第 讲 石油沥青的基本组成和技术性质
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第8章 沥青
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，
所以通称“三大指标”。
④大气稳定性 大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、 氧气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗 老化的性能。它是以沥青试样在加热蒸 发前后的“蒸发损失百分率”和“蒸发 后针入度比”来评定。蒸发损失百分率 愈小，蒸发后针入度比愈大，则表示沥 青大气稳定性愈好，亦即“老化”愈慢。
沥青闪燃点仪
沥青闪燃点仪
4.石油沥青的技术标准及选用 石油沥青按用途分为建筑石油沥青、 道路石油沥青、防水防潮石油沥青和普通 石油沥青。 (1)石油沥青的牌号主要根据针入度、 延度和软化点等指标划分，并以针入度值 表示。同一品种的石油沥青材料，牌号越 高，则粘性越小，针入度越大，塑性越好， 延度越大，温度敏感性越大，软化点越低。
煤沥青特点
(3)含有较多的游离碳，塑性较差，容 易因变形而开裂。 (4)因含有蒽、酚等，故有毒性和臭味， 防腐能力较好，适用于木材的防腐因含 表面活性物质较多，与矿料表面的粘附 力较好。
鉴别方法 由于煤沥青和石油沥青相似，使用 时必须加以区别，方法见下表：
鉴别方法 煤沥青 石油沥青
密度
锤击 燃烧
粘稠石油沥青的针入度是在规定温度 （25℃）条件下，以规定质量（100g）的标 准针，在规定时间（5s）内贯入试样中的深 度来表示，单位以1/10mm计。针入度反映 了石油沥青抵抗剪切变形的能力。针入度值 越小，表明粘度越大。
•
粘滞度是将一定量的液体沥青，在某 温度下经一定直径的小孔流出50cm3所需 的时间，以秒表示。常用符号“CdtT”表 示粘滞度，其中ｄ为小孔直径（mm）， ｔ为试样温度，Ｔ为流出50 cm3沥青的时 间。d有10、5、3mm三种，ｔ通常为 25℃或60℃。
【谈建筑石油沥青的成分与技术性能】石油沥青技术性能实验报告
【谈建筑石油沥青的成分与技术性能】石油沥青技术性能实验报告石油沥青是石油原油经蒸馏等提炼出各种轻质油（如汽油、柴油等）及润滑油以后的残留物，或再经加工而得的产品。
它是一种有机胶凝材料，在常温下呈固体、半固体或粘性液体，颜色为褐色或黑褐色。
建筑上主要使用建筑石油沥青制成各种防水材料制品或现场直接使用。
1 石油沥青的组成与结构1.1 石油沥青的组分石油沥青是由众多高分子碳氢化合物及其非金属（主要为氧、硫、氮等）衍生物组成的复杂混合物。
因为沥青的化学组成复杂以及同分异构特点，对组成进行分析很困难，因此一般不作沥青的化学分析，只从使用角度，将沥青中化学成分及14质极为接近，并且与物理力学性质有一定关系的成分，划分为若干个组，这些组即称为组分。
在沥青中各组分含量多寡，与沥青的技术性质有着直接关系。
沥青中各组分的主要特性简述如下。
1.1.1 油分油分为淡黄色至红褐色的油状液体，是沥青中分子量最小和密度最小的组分。
在170℃较长时伺加热，油分可以挥发。
油分能溶于石油醚、二硫化碳、三氯甲烷、苯、四氯化碳和丙酮等有机溶剂中，但不溶于酒精。
油分赋予沥青以流动性。
1.1.2 树脂沥青脂胶为黄色至黑褐色粘稠状物质（半固体），分子量比油分大。
沥青脂胶中绝大部分属于中性树脂。
中性树脂能溶于三氯甲垸、汽油和苯等有机溶剂，但在酒精和丙酮中难溶解或溶解度很低，它赋予沥青以良好的粘结性、塑性和可流动性。
中性树脂含量增加，石油沥青的延度和粘结力等品质愈好。
1.1.3 地沥青质地沥青质为深褐色至黑色固态无定形物质，正戊烷，但溶于三氯甲垸和二硫化碳，染色力强，对光的敏感性强，感光后就不能溶解。
地沥青质是决定石油沥青温度敏感性、粘性的重要组成部分，其含量愈多，则软化点愈高，粘性愈大，即愈硬脆。
1.2 石油沥青的胶体结构在石油沥青中，油分、树脂和地沥青质是石油沥青中的三大主要组分。
油分和树脂可以互相溶解，树脂能浸润地沥青质，而在地沥青质的超细颗粒表面形成树脂薄膜。
第六章 沥青
沥青混合料的强度理论
• 沥青混合料的高温强度和稳定性
工程应用要求：在高温时，沥青混合料必须具有一定的 的抗剪强度与抵抗变形的能力。 研究表明：抗剪强度（)主要取决于沥青与矿料的粘结力 （c）和矿料骨架作用的内摩阻角（）：
= C + tan
抗剪强度的影响因素
• • • •
沥青的粘度 沥青和矿料的化学性质 矿料的物理性质 沥青用量
四、石油沥青的技术性质
2、塑性 ：是指石油沥青在外力作用下， 产生变形而不破坏，除去外力后，仍 保持变形后性状的性质. （1）影响塑性的因素：组分（沥青质含量
