沥青材料学重点

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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。环球法软化点。

15黏性：物体抵抗剪切变形的能力。 16稠度：物体抵抗流动永久变形的能力。

17劲度（刚度）指在某温度及荷载下对某一给定的沥青，弹性变形对永久变形的比例。 18母体法：先采用一种适当的方法，制备加工成高剂量聚合物改性沥青母体，再在现场把改性沥青母体与基质沥青掺配调稀成要求剂量的改性沥青使用，又称二次掺配。

19直接投入法：直接将改性剂投入沥青混合料拌合锅与矿料，沥青拌合制作成改性沥青混合料的工艺。 20弹性后效：对于黏弹性元件并联的开尔文模型，卸载后，应变随时间的延长而逐渐减少，当时间延长至无限长时，应变全部回复，属于弹性变形，但由于黏性元件的黏滞作用，弹性恢复需要一个时间过程的现象。 二 填空

1根据乳化剂不同，将乳化沥青分为阳离子乳化沥青，阴离子乳化沥青，两性乳化沥青，非离子乳化沥青。按凝结速度划分为快速凝结，中速凝结，慢速凝结。 2可溶质：可溶于轻石油馏分或低分子烷烃的沥青组分，有油分与胶质。

3沥青混合料按材料组成及结构分为连续级配，间断级配混合料。 按矿料级配组成及空隙率大小分为密级配，半开级配，开级配混合料。 按公称最大粒径为特粗式，粗粒式，中粒式，细粒式，砂粒式。 按制造工艺划分为热拌沥青混合料，冷拌沥青混合料，再生沥青混


合料。

4沥青按自然界获取方式来源划分有天然沥青，石油沥青，焦油沥青。 5按石油加工方法分为蒸馏沥青，氧化沥青，溶剂沥青，调和沥青。

按原油性质（含蜡量多少）分为石蜡基沥青，环烷基沥青，中间基沥青。 6沥青的三大指标：针入度，软化点，延度。

7沥青元素组成有C(84%-87%)H(11%-15%) C+H(98%-99%)还有少量的硫 氮 氧以及一些金属元素，以无机盐或氧化物的形式存在。C/H越大表明沥青中的环状结构越多，特别是芳香环结构越多，但饱和度下降。氧化度加深，Ｃ／Ｈ明显增大。氧化过程主要反应不是氧原子加入到沥青分子中，而是缩合脱氢与氧化合成水反应。

８沥青用组分分离法得：二组分：沥青质与可溶质。三组分：沥青质，油分，树脂。

四组分：沥青质，胶质，饱和分，芳香分。 五组分：沥青质，氨基，第一酸性分，第二酸性分，链烷烃。

９沥青组分的分析方法：１三组分：溶解—吸附分析法。２四组分：选择吸附—色层析法（色谱分析法，科尔贝特法）３五组分：化学沉淀法

１０沥青的胶体结构类型：溶胶型，溶—凝胶型，凝胶型。 １１评价沥青胶体结构状态的几种方法：针入度指数法（ＰＩ），容积法，絮凝比—稀释度。 ＰＩ＜－２时，纯黏性的溶胶型沥青（牛顿型沥青，低温时性脆，对温度高度敏感） －２＜ＰＩ＜２时，为溶－凝胶型（正常的沥青）表现出某些弹性，并具有一点触变性。 ＰＩ＞２时，为凝胶型。有很大的弹性与触变性（非牛顿型沥青）对温度不太敏感。 １２沥青劲度模量的现代测试方法有：动态剪切流变试验（ＤＳＲ），弯曲梁流变试验（ＢＢＲ），直接拉伸试验（ＤＴＴ）。

１３沥青黏度的测试分为：绝对黏度法和相对黏度法。前者采用测绝对黏度的仪器，如毛细管黏度剂，同轴旋转黏度剂，滑板使微膜黏度剂（方法有毛细管法，真空减压毛细管法，布氏旋转粘度计法）；后者采用经验粘度计，即各种流出型粘度计（针入度法，软化点法） １４黏附性评定：水煮法（ｄ＞１３．２ｍｍ），水浸法。

