沥青基本知识与试验.pptx
背景第一条美国热拌沥青路面在 19世纪70年代建成宾夕法尼亚大街使用从特立尼达岛上湖面开采的天然沥青两个来源特立尼达岛伯慕德兹（Bermudez）,委内瑞拉第1页/共68页背景每种湖沥青都很均匀用溶解度试验来确定来源 不同来源间的溶解情况不同19世纪末铺路的需求超过了湖沥青的供应量导致石油沥青开始使用第2页/共68页石油沥青从原油炼制的过程来说，沥青是废品有时被称为“桶底”性能依赖于:炼制工艺原油组成煤油柴油汽油沥青原油桶第3页/共68页沥青成分四组分：饱和分、芳香分、胶质、沥青质三组分：油分、胶质、沥青质沥青质大的、不连续的固态内含物（黑色）高粘度成分胶质室温时半固态或固态受热时流动遇冷时变脆油分无色的液体在大多数溶剂中溶解使沥青流动第4页/共68页石油沥青的生产方法蒸馏法减压蒸馏加工最简便、成本最低7080的沥青总产量溶剂法氧化法调合法受原油约束降低第5页/共68页早期规范湖沥青外观二硫化碳中的溶解性石油沥青（20世纪早期）坚固性（稠度）咀嚼缝纫机测量稠度第6页/共68页针入度试验缝纫机的针规定荷重、时间、温度100 g初始穿透深度 0.1 mm 5秒后 第7页/共68页针入度分级规范用针入度结果来分级增加闪点试验延度溶解度薄膜烘箱老化针入度延度第8页/共68页针入度沥青规范三大指标针入度延度软化点针入度指数密度闪点溶解度含蜡量第9页/共68页针入度沥青规范60粘度135粘度TFOT后残留物质量损失针入度比（25C）延度（不可用RTFOT替代）第10页/共68页针入度的含义与作用针入度是沥青的稠度指标，反映沥青在一定条件下的软硬程度，由于针入度是条件稠度，故不能单纯以针入度大小来评价沥青的软硬程度。针入度除作为沥青分级的依据外，还可以用不同温度下的针入度或将针入度与沥青的软化点、粘度进行关联表征沥青的感温性。第11页/共68页沥青的高温稳定性指标软化点沥青在一定条件下的等粘温度测定方法有多种，环球法、立方体法等60粘度粘度大，在荷载作用下剪切变形小，弹性恢复性能好测定方法有多种，真空毛细管、旋转粘度计第12页/共68页旋转粘度计(Brookfield)内圆筒力矩温度环境室数字温度控制仪第13页/共68页沥青的低温抗裂性能指标脆点北方国家，加拿大、瑞典、德国弗拉斯脆点沥青的等劲度温度延度规定的拉伸速度和温度拉伸标准试件的两端到断裂时的长度反映了沥青的粘弹性质第14页/共68页延度第15页/共68页沥青的抗老化性能指标薄膜烘箱或旋转薄膜烘箱试验前后沥青常规性质的变化，如针入度比、延度第16页/共68页薄膜加热试验烘箱外部旋转架盘子温度计6mm第17页/共68页沥青的施工及安全指标施工性能用135粘度表征安全指标用闪点进行表征第18页/共68页闪点(安全性)温度计沥青杯通气棒第19页/共68页沥青的综合指标密度溶解度灰分针入度指数蜡含量第20页/共68页溶解度(纯度)第21页/共68页针入度指数PI针入度指数可以反映沥青偏离牛顿流体的程度，当PI-2时，沥青的温度敏感性强，为纯粘性的溶胶型沥青，也称焦油型（因大多数煤焦油的PI值均小于-2）。当PI值介于+2与-2之间时，沥青为溶胶凝胶型。这类沥青有一些弹性及不十分明显的触变性，一般的道路沥青属于这一类。当PI+2时，沥青具有明显的凝胶特征，由于结构的生成，故具有很强的弹性和触变性，在大变形条件或变形速率很低时，抗裂性能变差，大部分的氧化沥青属于这一类；而且氧化程度愈高，沥青质的浓度愈大，则PI值越大。第22页/共68页PI的计算PI（20-500A）/（1+50A）A25、15、30或5等3个温度的针入度，由式lgPAT+K求出温度敏感系数A针入度的线性回归系数不小于0.997。第23页/共68页蜡含量测定法8种有代表性的测定方法SH/T0425、JTJ0615、日本JPI、德国DIN52015、罗马尼亚STAS8098、美国UOP46、法国NFT66015、前苏联区别：脱胶质、沥青质过程不同，脱蜡过程不同，冷洗剂用量及冷洗过程不同，取样量不同。第24页/共68页试验结果影响因素针入度做法后果分析针身涂有大量黄油或凡士林值偏大隔离剂多了，测出的不是沥青而是隔离剂的针入度针距小于10mm值偏大针孔距离过近，破坏了沥青原有结构组成养护时间过长（远大于1.52.5h）值偏小油分散失模内注入沥青过少（小于杯高1/2）易 损 坏 试针阻力过小未经0.6mm过筛值 离 散 性大不均匀试样中进入气泡值 偏 大，离散性大不均匀仅在试样中心扎针值偏小边缘效应标准针尺寸不符针尖剪切力不同试验温度不符第25页/共68页试验结果影响因素软化点做法后果分析刮模（表面不与环面齐平）沥青量不同，影响测试结果不用蒸馏水引起水温上升不均匀试杯内水不搅拌有 温 差 效应温度梯度水温上升速度不符合要求大-大小-小每分钟加热速率上升5模内涂隔离剂值偏小粘结力小，遇热会剥离底板涂隔离剂过厚值偏小隔离剂占据沥青位置形成空洞第26页/共68页试验结果影响因素延度做法后果分析刮模（不从中间向两边）值 离 散 