增加，塑性降低，胶质含量较多，塑性提 高）、温度（随温度升高，塑性增加）； （2）塑性的表示方法：延伸度
四、石油沥青的技术性质
3、感温性：是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升高而变 化的性能，主要包括石油沥青的高温稳定性和低温抗裂性。 沥青由“玻璃态”——“高弹态”——“粘流态”反映了沥青 的粘性和塑性随温度变化而变化的过程。变化的温度间隔越 小，则温度稳定性越低。温度稳定性低的沥青，在温度降低 时，很快变为脆硬的固体，受外力作用极易产生裂缝；在温 度升高时，又很快变软而流淌。 （1）影响因素：组分（沥青质含量高，则可提高温度敏感 性）、掺入沥青中的矿物颗粒的细度、性质等、沥青中蜡的 含量。 （2）表示方法 高温稳定性：软化点 低温抗裂性：脆点
（二）石油沥青的选用
建筑石油沥青主要用于屋面及地下防水、沟 槽防水和防腐工程。选用的原则为： 高温地区及受日晒部位，为了防止沥青受热软化， 应选用牌号较低的沥青 对于寒冷地区，不仅要考虑冬季低温时沥青易脆 断而且要考虑受热软化，故宜选用中等牌号的沥 青 对不受大气影响的部位，可选用牌号较高的沥青 当缺乏所需牌号的沥青时，可用不同牌号的沥青 进行掺配。
石油沥青
学习目标:
【了解】煤沥青和改性沥青的性能及特点， 防水材料发展方向 【熟悉】掌握石油沥青的分类、组成、主要 性质及应用 【掌握】常用防水卷材、密封卷材、防水涂 料的分类、主要成分： 高分子的碳氢化合物及其非金属衍生物 外观与性状： 褐色或黑褐色 呈固体、半固体、液体状 溶解性：不溶于水，不溶于丙酮、乙醚、 稀乙醇，溶于二硫化碳、四氯化碳等
81~AH-130
120~140 100
AH-110 100~120 41~80 100
60~80 41~80 100 100
120 120 延度（5cm/min, 15℃） ，cm，
不小于 软化点（环球法）℃， 不小于
80
软化点（环球
固定支架 活动支 架
100 100 30~45 35~45 38~48 99.0 99.0 99.0
二、石油沥青的技术性质
2、塑性 石油沥青的塑性用延度表示。延度愈大， 塑性愈好。延度测定是把沥青制成“８” 字形标准试件，置于延度仪内25℃水中， 以 5cm／min的速度拉伸，用拉断时的伸长 度来表示，单位用cm计。
二、石油沥青的技术性质
3、温度敏感性
温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温 度升降而变化的性能。由于沥青是一种高分子非 晶态热塑性物质，故没有一定的熔点。 沥青在外力作用下变形的实质是由分子运动产 生的。
40~50
41~51
42~52
44~54
45~55
80 闪点（开口）
℃，不低于 含腊量（蒸馏法） %，不大于
60
60
230
40
3
溶解度 （三氯乙烯）%，不 小于
99.0
法）℃，不小于 溶解度 （三氯 乙烯）%不小于 蒸发损失（163 ℃，5ｈ）%， 不大于 蒸发后针入度 比，%，不小于
【了解】煤沥青和改性沥青的性能及特点， 防水材料发展方向 【熟悉】掌握石油沥青的分类、组成、主要 性质及应用 【掌握】常用防水卷材、密封卷材、防水涂 料的分类、主要成分： 高分子的碳氢化合物及其非金属衍生物 外观与性状： 褐色或黑褐色 呈固体、半固体、液体状 溶解性：不溶于水，不溶于丙酮、乙醚、 稀乙醇，溶于二硫化碳、四氯化碳等
81~AH-130
120~140 100
AH-110 100~120 41~80 100
60~80 41~80 100 100
120 120 延度（5cm/min, 15℃） ，cm，
不小于 软化点（环球法）℃， 不小于
80
软化点（环球
固定支架 活动支 架
100 100 30~45 35~45 38~48 99.0 99.0 99.0
二、石油沥青的技术性质
2、塑性 石油沥青的塑性用延度表示。延度愈大， 塑性愈好。延度测定是把沥青制成“８” 字形标准试件，置于延度仪内25℃水中， 以 5cm／min的速度拉伸，用拉断时的伸长 度来表示，单位用cm计。
二、石油沥青的技术性质
3、温度敏感性
温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温 度升降而变化的性能。由于沥青是一种高分子非 晶态热塑性物质，故没有一定的熔点。 沥青在外力作用下变形的实质是由分子运动产 生的。
40~50
41~51
42~52
44~54
45~55
80 闪点（开口）
℃，不低于 含腊量（蒸馏法） %，不大于
60
60
230
40
3
溶解度 （三氯乙烯）%，不 小于
99.0
法）℃，不小于 溶解度 （三氯 乙烯）%不小于 蒸发损失（163 ℃，5ｈ）%， 不大于 蒸发后针入度 比，%，不小于
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石油沥青的粘滞性