１５改善老化措施：改善沥青本身的化学组成（如添加剂，抗氧化剂）或改进生产沥青的加工过程。

１６表征沥青安全性指标有闪点与燃点

１７道路沥青分级指标（ＰＧ）老化前ＡＣ，老化后ＡＲ。

１８气候分区：１高温（夏炎热，夏热区，夏凉区）２低温（冬严寒区，冬寒区，冬冷，冬温区）３雨量（潮湿区，湿润区，半干区，干旱区） １９路面疲劳破坏以ＲＴＦＯＴ，ＰＡＶ后的沥青做动态剪切流变试验要求损失劲度模量值不超过５ＭＰ。

２０影响沥青改性效果的因素有聚合物（剂量，尺寸），沥青，工艺。 ２１改性沥青途径有工艺改性，材料改性。

２２ｓｕｐｅｒｐａｖｅ的试验方法有ＤＳＲ，ＢＢＲ，ＤＴＴ，ＰＡＶ 三、简答题

1、DSR和BBR实验

DSR: 测定老化或未老化沥青（改性或未改性沥青）在5-85℃温度范围内线粘弹性性质。 它是先将沥青夹在一个固定板和一个能左右振荡的板之间，振荡板在一小角度内以一定的频率反复循环振荡，最终得到沥青的应力应变波形图。

从波形图中可以得到沥青的相位滞后ζ以及最大剪应力τmax和最大剪应变 γmax，并由此可以定义出复数剪切模量G*=τmax/γmax。沥青的复数剪切模量包括其弹性部分和粘性部分。 通过复数剪切模量，SHRP定义了车辙因子G*/sinζ ，用于评价沥青材料的抗永久变形能力。


对于原始沥青：车辙因子>1.0kpa

对于旋转薄膜烘箱实验后的沥青：车辙因子>2.2kpa BBR：用于评价沥青胶结料的低温抗裂性能。

BBR是应用工程上梁的理论来测量沥青小梁试件在蠕变荷载作用下的劲度，用蠕变荷载模拟温度下降时路面中所产生的应力。通过实验可以获得两个评价参数：蠕变劲度S，即沥青抗永久变形的能力；蠕变速率m值，即载荷作用时沥青劲度的变化率。 为防止路面的低温开裂，SHRP规定沥青材料的蠕变劲度应不大于300mpa，蠕变速率应不小于0.30。

针入度指数的计算

先计算温度敏感性系数A， A=（lgPT1- lgPT2）/T1-T2

A=【lg800-lgP（25℃，100g，5s）】/TR￡B-25

斜率越大，A越大，温度敏感性越大，稳定性越差 然后计算针入度指数PI PI=30/(1+50A)-10 2、沥青的粘流性

粘性是物体抵抗剪切变形的能力。根据粘性和剪变率的关系不同，材料可分为牛顿流体和非牛顿流体。

对于牛顿流体，剪变率和剪应力成线形关系，粘度是一常数。

对于非牛顿流体，由公式τ=η（γ）c中c的取值不同可以分为一下几种类型。

假塑性流体，0。流动曲线经过原点，流动阻力增大的趋势逐渐减小，表现出剪切稀化的特征。

胀塑性流体，c>1。流变曲线经过原点，流动阻力随剪变速率的增大而增大。 宾汉姆性流体。在克服一屈服极限后，具有牛顿流体的特征。

触变性流体。在振动或强力搅拌的剪切作用下，粘度减小，流动性增加，而外力去除后，静置一段时间就又会恢复或部分恢复原来的状态，粘度显著增加。 3、四组分的分析方法和各组分在沥青中的作用。 对沥青用正庚烷冲洗，得不容的沥青质沉淀和包含软沥青质的溶液。将软沥青质固定于活性氧化铝色谱，分别用正庚烷、苯、苯+甲醇冲洗，依次可以得到饱和物、芳香分、胶质。 沥青质（5%~25%）是深褐色至黑色的无定型物质，密度大于1，具有很强的极性。当沥青中沥青质的含量增加是，沥青的稠度提高，软化点上升。沥青质的存在，对沥青的粘度，粘结力，感温性都有很大的影响，优质沥青必需含有一定量的沥青质。

