沥青综合知识(3)

（1）绝对粘度测定方法：沥青绝对粘度的测定方法，我国现行试验规程《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）规定，沥青运动粘度采用毛细管法；沥青动力粘度采用真空减压毛细管法。

① 毛细管法。是测定沥青运动粘度的一种方法。该法是测定沥青试样在严格控温条件下，于规定温度（粘稠石油沥青为135℃、液体石油沥青为60℃），通过坎芬式逆流毛细管粘度计（亦可采用其他符合规程要求的粘度计），流经规定体积所需的时间，按式（9-4）计算运动粘度： 式中：

（9-4）

——在温度T℃时的运动粘度（mm2/s）； c——粘度计标定常数（mm/s）；

t——流经时间（s）。

② 真空减压毛细管法。是测定沥青动力粘度的一种方法。该法是沥青试样在严密控制的真空装置内，保持一定的温度（通常为60℃），通过规定型号的毛细管粘度计（通常采用的有美国沥青学会式，即AI式），流经规定的体积，所需要的时间（以s计）。

按式（9-5）计算动力粘度。 式中：

2

（9-5）

——在温度T℃测定的动力粘度（Pa·s）； k——粘度计常数（Pa·s/s）； t——流经规定体积时间（s）。

（2）条件粘度测定方法。

① 标准粘度计法。我国现行试验法（JTJ052T0621-2000）规定，测定液体石油沥青、煤沥青和乳化沥青等的粘度，采用道路标准粘度计法。该试验方法是：液体状态的沥青材料，在标准粘度计中，于规定的温度条件下，通过规定的流孔直径，流出50ml体积，所需的时间。试验温度和流孔直径根据液体状态沥青的粘度选择，常用的流孔有3mm、4mm、5mm和10mm等4种。按上述方法，在相同温度和相同流孔条件下，流出时间愈长，表示沥青粘度愈大。

② 针入度法。针入度试验是国际上经常用来测定粘稠（固体、半固体）沥青稠度的一种方法。该法是沥青材料在规定温度条件下，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1/10mm为单位计）。我国现行试验法（JTJ052T0604-2000）规定；常用的试验条件为P25℃，100g，此外，为确定针入度指数（PI）时，针入度试验常用条件为5℃、，S。

15℃、25℃和35℃等，但标准针质量和贯入时间是均为100g和5s。

按上述方法测定的针入度值愈大，表示沥青愈软（稠度愈小）。

实质上，针入度是测定沥青稠度的一种指标。通常稠度高的沥青，其粘度亦高。但是，由于沥青结构的复杂性，将针入度换算为粘度的一些方法，均不能获得满意结果，所以近年美国及欧洲某些国家已将沥青针入度分级改为粘度分级。

③ 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，或由固态熔化为液态时，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，沥青材料在硬化点至滴落点之间的温度阶段，是一种粘滞流动状态，在工程

实用中为保证沥青不致由于温度升高而产生流动的状态，因此取液化点与固化点之间温度间隔的87.21%作为软化点。

软化点的数值随采用的仪器不同而异，我国现行试验法（JTJ052T0606-2000）是采用环与球法软化点。该法是沥青试样注于内径为18.9mm的铜环中，环上置一重3.5g的钢球，在规定的加热速度（5℃/min）下进行加热，沥青试样逐渐软化，直至在钢球荷重作用下，使沥青产生25.4mm挠度时的温度，称为软化点。

根据已有研究认为：沥青在软化点时的粘度约为1200Pa·s，或相当于针入度值800（1/10mm）。据此，可以认为软化点是一种人为的“等粘温度”。

由此可见，针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度，而软化点则是沥青达到条件粘度时的温度，所以软化点既是反映沥青材料热稳定性的一个指标，也是沥青粘度的一种量度。

