沥青材料的感温性资料讲解
沥青的性能指标
如：C25，5=100 表示：试验温度25℃，
流孔直径5mm，
时间100s。
按上述方法，在相同温度和 相同流孔条件下，流出时间 越长表示沥青粘度越大。
标准粘度计测定液体沥青示意图
第二节 沥青的低温性能
1.延性
a.定义：沥青的延性是指当其受到外力的拉伸作用时，所能承 受的塑性变形的总能力，是沥青的内聚力的衡量，通常是用 延度作为条件延性指标来表征。
b.毛细管法 条件：严密控温 温度135度
真空毛细管粘度仪试验示意图
（2）条件粘度测定方法 a.针入度法 定义：在规定温度条件 下，以规定质量的标准 针经过规定时间贯入沥 青试样的深度，以0.1mm 为单位。
针入度法测定粘稠沥青针入度示意图
表示方式 PT,m,t
如：P25,100,5=60 表示：试验温度25℃ 荷 载质量100g 历时5s 贯入 沥青深度6mm
沥青粘度的测定方法 绝对粘度测定方法
相对粘度测定方法 ① 标准粘度计法CT,d ——单位 s ② 针入度法PT,m,t ——单位0.1mm ③ 软化点TR&B ——单位℃
2.沥青的低温性能
技术指标：延度D——单位cm，反映沥青的塑性。
脆点T ——单位℃，反映沥青低温变形能力。
3.沥青的感温性能
技术指标：感温性系数A
（1）水煮法试验（13.2mm以上）
（2）浸水法试验（9.5至13.2mm）
（3）净吸附法试验
（4）示踪盐法和光电分光光度法试验
水煮法试样
沥青路面坑洞
3.损坏机理分析
动水压力导致雨水进 入路面，并积聚于层 底，由于交通荷载的 反复作用导致沥青与 集料发生剥离。
4.沥青粘附性的改善
（1）在沥青中添加抗脱落剂 （2）在拌制沥青混合料是添加消石灰或水泥 （3）选用碱性石料 （4）保证石料表面的清洁度
道路石油沥青技术性能-高温及低温性能资料
关
毛细管的清洗、预热以及成样后的恒温
指
水浴温度控制
标
真空度的稳定状况
二、沥青结合料的粘度
高 温
粘度
性 双筒旋转式粘度计
能
主要用于测定牛顿流体，适用于测定高温（一般在软化点
相
以上）的视粘度。
关
指
标
二、沥青结合料的粘度
高 温
粘度
性 双筒旋转粘度计
能
若干假定：
相
圆筒内流体式样为非压缩性
能
相
关
指
标
BAC
τmax
施 加 的 剪 应 力
时间t
τmin
γmax
产 生 的 剪 应 变
Δt
时间t
γmin
三、动态剪切试验
高 温
主要指标计算
性 能 相
2T
r 3
关 r
指
h
虚 轴
G ''
G
标
G max min
max min
2f t
指 标
蠕变回复阶段应力被卸除，应变(或柔量) 中的弹性部分 逐渐回复，通过残余的粘性部分亦可得到η0
lim t / J 0
tcreep creep
re c ove ry
低温问题的提出
低 温
沥青混凝土面层的温度开裂是路面破坏的主要形式 之一。
性 能 相 关
气温骤降造成面层温度收缩 温度疲劳 半刚性基层温缩、干缩对沥青面层的综合作用
四、零剪切粘度
高 温
提出背景
性 能 相 关
现行Superpave 沥青结合料规范通过动态剪切流变试验
沥青材料学重点
一名词解释1沥青：指黑色到暗黑色的固态，或半固态粘稠状物质，含有某些矿物，其主要成分和石油沥青相同的一种混合物。
2石油沥青：从处理油渣中得到的，由烃及其可溶于二硫化碳的衍生物组成的暗褐色或黑色的半固体产品。
3道路沥青:属于半固态的沥青，其针入度（25°，100g，5s）在41—200（0.1mm）之间，主要是用于铺设道路的一种石油沥青。
4液体沥青：用汽油，煤油，柴油等溶剂将石油沥青稀释而成的沥青产品，也称轻控沥青或稀释沥青。
在25°以下，在其上施加50g的重量1s后，针入度大于350（0.1mm）的沥青产品。
5稀释沥青：将油渣与石油馏出油相调和而得到的一种使用上比较方便，流动性能好的沥青混合物。
