第十一章沥青及沥青混合料

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1、第十一章沥青及沥青混合料n第一节 沥青n1. 石油沥青n 石油沥青是由石油原油经蒸馏提炼出各种 轻质油（如汽油、柴油等）及润滑油以后的残 留物，再经过加工而得的产品。n1.1 石油沥青的组分n 石油沥青是由许多高分子碳氢化合物及其 非金属（主要为氧、硫、氮等）衍生物组成的 复杂混合物。将沥青中化学成分及性质极为接 近，并且与物理力学性质有一定关系的成分， 划分为若干个组，这些组就称为“组分”。 n沥青中各组分的主要特性简述如下：n （）油分。油分为淡黄色至红褐色 的油状液体，是沥青中分子量最小和密 度最小的组分，密度介于0.71.0 cm3之间。在170较长时间加热，油 分可以挥发。油分能溶于

2、石油醚、二硫 化碳、三氯甲烷、苯、四氧化碳和丙酮 等有机溶剂中，但不溶于酒精。油分赋 予沥青以流动性。n()树脂（沥青脂胶）。沥青脂胶为黄色至黑褐 色粘稠状物质（半固体），分子量比油分大（ 6001000），密度为1.01.1gcm3。沥青脂 胶中绝大部分属于中性树脂。中性树脂能溶于三 氯甲烷、汽油和苯等有机溶剂，但在酒精和丙酮 中难溶解或溶解度很低，它赋予沥青以良好的粘 结性、塑性和可流动性。中性树脂含量增加，石 油沥青的延度和粘结力等品质愈好。另外，沥青 树脂中还含有少量的酸性树脂，即地沥青酸和地 沥青酸酐，是沥青中的表面活性物质。它改善了 石油沥青对矿物材料的浸润性，特别是提高了对 碳酸

3、盐类岩石的粘附性，并有利于石油沥青的可 乳化性。沥青脂胶使石油沥青具有良好的塑性和 粘结性。n（）地沥青质（沥青质）。地沥青质为深褐色 至黑色固态无定形物质（固体粉末），分子量比 树脂更大（1000以上），密度大于1 gcm3，不 溶于酒精、正戊烷，但溶于三氯甲烷和二硫化碳 ，染色力强，对光的敏感性强，感光后就不能溶 解。地沥青质是决定石油沥青温度敏感性、粘性 的重要组成部分，其含量愈多，则软化点愈高， 粘性愈大，即愈硬脆。n 另外，石油沥青中还含的沥青碳和 似碳物，是石油沥青中分子量最大的。它降低石 油沥青的粘结力。n 石油沥青中还含有蜡，它会降低石油沥青的 粘结性和塑性，同时对温度特别敏感

4、（即温度稳 定性差）。所以蜡是石油沥青的有害成分。n1.2 石油沥青的胶体结构n 油分、树脂和地沥青质是石油沥青的 三大组分，其中油分和树脂可以互相溶解 ，树脂能浸润地沥青质，并在地沥青质的 超细颗粒表面形成树脂薄膜。所以石油沥 青的结构是以地沥青质为核心，周围吸附 部分树脂和油分的互溶物而构成胶团，无 数胶团分散在油分中而形成胶体结构。根 据沥青中各组分的相对比例不同，胶体结 构可分为溶胶型、凝胶型和溶凝胶型三种 类型。n（1）溶胶结构。地沥青质含量较少，胶团间完全没 有引力或引力很小，在外力作用下随时间发展的变 形特性与粘性液体一样。直馏沥青的结构多为溶胶 结构。n（2） 凝胶结构。凝胶结

5、构地沥青质含量很多，胶团 间有引力形成立体网状，地沥青质分散在网格之间 ，在外力作用下弹性效应明显。氧化沥青多属于凝 胶结构。n（3）溶一凝胶结构介于溶胶与凝胶之间，并有较多 的树脂，胶团间有一定吸引力，在常温下受力变形 的最初阶段呈现出明显的弹性效应，当变形增加到 一定数值后，则变为有阻尼的粘性流动。n 大部分优质道路沥青均配成溶凝胶型结构， 具有粘弹性和触变性，故亦称弹性溶胶。n1.3 石油沥青的技术性质n（1）粘滞性n 石油沥青的粘滞性又称粘性。n粘滞性应以绝对粘度表示，但因其测定方 法较复杂，故工程中常用相对粘度（条件 粘度）来表示粘滞性，对使用粘稠（半固 体或固体）的石油沥青用针入度

