粘度计法标准粘度计法 针入度法针入度法 标准粘度计法标准粘度计法（用于测定（用于测定液态液态石油沥青、煤沥青和乳化沥青等的粘石油沥青、煤沥青和乳化沥青等的粘度）度）沥青标准粘度试验（液体沥青）沥青标准粘度试验（液体沥青）测定：在规定温度下，试样从标准粘度计规定直径（测定：在规定温度下，试样从标准粘度计规定直径（3 3、4 4、5 5、10mm10mm）的流孔流出）的流孔流出50ml50ml所需的时间，以表示。所需的时间，以表示。流出时间流出时间S S越长，粘度越大。越长，粘度越大。第25页，共57页，编辑于2022年，星期二条件粘度测定方法 标准粘度计法 针入度法针入度法（粘稠沥青）针入度法（粘稠沥青）沥青的针入度是在规定温度（沥青的针入度是在规定温度（2525）和时间）和时间(5S)(5S)内，附加一定重量内，附加一定重量 （100100）的标准针垂直贯）的标准针垂直贯入试样的深度，以入试样的深度，以0.10.1表示。表示。结论：结论：针入度越大，粘滞性越小，作为划分沥青标号重要依据。针入度越大，粘滞性越小，作为划分沥青标号重要依据。P P25,100g,5s 25,100g,5s:针入度试验温度为针入度试验温度为2525，标准针质量和贯入时间仍为，标准针质量和贯入时间仍为100g100g和和5s5s。第26页，共57页，编辑于2022年，星期二沥青针入度仪第27页，共57页，编辑于2022年，星期二视频视频第28页，共57页，编辑于2022年，星期二软化点：通常采用条件的硬化点和滴落点来表示，软化点：通常采用条件的硬化点和滴落点来表示，称为软化点。（环球法）称为软化点。（环球法）将沥青试样注入规定尺寸的金属环内径（将沥青试样注入规定尺寸的金属环内径（15.90.1mm15.90.1mm），），高（高（6.40.16.40.1）mmmm）内，上置规定尺寸和重量的钢球（直径）内，上置规定尺寸和重量的钢球（直径9.53mm9.53mm，质量（，质量（3.50.053.50.05）g g），放于水（或甘油）中，以），放于水（或甘油）中，以（50.550.5）minmin的速度加热，至沥青下垂量达规定距离的速度加热，至沥青下垂量达规定距离（25.4mm25.4mm）时的温度，以）时的温度，以表示。表示。第29页，共57页，编辑于2022年，星期二沥青软化试验沥青软化试验沥青软化试验沥青软化试验视频视频第30页，共57页，编辑于2022年，星期二 针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度，针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度，针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度，针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度，而软化点则是测定沥青达到规定条件粘度时的温而软化点则是测定沥青达到规定条件粘度时的温而软化点则是测定沥青达到规定条件粘度时的温而软化点则是测定沥青达到规定条件粘度时的温度。度。度。度。第31页，共57页，编辑于2022年，星期二2.2.沥青的延性和脆性沥青的延性和脆性 （1 1）延性延性 指沥青材料在外力拉伸作用下承受塑性变形的指沥青材料在外力拉伸作用下承受塑性变形的能力。以沥青的能力。以沥青的延度延度指标来反映沥青的延性。指标来反映沥青的延性。沥青的延度是规定形状（倒八字形）的试样在沥青的延度是规定形状（倒八字形）的试样在规定温度下，以一定速度受拉伸至断开时的长度，规定温度下，以一定速度受拉伸至断开时的长度，以以cm cm 表示。对重交通道路石油沥青规定延度试验温表示。