衡量指标
液态沥青：用粘滞度表示，指液态沥青在一定温度(25℃ 或60℃）下，经规定直径的孔洞（3.5mm或10mm）漏下
50mL 所需要的时间，用符号Ctd表示。
粘滞度Ctd↑ ，粘滞性 ↑ 固态或半固态沥青：用针入度表示，指在温度为25℃的条 件下，以质量100g的标准针，经5s沉入沥青中的深度（每深 入0.1mm为1°）。
分类
防水涂料按成膜物质的主要成分分为沥青类、高 聚物改性沥青类和合成高分子三类；
按涂料的介质分为溶剂型、水乳型和反应型三类。
第四节 密封材料
定义
建筑密封材料（又称嵌缝材料）是指能够承受位移以 达到气密、水密目的的而嵌入建筑接缝中的材料。
特性及品种
密封材料具有良好的粘结性、耐老化性和温度适 应性；并具有一定的强度、弹塑性，能够长期经受被 粘构件的收缩与振动而不破坏。密封材料能连接和填 充建筑上的各种接缝、裂缝和变形缝。
作用
粘性液态 粘稠状半固态
使沥青具有流动性 使沥青具有塑性和粘结性
固态
使沥青具有粘滞性和温度稳定性
用途 在工程中广泛用于防水、防潮、防腐、水工建筑及道路工程。
塑性
粘滞性
石油沥青 的
技术性质
温度敏感性
大气稳定性
石油沥青的粘滞性
定义 衡量指标 影响因素
石油沥青的粘滞性
定义
粘滞性－－又称粘性，反映石油沥青在外力作用下， 抵抗变形的能力。
本章教学目标
掌握：石油沥青的主要技术性质。
了解：防水卷材、防水涂料和密封材料
的性能及应用。
第一节 沥 青
石油沥青的主要技术性质
复习
颜色 状态 成分
褐色或黑褐色 常温下呈固态、半固态或粘性液态 由许多高分子碳氢化合物及其非金属衍生物组成的复杂混合物
石油沥青的粘滞性
衡量指标
液态沥青：用粘滞度表示，指液态沥青在一定温度(25℃ 或60℃）下，经规定直径的孔洞（3.5mm或10mm）漏下
50mL 所需要的时间，用符号Ctd表示。
粘滞度Ctd↑ ，粘滞性 ↑ 固态或半固态沥青：用针入度表示，指在温度为25℃的条 件下，以质量100g的标准针，经5s沉入沥青中的深度（每深 入0.1mm为1°）。
分类
防水涂料按成膜物质的主要成分分为沥青类、高 聚物改性沥青类和合成高分子三类；
按涂料的介质分为溶剂型、水乳型和反应型三类。
第四节 密封材料
定义
建筑密封材料（又称嵌缝材料）是指能够承受位移以 达到气密、水密目的的而嵌入建筑接缝中的材料。
特性及品种
密封材料具有良好的粘结性、耐老化性和温度适 应性；并具有一定的强度、弹塑性，能够长期经受被 粘构件的收缩与振动而不破坏。密封材料能连接和填 充建筑上的各种接缝、裂缝和变形缝。
作用
粘性液态 粘稠状半固态
使沥青具有流动性 使沥青具有塑性和粘结性
固态
使沥青具有粘滞性和温度稳定性
用途 在工程中广泛用于防水、防潮、防腐、水工建筑及道路工程。
塑性
粘滞性
石油沥青 的
技术性质
温度敏感性
大气稳定性
石油沥青的粘滞性
定义 衡量指标 影响因素
石油沥青的粘滞性
定义
粘滞性－－又称粘性，反映石油沥青在外力作用下， 抵抗变形的能力。
本章教学目标
掌握：石油沥青的主要技术性质。
了解：防水卷材、防水涂料和密封材料
的性能及应用。
第一节 沥 青
石油沥青的主要技术性质
复习
颜色 状态 成分
褐色或黑褐色 常温下呈固态、半固态或粘性液态 由许多高分子碳氢化合物及其非金属衍生物组成的复杂混合物
石油沥青的技术性质
石油沥青的技术性质
石油沥青是一种黑色或棕黑色的有机物质，具有以下技术性质：
1. 密度：石油沥青的密度通常在1.0-1.2克/立方厘米之间，具
有较高的密度。
2. 熔点：石油沥青的熔点通常在100-180摄氏度之间，具体取
决于其成分和含沥青的纯度。
3. 粘度：石油沥青具有较高的粘度，即其流动性较差。
这使得沥青能够在路面、屋顶和其他建筑结构上形成持久的保护层。
4. 可溶性：石油沥青在各种溶剂中具有不同程度的溶解性。
常见的溶剂包括石油醚、苯和甲苯。
5. 耐老化性：石油沥青具有较高的耐老化性，能够长时间保持其性质和功能，不易受到氧化和分解的影响。
6. 热稳定性：石油沥青在高温下具有较好的热稳定性，可用于高温条件下的应用，如热稳定剂、沥青混合料等。
7. 黏附性：石油沥青具有良好的黏附性，可以牢固地粘附在各种材料表面，如砂石、混凝土、金属等，形成坚固的结合。
8. 弹性：石油沥青具有一定的弹性，可以在受到外力作用时产生一定的变形，然后恢复到原来的形状。
石油沥青具有良好的耐候性、粘附性和弹性，适用于各种道路、建筑和工业应用中。
石油沥青
二、石油沥青的组成和结构
(一)元素组成 石油沥青是由多种碳氢化合物及其非金属(氧、硫、 氮)的衍生物组成的混合物，它的分子表达式通式为 CnH2n+aObScNd。化学组成主要是碳(80％～87％)、氢 (10％～15％)，其次是其它非金属元素，如氧、硫、氮 等(<3％)。此外，还含有一些微量的金属元素，如镍、 钒、铁、锰、钙、镁、钠等，但含量都很少，约为几个 至几十个ppm(百万分之一)。
