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1、,第 11 章 防水材料,土木工程材料,Civil Engineering Materials,2,11.1 沥青材料,定义 沥青是一种有机胶凝材料，它是复杂的高分子碳氢化合物及非金属（氧、硫、氮等）衍生物的混合物。在常温下呈固体、半固体或液体状态。 特点 颜色由黑褐色至黑色，能溶于多种有机溶液中。 具有结构致密、粘结力良好，不导电、不吸水，耐酸、耐碱、耐腐蚀等性能。,3,沥青的分类,按产源分类,沥青,天然沥青,煤沥青,石油沥青,地沥青,焦油沥青,木沥青,泥炭沥青,页岩沥青,4,应用 主要作为防水、防潮、防腐蚀材料，用于屋面或地下防水工程、防腐蚀工程、铺筑道路以及贮水池、浴池及桥梁等防水防潮层
2、。,沥青材料,5,天然沥青矿,岩沥青,石油沥青,煤沥青,沥青材料简介,6,石油沥青,1. 生产 石油沥青是由石油原油或石油衍生物经过常压或减压蒸馏，提炼出汽油、煤油、柴油、润滑油等轻质油分后的残渣，经加工制成的一种产品 。 2. 按用途分类,7,石油沥青,3. 组成与结构 组成 石油沥青化学成分非常复杂，可分为油分、树脂和地沥青质三大组分。各组分的特点及作用见下表：,石油沥青的胶体结构 胶体结构的形成：沥青的胶体结构是以沥青质为胶核，树脂和油分被吸附其表面，并逐渐向外扩散形成胶团，胶团再分散于油分中。,3. 组成与结构,9,3. 组成与结构,结构-胶体结构,10,石油沥青胶体结构类型及特点,B
3、ack,3. 组成与结构,11,4. 主要技术性质,粘滞性（粘性）,（1）定义：石油沥青的粘滞性是指沥青在外力或自重的作用下抵抗变形的一种能力，也反映了沥青软硬、稀稠的程度。,（2）特点：粘滞性是划分沥青牌号的主要技术指标，其大小与石油沥青的组分含量和温度有关。当石油沥青中地沥青质含量多、树脂适量、油分含量较少时，粘滞性就大。在一定温度范围内，温度升高，粘滞性就下降。,（3）表示方法：,1）在常温下呈固态或半固态的石油沥青用针入度值表示粘性大小。针入度值越大，则粘性越小，表示石油沥青越软。建筑石油沥青、道路石油沥青的针入度值在1-300范围内。,测定方法：是在规定温度为25条件下，以质量100
4、g 的标准针，历经规定5s时间垂直自由贯入到沥青试样的深度（以0.1mm为单位）表示。,2）液态石油沥青的粘滞性用标准粘性计测定的粘度表示。,塑性（延度）,（1）定义：是指沥青受到外力作用时，产生变形而不破坏，去除外力后，不恢复原状，仍保持变形后的形状不变的性质。,（2）影响因素：塑性与树脂含量和温度有关。树脂含量越高，沥青质表面的沥青膜层越厚，且沥青质和油分适量，则沥青的塑性越好。温度升高时，沥青的塑性增加。,（3）表示方法：沥青塑性用延度（延伸度）表示。延度越大，沥青的塑性越好，防水性越强。,测定方法：在规定的条件下，沥青试件被拉断时的伸长量（以cm计）。,塑性应用：在常温下，塑性较好的沥
5、青在产生裂缝时，也可能由于特有的粘塑性而自行愈合。故塑性还反映了沥青开裂后的自愈能力。沥青所以能用来制造出性能良好的柔性防水材料，很大程度上决定于沥青的塑性。沥青的塑性对冲击振动荷载有一定吸收能力，并能减少摩擦时的噪声，所以沥青是良好路面材料。,温度敏感性,（1）定义：是指沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能。变化程度小，则沥青温度敏感性小。,工程要求沥青随温度变化而产生的粘滞性及塑性变化幅度应较小，即温度敏感性应较小。土木工程宜选用温度敏感性较小的沥青。所以温度敏感性是沥青性质的重要指标。,（2）影响因素：沥青的温度敏感性与地沥青质的含量、沥青中石蜡的含量有关。地沥青质量越高，温度敏感性