性大重复刮划，表面产生波浪拉伸速度快慢不一，破坏不一致试验温度延度值有差异试件浸入水中深度（小于10厘米）离散性大受环境影响模内涂隔离剂值偏小粘结力小试样沉入槽底值偏大未向水槽中放盐，分段拉伸，值偏大第27页/共68页试验结果影响因素：针入度指数（感温性能）同针入度计算方法温度区间密度试样勿粘附瓶口、瓶壁上方试样无气泡试样在干燥器中干燥使用蒸馏水试验温度第28页/共68页试验结果影响因素：闪点升温速度一瞬即灭的蓝色火焰溶解度清洗至滤液无色透明为止第29页/共68页试验结果影响因素：含蜡量试验温度真空干燥箱的使用分样质量试验方法计算方法第30页/共68页试验结果影响因素：薄膜加热试验试验前后，试样均放入干燥器中冷却烘箱达到恒温（163）后放入试样烘箱温度回升至162开始计时第31页/共68页针入度规范优点沥青等级接近平均使用温度快捷可用于工地试验室成本低已建立较好精确度可以确定温度敏感性第32页/共68页针入度规范缺点经验性试验剪切速率高可变的不能获得拌和与压实温度25C 时相近的针入度并不反映沥青的较大差异第33页/共68页温度25C针入度,0.1 mm高中低第34页/共68页与性能相关的沥青规范PG 规范与路面性能基本相关环境因素使用&施工温度短期和长期老化第35页/共68页PG 规范基于流变试验流变学:研究流动和变形沥青是粘弹性材料行为依赖于:温度加载时间老化(性能随时间改变)第36页/共68页高温特性高的使用温度沙漠气候夏季温度持续不变的荷载低速移动的卡车十字路口粘性液体第37页/共68页路面行为（高温）永久变形(车辙)混合料是塑性的依赖于沥青来源、添加剂和集料性质第38页/共68页永久变形交通和气候的影响Courtesy of FHWA第39页/共68页低温行为低温寒冷的气候冬季快速荷载快速驶过的卡车弹性固体s=tE虎克定律第40页/共68页路面行为（低温）温度开裂由于降温引起收缩产生的应力为了释放变形引起的应力，当温度应力超过材料强度时造成开裂材料是脆性的依赖于沥青来源和集料特性第41页/共68页温度开裂Courtesy of FHWA第42页/共68页老化沥青与氧气反应“氧化”或“老化硬化”短期特殊成分的挥发施工过程中长期路面寿命之间(使用期)第43页/共68页Superpave沥青结合料规范分级体系在气候的基础上提出PG 64-22Performance Grade（性能等级）平均7天最高路面温度最低路面温度第44页/共68页 PG 46 PG 52 PG 58 PG 64 PG 70 PG 76 PG 82(Rotational Viscosity)RV 90 90 100 100 100(110)100(110)110(110)(Flash Point)FP 46 52 58 64 70 76 82 46 52 58 64 70 76 82(ROLLING THIN FILM OVEN)(ROLLING THIN FILM OVEN)RTFO RTFO Mass Loss Mass Loss 1.00 kPa 2.20 kPa S 0.300Report Value 1.00%20 Hours,2.07 MPa 10 7 4 25 22 19 16 13 10 7 25 22 19 16 13 31 28 25 22 19 16 34 31 28 25 22 19 37 34 31 28 25 40 37 34 31 (Dynamic Shear Rheometer)DSR G*sin (Bending Beam Rheometer)BBR“S”Stiffness&“m”-value-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24Performance Grades（性能等级）(Dynamic Shear Rheometer)DSR G*/sin (Dynamic Shear Rheometer)DSR G*/sin 230 oCCEC第45页/共68页 PG 46 PG 52 PG 58 PG 64 PG 70 PG 76 PG 82(Rotational Viscosity)RV 90 90 100 100 100(110)100(110)110(110)(Flash Point)FP 46 52 58 64 70 76 82 46 52 58 64 70 76 82(ROLLING THIN FILM OVEN)(ROLLING THIN FILM OVEN)RTFO RTFO Mass Loss Mass Loss 1.00%1.00%(Direct Tension)DT(Bending Beam Rheometer)BBR Physical Hardening28-34 -40 -46 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -46 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -10 -16 -22 -28 -34Avg 7-day Max,oC1-day Min,oC(PRESSURE AGING VESSEL)(PRESSURE AGING