胶质是半固性或液体状的黄色至褐色的粘稠状物质，其化学稳定性较差，很容易氧化缩合。胶质在沥青中其扩散剂或溶胶剂的作用，它与沥青质的比例在一定程度上决定着沥青的胶体结构特性。胶质赋予沥青可塑性、流动性和粘结性，对沥青的延性、粘结力有很大的影响。 油分：油分在沥青中起润滑和柔软的作用，油分较多的沥青，软化点低，针入度大，稠度降低。过多的饱和分强烈影响沥青的感温性，易导致高温流淌变形。 4、沥青的感温性

沥青的感温性是指沥青的粘性和塑形随温度变化而变化的性能，主要包括高温稳定性和低温抗裂性，一般用针入度或粘度的变化来评价。沥青的感温性对沥青路面的使用性能有很大的影响。一般用如下方法来评价沥青的感温性： ○1塑形温度范围

软化点和脆点能分别反映沥青的高温稳定性和低温抗裂性。塑形温度范围即当量脆点和软化点之间的温度范围。


○2粘温指数VTI

VTI=（lgη1- lgη2）/T2-T1

粘温指数就是粘温关系线的斜率。其值越小，表明沥青的温度稳定性越好。 ○3针入度—温度敏感性系数A LgP=AT+B

斜率越大，即A越大，温度敏感性越大，稳定性越差。 ○4针入度指数PI

A=（lgPT1- lgPT2）/T1-T2

A=【lg800-lgP（25℃，100g，5s）】/TR￡B-25 PI=30/(1+50A)-10

对于大多数沥青，PI一般在-2.6~+8的范围内。其值越小，表明沥青的感温性越强。根据针入度指数的大小，对于PI<-2的沥青，可判定其为溶胶型沥青；对于-2的沥青，可判定其为溶—凝胶型沥青；对于PI>2的沥青，可判定其为凝胶型沥青。于道路工程中，一般使用溶-凝胶型沥青居多。 ○5针入度-粘度指数PVN25-135

以25度针入度和135度运动粘度确定针入度-粘度指数，其计算式如下： PVN=（lgL-lgN）/（lgL-lgM）X（-1.5）

PVN值越低，表明温度敏感性越高，越不适用于重交通道路。

此外，有日本学着提出了沥青感温性和化学组成之间的依赖关系。指出了沥青质、胶质、芳香分、饱和分各自对沥青感温性贡献的定量关系。

LgA=-10.1X10-3As+5.41X10-3R+3.23X10-3Ar-0.71X10-3S-1.408（沥青质、胶质、芳香分、饱和分）As、S增大，使A降低；温度敏感性减小，稳定性提高 5、沥青的粘附性及其影响因素

沥青的粘附是指沥青与石料之间的相互作用所产生的物理吸附和化学吸附能力。 沥青的粘附机理包括两个方面的作用：首先是沥青中的沥青酸和沥青酸酐与碱集料发生化学反应，产生很强的化学吸附作用力；其二是沥青和集料之间的范德华力，这种物理吸附的作用力较弱。