溶剂在使用的过程中挥发而残留出沥青。
6乳化沥青：将水与沥青在乳化剂存在下形成的沥青乳化液，也称沥青乳液。
7改性沥青：掺加橡胶，树脂，高分子聚合物，天然沥青，磨细的橡胶粉或其他材料等外加剂，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料。
8改性乳化沥青：在制作乳化沥青的过程中同时加入聚合物乳胶，或将聚合物胶乳与乳化沥青成品混合，或对聚合物改性沥青进行乳化加工得到的乳化沥青产品。
9沥青质：采用固定的沥青溶剂比，用轻质烃类沉淀出来的高分子量组分。
10沥青结合料：在沥青混合料中起胶结作用的沥青类材料的总称。
11沥青混合料：由矿料与沥青结合料拌合而成的混合料的总称。
12黏附性：是指沥青与别的物体之间的黏附能力，主要是由于吸附剂和被吸附的物质相接触时，分子之间的相互作用力引起的。
而黏结性是指沥青本身内部的黏结能力。
13触变性：假塑性流体在剪切流动时，发生分子定向，伸展和解缠绕，粘度随剪切速率的增大而降低，但当剪切流动停止或剪切速度减小时，分子定向等就立刻丧失恢复至原来状态。
14软化点：沥青材料是一种非晶质高分子材料，它由液态凝结为固态时，或由固态融化为液态时，没有敏锐的固化点或液化点，通常采用条件的硬化点和滴落点来表示。
道路石油沥青技术性能-高温及低温性能
标
T800要求值
50 (2.9031 log P25) (PI 20 PI
10)
25
一、沥青的软化点与当量软化点
高 温
当量软化单
性 注意事项：
能
当量软化点取决于沥青的针入度值，它的本质仍然是指
相
数。
关
提出当量软化点并不等于将环球法测定的软化点全盘否
指
定。
标
实测软化点在沥青生产和质量检验上仍然是重要而方便
关
确定高温粘度
指 标
逆流式毛细管法 赛波特粘度计法 RAV
乳化沥青和煤沥青
恩格拉粘度计法
标准粘度计法
二、沥青结合料的粘度
高 温
粘度
性 60℃粘度
能
60℃恰好处在夏季路面的高温条件，反映路面的实际情况，
相
为了使沥青混合料具有良好的抗流动变形能力，希望沥青
关
在此温度下有较高的粘度。
关
攻关专题的研究，提出了采用修正软化点代替实测的环球
指
法软化点，称为当量软化点。
标
当量软化点根据“等粘温度”原理提出，表达沥青粘度所
能承受的极限，大体相当于针入度达到800时的温度，遂
定义此温度为当量软化点，T800.
一、沥青的软化点与当量软化点
高 温
当量软化点
性 确定方法（一）
能
根据温度敏感性系数得到：
指
我国采用的试验方法为真空减压毛细管法。
标
二、沥青结合料的粘度
高 温
粘度
性
60℃粘度
能
理论公式的推导：
相
S pR4
关 指
D 8QL S r 2P P r
2rL 2L
沥青材料的感温性
交通工程学院
沥青材料的感温性
第一节 概述 第二节 沥青感温性指标 第三节 改善道路沥青感温性的措施
沥青材料的感温性
• 第一节 概述
感温性指标：表征沥青随温度而发生性质变化幅度 的指标。
沥青材料的感温性
弹性行为 粘性行为 粘弹性行为
低温开裂 永久变形 抗疲劳性能
沥青材料的感温性
沥青材料的感温性
沥青材料的感温性
沥青材料的感温性
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既然道路沥青的感温性对沥青的路用性能至关重要， 而且把道路沥青的针入度指数作为沥青标准中的最 核心的指标看待，那么改善沥青感温性就显得非常 重要。 目前，通常改善道路沥青的感温性的措施都集中在 两个途径上： ①在沥青的生产部门，认真选择原油，炼制温度敏 感性低的沥青，使其具有更好的路用性能； ②在沥青应用部门，通过采用各种类型的改性措施
• （3）由不同温度的针入 度计算PI
• 通常采用15℃、25℃、30℃（或5℃）的针入 度