对重交通道路石油沥青规定延度试验温度采用度采用1515，对中、轻交通道路石油沥青规定延度，对中、轻交通道路石油沥青规定延度试验温度为试验温度为2525，结论结论结论结论：延度越大，沥青的延性越好。沥青的组分不协：延度越大，沥青的延性越好。沥青的组分不协调，胶体结构不均匀，含蜡量增加，延度降低调，胶体结构不均匀，含蜡量增加，延度降低第32页，共57页，编辑于2022年，星期二沥青延度试验视频视频第33页，共57页，编辑于2022年，星期二 针入度、延度、软化点是评价粘稠石油沥青路用性能最常用的经验指标，通称“三大指标”。第34页，共57页，编辑于2022年，星期二（2 2）脆性）脆性 沥沥青青材材料料在在低低温温下下受受到到瞬瞬时时荷荷载载作作用用，突然破坏的性质。用突然破坏的性质。用脆点脆点来反映。来反映。脆脆点点是是涂涂于于金金属属片片的的试试样样薄薄膜膜在在特特定定条条件件下下，因因被被冷冷却却和和弯弯曲曲而而出现断裂时的温度，以出现断裂时的温度，以表示。表示。沥沥青青的的脆脆点点更更直直接接地地反反映映了了其其低温抗裂性。低温抗裂性。脆点试验仪脆点试验仪第35页，共57页，编辑于2022年，星期二3.3.沥青的感温性沥青的感温性 感温性：感温性：感温性：感温性：指粘度随温度变化的感应性。指粘度随温度变化的感应性。常用评价方法：针入度指数法（PI）针入度粘度指数（PVN）法 软化点试验软化点试验第36页，共57页，编辑于2022年，星期二（1 1）针入度指数法）针入度指数法（PIPIPIPI）针入度指数法（针入度指数法（PIPI）利用）利用针入度和软化点针入度和软化点的试验结果来表征沥青感温的试验结果来表征沥青感温性的一种指标。同时也可判别沥青的胶体结构状态。性的一种指标。同时也可判别沥青的胶体结构状态。针入度针入度-温度感应性系数温度感应性系数A A A A 沥青的粘度随温度而变化，当以对数纵坐标表示针入度，以沥青的粘度随温度而变化，当以对数纵坐标表示针入度，以横坐标表示温度时，则：横坐标表示温度时，则：1gP=AT+K 式中：式中：P P：沥青的针入度，：沥青的针入度，0.1mm0.1mm；A A：针入度：针入度-温度感应性系数温度感应性系数 K K：回归系数。：回归系数。第37页，共57页，编辑于2022年，星期二 根据研究发现，沥青在软化点温度时，针入度在根据研究发现，沥青在软化点温度时，针入度在600-1000600-1000之之间，间，假定假定为为800(0.1mm)800(0.1mm)。则：。则：式中：式中：P P（25252525，100g,5s100g,5s100g,5s100g,5s）在在2525，100g,5s100g,5s条件下条件下 测定的针入度值，测定的针入度值，0.1mm0.1mm；T TR&BR&B环球法测定的软化点温度，环球法测定的软化点温度，。第38页，共57页，编辑于2022年，星期二 由于软化点温度时的针入度常与由于软化点温度时的针入度常与800800相差甚大，因此斜率相差甚大，因此斜率A A应应根据不同温度的针入度值确定，常采用的温度为根据不同温度的针入度值确定，常采用的温度为1515，2525及及3030（或（或55），），则：则：通过回归求取针入度通过回归求取针入度温度感应系数温度感应系数A A值。值。注：注：由由3 3个温度的针入度回归相关系数个温度的针入度回归相关系数R R0.9970.997 由由4 4个温度的针入度回归相关系数个温度的针入度回归相关系数R0.995R0.995 否则试验结果误差过大，不能采用否则试验结果误差过大，不能采用。