6、表示，对 液体石油沥青则用粘滞度表示。n 粘稠石油沥青的针入度是在规定温度 （25）条件下，以规定质量（100）的 标准针，在规定时间（s）内贯入试样中 的深度来表示，单位以1/10mm计。针入度反 映了石油沥青抵抗剪切变形的能力。针入度 值越小，表明粘度越大。（P317 附图6-1）n 粘滞度是将一定量的液体沥青，在某温 度下经一定直径的小孔流出50cm3所需的时间 ，以秒表示。常用符号“CdtT”表示粘滞度 ，其中为小孔直径（mm），为试样温度 ，为流出50 cm3沥青的时间。有10、 、mm三种，通常为25或60。n（）塑性n 塑性指石油沥青在外力作用下产生变 形而不破坏，除去外力后，仍

7、能保持变形 后的形状的性质。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，故沥青是一种优良的道路路面材料 。n 石油沥青的塑性用延度表示。延度愈 大，塑性愈好。延度测定是把沥青制成“ ”字形标准试件，置于延度仪内25水 中，以 5cmmin的速度拉伸，用拉断时的 伸长度来表示，单位用cm计。（P319 附图 6-2）n（）温度敏感性n 温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和 塑性随温度升降而变化的性能。由于沥青 是一种高分子非晶态热塑性物质，故没有 一定的熔点。n 沥青的粘滞性和塑性随温度变化而变化 。 石油沥青中地沥青质含量较多时，其温 度敏感性较小。在工程中使用时往往加入 滑

8、石粉、石灰石粉等矿物填料，以减小其 温度敏感性。沥青中含蜡量较多时，则会 产生温度较高（60左右）时就发生流淌 ，在温度较低时又易变硬开裂。n温度敏感性以软化点指标表示。由于沥青 材料从固态至液态有一定的变态间隔，故 规定以其中某一状态作为从固态转变到粘 流态的起点，相应的温度则称为沥青的软 化点。沥青软化点一般采用环与球法 测定。它是把沥青试样装入规定尺寸（直 径15.88mm，高mm）的铜环内，试样上放 置一标准钢球（直径9.53mm，质量3.5） ，浸入水或甘油中，以规定的速度升温（ min），当沥青软化下垂至规定距离 （25.4mm）时的温度即为其软化点，以摄 氏度（）计。（P321

9、附图6-3）n另外，沥青的脆点是反映温度敏感性的另 一个指标，它是指沥青从高弹态转到玻璃 态过程中的某一规定状态的相应温度，该 指标主要反映沥青的低温变形能力。寒冷 地区应用的沥青应考虑沥青的脆点。沥青 的软化点愈高，脆点愈低，则沥青的温度 敏感性越小。n（）大气稳定性n 石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等 大气因素的长期综合作用下抵抗老化的性 能，称为大气稳定性。也是沥青材料的耐 久性。在大气因素的综合作用下，沥青中 各组分会发生不断递变，低分子化合物将 逐步转变成高分子物质，即油分和树脂逐 渐减少，而地沥青质逐渐增多。石油沥青 随着时间的进展，流动性和塑性将逐渐减 小，硬脆性逐渐增大，直至脆

10、裂。这个过 程称为石油沥青的“老化”。所以大气稳 定性即为沥青抵抗老化的性能。n石油沥青的大气稳定性以加热蒸发损失百分 率和加热前后针入度比来评定。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 h,，待冷却后再测定其质量及针入度。计 算出蒸发损失质量占原质量的百分数，称为 蒸发损失百分率；测得蒸发后针入度占原针 入度的百分数，称为蒸发后针入度比。蒸发 损失百分数愈小和蒸发后针入度比愈大，则 表示沥青的大气稳定性愈好，即老化”愈 慢。n以上四种性质是石油沥青材料的主要性质， 前三项是划分石油沥青牌号的依据。此外， 为评定沥青的品质和保证施工安全，还应

11、了 解石油沥青的溶解度、闪点和燃点等性质。n1.4 石油沥青的技术标准及应用n（）石油沥青的技术标准n根据我国现行石油沥青标准，在工程建设中 常用的石油沥青分道路石油沥青、建筑石油 沥青和普通石油沥青等，各品种按技术性质 划分牌号。不同石油沥青的技术指标要求见 表10-1、10-2、10-3。n从表10-1、10-2、10-3可以看出，道路石油 沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青都是按 针入度指标来划分牌号的。在同一品种石油 沥青材料中，牌号愈小，沥青愈硬；牌号愈 大，沥青愈软。同时随着牌号增加，沥青的 粘性减小（针入度增加），塑性增加（延度 增大），而温度敏感性增大（软化点降低）n（2）石油沥

