第4章沥青材料
了解沥青的组成和结构；掌握沥青的技术性质和评价指标；掌握沥青性质的主要检测方法。
4.1 沥青的组成和结构
4.1.1定义及分类
一种复杂的高分子碳氢化合物及其非金属衍生物组成的有机混合物，呈液态、半固态或固态。
主要用作有机胶结料。
地沥青：天然沥青（湖沥青，自然形成应用较少）、石油沥青（石油副产品，广泛应用）
焦油沥青：煤沥青、木沥青、页岩沥青（煤、木材、泥炭干馏得到）
4.1.2沥青的组成
主要：C和H
少量：非金属S、N、O；金属Na、Fe、Ni、Mg
三组分：油分、树脂、沥青质（马卡森溶剂吸附法）
四组分：饱和分（S）、芳香分（Ar）、胶质（R）、沥青质（As）（溶剂沉淀及色谱柱法）
蜡：属于直链烷烃。
影响高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和抗滑性。
4.1.3沥青的结构
包括3种：溶胶型、溶--凝胶型、凝胶型。
1）溶胶型结构
组成特征：沥青质较少；油分、胶质较多。
性能特点：高温稳定性差，低温抗裂性好。
（液体沥青）
2）溶--凝胶型结构
组成特征：沥青质适中；油分、胶质适中。
性能特点：高温稳定性好，低温抗裂性好。
（道路石油沥青）
3）凝胶型结构
组成特征：沥青质较高；胶质数量一定；饱和分、芳香分较少。
性能特点：高温稳定性好，低温抗裂性差。
⏹溶胶结构：针入度指数PI＜--2
⏹溶凝胶结构：--2＜PI＜+2
⏹凝胶结构：PI＞+2
4.2 石油沥青的技术性质
主要包括：粘滞性（绝对粘度、条件粘度）、塑性、感温性、耐久性、密度、其他（溶解度、蜡含量、闪点）
4.2.1粘滞性
沥青在外力作用下抵抗变形的性能。
受沥青质含量、温度影响，与沥青路面力学行为密切相关，是划分沥青标号的主要依据。
评价指标：绝对粘度（运动粘度、动力粘度、布氏粘度）、条件粘度（针入度、标准粘度等）试验方法：
①毛细管法（沥青在规定温度下流经毛细管规定体积的时间，即为运动粘度mm2/s）
②真空减压毛细管法（沥青在规定温度下流经真空毛细管规定体积的时间，即为动力粘度Pa·s）
③旋转粘度计法（沥青在较宽温度范围内规定温度和转速下的粘度，即为布氏粘度Pa·s）
④针入度仪法（沥青在规定温度下经规定质量的标准针贯入规定时间的深度，即为针入度
0.1mm）
⑤标准粘度计法（液体沥青在规定温度下通过规定直径流孔流出一定体积的时间，即为粘度s）
针入度试验过程：
①沥青试样制备——首先，沥青熔化。
沥青含水分：将沥青容器放入烘箱恒温80℃熔化后用砂浴、油浴、电热套经温度100℃内脱水30min，最后加热温度不超过145℃。
沥青无水分：将沥青容器放入烘箱恒温135℃熔化。
其次，将熔化沥青过0.6mm筛、灌入盛样皿成型。
（注：不得已可采用电炉加热脱水，但必须放石棉垫；成型过程不得反复搅拌、重复加热次数最多2次）
②试样处理——首先，将沥青试样室内冷却1-2.5h。
其次，将恒温水槽调节至规定温度25℃并保温。
最后，将冷却后的沥青试样放入恒温水槽保温1-2.5h。
③针入度测试——首先，检查针入度仪。
其次，将试针针尖刚好与沥青表面相接触。
最后，启动针入度仪，试针自由下落5s后自动停止，读取贯入值。
针入度P结果确定：取3个针入度值的平均值，保留整数（差值符合允许差要求）。
注意事项：①条件性试验（针重100g、温度25℃、时间5s），②允许差要求
4.2.2塑性
沥青在外力作用下发生变形而不断裂的性能。
受胶质含量、温度影响，与低温抗裂性密切相关。
评价指标：延度、脆点、蠕变劲度模量和蠕变速率、拉伸应力和应变
试验方法：
①延度仪法（沥青在规定温度和拉伸速度下产生断裂时的水平拉伸长度，即为延度cm）
②脆点仪法（沥青在规定降温速度和弯曲条件下产生断裂时的温度，即为脆点℃）
③弯曲梁流变试验BBR（沥青在规定蠕变荷载作用下经过规定时间产生的挠度关系及荷载—挠度关系随时间的变化速率，即为蠕变劲度模量和蠕变速率）