第39页，共57页，编辑于2022年，星期二 针入度指数针入度指数（PIPIPIPI）的确定的确定 普费等人在制定针入度指数时，假定感温性最小的沥青其针普费等人在制定针入度指数时，假定感温性最小的沥青其针入度指数（入度指数（PIPI）为）为2020，感温性最大的沥青为，感温性最大的沥青为-10-10，在图中将软化点，在图中将软化点坐标坐标2525与针入度坐标与针入度坐标800800连成一线，将斜线划成连成一线，将斜线划成3030等分，软化点与等分，软化点与针入度连线同斜率交点定为针入度连线同斜率交点定为PIPI值。此值。此PIPI值将斜线分为两段，根据值将斜线分为两段，根据上式长度比，即为斜率上式长度比，即为斜率A A。则。则：由于由于A A值很小，为使值很小，为使PIPI值在（值在（-10-10，2020）之间，）之间，A A值乘以值乘以5050第40页，共57页，编辑于2022年，星期二第41页，共57页，编辑于2022年，星期二 PI-2 PI+2 PI+2时，有明显的凝胶特征，耐久性差。时，有明显的凝胶特征，耐久性差。路面修筑所用沥青路面修筑所用沥青PIPI一般取一般取-1-1+1+1。三种胶体结构的划分三种胶体结构的划分 溶胶结构溶胶结构 凝胶结构凝胶结构溶凝胶结构溶凝胶结构 PI PI-十第42页，共57页，编辑于2022年，星期二4.沥青的耐久性 沥青在路面中，受到各种自然因素（沥青在路面中，受到各种自然因素（氧、热、光和氧、热、光和水水）的作用，导致组分移行，而逐渐老化，最后导致路用性能随之衰降。产生老化的原因按已有研究认为主要是沥青受到氧化作用，同时在日光紫外线作用下，加之在一定温度条件下加速了反应的进行，并且水又起着催化的作用。第43页，共57页，编辑于2022年，星期二 “老化老化”：沥青在自然因素（热、氧、光和水）的作用下，产生：沥青在自然因素（热、氧、光和水）的作用下，产生“不可逆不可逆”的化学变化，导致路用性能劣化。的化学变化，导致路用性能劣化。在在力学性质力学性质方面，表现为针入度减小，延度降低，软化点方面，表现为针入度减小，延度降低，软化点升高，绝对粘度提高，脆点降低等。升高，绝对粘度提高，脆点降低等。在在化学组分含量化学组分含量方面，表现为饱和酚变化甚少，芳香酚明显方面，表现为饱和酚变化甚少，芳香酚明显转变为胶质（速度较慢），而胶质又转变为沥青质（速度较快）转变为胶质（速度较慢），而胶质又转变为沥青质（速度较快），但芳香酚转变为胶质不足以补偿胶质转变为沥青质，所以最，但芳香酚转变为胶质不足以补偿胶质转变为沥青质，所以最终是胶质显著地减少，而沥青质显著增加，路用性能劣化。终是胶质显著地减少，而沥青质显著增加，路用性能劣化。第44页，共57页，编辑于2022年，星期二 耐久性的评价方法：耐久性的评价方法：（1 1）热致老化）热致老化 中轻道路中轻道路蒸发损失试验蒸发损失试验 重交通量重交通量薄膜加热试验薄膜加热试验 液体沥青液体沥青蒸馏试验蒸馏试验第45页，共57页，编辑于2022年，星期二 薄膜烘箱加热试验薄膜烘箱加热试验 旋转薄膜加热试验旋转薄膜加热试验【薄膜烘箱加热试验】将【薄膜烘箱加热试验】将50g50g的沥青试样装入盛样皿（内的沥青试样装入盛样皿（内径径140mm140mm，深，深9.5mm9.5mm）内，置于烘箱中，膜的厚度为）内，置于烘箱中，膜的厚度为3.2mm3.2mm，在，在163163下以下以5.5r/min5.5r/min旋转，保持受热时间旋转，保持受热时间5h5h，冷却。测，冷却。测定质量损失，并测定残留物的针入度。定质量损失，并测定残留物的针入度。