测定沥青相对粘度的方法
测定沥青相对粘度的主要方法是用标准粘度计和针入度仪。
1. 针入度 粘稠石油沥青的相对粘度是用针入度仪测定的针入度来表示，如图5-3所 示。 沥青的针入度是在规定温度和时间内，附加一定质量的标准针垂直贯入 试样的深度，以0.1mm表示。试验条件以PT，m，t表示，其中P为针入度，T为 试验温度，m为荷重，t为贯入时间。针入度值越小，表示粘度越大。 我国现行试验方法《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052— 2000)规定：标准针和连杆组合件总质量为50±0.05g，另加50±0.05g砝码一 只, 试验时总质量为l00g±0.05g，试验温度为25℃(当计算针入度指数P.I时， 可采用30℃、25℃、15℃或5℃)，标准针贯入时间为5s。例如某沥青在上述 条件时测得针入度为65(0.1mm)，可表示为： P(25℃,100g, 5s) = 65 (0.1mm) (5-1) 我国现行使用的粘稠石油沥青技术标准中，针入度是划分沥青技术等级的 主要指标。针入度值越大，表示沥青愈软(稠度愈小)。
石油沥青分类
2.按加工方法分类
(1)直馏沥青 原油经过常压蒸馏、减压蒸馏或深拔装置提取各种轻质及中质 石油产品后所余可用作沥青的残渣，称为直馏沥青。在一般情况下， 低稠度原油生产的直馏沥青，其温度稳定性不足，还需要进行氧化 才能达到粘稠石油沥青的性质指标。 (2)氧化沥青 将常压或减压渣油，或低稠度直馏沥青在250℃～300℃的高温 下吹入空气，经数小时氧化可获得常温下为半固体或固体状的沥青， 称为氧化沥青。氧化沥青具有良好的温度稳定性。在道路工程中使 用的沥青，氧化程度不能太深，有时也称为半氧化沥青。 (3)溶剂沥青 这种沥青是对含蜡量较高的重油采用萃取工艺，提炼出润滑油 原料后所余残渣。在溶剂萃取过程中，一些石蜡成分溶解在萃取溶 剂中随之被拔出，因此，溶剂沥青中石蜡成分相对减少，其性质较 之由石蜡基原油生产的渣油或氧化沥青有很大的改善。
石油沥青
是在一定范围的高温下向减压渣油或脱油沥青吹入空气，使其组成和性能发生变化，所得的产品称为氧化沥 青。减压渣油在高温和吹空气的作用下会产生汽化蒸发，同时会发生脱氢、氧化、聚合缩合等一系列反应。这是 一个多组分相互影响的十分复杂的综合反应过程，而不仅仅是发生氧化反应，但习惯上称为氧化法和氧化沥青， 也有称为空气吹制法和空气吹制沥青。
组成
油分
胶质
沥青质
油分为淡黄色至红褐色的油状液体，其分子量为100～500,密度为0.71～1.00g/cm3，能溶于大多数有机溶 剂，但不溶于酒精。在石油沥青中，油分的含量为40%～60%。油分赋予沥青以流动性。
胶质，半固体的黄褐色或红褐色的粘稠状物质，分子量600～1000，密度为1.0～1.1g/cm3。在一定条件下 可以由低分子化合物转变为高分子化合物，以至成为沥青质和炭沥青。
石油沥青的塑性用延度表示。
温度敏感性（感温性）指石油沥青的黏滞性和塑性随温度升降而变化的性能。
技术性质
黏滞性 塑性
温度敏感 大气稳定
石油沥青的粘滞性又称黏性或黏度，它是反映沥青材料内部阻碍其相对流动的一种特性。是沥青材料软硬、 稀稠程度的反映。
对黏稠（半固体或固体）的石油沥青用针入度表示，对液体石油沥青则用黏滞度表示。
塑性指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏，除去外力后，仍能保持变形后的形状的性质。沥青之所以 能配制成性能良好的柔性防水材料，很大程度上决定于沥青的塑性。沥青的塑性对冲击振动荷载有一定的吸收能 力，并能减少摩擦时的噪声，故沥青是一种优良的道路路面材料。
沥青质为深褐色至黑色固态无定性的超细颗粒固体粉末，分子量为2000～6000,密度大于1.0g/cm3，不溶于 汽油，但能溶于二硫化碳和四氯化碳中。地沥青质是决定石油沥青温度敏感性和黏性的重要组分。沥青中地沥青 质含量在10%～30%之间，其含量愈多，则软化点愈高，黏性越大，也愈硬脆。
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32
2）耐久性评价方法
研究沥青的耐老化性能，通常是将沥青试样在室内进行加速老 化试验，然后根据老化前后试样的性能变化加以评定。
沥青的老化主要发生在两个阶段，一是沥青在热拌和过程中 的老化，称为短期老化；另一阶段是沥青在路面长期使用过程 中发生的老化，称为长期老化。
建筑石油沥青评价方法：采用蒸发损失百分率和蒸发后 针入度比评价。 （沥青试样在160℃条件下，加热蒸发5h）
• 表示：T
• 注意：初始温度5℃
加热速度为5℃/min
�
17
