,土木工程材料, 教案
第五章
黑龙江工程学院 土木工程系
孙凌
主要内容：石油沥青的生产工艺
石油沥青的组成和结构
石灰的技术性质
重点内容：石油沥青的组成和结构
石油沥青的三大指标
难 点：石油沥青的组分分析
石油沥青的胶体结构
石油沥青的三大指标
要 求,掌握石油沥青的组成和结构
掌握石油沥青的技术性质
参考资料：, 土木工程材料, 陈志源
,道路建筑材料, 严家伋
,道路建筑材料, 孙 凌
,沥青及沥青混合料路用性能,
,沥青及沥青混合料试验规程,
5 沥青材料
? 沥青材料是由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些
碳氢化合物的非金属（氧、硫，氮）的衍生物所组成的混
合物。
? 沥青材料按其在自然界中的获得方式可分为二大类：地沥
青、焦油沥青。
? 地壳中的石油，在各种自然因素的作用下，经过轻质油分
蒸发、氧化和缩聚作用，最后形成的天然产物，称, 天然
沥青,,石油经各种炼制工艺的加工而得到的沥青产品，
称, 石油沥青, 。
5.1 石油沥青及煤沥青
一, 石油沥青的生产工艺概述
１, 蒸馏法
直馏沥青, 直馏沥青因为仅分馏出一些轻质油品, 具化学组
分并未发生化学变化, 它与氧化沥青相比, 温度稳定性和气
候稳定性较差 。
２,氧化法
氧化沥青软化点升高, 针人度减小, 延度降低 。
３, 溶剂法
溶剂沥青可获得兼具高温稳定性和低温抗裂性 。
二, 石油沥青的组成和结构
（ 一 ） 石油沥青的化学组成
（ 二 ） 石油沥青的化学组分
化学组分
化学组分分析就是将沥青分离为几个化学性质
相近, 而且与路用性质有一定联系的组, 这些组就
称为, 组分, 。
２．组分分析方法
沥青组分分析的方法，
溶剂法：将沥青分离为油分、树脂和沥青质等三组分。
溶剂一吸附法
色谱分析法：三组分、四组分法，
四组分法,
沥青质 —— 沥青中不溶于正庚烷的组分
饱和分 —— 将可溶分（即软沥青质）吸附于氧化铝谱柱上，被正庚
烷洗释的组分。
芳香分 —— 被甲苯洗释的组分。
胶质 —— 甲苯一乙醇洗释的组分。
３, 组分对沥青性质的影响
沥青质和胶质分的含量高, 其针人度值较小
（ 稠度较高 ）, 软化点较高；饱和分含量高, 其针
人度值较大 （ 稠度较低 ）, 软化点较低；芳香分含
量, 对针人度, 软化点无影响, 但极性芳香分含量
高, 对其粘附性有利；胶质分对其延度贡献较大 。
（ 三 ） 石油沥青的胶体结构
1.胶体结构的形成
沥青的胶体结构是以沥青质为胶核, 胶质分被吸附其表面, 并逐渐
向外扩散形成胶团, 胶团再分散于芳香分和饱和分中 。
２, 胶体结构类型
? 溶胶结构 —— 在路用性质上具有较好的自愈性和低温变形能力, 但
温度感应性较差 。
? 溶一凝胶结构 —— 在路用性能, 在高温时具有较低的感温性, 低温
时又有较好的形变能力 。
? 凝胶结构 —— 在路用性能上, 具有较低的温度感应性, 但低温变形
能力较差 。
三、石油沥青的技术性质
（一）粘结性
粘结性是指沥青材料在外力的作用下，沥青粒子产生相互
位移时抵抗变形的性能。
针人度（粘稠沥青粘结性的测定方法）
沥青的针人度是在规定温度（２５ ℃ ）和时间（５ｓ）内，
附加一定重量（１００ｇ）的标准针垂直贯入试样的深度，以
０．１ｍｍ表示。
结论：针入度越大，粘结性，针入度是划分沥青标号的重要依
据。
２．粘度（液体沥青粘结性的测定方法）
沥青的标准粘度（简称“粘度”）是试样在规定温度下，