④直接拉伸试验DDT（沥青规定温度和拉伸速度下拉伸至断裂的拉伸荷载和变形，即为拉伸应力和应力）
延度试验过程：
①沥青试样制备——首先，将8字模和底板涂抹隔离剂（甘油：滑石粉=2：1）。
其次，沥青熔化。
方法与上述针入度仪法相同。
最后，将熔化沥青灌入盛样皿成型。
（注：灌模过程不得混入气泡、沥青略高于试模）
②试样处理——首先，将沥青试样室内冷却30-40min。
其次，将冷却后的沥青试样放入15℃恒温水槽保温0.5h后刮平。
最后，将刮平的沥青试样放入恒温水槽保温1~1.5h。
③延度测试——首先，检查延度仪并注水保温15℃。
其次，将沥青固定于延度仪一端，并去除侧模。
最后，启动延度仪，沥青以一定速度拉伸直至断裂，读取沥青断裂时的标尺刻度。
延度D结果确定：＞100cm（3个延度值均＞100cm）；或平均值（至少1个延度值＞100cm，且差值满足精密度要求）
注意事项：①条件性试验（温度15℃、拉伸速率5cm/min），②精密度要求
4.2.3感温性
沥青的粘滞性、塑性随温度变化而变化的性能。
与施工与使用相关。
评价指标：软化点、脆点、针入度指数PI、针入度温度指数PTI、针入度粘度指数PVN。
试验方法：
①环球法（沥青在规定升温温度下达到规定条件粘度时的温度，即为软化点℃）
②脆点仪法（沥青在规定降温速度和弯曲条件下产生断裂时的温度，即为脆点℃）
软化点试验过程：
①沥青试样制备——首先，将底板涂抹隔离剂（甘油：滑石粉=2：1）。
其次，沥青熔化。
方法
与上述针入度仪法相同。
最后，将熔化沥青注入试样环。
（注：灌环时沥青略高于试环表面）
②试样处理——首先，将沥青试样室内冷却30min。
其次，将冷却后的沥青试样刮平。
最后，将刮平的沥青试样连同底板放入5℃恒温水槽保温15min。
③软化点测试——首先，检查软化点仪，注入新煮沸并冷却至5℃水。
其次，将2个沥青试环分别固定于支架中层板的圆孔，沥青上面放置钢球，同时插入温度计。
最后，3min内调整水温升温速度达到5℃/min，沥青软化下坠至下层板表面接触时，读取温度。
软化点S结果确定：取2个软化点的平均值，准确至0.5℃（差值符合精密度要求）。
注意事项：①条件性试验（升温速度5℃/min），②精密度要求
针入度、软化点和延度（沥青三大指标！）
4.2.4耐久性
沥青经受光、热、氧、水等因素的综合作用而不发生劣化的性能，也称抗老化性。
受沥青组分、施工条件影响，与使用年限密切相关。
评价指标：蒸发损失或质量损失、残留物针入度比、残留物延度（15℃和10℃）。
试验方法：
①蒸发损失试验（沥青在规定温度下加热一定时间后的质量损失和残留物针入度变化，即为蒸
发损失和针入度比℃）
②薄膜加热试验（沥青薄膜在规定温度下加热一定时间后的质量损失和残留物针入度变化、延度情况，即为质量损失、针入度比、15℃延度和10℃延度）
③旋转薄膜加热试验（沥青旋转薄膜在规定温度下加热一定时间后的质量损失和残留物针入度变化、延度情况，即为质量损失、针入度比、15℃延度和10℃延度）
薄膜加热试验过程：
①沥青试样制备——首先，沥青熔化。
方法与上述针入度仪法相同。
其次，将熔化沥青注入4个盛样皿中各50g。
②试样处理——将沥青试样放入干燥器冷却至室温。
③薄膜加热——首先，将烘箱升温至163℃±1℃，调整转盘速度5.5r/min，悬挂放置温度计。
其次，将4个沥青盛样皿放入转盘，在163℃±1℃保温5h。
④残留物性质测试——首先，将加热后沥青放入干燥器冷却至室温；其次，取2个冷却试样测试质量；最后，将冷却试样重新使用烘箱163℃下转动15min，取出倒入容器并加热搅拌，于72h内完成针入度、延度等指标测试。
结果确定：取2个质量损失的平均值，准确至小数点后两位（差值符合精密度要求）；残留物针入度比、残留物延度等如前所述。
注意事项：①精密度或允许差要求。