其他沥青

一、煤沥青

煤沥青是由煤干馏的产品—煤焦油再加工获得的。根据煤干馏的温度不同，分为：高温煤焦油（700℃以上）和低温煤焦油（450～700℃）两类。路用煤沥青主要是由炼焦或制造煤气得到的高温焦油加工而得。以高温焦油为原料可获得数量较多且质量较佳的煤沥青。而低温焦油则相反，获得的煤沥青数量较少，且往往质量亦不稳定。

（一）化学组成和结构

1. 元素组成。煤沥青的组成主要是芳香族碳氢化合物及其氧、硫和碳的衍生物的混合物。其元素组成主要为C、H、O、S和N。它的元素组成与石油沥青相比较，列如表9-14。煤沥青元素组成的特点是“碳氢比”较石油沥青大得多，它的化学结构主要是由高度缩聚的芳核及其含氧、氮和硫的衍生物，在环结构上带有侧链，但侧链很短。 表9-14 石油沥青和煤沥青元素组成比较 沥青名称 元素组成（%） C H O S N 碳氢比（原子比）C/H 0.8 沥青名称 煤沥青 元素组成（%） C H O S N 碳氢比（原子比）C/H 1.7 石油沥清 86.7 9.7 1.0 2.0 0.6 93.0 4.5 1.0 0.6 0.9

2. 化学组分。煤沥青化学组分的分析方法，与石油沥青的方法相似，是采用选择性溶解将煤沥青分离为几个化学性质相近，且与路用性能有一定联系的组。目前煤沥青化学组分分析的方法很多，最常采用的有E.J.狄金松（Dickinson）法与B.O.葛列米尔德方法。E.J.狄金松法，将煤沥青分离为：油分、树脂A、树脂B、游离碳C1和游离碳C2等5个组分。

煤沥青中各组分的性质简述如下：

（1）游离碳：又称自由碳，是高分子的有机化合物的固态碳质微粒，不溶于苯。加热不熔，但高温分解。煤沥青的游离碳含量增加，可提高其粘度和温度稳定性。但随着游离碳含量增加低温脆性亦增加。

（2）树脂：树脂为环心含氧碳氢化合物。分为：①硬树脂。类似石油沥青中的沥青质；②软树脂：赤褐色粘－塑性物质，

溶于氯仿，类似石油沥青中的树脂。

（3）油分：是液态碳氢化合物。与其他组分比较，为最简单结构的物质。

除了上述的基本组分外，煤沥青的油分中还含有萘、蒽和酚等。萘和蒽能溶解于油分中，在含量较高或低温时能呈固态晶态析出，影响煤沥青的低温变形能力。酚为苯环中含羟物质，能溶于水，且易被氧化。煤沥青中酚、萘和水均为有害物质，对其含量必须加以限制。

现举几种道路煤沥青，按E.J.狄金松化学组分分析法所分析的结果，示例如表9-15。

表9-15 几种煤沥青的化学组分 沥青试样 1 2 3 化学组分（%） 游离碳C1 8.25 6.61 8.91 游离碳C2 15.69 9.08 13.37 树脂A 20.64 33.85 24.06 树脂B 20.65 12.35 16.93 油 分 34.77 38.11 36.73

3. 胶体结构。煤沥青和石油沥青相类似，也是一种复杂胶体分散系，游离碳和硬树脂组成的胶体微粒为分散相，油分为分散介质，而软树脂为保护物质，它吸附于固态分散胶粒周围，逐渐向外扩散，并溶解于油分中，使分散系形成稳定的胶体物质。

（二）技术性质与技术标准

1. 技术性质。煤沥青与石油沥青相比，在技术性质上有下列差异：

（1）温度稳定性较低：煤沥青是一种较粗的分散系，同时树脂的可溶性较高，所以表现为热稳定性较低。当在一定温度下，随着煤沥青的粘度降低，减少了热稳定性不好的可溶性树脂，而增加了热稳定性好的油分含量。当煤沥青粘度升高时，粗分散相的游离碳含量增加，但不足以补偿由于同时发生的可溶树脂数量的变化带来的热稳定性损失。