12、青的应用n 在选用沥青材料时，应根据工程性质（房屋 、道路、防腐）及当地气候条件、所处工程部位 （屋面、地下）来选用不同品种和牌号的沥青。n 道路石油沥青牌号较多，主要用于道路路面 或车间地面等工程，一般拌制成沥青混凝土、沥 青拌合料或沥青砂浆等使用。n 建筑石油沥青粘性较大，耐热性较好，但塑 性较小，主要用作制造油毡、油纸、防水涂料和 沥青胶。它们绝大部分用于屋面及地下防水沟槽 防水、防腐蚀及管道防腐等工程。对于屋面防水 工程，应注意防止过分软化。n为避免夏季流淌，屋面用沥青材料的软化 点还应比当地气温下屋面可能达到的最高 温度高20以上。但软化点也不宜选择过 高，否则冬季低温易发生硬脆甚至

13、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。n 普通石油沥青含蜡较多，其一般含量 大于5，有的高达20以上（称多蜡石油 沥青），因而温度敏感性大，故在工程中 不直单独使用，只能与其他种类石油沥青 掺配使用。n1.5 石油沥青的掺配与稀释n 当不能获得合适牌号的沥青时，可采用两种牌号的 石油沥青掺配使用，但不能与煤沥青相掺。两种石油沥 青的掺配比例可用下式估算：n式中1较软石油沥青用量（）；n 2较硬石油沥青用量（）；n 掺配后的石油沥青软化点（）；n 1较软石油沥青软化点（）；n 2较硬石油沥青软化点（）。n以估算的掺配比例和其邻近的比例（10）进行 试配（混合熬制均匀），测定

14、掺配后沥青的软化点，然 后绘制“掺配比一软化点”关系曲线，即可从曲线上确 定出所要求的掺配比例。n2. 煤沥青n煤沥青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、中油、 重油、蒽油以后，所得残渣即为煤沥青。n2.1煤沥青的特性n 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。由于煤沥青的组分和 石油沥青不同，故其性能也不同，主要表现在温 度敏感性大，大气稳定性较差，塑性较差。煤沥 青中的酸、碱物质都是表面活性物质，由于含表 面活性物质较多，故与矿料表面的粘附力较好； 防腐性好。因含酚、蒽等有毒物质，防腐

15、蚀能力 较强，故适用于木材的防腐处理。n2.2 煤沥青与石油沥青的鉴别方法n2.3 煤沥青的应用n 煤沥青具有很好的防腐能力、良好的粘结能 力。因此可用于配制防腐涂料、胶粘剂、防水涂 料，油膏以及制作油毡等。n3. 改性石油沥青n3.1 矿物填料改性沥青n 在沥青中加入一定数量的矿物填充料 ，可以提高沥青的粘性和耐热性，减小沥 青的温度敏感性，同时也减少了沥青的耗 用量，主要适用于生产沥青胶。n（）常用矿物填料n 矿物填料有粉状和纤维状两种，常用 的有滑石粉、石灰石粉、硅藻土、石棉绒 和云母粉等。n（）矿物填充料改性机理n由于沥青对矿物填充料的润湿和吸附作用 ，沥青可以单分子状态排列在矿物颗粒

16、（ 或纤维）表面，形成结合力牢固的沥青薄 膜，称之为“结构沥青”。结构沥青具有 较高的粘性和耐热性等，但是矿物填充料 的掺入量要适当，一般掺量为 时，可以形成恰当的结构沥青膜层。n3.2 树脂改性沥青n用树脂改性石油沥青，可以改善沥青的耐 寒性、耐热性、粘结性和不透气性。在生 产卷材、密封材料和防水涂料等产品时均 需应用。常用的树脂有：古马隆树脂，聚 乙烯，聚丙烯，酚醛树脂及天然松香等。n3.3 橡胶改性沥青n（）氯丁橡胶改性沥青n石油沥青中掺入氯丁橡胶后，可使其气密 性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐光、耐 臭氧性、耐候性和耐燃性等得到大大改善 。氯丁橡胶掺入的方法有溶剂法和水乳法 。溶剂法是先将氯丁橡胶溶于一定的溶剂 （如甲苯）中形成溶液，然后掺入液态沥 青中并混合均匀即可。水乳法是将橡胶和 石油沥青分别制成乳液，然后混合均匀即 可使用。n（2）丁基