� 软化点的意义 • 沥青软化点越高，沥青的温度稳定性越好。 • 针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度，
软化点则是沥青达到规定条件粘度时的温度。 因此，软化点既是反映沥青材料温度稳定性的 一项指标，又是沥青粘度的一种量度。
18
（3）延性与脆性
——指石油沥青内部阻碍其相对流动的一种特性，它反映石 油沥青在外力作用下抵抗变形的能力。
沥青的粘性是划分沥青牌号的主要技术指标之一。
测定方法：
绝对粘度 条件粘度
针入度（适应固体或半固体粘稠石油沥青） 软化点：既是粘性测定指标，又作为测定温度
稳定性的方法
11
� 影响粘性的因素
• 组分的影响：当沥青质含量多，同时有适量树
29
我们讲述了建筑石油沥青的粘滞性、温度敏感 性和延性。 表征这三项性质的三大指标为：
针入度、软化点、延度 是评价建筑石油沥青技术性质最常用的经典指 标。
30
（5）粘附性
沥青与矿质集料的粘附性影响沥青路面的质量和耐久 性，因此粘附性是沥青的重要性质。 沥青在沥青混合料中以薄膜的形式裹覆在集料颗粒表面，并 将松散的矿质集料粘结为一个整体。 粘附性不仅取决于沥青的性质，也取决于集料的性质。 粘附性的评价方法：沥青与粗骨料的粘附性试验，根据沥青混 合材料的最大粒径决定。
质和沥青质。石油沥青按四组分分析法所得各组分的性状如下表：
性状 组分
外观特征
平均相对密度 平均分子量
主要化学结构
饱和分
无色液体
0.89
625
烷烃、环烷烃
芳香分 黄色至红色液体
O.99
730
芳香烃、含S衍生物
胶质
棕色粘稠液体
沥青质 深棕色至黑色固态
1.09 1.15
970 3400
多环结构，含S、O、N 衍生物
• 温度的影响：温度升高，塑性增大。
沥青延度越大，其塑性变形越大，有利于低温变形。
22
4）脆性
• 沥青材料在低温下受到瞬时荷载时常表现为脆性破坏，沥 青脆性的测定极为复杂。
• 目前测试方法：采用弗拉斯（Fraass）脆点。 • 拉斯脆点试验原理：将沥青试样0.4克在一个标准的金属薄
片上摊成薄层，将其置于脆点仪内并使其稍稍弯曲。当以 1℃/min的速度降温时，沥青薄膜的温度随之逐渐降低，当降 至某一温度时，沥青薄膜在规定弯曲条件下产生脆断时的温 度，即为沥青的脆点。
其中，T为试验温度，v为拉伸速度。
19
沥青延度测定示意图
20
延度
沥青延度试验
� 3）影响塑性的因素
• 组分的影响：当油分和沥青质适量，树脂含量越多，沥青质表
面的沥青膜层越厚，塑性越好。 随着沥青胶体结构发育成熟度的提高，含蜡量的增加，
以及饱和蜡和芳香蜡的比例增大等，都会使沥青的延度值相 对降低。
� 公式 针入度指数（Penetration Index，简称PI）是P.Ph.普
费（Pfeifer）和F.M.范·杜尔马尔（Van Doormaal）等提出 的一种评价沥青感温性的指标。
研究观点：沥青针入度值的对数（lgP）与温度（T）具 有线性关系，表达式为：
25
lg P = AT + K
式中： A——为直线斜率，称为针入度-
33
3）评价指标：
•
蒸发损失百分率
=
蒸发前沥青质量 − 蒸发后残留物质量 蒸发前沥青质量
×100%
•
蒸发后针入度比=
蒸发后残留物针入度 蒸发前沥青针入度 ×100%
蒸发损失百分率越小，蒸发后针入度比越大， 则表明沥青大气稳定性越好，沥青耐久性越高。
34
（7）施工安全性
沥青使用时必须加热，由于沥青在加热过程中挥发出的 油会与周围的空气组成混合气体，当遇到火焰会发生闪火，
在沥青中的主要作用
赋予沥青以流动性。油分 多，流动性大，而黏性 小，温度敏感性大
使沥青具有塑性和粘性。
含量增加，粘聚性和塑性增 大，温度敏感性增大。
赋予沥青粘度和温度稳定 性。含量高，粘性增大，温
度稳定性好（敏感性小）， 但塑性降低，脆性增大。
4
2、四组分分析法
石油沥青的四组分分析法是将石油沥青分离为：饱和分、芳香分、胶
3
二、石油沥青的化学组分和胶体结构
1、石油沥青三组分分析法
性状 组分
外观特征
油
淡黄透明液体
分
树
红褐色粘稠
脂
半固体
沥青 质
深褐色固体 微粒
平均 分子量
200～700
800～3000
1000 ～5000
碳氢比 /原子比
0.5 ～0.7
0.7 ～0.8
0.8 ～1.O
含量 /%
45 ～60
15 ～30
5～30
• 建立针入度-－温度感应性系数A的基本公式：
A = lg 800 − lg P(25� C,100g,5s) TR&B − 25
存在问题：针入度-－温度感应性系数A值为小数，使用不方 便，
引入针入度指数PI值的概念。
经验公式：
PI = 20 − 500A 1+ 50A
27
� 针入度指数的应用 • 针入度指数愈大，表示沥青对温度的敏感性愈小。 • 划分沥青的胶体结构：
脂，而油分含量较少时，粘滞性大。
• 温度的影响：在一定温度范围内，温度升
高，粘度降低，反之，粘度升高。