（2）与矿质集料的粘附性较好：在煤沥青组成中含有较多数量的极性物质，它赋于煤沥青高的表面活性，所以它与矿质集料具有较好的粘附性。

（3）气候稳定性较差：煤沥青化学组成中含有较高含量的不饱和芳香烃，这些化合物有相当大的化学潜能，它在周围介质（空气中的氧、日光、温度和紫外线以及大气降水）的作用下，老化进程（粘度增加、塑性降低）较石油沥青快。

2. 煤沥青的技术指标。煤沥青的技术指标主要有下列各项：

（1）粘度：粘度是评价煤沥青质量最主要的指标，它表示煤沥青的粘结性。煤沥青的粘度取决于液相组分和固相组分在其组成中的数量比例，当煤沥青中油分含量减少、固态树脂及游离碳含量增加时，则煤沥青的粘度增高。由于煤沥青的温度稳定性和大气稳定性均较差，故当温度变化或“老化”后其粘度即显著地变化。煤沥青的粘度测定方法与液体沥青相同，亦是用标准粘度计测定。粘度是确定煤沥青标号的主要指标。根据标号不同，常用的温度和流孔有C30，5、C30，10、C50，10和C60，10等四种。

（2）蒸馏试验：煤沥青中含有各种沸点的油分，这些油分的蒸发将影响其性质，因而煤沥青的起始粘滞度并不能完全表达其在使用过程中粘结性的特征。为了预估煤沥青在路面中使用过程的性质变化，在测定其起始粘度的同时，还必须测定煤沥青在各馏程中所含馏分及其蒸馏后残留物的性质。

根据煤沥青化学组成特征，将其物理化学性质较接近的化合物分为：①170℃以前的轻油；②270℃以前的中油；③300℃以前的重油等3个馏程。其中300℃以后的馏分为煤沥青中最有价值的油质部分（主要为蒽油）。煤沥青蒸馏试验是用煤沥青分馏仪，按我国交通行业标准（JTJ052T0641-2000）规定采用短颈蒸馏瓶。

煤沥青在分馏出300℃前的油质组分后其残渣，需测软化点（环球法）以表示其性质。

煤沥青各馏分含量的规定，是为了控制其由于蒸发而老化。煤沥青残渣性质试验，是为了保证其残渣具有适宜的粘结性。

（3）含水量：煤沥青中含有水分，在施工加热时易产生泡沫或爆沸现象，不易控制。同时，煤沥青作为路面结合料，如含有水分会影响煤沥青与集料的粘附，降低路面强度，因此对其在煤沥青中的含量，必须要加以限制。

含水量的测定，按国标（GB2288-80）的方法，是煤沥青样品在水分测定器中，用甲苯为溶剂，使水分抽提而截留于接受管中，根据水分体积，计算含水量。

（4）甲苯不溶物含量：甲苯不溶物含量是煤沥青中不溶于热甲苯的物质的含量。这些不溶物主要为游离碳，并含有氧、氮和硫等结构复杂的大分子有机物，以及少量的灰分。这些物质含量过多会降低煤沥青粘结性，因此必须要加以限制。

甲苯不溶物测定，采用抽提法。按国标（GB2293-80）的测定方法， 是将煤沥青试样在滤纸筒内，放于脂肪抽提仪中，用热苯连续洗涤，直至透明无色，最后烘干称出残渣质量，计算甲苯不溶物含量。

（5）萘含量：萘在煤沥青中，低温时易结晶析出，使煤沥青失去塑性，导致路面冬季易产生裂缝。在常温条件下，萘易挥发、升华，加速煤沥青“老化”，并且挥发出的气体，对人体有毒害。因此，煤沥青中的萘含量，必须加以限制。