自道路沥青标准粘度计规定直径的流孔流出５０ｍｌ所需的时
间，以ｓ表示。 T
针入度测定仪
（ 二 ） 塑性
塑性是指沥青材料在外力作用下发生变形而不
破坏的能力 。
目前以沥青的延度指标来反映沥青的塑性 。
沥青的延度是规定形状的试样在规定温度下,
以一定速度受拉伸至断开时的长度, 以厘米表示 。
结论,延度越大, 沥青的延性越好 。
延度测定仪
（三）温度稳定性
１．软化点
软化点。该法是将沥青试样注入规定尺寸的金属环内径
（ 15.9± 0.1mm），高（ 6.4± 0.1） mm）内，上置规定尺寸
和重量的钢球（直径 9.53mm，质量（ 3.5± 0.05） g），放于
水（或甘油）中，以（ 5± 0.5） ℃ ／ min的速度加热，至钢
球下沉达规定距离（ 25.4mm）时的温度，以 ℃ 表示。
结论：软化点越高，温度稳定性越好。
针人度、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”。
软化点测定仪
思考题：
1.我国现行规范采用四组分法将沥青材料划分为哪
几个组分？
各组分与沥青材料的技术性质关系如何？
2.石油沥青有哪三种胶体结构类型？其路用性能如
何？
3.石油沥青三大指标是什么？其值大小说明其路用
性能如何？
主要内容：石油沥青的技术性质
石油沥青的技术标准
重点内容：针入度指数与胶体结构及路用性能的关系
石油沥青的技术标准
难 点：针入度指数与胶体结构及路用性能的关系
要 求：掌握石油沥青的技术性质和技术标准
参考资料：, 土木工程材料, 陈志源
,道路建筑材料, 严家伋
,道路建筑材料, 孙 凌
,沥青及沥青混合料路用性能,
,沥青及沥青混合料试验规程,
2.脆点
沥青的脆点是涂于金属片的试样薄膜在特定条
件下, 因被冷却和弯曲而出现裂纹的温度, 以 ℃ 表
示 。
沥青的脆点更直接地反映了其低温抗裂性 。
（ 四 ） 大气稳定性
为了解沥青在路面施工及使用过程的耐久性,
规范规定要进行沥青的加热质量损失和加热后残渣
性质的试验 。
１, 沥青的蒸发损失试验 (中, 轻交通量用道路粘稠
石油沥青 )将 50g的沥青试样装入盛样皿 （ 筒状, 内
径 55mm,深 35mm） 内, 置于烘箱中, 在 163下保持受
热时间 5h,冷却 。 测定质量损失, 并测定残留物的
针人度 。
２．沥青薄膜加热试验 (重交通量用道路粘稠石油沥
青 )
是 3.2mm厚度的试样在规定温度条件下，经规
定时间加 热，测定试验前后沥青质量和性质变化
的试验。
? （五）安全性
? 沥青的 闪点 是试样在规定的克利夫兰开口杯盛样器内，
按规定的升温速度受热时所蒸发的气体，以规定的方法与
试焰接触，初次发生一瞬即灭的火焰时的试样温度，以 ℃
表示。
? 沥青的 燃点 是试样继续受热时，蒸气接触火焰能持续
燃烧时间不少于５ｓ时的试样温度，以 ℃ 表示，沥青材料
在使用时必须加热，加热温度必须低于闪点。
? （六）溶解度
? （七）含水量
? （八）非常规的其它性能
? １．针人度指数
?
针入度指数是根据沥青在 25℃ 的针人度值
（ 0.1mm）和软化点（ ℃ ）来表达沥青感温性和
胶体结构的流变学参数。
? 按针人度指数可将沥青划分为三种胶体结构，即
? 针人度指数Ｐ．Ｉ．＜－２者为 溶胶结构 ；
? 针入度指数Ｐ．Ｉ．＞＋２者为 凝胶结构 ；
? 针人度指数Ｐ．Ｉ．＝一２～十２者为 溶凝胶结
构。
? ２．劲度模量
?