沥青材料的感温性 • （4）由0.2Pa·s等粘温度及软 化点计算PI
此式对于蜡质沥青不适用，因为TR&B 有假象，应 予修正。方法是将针入度区直线延长与T800 线相交， 该温度TN 即修正软化点。
沥青材料的感温性
沥青材料的感温性
沥青材料的感温性
沥青材料的感温性
• 7.针入度测定值对针入度指 数PI的影响
由试验可知，针入度试验的精度对PI值有较大 的影响，尽管相关系数大于0.995，但由于试验温 度不同，计算的PI值也不同。
沥青材料的感温性
• 8.不同地区PI要求 的建议值
道路石油沥青技术性能-高温及低温性能资料
标
T800
lg
800 A
lg
P25
25
一、沥青的软化点与当量软化点
高 温 性 能
当量软化点
确定方法（二）
较之方法一、 更为准确！
根据三个及三个以上温度下的针入度回归PI值，确定A、K
由PI回归公式进行反算：
相
关
指 标
T800
lg 800 K A
2.9031 K A
标
T800要求值
50
(2.9031 log P25) 20 PI
(PI
10)
25
一、沥青的软化点与当量软化点
高 温
当量软化单
性 注意事项：
能
当量软化点取决于沥青的针入度值，它的本质仍然是指
相
数。
关
提出当量软化点并不等于将环球法测定的软化点全盘否
指
定。
标
实测软化点在沥青生产和质量检验上仍然是重要而方便
道路沥青的路用性能
沥青混合料的高温及 低温性能
路用性能结构示意图
低温劲度模量
沥
感温性
软化点和当量软化点
青
低温针入度
结
高温性能
合
道
脆粘点与度当量脆点
料 的
路 沥
低低温温性性能能
DSR（延SHRP）度
高 温
青 路
抗疲劳性
及
用
低
性
老化性
温
能
低温收缩 DTT（SHRP） BBR（SHRP）
性
粘附性
低温粘度
以针入度为基础，容易掌握；实验设备，推广应用不存在任何困 难！
沥青材料的感温性分析
又由图２可知
ｍ。ｇ＝＿＝ｆ：Ⅱ８ｒ
（６）
式中：ｍ．为标准针的质量（ｋｇ）；ｇ为重力加速度；ｚ
为针入度值（ｍ）；８为标准针直径（ｍ）。
则粘度值可改写为
＿一黜
（７）
对式（７）进行积分处理
卜ｄ—ｒ７旦姿。ｄ。：
（８）
搿
㈣
对上式进行改写可得粘度值
ｖ一絮挚
㈤，
式中：￡，为某温度下针人度测试时间（ｓ）。 对剪切区厚度Ａ，ＨｅｕｋｅｌｏｍＥ６ ３对５０种沥青的
（２）在模型推导过程巾，假定了一个剪切区厚度 Ａ，其值的确定是通过有限种沥青回归后，由Ｈｅｕｋｅ— ｌｏｒｅ公式回归得到的．对不同沥青、不同温度、不同 标准针直径，该值都会有所差异，尽管对计算结果影 响不会太大，但这一厚度是由有限拗青样本提供的， 可靠性不强。
（３）模型中实际上假定ｒ针人度试验中的剪切 速率是匀速递减的，沥青在试验温度下是牛顿液体， 而实际试验中却不是这样的，因此由该模型预测的 粘度与实测粘度之间会产生一定的差异，这也会对 ＥｖＴｓ３计算结果产生影响。
ＣＨＥＮ Ｈｕａ－ｘｉｎｌ，Ｉ。Ｉ Ｎｉｎｇ－ｌｉ２，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｅｎｇ—ｑｉｌ，ＷＡＮＧ Ｂｉｎｇ ｇａｎ９１
（１．Ｋｅｙ ＬａＢｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｓｐｅｃｉａｌ Ａｒｅａ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ． Ｃｈａｎｇ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００６４．Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ
剪切流变仪或针入度试验结果换算出沥青粘度，来求算［ｖＴｓ］是可行的。