萘含量的测定方法，按（YB/T030-92）标准规定，是采用气相色谱法测定，该法是以纯萘用二甲苯溶解，制成标样。然后将煤沥青蒸馏试验得到的170～270℃和270～300℃馏分用二甲苯稀释，制成样品用气相色谱仪测定谱图后，量出标样和样品的萘峰高。计算出煤沥青中萘含量。

（6）酚含量：酚能溶解于水，易导致路面的强度降低；同时酚水溶物有毒，污染环境，对人类和牲畜有害，因此对其在煤沥青中的含量必须加以限制。

煤沥青酚含量的测定方法，按（YB/T030-92）规定，采用国际碱液萃取双球计量的方法。该法是将酚馏试验所得300℃前的馏分，用纯苯稀释并用氧化钠饱和后，在双球分液漏斗中，用氢氧化钠使其与酚及其同系物作用生成酚盐，酚盐溶于碱液，不溶于油，可根据碱液的体积增量，计算酚含量。

采用本方法测得的酚含量包括酚及其同系物的含量，所以称为“焦汪酸含量”。

3. 技术标准。煤沥青按其在工程中的应用要求不同，首先是按其稠度分为：软煤沥青（液体、半固体的）和硬煤沥青（固体的）两大类。

软煤沥青又按其粘度和有关技术性质分为9个标号如表9-16。道路工程主要是应用软件煤沥青。

二、乳化沥青

乳化沥青是将粘稠沥青加热至流动态，经机械力的作用，而形成微滴（粒径约为2～5?m）分散在有乳化剂—稳定剂的水中，由于乳化剂—稳定剂的作用而形成均匀稳定的乳状液。又称沥青乳液，简称乳液。

乳化沥青具有许多优越性，其主要优点为：

1. 冷态施工、节约能源。乳化沥青可以冷态施工，现场无需加热设备和能源消耗，扣除制备乳化沥青所消耗的能源后，仍然可以节约大量能源。

2. 利便施工、节约沥青。由于乳化沥青粘度低、和易性好，施工方便，可节约劳力。此外，由于乳化沥青在集料表面形成的沥青膜较薄，不仅提高沥青与集料的粘附性，而且可以节约沥青用量。

表9-16 道路用煤沥青技术要求 序号 项 目 C30，5 C30，10 1 粘度（S） C50，10 C60，10 170℃前 2 蒸馏试验馏出量（%） 270℃前 300℃前 （环球法）℃ 3 300℃蒸馏残渣软化点4 5 6 7 水分（%） 甲本不溶物（%） 含萘量（%） 焦油酸含量（%） ＜3 ＜20 15～25 30～45 ＜20 ＜5 ＜4 — ＜3 ＜20 15～35 30～45 ＜20 ＜5 ＜4 — ＜3 ＜20 ＜30 35～65 ＜20 ＜5 ＜3 — 标 号 T-1 5～25 T-2 26～70 T-3 5～20 T-4 21～50 ＜2 ＜15 ＜30 35～65 ＜20 ＜4 ＜3 — T-5 51～120 ＜1.5 ＜15 ＜25 T-6 121～200 ＜1.5 ＜15 ＜ 25 T-7 10～75 T-8 76～200 T-9 25～65 ＜1.0 ＜ 10 ＜15 35～70 ＜20 ＜2 ＜1.5 ML-5 ＜ 1.0 ＜1.0 ＜ 10 ＜ 20 35～70 ＜20 ＜3 ＜1.5 ML-3 ＜10 ＜20 35～70 35～65 35～65 ＜1.0 ＜20 ＜4 ＜1.5 ML-1 ＜0.5 ＜20 ＜3.5 ＜2.5 ML-2 ＜3.0 ＜3.0 ＜1.0 ＜1.0 ＜ 0.5 ＜ 0.5 ＜0.5 ＜20 ＜2 ＜1.5 ML-4 相当YB/T030-92煤沥青筑路油标号

3. 保护环境，保障健康。乳化沥青施工不需加热，故不污染环境；同时，避免了劳动操作人员受沥青挥发物的毒害。

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