沥青与沥青改性技术的研究与发展.ppt

沥青与沥青改性技术的研究与发展 硅酸盐建筑材料国家重点实验室 吴少鹏 2012年4月 内容提要 公路建设的总体形势及任务 沥青道路材料的介绍 公路建设对沥青材料的新挑战-改性沥青的产生 国外沥青路面方面的研究进展 展望 公路建设的总体形势及任务 我国公路建设的形势（1） 截至2010年底，我国已建成7.4万公里高速公路，国家高速公路网骨架基本形成 。 我国公路建设的形势 (2) 然而，目前我国每百平方公里国土面积公路里程仅为18.4公里，还远不及发达国家80年代初期的水平。我国公路建设面临的任务还十分艰巨。 公路科研面临的重大任务 路面、路基结构　路面、路基性能与病害对策问题 公路科研的研究方向 道路性能的分析与改进涉及多个学科领域，路面结构与材料设计必须适合实际工程特点。 材料研究在道路科研中的作用 沥青道路材料的介绍 沥青的起源 据记载，公元前1300年，人们就利用沥青，粘土和沙子混合后砌筑了底格里斯河入海口处1500m的堤防，至今尚存。 沥青的大量使用始于18世纪，天然湖沥青发现以后，具有代表性的是特立尼达湖沥青，至今仍然开采使用。 沥青的构成 沥青是天然出产或有机物经过热加工够得到的产品，由高度缩合的环烷烃和芳香烃及其衍生物组成，外观呈黑色或黑褐色，常温下为液态，半固态或固态。 由化学组分分析可知，沥青主要有四种组分：饱和分，芳香分，沥青质和胶质。 沥青的构成 饱和分 饱和分主要由正构烷烃，异构烷烃及环烷烃组成，平均分子量500~800之间； 饱和分是一种非极性油分，在基质沥青中含量一般为18%~25%； 饱和分对沥青有润滑和软化作用。 沥青的构成 芳香分 芳香分是一些带环烷和长链烷基的芳香烃，平均相对分子质量在800~1000，是溶胶沥青质的分散介质，在沥青中含量一般为33%~48%。 沥青的构成 胶质 胶质又称为极性芳烃，平均相对分子质量在1300~1800.比沥青质具有更强的极性，相对密度在1.0~1.08之间，胶质含量一般为20%~40%； 胶质对沥青的粘结力，延度有很大影响。 沥青的构成 沥青质 沥青质是沥青胶体体系的核心，平均相对分子质量可达数千到一万，是高度缩合的芳香烃，有很强的极性，相对密度大于1。沥青质在沥青中的含量一般为8%~15%，沥青质是沥青液态组分的增稠剂，其含量的多少影响到沥青的流变性，表现为沥青质含量增加，沥青稠度提高，软化点上升。沥青质含量的多少对沥青的温度稳定性也有很大的影响。 沥青的胶体结构理论 沥青为胶体结构，以沥青质为核，表面层被树脂侵润包裹，树脂溶于油分中，形成沥青胶团，无数沥青胶团彼此通过油分结合形成胶体结构。 按其化学特性及流变学特性，分为：溶胶，溶-凝胶和凝胶三种结构。 沥青的胶体结构理论 溶胶结构：沥青中沥青质含量很少，同时由于胶质作用，沥青质完全胶溶分散于油分介质中，胶团之间没有吸引力或吸引力很小； 这类沥青完全符合牛顿流体，剪切力与剪切速率呈直线关系，弹性效应很小或完全没有。 沥青的胶体结构理论 溶-凝胶型结构：沥青中沥青质含量适当，并有很多胶质作为保护物质，胶团相互之间有一定的吸引力； 这类沥青常温时在变形的最初阶段表现非常明显的弹性效应，当变形增加到一定数值后表现为牛顿流体； 大多数优质路用沥青都属于溶-凝胶型沥青。 沥青的胶体结构理论 凝胶型结构：沥青中沥青质含量很高，形成空间网格结构，油分分散在网格结构中，具有明显的弹性效应。 公路建设对沥青材料的新挑战-改性沥青的产生 公路建设对沥青材料的新要求 高等级路面必须具备足够的强度，稳定性和使用性能 （1）强度：结构强度和抗疲劳强度； （2）稳定性：高温，低温状况下的抗变形能力； （3）使用性能：抗滑能力和平整度。 公路建设对沥青材料的新要求 沥青作为沥青混合料的主要组成部分之一，在很大程度上影响沥青混合料的路用性能。高等级公路对沥青材料的抗永久变形，抗低温开裂，耐久性等方面有较高的要求，这要求沥青材料具有良好的质量，其质量要求表现为： 1. 优良的粘附性能 2.良好的感温性能 3. 经久的耐候性 公路建设对沥青材料的新要求 美国战略公路研究计划（SHRP）研究表明，沥青对沥青混合料抗高温车辙的贡献为29%，对抗疲劳的贡献为52%，对抵抗温度裂缝的贡献为87%； 在沥青混合料低温收缩和疲劳开裂中，寂寥的骨架作用对抑制低温开裂无能为力，而沥青结合料对沥青混合料抵抗低温抗裂性能起到决定性作用。 公路建设对沥青材料的新要求 普通基质沥青已不能完全满足高等级路面的要求，其原因： （1）基质沥青本身是一种对温度很敏感的材料，随着温度的变化其状态和性能都将发生变化；