关键词：道路Ｚ－程；沥青；感温性；粘温指数；针入度；动态剪切流变仪；复数粘度；分析评价
沥青材料的高温性能
沥青材料的高温性能—软化点及当量软化点摘要车辙变形是当前沥青路面最主要的损坏形式。
沥青高温稳定不足的路面，反映在夏季高温季节中出现车辙、推拥的永久性变形，不仅影响行车舒适性，而且对交通安全造成威胁。
因此在沥青标准中无一例外的都列入了反映沥青高温使用条件的性能指标：软化点。
而当量软化点是为了排除蜡的影响提出的评价沥青混合料的高温性能的重要指标。
本文主要介绍了软化点及当量软化点的工程意义、工程应用及其影响因素、测试方法及设备。
关键词：软化点；当量软化点；沥青；高温性能1.绪论在我国大部分地区，夏季的最高气温能达到35-40ºC以上，沥青路面的最高温度达到60-65 ºC以上，再加上高温持续的时间长，致使沥青路面的重交通作用下迅速变形破坏。
沥青作为粘弹性材料，在如此持续高温的条件下，沥青性能由弹性体向塑性体转化，劲度模量大幅度降低，抗变形能力急剧下降，因此高温稳定性始终是沥青路面最基本的路用性能，车辙变形仍然是沥青路面最主要的损坏形式。
沥青高温稳定性不足的路面，反映在夏季高温季节出现车辙、推拥等永久性变形，不仅影响行车舒适性，而且对交通安全造成威胁。
据工业发达国家的资料，在许多国家，高速公路路面的维护、罩面的原因中，车辙的比率高达80％以上，可见问题的严重性。
沥青路面的车辙变形、拥包等实际上是一种混合料各种成分位置的变化过程，这时沥青的粘度较低，粘结集料抵抗变形的能力有限。
而沥青混合料的高温稳定性能，实际上是抵抗车辙反复压缩变形及侧向流动的能力，它首先取决于矿料骨架，尤其是粗集料的相互嵌挤作用，同时沥青结合料则起到阻碍混合料发生剪切变形的牵制作用，因而两者都是十分重要的。
在通常情况下，矿料级配的贡献率占到60％，沥青结合料则提供40％的抗车辙能力。
尤其是对许多密实型的密级配沥青混凝土来说，粗集料是呈悬浮型结构状态，相互嵌挤作用相当有限，沥青结合料具有较高的高温劲度就起到更为重要的作用。
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沥青材料的感温性
沥青材料的感温性
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沥青材料的感温性
6.温度敏感性指标的选择
既然沥青的感温性指标的表达方式多种多样，就必然存在一个选择及 各种指标的适用性的问题。尤其是对PI及PVN两个指标哪个更能反映沥青 的感温性，不同的研究者有不同的看法。
沥青材料的感温性
沥青材料的感温性
沥青材料的感温性
7.针入度测定值对针入度指数PI的影响
在低温（低于玻璃化温度 Tg）状态下是玻璃状的弹性 态（弹性模量），高温时为 流动态（粘度），在大部分 道路的使用期是类似于橡胶 的粘弹性态（劲度模量）。
沥青材料的感温性
由于沥青材料的粘弹性， 它的任何性质都是温度和时 间的函数，图2-1-3表示沥青 在60℃下流淌1h，相当于 25 ℃下流淌了10h。
常使用的一种墨西哥200号道路沥青的温度敏感性为标准，假定其针入 度指数PI为0，由此制定的针入度指数PI为：
由此概念出发，便得到了一系列计算针入度指数PI的方法。
沥青材料的感温性
（1）由25℃针入度及软化点计算PI
此式仅适用于蜡含量很少的S级沥青，对我国大量使用的多 蜡沥青，在软化点温度下，针入度不一定是800，因而是不 适用的。
沥青材料的感温性
从图中可以看出，变化相同的温度，A沥青的针入度或粘度的 变化小于B沥青，而B沥青的变化小于C沥青，这种受温度影 响沥青性质变化的程度就叫做沥青的温度敏感性，简称感温 性。 最常用的描述沥青感温性的指标是针入度指数PI值
沥青材料的感温性
第二节 沥青感温性指标
