沥青路面与沥青混合料.ppt

沥青路面与沥青混合料沥青路面与沥青混合料沥青结合料石油沥青石油沥青煤沥青煤沥青乳化沥青乳化沥青沥青结合料沥青性质沥青性质l感温性感温性l高温高温l低温低温l老化老化l粘附粘附沥青结合料沥青分析方法沥青分析方法l沥青组分分析沥青组分分析l沥青结构分析沥青结构分析l沥青技术指标分析沥青技术指标分析第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成一、元素和组分一、元素和组分1.1.石油沥青的元素组成石油沥青的元素组成 石油沥青是十分复杂的烃类和非烃类的混合物混合物，是石油中相对分子量最大、组成及结构最为复杂的部分。l 主要原子(9899)：C(8387)、H(1114)l 杂原子(5%)：S、N、O。l 微量金属元素：V、Ne、Fe、Na、Ca、Cu等。不同产地沥青性质差异非常大，但元素组成相近。元素的数量组成与沥青性质关系不明确。第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成2沥青的化学组分沥青的化学组分（1）石油沥青的化学组成）石油沥青的化学组成 为研究组成，将混合物沥青进行分离。化学组分：化学组分：将沥青按物理、化学性质接近的化合物集中为一个组分的分离方法。l 二组分二组分（软沥青质、沥青质）l 三组分三组分（油分、树脂、沥青质）l 四组分四组分（饱和分、芳香分、胶质、沥青质）l 五组分五组分（链烷分、第二酸性分、第一酸性分、氮基、沥青质）第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成2沥青的化学组分沥青的化学组分三组分法（马库森法）三组分法（马库森法）采用选择性溶液及吸附法将沥青分成三组分l 先用低分子烷烃（溶液）沉淀沥青质l 硅胶吸附可溶分胶质l 未被吸附部分油分第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成四组分分离法四组分分离法（SARA法）法）色谱法色谱法：饱和分（S）、芳香分（Ar）胶质（R）和沥青质（At）l用正庚烷使沥青中的沥青质沉淀并定量；l对可溶分用中性氧化铝为吸附剂，在液固色谱柱中，以正庚烷（或石油醚）、甲苯、甲苯一乙醇（1：1）、甲苯乙醇为冲剂，梯度冲洗出饱和分、芳香分和胶质馏分，分别除去溶剂后定量。美国美国ASTMD412497和我国和我国SH/T050992（1998）第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成2）四组分的结构和特性）四组分的结构和特性沥青质沥青质 不溶于正庚烷而溶于苯（或甲苯）的黑色或棕色的无定型固体（除C和H外，还有N、S、O）。加热时膨胀，300以上成焦碳和气体。（优质沥青的必备）l 形态：固体粉末l 分子量：1000100000 l 颗粒粒径：530mml 原子：C/H:1.62.8，绝大部分由C、H组成。l 含量：525，石蜡基原油1，中东原有生产的沥青5。特点：极性很强。随着沥青质含量的增加，沥青的粘结力、粘度增加，温度稳定性、硬度提高。针入度小、软化点高。第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成胶质胶质 树脂树脂，有很强的极性，使胶质有很好的粘结力。胶质是沥青的扩散剂或胶溶剂，胶质与沥青质的比例在一定程度上决定沥青是溶胶或是凝胶的特性。l 形态：深棕色固体或半固体，极性很强，具有很好的粘附力。l 分子量：100050000l 颗粒粒径：15mml 原子：C/H:1.31.4，大多由C、H组成，含少量的O、S、N。特点：特点：胶质赋予沥青以可塑性、流动性和粘结性可塑性、流动性和粘结性，对沥青的延性、粘结力有很大的影响。化学稳定性差，稍加热沥青质第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成芳香分芳香分 由沥青中最低的分子量最低的分子量的环烷芳香化合物组成，是胶溶沥青质的分散介质的主要部分。l 形态：深棕色的粘稠液体。l 含量：占沥青总量的2050。l 分子量：3002000结构：分子量最低，环烷芳香化合物组成，是胶融沥青质的分散介质的组要成分。