12
1）针入度
� 针入度的定义
� 针入度——在规定温度条 件下，以规定质量的标准 针经过规定的时间贯入沥 青试样的深度，
� 单位：0.1mm。 � 常用试验条件：
规定温度：25℃ 标准针质量：100g
a) a)溶胶型结构；
b) 沥青胶体结构示意图
b) 溶-凝胶型结构；
c) c)凝胶型结构
6
溶胶型沥青的特点：
1） 流动性和塑性较好，开裂后自行愈合能力较 强，低温时变形能力较强；
2）温度稳定性差，温度过高会发生流淌。
凝胶型结构的特点：
1）流动性和塑性较差，开裂后自行愈合能力较差；
2）弹性和塑性较高，温度敏感性较小。高温稳定性 较好，低温变形能力差。
8
（1）物理常数
1）密度——在规定温度条件下，单位体积的质量。 单位：kg/m3或 g/cm3。 我国现行试验方法规定测定15℃下沥青密度。
相对密度——在规定温度下，沥青质量与同体积水质量之比 我国现行方法规定测定25℃下的相对密度。
沥青15℃密度与25℃相对密度之间的换算公式： 沥青与水的相对密度= 沥青的密度（15℃）×0.996
PI＜-2者，属溶胶型沥青 PI=-2～+2之间者，属溶-凝胶型沥青 PI＞+2者，属凝胶型沥青
28
� 2）针入度--粘度指数（PNV） � （表征高于软化点温度的沥青感温性） � 该法是应用沥青25℃时的针入度值和135℃（或
60℃）时的粘度值与温度的关系来计算沥青温度敏感 性的方法。 � 沥青胶结料的PVN值越低，其温度敏感性越高。 � 通常PVN值在-2.0～+0.5之间。 •
通常粘稠沥青的密度在0.96~1.04g/cm3
9
2）热胀系数
沥青在温度上升1 ℃时长度或体积的变化，分别称 为线胀系数或体胀系数，统称为热胀系数。
热胀系数越大，沥青路面在夏季越易泛油，冬季 冷缩越易产生开裂。
3）溶解度
是指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或苯中溶解 的百分率。
10
（2）粘滞性（简称粘性）
为此，必须测定沥青加热闪火和燃烧的温度，即所谓闪点 和燃点。
闪点定义：沥青加热挥发出可燃气体，与火焰接触初次发生 一瞬即灭的火焰时的温度。
贯入时间：5s
13
� 表示方法：P（25℃，100g，5s）。 � 表征意义：
沥青的针入度值愈大，表示沥青的 粘度愈小。 石油沥青的标号（或牌号）： 一般取针入度的平均值。（见P165） 例如：90号沥青，针入度范围为80～ １００（０.１mm）
100号沥青，针入度范围为90～ １2０（０.１mm）
溶胶-凝胶型沥青的特点： 高温时具有较低的感温 性，低温时又具有较强的变形能力。（高等级沥青 路面用的沥青均属于此类）
7
三、 石油沥青的技术性质
（1）物理常数
ห้องสมุดไป่ตู้
（5）粘附性
√ （2）粘滞性（粘性）
√ （3）延性和脆性
√ （6）耐久性
√ （4）温度敏感性
（7）施工安全性（闪
点、燃点）
以建筑石油沥青为主讲解
缩合环结构，含S、O、N 衍生物
另外：石油沥青中含有蜡，它会降低沥青的粘结力和塑性，并 对温度特别敏感。
5
3、胶体结构
1）溶胶型结构——沥青质含量相对较少，油分和树脂含量相对较高 2）溶-凝胶型结构——沥青质含量适当，油分和树脂含量相对较高 3）凝胶型结构——沥青质含量相对较多，油分和树脂含量相对较少
第16讲 石油沥青的基本组成和技术性质
主要内容：
一.沥青材料的基本概念 二.石油沥青的化学组分和胶体结构 三.石油沥青的技术性能
1
一、 概 述
2）耐久性评价方法
研究沥青的耐老化性能，通常是将沥青试样在室内进行加速老 化试验，然后根据老化前后试样的性能变化加以评定。
沥青的老化主要发生在两个阶段，一是沥青在热拌和过程中 的老化，称为短期老化；另一阶段是沥青在路面长期使用过程 中发生的老化，称为长期老化。
建筑石油沥青评价方法：采用蒸发损失百分率和蒸发后 针入度比评价。 （沥青试样在160℃条件下，加热蒸发5h）
• 表示：T
• 注意：初始温度5℃
加热速度为5℃/min
�
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� 软化点的意义 • 沥青软化点越高，沥青的温度稳定性越好。 • 针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度，
软化点则是沥青达到规定条件粘度时的温度。 因此，软化点既是反映沥青材料温度稳定性的 一项指标，又是沥青粘度的一种量度。
18
（3）延性与脆性
——指石油沥青内部阻碍其相对流动的一种特性，它反映石 油沥青在外力作用下抵抗变形的能力。
沥青的粘性是划分沥青牌号的主要技术指标之一。
测定方法：
绝对粘度 条件粘度
针入度（适应固体或半固体粘稠石油沥青） 软化点：既是粘性测定指标，又作为测定温度
稳定性的方法