影响沥青和石料吸附性能的主要因素如下： 沥青品种：沥青中所含的表面活性物质如沥青酸、沥青酸酐的含量越多，沥青的粘附性越好；沥青中的极性组分越多，沥青的粘附性也越好。 石料种类：碱性的石料由于可以和沥青中的活性成分发生化学作用，因而具有较好的粘附性。 石料表面状态：表面光滑的石料，沥青易于浸润，但遇水后却很容易剥离。表面粗糙而洁净的石料，由于具有较大的表面积，不仅为沥青提供了更多的粘附表面，并且可以形成机械嵌锁作用，因此粘附性能更好。

沥青温度：温度较高时，沥青的粘度降低，流动度增大，便于沥青在石料表面展开、浸润，可以提高沥青和石料的粘结性。

6、干法、湿法的定义、区别、优缺点。

湿法先将废胶粉在160~180度的热沥青中拌合2h，制成改性沥青悬浮液，然后再和集料混合。干法是在制备沥青混合料的过程中，直接朝拌合锅中喷入废胶粉的方法。 对于湿法和干法，除了定义所述外，它们的区别和优缺点还包括一下几个方面： 胶粉含量的不同：干法所需胶粉量较大，而湿法较小；

应用场合：湿法橡胶粉改性沥青可以应用于填缝料、封层，也可以用于热拌沥青混合料，而干法只能用于热拌沥青混合料。

成本方面：由于湿法胶粉用量少，因而成本也较低


工艺方面：湿法需要用到较多的改性设备，改性工艺复杂，而干法的工艺简单。 7、SBS的改性机理

SBS是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，分为线形和星型两种。将SBS投入沥青）中，由于剪切机的剪切作用，SBS被打碎成小块；并由于对流作用，SBS小块被均匀地分散到沥青中。之后，沥青中的软沥青质继续向SBS 扩散，SBS 被逐渐溶胀，边缘模糊起来，随扩散过程的进行，直到两种物质达到稳定的混合，沥青与聚合物混合形成相容体系，从而改善了沥青的使用性能。

8、什么是沥青的耐久性？如何评价？如何改善？

沥青在储运、加工、施工和使用的过程中，由于长期自然条件因素的影响，会发生一系列的物理和化学变化，如蒸发、脱氧、缩合、氧化等，这一系列的变化导致沥青逐渐硬化变脆而容易开裂。沥青表现出的这种性能劣化称之为老化，耐久性则是用于评价沥青老化性能的指标。

9、沥青的老化一般表现在一下几个方面：

常规指标的变化，如针入度变小、软化点增大、延度减小、脆点上升。 组分的老化，如轻质组分的蒸发，芳香分转化为胶质，胶质转化为沥青质。 胶体结构的变化，如…… 流变性质的变化等。

一般可用沥青蒸发损失实验、薄膜烘箱实验、沥青旋转薄膜烘箱实验来评价其耐久性。 对于沥青耐久性的改善，一般可以通过一下几个方法： 选择适于生产沥青的原料油； 改进生产沥青的加工过程； 使用添加剂以提高抗老化性能。

10.乳化剂作用、机理、乳化剂分类。 1）作用是降低两相间的界面张力。

1乳化剂降低界面自由能○2界面膜的保护作用○3界面电荷的稳定作用 2）机理：形成机理：○

1电荷理论○2化学反应理论○3振动功能理论 分裂机理：○

乳化剂分类：非离子、阳离子、阴离子、两性离子、胶体型 11、再生剂定义及作用 定义：用以改善结合料的物理化学性质而添加于沥青之中的材料，或具有能改善已老化的沥青物理性能的碳氢化合物。

1调节旧沥青的粘度，再生剂的作用：○使其过高的黏度降低，达到沥青混合料所需的沥青黏

度，在工艺上使国语脆硬的旧沥青 软化，以便在机械和热的作用下充分分散，和新沥青、

2深入旧料中与旧沥青充分交融，新集料均匀混合○使在老化过程中凝聚起来的沥青质重新溶

3提供足够的新结合料以解分散，调节沥青的胶体结构，从而达到改善沥青流变性质的目的○

满足配合比设计的要求，起到一定的新沥青的作用。

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