非极性碳链，溶解力很强。提高了沥青分散介质的芳香度，使胶体体系稳定提高了沥青分散介质的芳香度，使胶体体系稳定第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成饱和分饱和分 由直链或支链脂肪属烃以及烷基环烃和一些烷基芳香烃组成的，它们是非极性稠状油类，呈稻草色或白色。l 形态：稻草色或白色，非极性稠状油类。l 含量：占沥青总量的520。l 分子量：3002000作用：软化胶质和沥青质。饱和分不能过多，过多芳香度降低，胶体体系不稳定。油分（芳香分和饱和分）在沥青中起着润滑和柔软作用。油分含油分（芳香分和饱和分）在沥青中起着润滑和柔软作用。油分含量愈多，沥青的软化点愈低，针入度愈大，稠度降低。量愈多，沥青的软化点愈低，针入度愈大，稠度降低。第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成蜡分蜡分 指沥青除去沥青质和胶质后，在油分中含有的、经冷冻能结晶析出的，熔点在25以上的混合组分，主要是高熔点的烃类混合物。l 结构：结构简单，正构烷烃及长烷基侧链的少环烃类为主。l 特点：高温易软化，低温延展性降低，影响沥青与矿料粘结，水稳性差。l 原因：原油，石蜡基。第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成蜡分蜡分(1)对沥青流变性的影响对沥青流变性的影响 沥青中蜡含量增加，在常温下的粘度增大；接近石蜡融化温度（50）时，粘度降低。(2)对沥青的低温性能的影响对沥青的低温性能的影响 低温下高含蜡量沥青的结晶结构网增加了沥青的刚性，表现出较高的弹性和粘性，随着蜡含量的增加，沥青的脆性也增大。(3)对沥青界面性质的影响对沥青界面性质的影响蜡的存在会降低沥青对石料界面的粘附。影响沥青路面的摩阻性能。(4)对沥青胶体结构的影响对沥青胶体结构的影响蜡的结晶网格会促使沥青向凝胶型胶体结构发展，但胶体系统不稳定而具有明显的触变性。对于道路沥青，一般含蜡量应在对于道路沥青，一般含蜡量应在3以下。以下。第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成二、沥青的胶体结构二、沥青的胶体结构 胶体理论：大多数沥青属于胶体体系，是由相对分子量很大，芳香性很高的沥青质分散在分子量较低的可溶性介质中。沥青中不含沥青质，只有单纯的可溶质时，沥青则只具有粘性液体的特征而不成为胶体体系。沥青质分子由于对极性强大的胶质具有很强的吸附力，因而形成了以沥青质为中心的胶团核心，而极性相当的胶质吸附在沥青质周围形成中间相。由于胶团的胶溶作用，而使胶团弥散和溶解于分子量较低、极性较弱的芳香分和饱和分组成分散介质中，形成了稳固的胶体。第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成沥青的胶体结构（胶团粒子大小、数量及其分散状态）：1溶胶型沥青溶胶型沥青概念：概念：当沥青质的含量不多（小于10%），相对分子量不大，或分子尺寸较小，与胶质的相对分子质量相近时，饱和分和芳香分的溶解能力很强，分散相和分散介质的化学组成比较接近，这样的沥青分散度很高，胶团可以在连续相中自由移动自由移动，近似真溶液，具有牛顿流动特性，称之为溶胶型沥青。特点：特点：对温度的变化敏感，高温时粘度很小，低温时由于粘度增大而使流动性变差，冷却时变为脆性固体。第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成2凝胶型沥青凝胶型沥青l概念：概念：当沥青质含量很大(超过25%30%)时，胶质的数量不足以包裹在沥青质周围使之胶溶胶溶，沥青质胶团会相互连结，形成三维网状结构，胶团在连续相中移动比较困难，此时就形成了凝胶型沥青。l特点：特点：在常温下呈现非牛顿流动特性，并具有粘弹性和较好的温较好的温度稳定性度稳定性。温度升高，连续相的溶解能力增强，沥青质胶团解缔，或胶质从沥青质吸附中心脱附下来。当温度足够高时，沥青可近似真溶液而具有牛顿流特性。