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� 影响粘性的因素
• 组分的影响：当沥青质含量多，同时有适量树
29
我们讲述了建筑石油沥青的粘滞性、温度敏感 性和延性。 表征这三项性质的三大指标为：
针入度、软化点、延度 是评价建筑石油沥青技术性质最常用的经典指 标。
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（5）粘附性
沥青与矿质集料的粘附性影响沥青路面的质量和耐久 性，因此粘附性是沥青的重要性质。 沥青在沥青混合料中以薄膜的形式裹覆在集料颗粒表面，并 将松散的矿质集料粘结为一个整体。 粘附性不仅取决于沥青的性质，也取决于集料的性质。 粘附性的评价方法：沥青与粗骨料的粘附性试验，根据沥青混 合材料的最大粒径决定。
质和沥青质。石油沥青按四组分分析法所得各组分的性状如下表：
性状 组分
外观特征
平均相对密度 平均分子量
主要化学结构
饱和分
无色液体
0.89
625
烷烃、环烷烃
芳香分 黄色至红色液体
O.99
730
芳香烃、含S衍生物
胶质
棕色粘稠液体
沥青质 深棕色至黑色固态
1.09 1.15
970 3400
多环结构，含S、O、N 衍生物
• 温度的影响：温度升高，塑性增大。
沥青延度越大，其塑性变形越大，有利于低温变形。
22
4）脆性
• 沥青材料在低温下受到瞬时荷载时常表现为脆性破坏，沥 青脆性的测定极为复杂。
• 目前测试方法：采用弗拉斯（Fraass）脆点。 • 拉斯脆点试验原理：将沥青试样0.4克在一个标准的金属薄
片上摊成薄层，将其置于脆点仪内并使其稍稍弯曲。当以 1℃/min的速度降温时，沥青薄膜的温度随之逐渐降低，当降 至某一温度时，沥青薄膜在规定弯曲条件下产生脆断时的温 度，即为沥青的脆点。
其中，T为试验温度，v为拉伸速度。
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沥青延度测定示意图
20
延度
沥青延度试验
� 3）影响塑性的因素
• 组分的影响：当油分和沥青质适量，树脂含量越多，沥青质表
面的沥青膜层越厚，塑性越好。 随着沥青胶体结构发育成熟度的提高，含蜡量的增加，
以及饱和蜡和芳香蜡的比例增大等，都会使沥青的延度值相 对降低。
� 公式 针入度指数（Penetration Index，简称PI）是P.Ph.普
费（Pfeifer）和F.M.范·杜尔马尔（Van Doormaal）等提出 的一种评价沥青感温性的指标。
研究观点：沥青针入度值的对数（lgP）与温度（T）具 有线性关系，表达式为：
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lg P = AT + K
式中： A——为直线斜率，称为针入度-
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3）评价指标：
•
蒸发损失百分率
=
蒸发前沥青质量 − 蒸发后残留物质量 蒸发前沥青质量
×100%
•
蒸发后针入度比=
蒸发后残留物针入度 蒸发前沥青针入度 ×100%
蒸发损失百分率越小，蒸发后针入度比越大， 则表明沥青大气稳定性越好，沥青耐久性越高。
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（7）施工安全性
沥青使用时必须加热，由于沥青在加热过程中挥发出的 油会与周围的空气组成混合气体，当遇到火焰会发生闪火，
在沥青中的主要作用
赋予沥青以流动性。油分 多，流动性大，而黏性 小，温度敏感性大
使沥青具有塑性和粘性。
含量增加，粘聚性和塑性增 大，温度敏感性增大。
赋予沥青粘度和温度稳定 性。含量高，粘性增大，温
度稳定性好（敏感性小）， 但塑性降低，脆性增大。
4
2、四组分分析法
石油沥青的四组分分析法是将石油沥青分离为：饱和分、芳香分、胶
3
二、石油沥青的化学组分和胶体结构
1、石油沥青三组分分析法
性状 组分
外观特征
油
淡黄透明液体
分
树
红褐色粘稠
脂
半固体
沥青 质
深褐色固体 微粒
平均 分子量
200～700
800～3000
1000 ～5000
碳氢比 /原子比
0.5 ～0.7
0.7 ～0.8
0.8 ～1.O
含量 /%
45 ～60
15 ～30
5～30
• 建立针入度-－温度感应性系数A的基本公式：
A = lg 800 − lg P(25� C,100g,5s) TR&B − 25
存在问题：针入度-－温度感应性系数A值为小数，使用不方 便，
引入针入度指数PI值的概念。
经验公式：
PI = 20 − 500A 1+ 50A
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� 针入度指数的应用 • 针入度指数愈大，表示沥青对温度的敏感性愈小。 • 划分沥青的胶体结构：
