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1、环境与资源分院,道路用乳化沥青的生产与应用,第一章 绪 论,一、沥青 1.定义：沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂的混合物，是高黏度有机液体的一种，呈液态，表面呈黑色。 2.性质：沥青属于憎水性材料，它不透水，也几乎不溶于水、丙酮、乙醚、稀乙醇，溶于二硫化碳、四氯化碳、氢氧化钠。 在公元前3800年到公元前2500年间人类就开始使用沥青。第一条用沥青铺装的路面大约在公元前600年在巴比仑出现，技术不久失传。直到19世纪人们才又用沥青来铺路。,第一节 沥青相关知识,第一章 绪 论,一、沥青 沥青路面比一般砂石（水泥）路面具有以下优点： 1.可以提高车速；提高运输效率；
2、 2.降低油耗；节省燃料油20%； 3.降低运输成本20%-35%； 4.延长轮胎使用寿命；由平均5万公里延长到17万公里； 5.延长汽车大修里程；由平均6万公里延长到24万公里； 6.节省养路费及材料费20%-25%； 7.提高行车的平稳性与舒适性，降低噪音； 8.提高行车的安全性，降低事故发生率。,地沥青,天然沥青,石油沥青,煤沥青,按其在自然界获得的方式可分为两大类,焦油沥青,页岩沥青,石油在天然条件下，长时间地球物理作用下所形成的产物,由页岩炼油所得的工业副产品,石油经炼制加工后所得的产物,由煤干馏所得到的煤焦油在加工所得的产物,按生产方法分：直馏沥青、溶剂脱油沥青、氧化沥青、调和沥青
3、、乳化沥青、改性沥青；,按外观形态分：液体沥青、固体沥青、稀释液、乳化液、改性体等；,按用途分：道路沥青、建筑沥青、防水防潮沥青、以用途或功能命名的各种专业沥青等；,分类,第一章 绪 论,1.煤焦沥青 煤焦沥青是炼焦的副产品，即焦油蒸馏后残留在蒸馏釜内的黑色物质。它与精制焦油只是物理性质有分别，没有明显的界限，一般的划分方法是规定软化点在26.7（立方块法）以下的为焦油，26.7以上的为沥青。煤焦沥青中主要含有难挥发的蒽、菲、芘等。这些物质具有毒性，由于这些成分的含量不同，煤焦沥青的性质也因而不同。温度的变化对煤焦沥青的影响很大，冬季容易脆裂，夏季容易软化。加热时有特殊气味；加热到260在5小
4、时以后，其所含的蒽、菲、芘等成分就会挥发出来。,沥青主要可以分为煤焦沥青、天然沥青和石油沥青三种,第一章 绪 论,2.天然沥青 天然沥青储藏在地下，有的形成矿层或在地壳表面堆积。这种沥青大都经过天然蒸发、氧化，一般已不含有任何毒素。 沥青材料分为地沥青和焦油沥青两大类。地沥青又分为天然沥青和石油沥青；天然沥青是石油渗出地表经长期暴露和蒸发后的残留物；石油沥青是将精制加工石油所残余的渣油，经适当的工艺处理后得到的产品。焦油沥青是煤、木材等有机物干馏加工所得的焦油经再加工后的产品。工程中采用的沥青绝大多数是石油沥青，石油沥青是复杂的碳氢化合物与其非金属衍生物组成的混合物。通常沥青闪点在240330
5、之间，燃点比闪点约高36，因此施工温度应控制在闪点以下。,第一章 绪 论,3.石油沥青 石油沥青是原油蒸馏后的残渣。根据提炼程度的不同，在常温下成液体、半固体或固体。石油沥青色黑而有光泽，具有较高的感温性。由于它在生产过程中曾经蒸馏至400以上，因而所含挥发成分甚少，但仍可能有高分子的碳氢化合物未经挥发出来，这些物质或多或少对人体健康是有害的。 目前工程中常用的主要有石油沥青和少量的煤沥青。,第一章 绪 论,3.石油沥青 （1）组成 石油沥青的组成元素主要是碳（8288%）、氢（811%），其次是硫（6%）、氧（1.5%）、氮（）等和微量的金属元素。 但沥青的化学成分极为复杂，将其分离为纯粹的