6、越小；石蜡含量越高，则沥青的温度敏感性越大。,通常石油沥青中地沥青质含量较多，在一定程度上能够减小其温度敏感性。在工程使用时往往加入滑石粉、石灰石粉或其他矿物填料来减小其温度敏感性。沥青中含蜡量较多时，则会增大温度敏感性。,（3）表示方法：常用软化点表示。软化点越高，沥青的温度敏感性越小。,三种技术指标测试方法简图如图9.3所示。以上三种性质是石油沥青的主要性质，是鉴别石油沥青品质的主要依据。,大气稳定性 定义：大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗老化的性能。 在大气因素的综合作用下，沥青中的低分子量组分会向高分子量组分转化递变，即油分一树脂地沥青质。由于树脂向
7、地沥青质转化的速度要比油分变为树脂的速度快得多，因此石油沥青会随时间进展而变硬变脆，亦即“老化”。 石油沥青的大气稳定性以沥青试样在加热蒸发前后的“蒸发损失百分率”和“蒸发后针入度比”来评定。其测定方法是：先测定沥青试样的质量及其针入度，然后将试样置于烘箱中，在160下加热蒸发5h，待冷却后再测定其质量和针入度，则,蒸发损失百分率愈小，蒸发后针入度比愈大，则表示沥青大气稳定性愈好，亦即“老化“愈慢。,闪点和燃点 闪点是指沥青达到软化点后再继续加热，则会发生热分解而产生挥发性的气体，当与空气混合，在一定条件下与火焰接触，初次产生蓝色闪光时的沥青温度。 燃点又称着火点。当沥青温度达到闪点，温度如再
8、上升，与火接触而产生的火焰能持续燃烧5s以上时，这个开始燃烧的温度即为燃点。 各种沥青的最高加热温度都必须低于其闪点和燃点。,溶解度 沥青的溶解度是指沥青在溶剂中(苯或二硫化碳)溶解的百分率。沥青溶解度是用来确定沥青中有害杂质含量的。 沥青中有害物质含量高，主要会降低沥青的粘滞性。一般石油沥青溶解度高达98%以上，而天然沥青因含不溶性矿物质，溶解度低。,22,5. 各指标与性质间的关系,稠度越大,针入度越小,粘度越大,蒸发针入度比越大,稳定性越好,蒸发损失越低,软化点越高,温度稳定性越好,23,6. 石油沥青的技术标准及应用,石油沥青按其针入度、延度和软化点划分牌号； 牌号越高，针入度越大、延
9、度越大、软化点越低。,24,7. 石油沥青的选用原则,选用依据 工程类别（房屋、道路、防腐） 当地气候条件 所处工作部位（屋面、地下） 应用 道路石油沥青 主要用于道路路面或车间地面等工程，选用时应注意 工程的要求、施工方法环境温度。 也可用作密封材料、粘结剂及沥青涂料，一般选用粘性 较大和软化点较高的。,7. 石油沥青的选用原则,25,为避免夏季流淌，屋面用沥青材料的软化点应比当地气温下屋面可能达到的最高温度高20以上。在冬季低温沥青易发生硬脆甚至开裂。对一些不易受温度影响的部位，可选用牌号较大的沥青。 普通石油沥青含蜡较多，因而温度敏感性大，故在工程中不宜单独使用，只能与其他种类石油沥青掺
10、配使用。,26,8. 石油沥青的掺配与稀释,当不能获得合适牌号的沥青时，可采用同产源的两种牌号沥青掺配使用，掺配比例用下式估算： 式中：1较软石油沥青用量（）； 2较硬石油沥青用量（）； 掺配后的石油沥青软化点（）； 1较软石油沥青软化点（）； 2较硬石油沥青软化点（）。,27,1.沥青的针入度越小，沥青越软，粘度越小。,课堂练习,2.沥青延度值越小，表示其塑性越好。,3.大气稳定性是指沥青在热、阳光、氧气和潮湿等 因素长期综合作用下抵抗老化的性能。,4.高聚物沥青防水卷材与传统沥青防水卷材相比温度稳定性较好，延伸率较大，拉伸强度较高。,5.选用屋面用石油沥青软化点应与本地区屋面最高温度相同。
11、,28,8.为避免夏季流淌，一般屋面用沥青材料软化点应比本地区屋面最高温度高（ ）。,10以上,15以上,20以上,A,B,C,课堂练习,29,焦油沥青,定义 焦油沥青俗称柏油，它是在隔绝空气的情况下，干馏各种固体或液体燃料及其他有机材料所得的副产品。 分类 煤焦油沥青（煤沥青）煤焦油蒸馏后的残余物 木焦沥青木焦油蒸馏后的残余物 性能特点与应用 具有良好的防腐性能，具有特强的粘结性能，主要用于铺筑路面、制取染料、配制胶粘剂、制作涂料、嵌缝油膏和油毡等。,30,（一）煤沥青,定义 是炼焦厂或煤气厂的副产品。烟煤在干馏过程中的挥发物质，经冷凝而成黑色粘性液体称为煤焦油，煤焦油经分馏加工提取轻油、中