第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成3溶溶凝胶型沥青凝胶型沥青l概念：概念：当沥青或沥青质中含有较多的烷基侧链，生成的胶团结构比较松散，可能含有一些开式网状结构，在常温时，在变形的最初阶段表现出明显的弹性效应，但在变形增加至一定阶段时，则表现为牛顿液体状态。l特点：特点：高温时具有较低的感温性，低温时又具有较好的形变高温时具有较低的感温性，低温时又具有较好的形变能力。能力。第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成胶体结构学说胶体结构学说高分子溶液学说高分子溶液学说高分子溶液学说：高分子溶液学说：沥青是以高分子量的沥青质为溶质，以低分子量的软沥青质（树脂和油分）为溶剂的高分子溶液。当沥青质含量很小，沥青质与软沥青质溶解度参数很小时能够形成稳定的真溶液。当软沥青质减少，沥青质增加时，为浓溶液，即凝胶型沥青；如果沥青质减少，软沥青质增加时则为稀溶液，既溶胶型。介乎二者之间的即溶凝胶型沥青。胶体结构评价方法：针入度指数（PI）法、容积度法、絮凝比一稀释度法等来第一节第一节 石油沥青的组成石油沥青的组成 壳牌公司（壳牌公司（PI）将沥青分为三类。）将沥青分为三类。lPI-2，纯粘性的溶胶型沥青，具有较大的感温性，焦油，纯粘性的溶胶型沥青，具有较大的感温性，焦油型沥青。型沥青。lPI+2-2，溶凝胶型沥青。有一些弹性和不十分明显，溶凝胶型沥青。有一些弹性和不十分明显的触变性，大多数的优质沥青（如：溶剂沥青、调和沥青）的触变性，大多数的优质沥青（如：溶剂沥青、调和沥青）属于这一类。属于这一类。lPI+2，凝胶型沥青，有很强的弹性和触变性。大部分的，凝胶型沥青，有很强的弹性和触变性。大部分的氧化沥青，具有较低的温度感应性，但低温变形能力差。氧化沥青，具有较低的温度感应性，但低温变形能力差。第二节第二节 沥青的生产沥青的生产按生产加工工艺方法可分：l直溜沥青l氧化沥青l溶剂沥青l调和沥青l乳化沥青l改性沥青 第二节第二节 沥青的生产沥青的生产1直馏沥青 直接蒸馏原油，将不同沸点的馏分取出后，在常压塔底获得的残渣为直馏沥青，在常温下是粘稠液体或半固体。最简单、最经济的方法。l 加热360“常压塔”汽油、柴油和重柴油“常压渣油”；l 加热390，进入减压蒸馏塔“减压渣油”。“常压渣油常压渣油”稠度较低，仅能作为透层油或表处用油；“减压渣油减压渣油”稠度较高，作表面处治或贯入式路面用油。第二节第二节 沥青的生产沥青的生产2氧化沥青：氧化沥青：为提高渣油的稠度，吹风氧化得到的产品称为“氧化沥青”。常温下是固体。工艺流程：工艺流程：减压渣油加热，输入氧化塔，吹入空气氧化、聚合、缩合和脱氢反应氧化沥青。化学组分变化：饱和分、芳香分和胶质的含量减少，沥青质不断增加，而蜡的含量几乎变化很少网状结构更为发达，遂使沥青趋向凝胶化沥青的分子量增大，软沥青的分子量增大，软化点升高，针入度减小，延度降低化点升高，针入度减小，延度降低。多蜡渣油经过氧化后，只能提高稠度，增加粘附性，而不能多蜡渣油经过氧化后，只能提高稠度，增加粘附性，而不能改善延度的原因改善延度的原因。第二节第二节 沥青的生产沥青的生产3溶剂沥青溶剂沥青溶剂脱沥青溶剂脱沥青由减压渣油经溶剂沉淀法得到的脱油沥青成品或半成品。常温下是半固体或固体，能够处理石蜡基原能够处理石蜡基原油则能得到质量优良的沥青。油则能得到质量优良的沥青。溶剂法溶剂法利用溶剂对各组分有不同的溶解能力、能选择性地溶解其中一个或几个组分，实现组分的分离。目前最常采用的脱沥青熔剂为丙烷目前最常采用的脱沥青熔剂为丙烷，（含蜡量较低，但稠度很小，较一般渣油好，不能完全满足路用性能的要求）新型的溶剂脱沥青装置：l 从渣油中获得质量优良的脱沥青油l 将沥青质、胶质、芳香分和饱和分等组分离出，按比例配成优质路用沥青（人造沥青）。第二节第二节 沥青的生产沥青的生产4调和沥青调和沥青 由同一原油构成的四组分按照质量要求所需的比例重新调和而成，称合成沥青或重构沥青。l同一原油的四组分作为调和原料l同一原油或其他原油的一二次加工的残渣或组分及各种工业废料等作为调和组分。最大优点：可以按照用户的特定要求，单独选用一种沥青生产工艺或选用几种沥青生产工艺组合来满足要求。第二节第二节 沥青的生产沥青的生产优质沥青的组分大致比例：优质沥青的组分大致比例：饱和分13%31%，芳香分32%60%，胶质19%39%，沥