6、化合物单体，目前还有一定困难，而且沥青的元素组成与其物理性质的关系不甚密切，因此通常采用组分分离法将沥青分离为化学性质相近而且与技术性质有一定联系的几个组，即沥青的化学组分，我国现行标准JTJ052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程规定有三组分和四组分两种分析方法。各组分的含量多少会直接影响沥青的性能。,第一章 绪 论,3.石油沥青 （1）组成 三组分法为：将石油沥青分离为油分(含蜡)、 胶质(树脂)、地沥青质（沥青质）。 油分(含蜡)：为淡黄色至红褐色的油状液体，分子量为100-500。 胶质(树脂)：为黄色至黑褐色半固体粘稠物质，分子量600-1000。大部分属于中性树脂，其化学稳
7、定性差，容易氧化缩合。 地沥青质（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）。染色力强，对光的敏感性强，感光后就不能溶解。,第一章 绪 论,3.石油沥青 （1）组成 表1-1 石油沥青各组分的特性,第一章 绪 论,3.石油沥青 （1）组成 四组分法为：将石油沥青分离为饱和分、芳香分、胶质、沥青质，此外，还有一定的石蜡固体。 蜡会降低石油沥青的粘性和塑性，同时对沥青的温度敏感性（及温度稳定性差）有较大的影响，高温时使沥青容易发软，低温时会使沥青变得脆硬易裂。此外，还会使沥青与集料（又称骨料。分为粗骨料和细骨料，混凝土的主要组成材料之一。主要起骨架作用和减小
8、由于胶凝材料在凝结硬化过程中干缩湿胀所引起的体积变化，同时还作为胶凝材料的廉价填充料）的粘附性降低，是石油沥青中的有害成分。,第一章 绪 论,3.石油沥青 （2）石油沥青的胶体结构 沥青中的油分和树脂能浸润地沥青质。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，构成胶团，无数胶团分散在有分钟形成胶体结构。 根据石油沥青中各组分的化学组成和相对含量的不同可以形成溶胶型、溶胶凝胶型、凝胶型三种不同的胶体结构。,第一章 绪 论,3.石油沥青 （2）石油沥青的胶体结构 三种胶体结构的特点： 1.溶胶型结构-地沥青质含量较少，具有较好的自愈性和低温变形能力，但是高温稳定性差（黏度很小）。 2.溶
9、-凝胶型-沥青质、油分、树脂介于溶胶与凝胶之间，具有粘弹性和触变性（在机械力作用下被破坏后恢复最初结构的能力即触变性），故亦称弹性溶胶，大多数优质沥青属于这种结构状态。 3.凝胶型-地沥青质含量很多，常温下具有较好的温度稳定性，但低温变形能力较差；膜层较薄，塑性、温度敏感性小，粘性大，开裂后自愈能力差。,第一章 绪 论,二、技术指标 1.密度 沥青试样在规定温度下单位体积所具有的质量，以t/或g/c计。未经注明，规定温度为15。 2.相对密度 在规定温度下，沥青质量与同体积的水质量之比值。 3.针入度 在规定温度和时间内，附加一定质量的标准针垂直贯入沥青试样的深度，以0.1mm表示。,第一章
10、绪 论,二、技术指标 4.针入度指数 一种沥青结合料的温度感应性指标，反映针入度随温度而变化的程度，有不同温度的针入度按规定方法计算得到。 5.延度 规定形态的沥青试样，在规定温度下以一定速度受拉伸至断开时的长度，以cm表示。,第一章 绪 论,二、技术指标 6.软化点 沥青试样在规定尺寸的金属环内，上置规定尺寸和质量的金属钢球，放于水或甘油中，以规定的速度加热，至钢球下沉达规定距离时的温度，以表示。 7.溶解度 沥青试样在规定溶剂中可溶物的含量，以质量百分率表示。,第一章 绪 论,二、技术指标 6.软化点 沥青试样在规定尺寸的金属环内，上置规定尺寸和质量的金属钢球，放于水或甘油中，以规定的速度
11、加热，至钢球下沉达规定距离时的温度，以表示。 7.溶解度 沥青试样在规定溶剂中可溶物的含量，以质量百分率表示。,第一章 绪 论,二、技术指标 8.蒸发损失 沥青试样在内径55mm、深35mm的盛样皿中，在163温度条件下加热并保持5h后质量的损失，以百分率表示。 9.闪点 沥青试样在规定的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，初次发生一瞬即燃时的试样温度，以表示。盛样器对粘稠沥青是克利夫兰开口杯（简称COC），对液体沥青是泰格开口杯（简称TOC）。,第一章 绪 论,二、技术指标 10.弗拉斯脆点 涂于金属片上的沥青试样薄膜在规定条件下，因被冷却和弯曲而出现裂纹时的温