劲度模量是表示沥青材料粘性和弹性两种联
合效应的指标。大多数沥青在变形时呈现粘 ——
弹性。
? 范 ·德 ·波尔在论述粘 —— 弹性材料（沥青）的抗变
形能力时，以荷载作用时间（ｔ）和温度（Ｔ）作为应力（ σ）与应变（ ε）之比的函数，即在一
定荷载作用时间和温度条件下，
? 应力与应变的比值称为劲度模量（简称劲度）
３．粘附性
? 4,老化
? 沥青在自然因素（热、氧化、光和水）的作
用下，产生＂不可逆＂的化学变化，导致路用性
能劣化，通常称之为＂老化＂。
? 沥青老化后，在物理力学性质方面，表现为
针入度减少，延度降低，
? 软化点升高，绝对粘度提高，脆点降低等。
? 在化学组分含量方面，表现为饱和分变化甚
少，芳香分明显转变为胶质（速度较慢），而胶
质又转变为沥青质（速度较快），由于芳香分转
变为胶质不足以补偿胶质转变为沥青质，所以最
终是胶质显著地减少，而沥青质显著增加，路用
性能劣化，即沥青老化。
? 四、石油沥青的改性措施
? 现代高等级沥青路面的交通特点是：交
通密度大，车辆轴载重、荷载作用间歇时
间短，以及高速和渠化。由于这些特点造
成沥青路面产生严重的车辙和裂缝病害。
? 为解决高等级路面的车辙和裂缝，对高
等级沥青路面使用的沥青，提出更高的要
求，即必须具有抵抗高温变形和低温裂缝
这两种互相矛盾的性能，而这是现有沥青
生产工艺难以达到的。因此要求对现有市
场沥青的性能进行改善。
? 改性沥青是沥青与一种或数种掺加剂的混合物，
通常这些掺加剂是天然的或人工合成的弹性体。
结合料沥青改性的目标是改善低温和高温时的性
质，即达到改性沥青材料高温时具有较高的劲度
以避免形成车辙，低温时则具有较低的劲度以减
少开裂。
? 应用于改善沥青性能的改性剂主要有：橡胶、
塑料胶、纤维类等。
? １．橡胶（合成橡胶）
? ２．塑料胶
? ３．纤维类
? 五、石油沥青的技术标准
? 道路用粘稠石油沥青分为, 重交通量道路石油
沥青技术要求, 及, 中、轻交通量道路石油沥青
技术要求, 两个等级。
? 重交通量道路沥青按针人度划分为
? AH一 130,AH一 110,AH一 90,AH一 70,AH一 50
? 五个标号，同时对各标号沥青的延度、软化点、
闪点、含蜡量、薄膜加热试验等技术指标也提出
相应的要求。
? 中、轻交通量道路石油沥青按计人度划分为
? A一 200,A一 180,A一 140,A一 100甲,A一 100
乙,A一 60甲,A一 60乙六个标号。
? 思考题：
? 1.试比较重交通量与中、轻交通量道路石油沥青
技术要求有何不同，在实际工程中的意义何在？
２,什么是沥青材料的老化？从组分转化的角度说
明老化过程？
第五章
黑龙江工程学院 土木工程系
孙凌
主要内容：石油沥青的生产工艺
石油沥青的组成和结构
石灰的技术性质
重点内容：石油沥青的组成和结构
石油沥青的三大指标
难 点：石油沥青的组分分析
石油沥青的胶体结构
石油沥青的三大指标
要 求,掌握石油沥青的组成和结构
掌握石油沥青的技术性质
参考资料：, 土木工程材料, 陈志源
,道路建筑材料, 严家伋
,道路建筑材料, 孙 凌
,沥青及沥青混合料路用性能,
,沥青及沥青混合料试验规程,
5 沥青材料
? 沥青材料是由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些
碳氢化合物的非金属（氧、硫，氮）的衍生物所组成的混
合物。
? 沥青材料按其在自然界中的获得方式可分为二大类：地沥
青、焦油沥青。
? 地壳中的石油，在各种自然因素的作用下，经过轻质油分
蒸发、氧化和缩聚作用，最后形成的天然产物，称, 天然
沥青,,石油经各种炼制工艺的加工而得到的沥青产品，
称, 石油沥青, 。
5.1 石油沥青及煤沥青
一, 石油沥青的生产工艺概述
１, 蒸馏法
直馏沥青, 直馏沥青因为仅分馏出一些轻质油品, 具化学组
分并未发生化学变化, 它与氧化沥青相比, 温度稳定性和气
候稳定性较差 。
２,氧化法
氧化沥青软化点升高, 针人度减小, 延度降低 。
３, 溶剂法
溶剂沥青可获得兼具高温稳定性和低温抗裂性 。
二, 石油沥青的组成和结构
（ 一 ） 石油沥青的化学组成
（ 二 ） 石油沥青的化学组分
化学组分
化学组分分析就是将沥青分离为几个化学性质
相近, 而且与路用性质有一定联系的组, 这些组就
称为, 组分, 。
２．组分分析方法
沥青组分分析的方法，
溶剂法：将沥青分离为油分、树脂和沥青质等三组分。
溶剂一吸附法
色谱分析法：三组分、四组分法，
四组分法,
沥青质 —— 沥青中不溶于正庚烷的组分