VESSEL)PAVPAVORIGINALORIGINAL 2.20 kPa S 0.300Report Value 1.00%20 Hours,2.07 MPa 10 7 4 25 22 19 16 13 10 7 25 22 19 16 13 31 28 25 22 19 16 34 31 28 25 22 19 37 34 31 28 25 40 37 34 31 (Dynamic Shear Rheometer)DSR G*sin (Bending Beam Rheometer)BBR“S”Stiffness&“m”-value-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24PG 规范的原理(Dynamic Shear Rheometer)DSR G*/sin (Dynamic Shear Rheometer)DSR G*/sin 230 oCCEC5864Test TemperatureTest TemperatureChangesChangesSpec RequirementSpec RequirementRemains ConstantRemains Constant 1.00 kPa 第46页/共68页 PG 46 PG 52 PG 58 PG 64 PG 70 PG 76 PG 82(Rotational Viscosity)RV 90 90 100 100 100(110)100(110)110(110)(Flash Point)FP 46 52 58 64 70 76 82 46 52 58 64 70 76 82(ROLLING THIN FILM OVEN)(ROLLING THIN FILM OVEN)RTFO RTFO Mass Loss Mass Loss 1.00%1.00%(Direct Tension)DT(Bending Beam Rheometer)BBR Physical Hardening28-34 -40 -46 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -46 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -10 -16 -22 -28 -34Avg 7-day Max,oC1-day Min,oC(PRESSURE AGING VESSEL)(PRESSURE AGING VESSEL)PAVPAVORIGINALORIGINAL 5000 kPa S 0.300Report Value 1.00%20 Hours,2.07 MPa 10 7 4 25 22 19 16 13 10 7 25 22 19 16 13 31 28 25 22 19 16 34 31 28 25 22 19 37 34 31 28 25 40 37 34 31 (Dynamic Shear Rheometer)DSR G*sin (Bending Beam Rheometer)BBR“S”Stiffness&“m”-value-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24永久变形(Dynamic Shear Rheometer)DSR G*/sin (Dynamic Shear Rheometer)DSR G*/sin 230 oCCEC 1.00 kPa 2.20 kPa UnagedUnaged RTFO AgedRTFO Aged第47页/共68页短期胶结料老化旋转薄膜烘箱模拟拌和及施工的老化第48页/共68页RTFO内部风扇空气旋转瓶架第49页/共68页试验前后瓶子状态瓶子的开口第50页/共68页DSR设备DSR 设备计算机控制数据采集第51页/共68页永久变形用高温劲度表示原样沥青G*/sin 1.00 kPaRTFO老化沥青 G*/sin 2.20 kPa 路面使用寿命的早期阶段重车重车第52页/共68页 PG 46 PG 52 PG 58 PG 64 PG 70 PG 76 PG 82(Rotational Viscosity)RV 90 90 100 100 100(110)100(110)110(110)(Flash Point)FP 46 52 58 64 70 76 82 46 52 58 64 70 76 82(ROLLING THIN FILM OVEN)(ROLLING THIN FILM OVEN)RTFO RTFO Mass Loss Mass Loss 1.00 kPa 2.20 kPa S 0.300Report Value 1.00%20 Hours,2.07 MPa 10 7 4 25 22 19 16 13 10 7 25 22 19 16 13 31 28 25 22 19 16 34 31 28 25 22 19 37 34 31 28 25 40 37 34 31 (Dynamic Shear Rheometer)DSR G*sin (Bending Beam Rheometer)BBR“S”Stiffness&“m”-value-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24疲劳开裂(Dynamic Shear Rheometer)DSR G*/sin (Dynamic Shear Rheometer)DSR G*/sin 230 oCCEC 5000 kPa PAV AgedPAV Aged第53页/共68页PAV让沥青经受20小时的高压与高温以模拟长期老化的影响沥青长期老化前已经历拌和铺筑过程，故PAV方法使用经过RTFO中老化的沥青箱温达到与所需温度相差在2之内时施加压力，并开始老化期计时第54页/共68页压力老化仪桶盘架(50g 沥青/盘)压力老化仪 压力仪配件第55页/共68页疲劳开裂用中等温度劲度表示RTFO&PAV 老化沥青 G*sin 路面使用寿命后期阶段第56页/共68页 PG 46 PG 52 PG 58 PG 64 PG 70 PG 76 PG 82(Rotational Viscosity)RV 90 90 100 100 100(110)100(110)110(110)(Flash Point)FP 46 52 58 64 70 76 82 46 52 58 64 70 76 82(ROLLING THIN FILM OVEN)RTFO Mass Loss 1.00 kPa 2.20 kPa 20 Hours,2.07 MPa 10 7 4 25 22 19 16 13 10 7 25 22 19 16 13 31 28 25 22 19 16 34 31 28 25 22 19 37 34 31 28 25 40 37 34 31 (Dynamic Shear Rheometer)DSR G*sin (Bending Beam Rheometer)BBR“S”Stiffness&“m”-value-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24低温开裂(Dynamic Shear Rheometer)DSR G*/sin (Dynamic Shear Rheometer)DSR G*/sin 230 oCCECS 0.300Report Value 1.00%PAV Aged第57页/共68页 PG 46 PG 52 PG 58 PG 64 PG 70 PG 76 PG 82(Rotational Viscosity)RV 90 90 100 100 100(110)100(110)110(110)(Flash Point)FP 46 52 58 64 70 76 82 46 52 58 64 70 76 82(ROLLING THIN FILM OVEN)RTFO Mass Loss 1.00 kPa 2.20 kPa 20 Hours,2.07 MPa 10 7 4 25 22 19 16 13 10 7 25 22 19 16 13 31 28 25 22 19 16 34 31 28 25 22 19 37 34 31 28 25 40 37 34 31 (Dynamic Shear Rheometer)DSR G*sin (Bending Beam Rheometer)BBR“S”Stiffness&“m”-value-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24低温开裂(Dynamic Shear Rheometer)DSR G*/sin (Dynamic Shear Rheometer)DSR G*/sin 230 oCCECS 0.300Report Value 1.00%PAV Aged第58页/共68页RVDSRBBR温度开裂第59页/共68页弯曲梁流变仪空气支承加载单元变形传感器水浴槽计算机第60页/共68页弯曲梁流变仪设备冷却系统水浴加载头第61页/共68页总结疲劳开裂车辙RTFO 短期老化 未老化 施工RVDSR低温开裂BBRDTTDTTPAV长期老化 第62页/共68页PG 58-22PG 52-28PG 64-10PG 58-16沥青PG 等级选择第63页/共68页如何使用PG 规范确定 7天 最高路面温度1天 最低路面温度根据规范选择试验温度确定沥青胶结料性能第64页/共68页粘温曲线的确定选择拌和温度及压实温度相应的胶结料粘度分别为0.17和0.28。使用改性沥青，这些粘度范围无效，拌和、压实温度应向供应商咨询。第65页/共68页.1.1.2.2.3.3.5.51 110105 5100100110110120120130130140140150150160160170170 180180 190190 200200Temperature,CTemperature,CViscosity,Pa sViscosity,Pa s压实范围拌和范围普通沥青粘温曲线第66页/共68页问题-？谢谢大家第67页/共68页感谢您的观看。第68页/共68页