TFOTTFOT第46页，共57页，编辑于2022年，星期二【旋旋转转薄薄膜膜加加热热试试验验】旋旋转转薄薄膜膜加加热热试试验验是是将将沥沥青青试试样样g g装装入入高高mmmm，直直径径mmmm的的开开口口玻玻璃璃瓶瓶中中，盛盛样样瓶瓶插插入入旋旋转转烘烘箱箱中中，一一边边接接受受以以mLmLminmin流流量量吹吹入入的的热热空空气气，一一边边在在 的高温下以r/r/minmin的的速速度度旋旋转转，经经过过minmin老老化化后后，测测定定沥沥青青的的质质量量损损失失及及针针入入度，粘度等各种性能指标的变化度，粘度等各种性能指标的变化RTFOTRTFOT第47页，共57页，编辑于2022年，星期二（2）长期老化 沥青加速老化试验沥青加速老化试验(PAV)(PAV)（压力老化试验）（压力老化试验）【压压 力力 老老 化化 试试 验验】由由 美美 国国 SuperpaveSuperpave成成 果果 提提 出出 压压 力力 老老 化化 试试 验验（Pressure Pressure Aging Aging VesselVessel，PVA).PVA).PVAPVA老老化化试试验验相相当当于于路路面面表表层层沥沥青老化青老化5 5年的情况年的情况.第48页，共57页，编辑于2022年，星期二 5.5.安全性安全性 沥青的沥青的闪点闪点是试样在规定的克利夫兰开口杯盛样器内，按是试样在规定的克利夫兰开口杯盛样器内，按规定的升温速度受热时所蒸发的气体，以规定的方法与试焰接规定的升温速度受热时所蒸发的气体，以规定的方法与试焰接触，初次发生一瞬即灭的火焰时的试样温度，以触，初次发生一瞬即灭的火焰时的试样温度，以表示。表示。沥青的沥青的燃点燃点是试样继续受热时，蒸气接触火焰能持续燃烧是试样继续受热时，蒸气接触火焰能持续燃烧时间不少于时的试样温度，以时间不少于时的试样温度，以表示，沥青材料在使用时表示，沥青材料在使用时必须加热，加热温度必须低于闪点必须加热，加热温度必须低于闪点沥青闪点、燃点测定仪第49页，共57页，编辑于2022年，星期二 2.2.沥青的劲度模量沥青的劲度模量 为了描述沥青处于粘弹状态下的力学特性，采用了劲度模量的概念。劲度模量是温度（T）和载荷作用时间（t）的函数,是表征沥青粘性和弹性联合效应的指标.S ST,tT,t=（/）T,t式中:S 沥青的劲度模量沥青的劲度模量,Pa,Pa 应力应力应力应力,Pa,Pa,Pa,Pa 应变应变 t t 时间时间,s,s T T 温度温度,第50页，共57页，编辑于2022年，星期二 2.2.沥青劲度模量的计算沥青劲度模量的计算 (1)(1)由粘度计算劲度模量由粘度计算劲度模量 假定沥青为纯粘性材料假定沥青为纯粘性材料，有：，有：=/或 =/式中：式中：-应变速率；应变速率；-拉应力；拉应力；-沥青拉伸粘度沥青拉伸粘度第51页，共57页，编辑于2022年，星期二 拉伸粘度与剪切粘度关系：拉伸粘度与剪切粘度关系：=3 对静载试验，由上式得：对静载试验，由上式得：=(/3)t 式中：式中：-剪切粘度；剪切粘度；t-t-加载时间加载时间 可得：可得：S=3/t 注：拉伸粘度就是沥青在拉伸过程中存在的粘度。其与剪切过程中的粘度相似（剪切粘度）。只是拉伸粘度的速度梯度在形变的方向与剪切粘度不同。第52页，共57页，编辑于2022年，星期二(2).(2).图解法（范德波尔诺模图）图解法（范德波尔诺模图）步骤：步骤：(1)(1)确定确定PIPI值值 (2)(2)确定荷载作用时间确定荷载作用时间 (3)(3)确定计算温度确定计算温度 (4)(4)由由PIPI、温差、温差T Tdifdif及荷载作用时间，按图求劲度模量及荷载作用时间，按图求劲度模量S S 局限性：局限性：对含蜡量大于对含蜡量大于2%2%和改性沥青不适用。和改性沥青不适用。第53页，共57页，编辑于2022年，星期二第54页，共57页，编辑于2022年，星期二(3).经验公式法（见课本2.17式）荷载作用时间荷载作用时间t t 针入度指数PIPI 温度T T 第55页，共57页，编辑于2022年，星期二 3.沥青劲度模量的影响因素（1）温度的影响（2 2）时间的影响）时间的影响 通常意义时间通常意义时间 加载的速率与频率 时间换算时间换算第56页，共57页，编辑于2022年，星期二 第二章结束 第57页，共57页，编辑于2022年，星期二