饱和分 —— 将可溶分（即软沥青质）吸附于氧化铝谱柱上，被正庚
烷洗释的组分。
芳香分 —— 被甲苯洗释的组分。
胶质 —— 甲苯一乙醇洗释的组分。
３, 组分对沥青性质的影响
沥青质和胶质分的含量高, 其针人度值较小
（ 稠度较高 ）, 软化点较高；饱和分含量高, 其针
人度值较大 （ 稠度较低 ）, 软化点较低；芳香分含
量, 对针人度, 软化点无影响, 但极性芳香分含量
高, 对其粘附性有利；胶质分对其延度贡献较大 。
（ 三 ） 石油沥青的胶体结构
1.胶体结构的形成
沥青的胶体结构是以沥青质为胶核, 胶质分被吸附其表面, 并逐渐
向外扩散形成胶团, 胶团再分散于芳香分和饱和分中 。
２, 胶体结构类型
? 溶胶结构 —— 在路用性质上具有较好的自愈性和低温变形能力, 但
温度感应性较差 。
? 溶一凝胶结构 —— 在路用性能, 在高温时具有较低的感温性, 低温
时又有较好的形变能力 。
? 凝胶结构 —— 在路用性能上, 具有较低的温度感应性, 但低温变形
能力较差 。
三、石油沥青的技术性质
（一）粘结性
粘结性是指沥青材料在外力的作用下，沥青粒子产生相互
位移时抵抗变形的性能。
针人度（粘稠沥青粘结性的测定方法）
沥青的针人度是在规定温度（２５ ℃ ）和时间（５ｓ）内，
附加一定重量（１００ｇ）的标准针垂直贯入试样的深度，以
０．１ｍｍ表示。
结论：针入度越大，粘结性，针入度是划分沥青标号的重要依
据。
２．粘度（液体沥青粘结性的测定方法）
沥青的标准粘度（简称“粘度”）是试样在规定温度下，
自道路沥青标准粘度计规定直径的流孔流出５０ｍｌ所需的时
间，以ｓ表示。 T
针入度测定仪
（ 二 ） 塑性
塑性是指沥青材料在外力作用下发生变形而不
破坏的能力 。
目前以沥青的延度指标来反映沥青的塑性 。
沥青的延度是规定形状的试样在规定温度下,
以一定速度受拉伸至断开时的长度, 以厘米表示 。
结论,延度越大, 沥青的延性越好 。
延度测定仪
（三）温度稳定性
１．软化点
软化点。该法是将沥青试样注入规定尺寸的金属环内径
（ 15.9± 0.1mm），高（ 6.4± 0.1） mm）内，上置规定尺寸
和重量的钢球（直径 9.53mm，质量（ 3.5± 0.05） g），放于
水（或甘油）中，以（ 5± 0.5） ℃ ／ min的速度加热，至钢
球下沉达规定距离（ 25.4mm）时的温度，以 ℃ 表示。
结论：软化点越高，温度稳定性越好。
针人度、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”。
软化点测定仪
思考题：
1.我国现行规范采用四组分法将沥青材料划分为哪
几个组分？
各组分与沥青材料的技术性质关系如何？
2.石油沥青有哪三种胶体结构类型？其路用性能如
何？
3.石油沥青三大指标是什么？其值大小说明其路用
性能如何？
主要内容：石油沥青的技术性质
石油沥青的技术标准
重点内容：针入度指数与胶体结构及路用性能的关系
石油沥青的技术标准
难 点：针入度指数与胶体结构及路用性能的关系
要 求：掌握石油沥青的技术性质和技术标准
参考资料：, 土木工程材料, 陈志源
,道路建筑材料, 严家伋
,道路建筑材料, 孙 凌
,沥青及沥青混合料路用性能,
,沥青及沥青混合料试验规程,
2.脆点
沥青的脆点是涂于金属片的试样薄膜在特定条
件下, 因被冷却和弯曲而出现裂纹的温度, 以 ℃ 表
示 。
沥青的脆点更直接地反映了其低温抗裂性 。
（ 四 ） 大气稳定性
为了解沥青在路面施工及使用过程的耐久性,
规范规定要进行沥青的加热质量损失和加热后残渣
性质的试验 。
１, 沥青的蒸发损失试验 (中, 轻交通量用道路粘稠
石油沥青 )将 50g的沥青试样装入盛样皿 （ 筒状, 内
径 55mm,深 35mm） 内, 置于烘箱中, 在 163下保持受
热时间 5h,冷却 。 测定质量损失, 并测定残留物的
针人度 。
２．沥青薄膜加热试验 (重交通量用道路粘稠石油沥
青 )
是 3.2mm厚度的试样在规定温度条件下，经规
定时间加 热，测定试验前后沥青质量和性质变化
的试验。
? （五）安全性
? 沥青的 闪点 是试样在规定的克利夫兰开口杯盛样器内，
按规定的升温速度受热时所蒸发的气体，以规定的方法与
试焰接触，初次发生一瞬即灭的火焰时的试样温度，以 ℃
表示。
? 沥青的 燃点 是试样继续受热时，蒸气接触火焰能持续
燃烧时间不少于５ｓ时的试样温度，以 ℃ 表示，沥青材料
在使用时必须加热，加热温度必须低于闪点。
? （六）溶解度
? （七）含水量
? （八）非常规的其它性能
? １．针人度指数
?