12、油、重油、蒽油以后，所得残渣即为煤沥青。 特性与应用 煤沥青的主要组分为油分、脂胶、游离碳等，常含有少量酸、碱物质。 温度敏感性大，大气稳定性较差，塑性较差。 与矿料表面的粘附力较好；防腐性好。故适用于木材的防腐处理，胶粘剂、防水涂料，油膏以及制作油毡等。,31,煤沥青与石油沥青的鉴别方法,（一）煤沥青,32,改性沥青,改性目的 石油沥青不能全部满足在低温下有良好的弹塑性，高温下有 良好的温度稳定性以及对变形的适应性和耐疲劳性。因此常 用橡胶、树脂和矿物填料等对其改性。 分类 橡胶改性沥青 树脂改性沥青 橡胶和树脂改性沥青 矿物填充料改性沥青,33,1、橡胶改性沥青,特点 橡胶与沥青有较好的相
13、容性，使沥青高温变形小，低温柔性好。 分类,橡 胶 改 性 沥 青,氯丁橡胶改性沥青：使沥青的气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性 得到改善。用于路面的稀浆封层和做密封材料和涂料。,丁基橡胶改性沥青：具有优异的耐分解性，较好的低温抗裂性 和耐热性。多用于路面工程和制作密封材料和涂料。,热塑性弹性体（SBS）改性沥青:具有良好的耐高温、优异的低温 柔性和耐疲劳。用于防水卷材和铺筑高等级路面。目前应用量最大,再生橡胶改性沥青：提高沥青的气密性、低温柔性耐光、热臭氧性 耐气候性。用于制成卷材、片材、密封材料、胶黏剂和涂料等。,34,2、树脂改性沥青,特点 用树脂改性石油沥青，可以改进沥青的耐寒性、耐热性、
14、粘结性和不透气性。 品种 古马隆树脂改性沥青粘性较大。 聚乙烯树脂改性沥青耐高温、耐疲劳有显著 改善，低温柔性也有所改善。,35,3、橡胶和树脂改性沥青,橡胶和树脂同时用于改善沥青的性质，使沥青同时具有橡胶和树脂的特性，且树脂比较便宜，二者具有较好的相容性，改性效果较好。 配制时，采用的原材料品种、配比、制作工艺不同，可以得到很多性能各异的产品。主要由卷材、片材、密封材料、防水涂料等。,36,4、矿物和填充料改性沥青,矿物填充料的品种 滑石粉 石灰石粉 硅藻土 石棉绒或石棉粉 矿物填充料的作用机理 沥青润湿矿物填充料 沥青与填料之间有较强的吸附力,37,沥青防水材料,沥青防水卷材 沥青涂料 改
15、性沥青防水材料 合成高分子防水卷材,38,（一）沥青防水卷材,1.纸胎油毡（传统“三毡四油”中的防水卷材） 2.玻璃布胎油毡 3.铝箔面油毡,沥青基防水材料 1. 沥青防水卷材 凡用原纸或玻璃布、石棉布、棉麻织品等胎料浸渍石油沥青（或焦油沥青）制成的卷状材料，称为浸渍卷材（有胎卷材）。将石棉、橡胶粉等掺入沥青材料中，经碾压制成的卷状材料称为辊压卷材（无胎卷材）。这两种卷材通称沥青防水卷材。 1）普通原纸胎基油毡和油纸 采用低软化点沥青浸渍原纸所制成的无涂盖层的纸胎防水卷材叫油纸，当再用高软化点沥青涂盖油纸的两面，并撒布隔离材料后，则称为油毡。,2）新型有胎沥青防水卷材 新型有胎沥青防水卷材主要
16、有麻布油毡、石棉布油毡、玻璃纤维布油毡、合成纤维布油毡等。这些油毡的制法与纸胎油毡相同，但抗拉强度、耐久性等都比纸胎油毡好得多，适用于防水性、耐久性和防腐性要求较高的工程。 SBS改性沥青柔性油毡是近年来生产的一种弹性体沥青防水卷材，它以聚酯纤维无纺布为胎体，以橡胶改性沥青为面层，以塑料薄膜为隔离层，油毡表面带有砂粒。它的耐撕裂强度比玻璃纤维胎油毡大1517倍，耐刺穿性大1519倍，可用氯丁粘合剂进行冷粘贴施工，也可用汽油喷灯进行热熔施工，是目前性能最佳的油毡之一。,弹性体（SBS）改性沥青防水卷材,塑性体改性沥青防水卷材（APP卷材）,塑性体(APP)改性沥青防水卷材 是以聚酯粘或玻纤粘为胎体，以无规聚丙烯（APP）或聚烯 类聚合物(APAO、APO)作改性剂，以PE膜为底面防粘隔层或单面粘砂粒自带保护层的塑性体改性沥青防水卷材。 产品用途： 用于工业与民用建筑的屋面、地下室、卫生间的防水、防潮以及桥梁、停车场、游泳池、隧道、蓄水池等建筑物的防水。APP适用于环境温度较