12、度，以表示。 11.粘度 沥青试样在规定条件下流动时形成的抵抗力或内部阻力的度量，也称粘滞度。,第一章 绪 论,三、主要技术性质 1.粘滞性（粘性） 是反映材料内部阻碍其相对运动流动的一种特性，表示沥青的软硬、稀稠程度，是划分沥青牌号的主要性能指标。固体或半固体沥青的粘滞性用“针入度”表示，液体沥青的粘滞性用“粘滞度”表示。,第一章 绪 论,三、主要技术性质 (1)粘滞性（粘性） 针入度的检测是在25的温度下和在5s的时间内，用荷重100土0.1g的标准针垂直穿入沥青的深度，称为石油沥青的“针入度”，单位以1/10mm表示。它在某种程度上反映沥青的硬度。 针入度数值越小，表明粘度越大，沥青越硬
13、，延伸度小，软化点高。 石油沥青的牌号是以针入度的平均值来表示的。 如30号建筑石油沥青就是用针入度为2540的平均值。,第一章 绪 论,三、主要技术性质 (1)粘滞性（粘性）,针入度测定示意图 石油沥青针入度测试仪,第一章 绪 论,三、主要技术性质 (1)粘滞性（粘性） 道路石油沥青、建筑石油沥青和防水防潮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）。,按针入度分级的国家（现行标准）有： 中国，美国，日本，欧盟，澳大利亚，印度， 奥地
14、利等。,第一章 绪 论,三、主要技术性质 (1)粘滞性（粘性） 粘滞性表示液态沥青在一定温度（25或60）条件下，经规定直径（3.5mm或10mm）的孔，漏下50mL所需的秒数。粘度常 以符号 表示，其中d为孔径（mm），t为试验时沥青的温度（）。数值越大沥青材料的粘滞性就越好 。,粘度测定示意图,第一章 绪 论,三、主要技术性质 (1)粘滞性（粘性） 粘性的大小与组分及温度有关。沥青质含量较高，当树脂适量、油质含量较少时，则粘性较大；温度升高时，则粘性随之降低，反之则随之增大。当针入度大于200以上的道路石油沥青，已无法标出延伸度值。 影响因素： 组成：地沥青含量越大，沥青材料的粘滞 性越好
15、； 温度：温度越高粘滞性越差。,第一章 绪 论,三、主要技术性质 (2)温度敏感性（石油沥青软化点） 温度敏感性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，故没有固定的熔点。温度敏感性用软化点表示。当温度升高，沥青由固态或半固态逐渐软化而呈为液被态，随温度下降，又由液态凝固变硬变脆。,第一章 绪 论,三、主要技术性质 (2)温度敏感性（石油沥青软化点） 在相同的温度变化间隔里，各种沥青粘性变化幅度不同，随温度变化而产生的粘性变化幅度较小的沥青，其温度稳定性就好。软化点越高，沥青的耐热性越好，即温度敏感性越小，温度稳定性好。 建筑工程要求沥青的粘性和塑性
16、在温度变化时，其变化幅度较小，即温度敏感性小 。工程中常通过加入滑石粉、石灰石粉等矿物质来减小其温度敏感性。,第一章 绪 论,三、主要技术性质 (3)塑性（石油沥青延伸度） 塑性是指石油沥青在外力作用时产生变形而不破坏的能力。用延伸度表示，简称为延度。 按标准试验方法，制成“8”形标准试件， 试件中间最狭处断面积为1cm2 ，在规定温度 （一般为25）和规定速度（5cm/min）的条件下在延伸仪上进行拉伸，延伸度以试件拉细而断裂时的长度（cm）表示。 沥青的延伸度越大，沥青的塑性越好。,第一章 绪 论,三、主要技术性质 (3)塑性（石油沥青延伸度） 石油沥青的塑性与其组分有关，其中树脂含量增加，则塑性随之增高。温度及沥青膜层厚度也影响塑性，温度升高，塑性增大；沥青的膜层愈厚，塑性愈大，当膜层薄至1m时，塑性近于消失。在25的常温下