针入度指数是根据沥青在 25℃ 的针人度值
（ 0.1mm）和软化点（ ℃ ）来表达沥青感温性和
胶体结构的流变学参数。
? 按针人度指数可将沥青划分为三种胶体结构，即
? 针人度指数Ｐ．Ｉ．＜－２者为 溶胶结构 ；
? 针入度指数Ｐ．Ｉ．＞＋２者为 凝胶结构 ；
? 针人度指数Ｐ．Ｉ．＝一２～十２者为 溶凝胶结
构。
? ２．劲度模量
?
劲度模量是表示沥青材料粘性和弹性两种联
合效应的指标。大多数沥青在变形时呈现粘 ——
弹性。
? 范 ·德 ·波尔在论述粘 —— 弹性材料（沥青）的抗变
形能力时，以荷载作用时间（ｔ）和温度（Ｔ）作为应力（ σ）与应变（ ε）之比的函数，即在一
定荷载作用时间和温度条件下，
? 应力与应变的比值称为劲度模量（简称劲度）
３．粘附性
? 4,老化
? 沥青在自然因素（热、氧化、光和水）的作
用下，产生＂不可逆＂的化学变化，导致路用性
能劣化，通常称之为＂老化＂。
? 沥青老化后，在物理力学性质方面，表现为
针入度减少，延度降低，
? 软化点升高，绝对粘度提高，脆点降低等。
? 在化学组分含量方面，表现为饱和分变化甚
少，芳香分明显转变为胶质（速度较慢），而胶
质又转变为沥青质（速度较快），由于芳香分转
变为胶质不足以补偿胶质转变为沥青质，所以最
终是胶质显著地减少，而沥青质显著增加，路用
性能劣化，即沥青老化。
? 四、石油沥青的改性措施
? 现代高等级沥青路面的交通特点是：交
通密度大，车辆轴载重、荷载作用间歇时
间短，以及高速和渠化。由于这些特点造
成沥青路面产生严重的车辙和裂缝病害。
? 为解决高等级路面的车辙和裂缝，对高
等级沥青路面使用的沥青，提出更高的要
求，即必须具有抵抗高温变形和低温裂缝
这两种互相矛盾的性能，而这是现有沥青
生产工艺难以达到的。因此要求对现有市
场沥青的性能进行改善。
? 改性沥青是沥青与一种或数种掺加剂的混合物，
通常这些掺加剂是天然的或人工合成的弹性体。
结合料沥青改性的目标是改善低温和高温时的性
质，即达到改性沥青材料高温时具有较高的劲度
以避免形成车辙，低温时则具有较低的劲度以减
少开裂。
? 应用于改善沥青性能的改性剂主要有：橡胶、
塑料胶、纤维类等。
? １．橡胶（合成橡胶）
? ２．塑料胶
? ３．纤维类
? 五、石油沥青的技术标准
? 道路用粘稠石油沥青分为, 重交通量道路石油
沥青技术要求, 及, 中、轻交通量道路石油沥青
技术要求, 两个等级。
? 重交通量道路沥青按针人度划分为
? AH一 130,AH一 110,AH一 90,AH一 70,AH一 50
? 五个标号，同时对各标号沥青的延度、软化点、
闪点、含蜡量、薄膜加热试验等技术指标也提出
相应的要求。
? 中、轻交通量道路石油沥青按计人度划分为
? A一 200,A一 180,A一 140,A一 100甲,A一 100
乙,A一 60甲,A一 60乙六个标号。
? 思考题：
? 1.试比较重交通量与中、轻交通量道路石油沥青
技术要求有何不同，在实际工程中的意义何在？
２,什么是沥青材料的老化？从组分转化的角度说
明老化过程？