国际上用以表示沥青感温性能的指标有许许多多表达式， 现在普遍采用的有针入度指数PI、针入度粘度指数PVN及 粘温指数VTS等。表2-1-1表示这些指标所反映的温度范围。
由试验可知，针入度试验的精度对PI值有较大的影响， 尽管相关系数大于0.995，但由于试验温度不同，计算的PI 值也不同。
沥青材料的感温性
8.不同地区PI要求的建议值
沥青材料的感温性
第三节 改善道路沥青感温性的措施
既然道路沥青的感温性对沥青的路用性能至关重要，而且 把道路沥青的针入度指数作为沥青标准中的最核心的指标 看待，那么改善沥青感温性就显得非常重要。 目前，通常改善道路沥青的感温性的措施都集中在两个途 径上： ①在沥青的生产部门，认真选择原油，炼制温度敏感性低 的沥青，使其具有更好的路用性能； ②在沥青应用部门，通过采用各种类型的改性措施改善沥 青（或沥青混合料）的感温性。
沥青材料的感温性
交通工程学院
沥青材料的感温性
第一节 概述 第二节 沥青感温性指标 第三节 改善道路沥青感温性的措施
沥青材料的感温性
第一节 概述
感温性指标：表征沥青随温度而发生性质变化幅度的指标。
沥青材料的感温性
弹性行为 粘性行为 粘弹性行为
低温开裂 永久变形 抗疲劳性能
沥青材料的感温性
沥青在不同温度下的这些 性质可以用图2-1-2描述。
沥青材料的感温性
1.沥青试验数据图（BTDC）
1969年，壳牌石油公司研究所 W·Heukelom 提出了一 种沥青试验数据图（Bitumen Test Data Chart），简称 BTDC，用以表征石油沥青常规试验性质的相互关系。这 些性质包括针入度、软化点、粘度、脆点、滴点等。
BTDC曲线的最大特点是能反映沥青全温度域的性质指标 的变化情况，曲线的斜率表示沥青性能受温度影响变化的 幅度，所以是表示沥青感温性的最好办法。
沥青材料的感温性
（4）Cornelissen 的试验式 （5）Walther 与 Saal 的试验式
沥青材料的感温性
5.沥青等级指数C.I
沥青等级指数C.I实际上是一种沥青类型指数，与壳牌石油 公司提出的BTDC图的意义相同。它是利用沥青在较高温 度下，即粘度区的性质与沥青软化点的关系建立的。 C.I的计算方法如下： 令
沥青材料的感温性
4.粘温指数VTS
沥青粘度随温度而变化的程度直接反映了沥青的感温性， 因此沥青的粘温关系是流变学的基本内容之一。各国学者 对此进行的研究甚多，大致有以下几种表达形式： （1）Audrade 的纯理论公式 此式也可以用对数形式表示
（2）Lee 的试验式
（3）Sohweyer 的试验式
沥青材料的感温性
利用BTDC，可以区分三种类型的沥青： （1）S级沥青 （2）B级沥青 （3）W级沥青
沥青材料的感温性
2.针入度指数PI
早在1936年,Pfeiffer和J Phand VanDoormaal 就通过大量的沥青 试验，得出了沥青针入度（对数）温度直线关系：
Pfeiffer和J Phand VanDoormaal定义了针入度指数的lg概P念=，AT并+以K通
沥青材料的感温性
（5）切夫隆公司的针入度指数诺谟图
沥青材料的感温性
(6)其他针入度温度感应性的表示方法
沥青材料的感温性
3.沥青的针入度粘度指数 PVN
Mcleod 提出了用25℃针入度与135℃粘度决定针入度指数的方法，并 把此法求得的针入度指数称为针入度粘度指数，简称 PVN。 Mcleod还提出了利用 PVN 反算出基准软化点，再由 Van der Poel 诺谟图计算沥青劲度的方法。
沥青材料的感温性
（2）由25℃针入度及脆点计算PI
沥青材料的感温性
（3）由不同温度的针入度计算PI •常采用15℃、25℃、30℃（或5℃）的针入 度
沥青材料的感温性
（4）由0.2Pa·s等粘温度及软化点计算PI
此式对于蜡质沥青不适用，因为TR&B 有假象，应予修正。 方法是将针入度区直线延长与T800 线相交，该温度TN 即修 正软化点。