脂，而油分含量较少时，粘滞性大。
• 温度的影响：在一定温度范围内，温度升
高，粘度降低，反之，粘度升高。
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1）针入度
� 针入度的定义
� 针入度——在规定温度条 件下，以规定质量的标准 针经过规定的时间贯入沥 青试样的深度，
� 单位：0.1mm。 � 常用试验条件：
规定温度：25℃ 标准针质量：100g
a) a)溶胶型结构；
b) 沥青胶体结构示意图
b) 溶-凝胶型结构；
c) c)凝胶型结构
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溶胶型沥青的特点：
1） 流动性和塑性较好，开裂后自行愈合能力较 强，低温时变形能力较强；
2）温度稳定性差，温度过高会发生流淌。
凝胶型结构的特点：
1）流动性和塑性较差，开裂后自行愈合能力较差；
2）弹性和塑性较高，温度敏感性较小。高温稳定性 较好，低温变形能力差。
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（1）物理常数
1）密度——在规定温度条件下，单位体积的质量。 单位：kg/m3或 g/cm3。 我国现行试验方法规定测定15℃下沥青密度。
相对密度——在规定温度下，沥青质量与同体积水质量之比 我国现行方法规定测定25℃下的相对密度。
沥青15℃密度与25℃相对密度之间的换算公式： 沥青与水的相对密度= 沥青的密度（15℃）×0.996
PI＜-2者，属溶胶型沥青 PI=-2～+2之间者，属溶-凝胶型沥青 PI＞+2者，属凝胶型沥青
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� 2）针入度--粘度指数（PNV） � （表征高于软化点温度的沥青感温性） � 该法是应用沥青25℃时的针入度值和135℃（或
60℃）时的粘度值与温度的关系来计算沥青温度敏感 性的方法。 � 沥青胶结料的PVN值越低，其温度敏感性越高。 � 通常PVN值在-2.0～+0.5之间。 •
通常粘稠沥青的密度在0.96~1.04g/cm3
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2）热胀系数
沥青在温度上升1 ℃时长度或体积的变化，分别称 为线胀系数或体胀系数，统称为热胀系数。
热胀系数越大，沥青路面在夏季越易泛油，冬季 冷缩越易产生开裂。
3）溶解度
是指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或苯中溶解 的百分率。
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（2）粘滞性（简称粘性）
为此，必须测定沥青加热闪火和燃烧的温度，即所谓闪点 和燃点。
闪点定义：沥青加热挥发出可燃气体，与火焰接触初次发生 一瞬即灭的火焰时的温度。
贯入时间：5s
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� 表示方法：P（25℃，100g，5s）。 � 表征意义：
沥青的针入度值愈大，表示沥青的 粘度愈小。 石油沥青的标号（或牌号）： 一般取针入度的平均值。（见P165） 例如：90号沥青，针入度范围为80～ １００（０.１mm）
100号沥青，针入度范围为90～ １2０（０.１mm）
溶胶-凝胶型沥青的特点： 高温时具有较低的感温 性，低温时又具有较强的变形能力。（高等级沥青 路面用的沥青均属于此类）
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三、 石油沥青的技术性质
（1）物理常数
ห้องสมุดไป่ตู้
（5）粘附性
√ （2）粘滞性（粘性）
√ （3）延性和脆性
√ （6）耐久性
√ （4）温度敏感性
（7）施工安全性（闪
点、燃点）
以建筑石油沥青为主讲解
缩合环结构，含S、O、N 衍生物
另外：石油沥青中含有蜡，它会降低沥青的粘结力和塑性，并 对温度特别敏感。
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3、胶体结构
1）溶胶型结构——沥青质含量相对较少，油分和树脂含量相对较高 2）溶-凝胶型结构——沥青质含量适当，油分和树脂含量相对较高 3）凝胶型结构——沥青质含量相对较多，油分和树脂含量相对较少
第16讲 石油沥青的基本组成和技术性质
主要内容：
一.沥青材料的基本概念 二.石油沥青的化学组分和胶体结构 三.石油沥青的技术性能
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一、 概 述