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1、POWEPOINT适用于商务主题及相关类别演示目录5.3煤沥青5.1 沥青及其分类5.2石油沥青5.4其他沥青模块5 沥 青 材 料模块5 沥 青 材 料学习目标掌握石油沥青的技术性质、性能特点和技术标准。了解石油沥青的化学组分和胶体结构。了解其他各类沥青的组成和性质。5.1 沥青及其分类 沥青是由一些极其复杂的高分子碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属（氧、硫、氮）衍生物所组成的黑色或黑褐色的固体、半固体或液体的混合物。沥青材料按其在自然界中的获得方式可分为两大类,即地沥青和焦油沥青。地沥青是天然存在的或石油加工后得到的沥青材料。按其产源又可分为天然沥青和石油沥青。焦油沥青按其干馏原料的不同可
2、分为煤沥青、木沥青和泥炭沥青。例如,由煤干馏所得的煤焦油经再加工后得到的沥青,称为煤沥青。 在道路与桥梁工程中,最常用的主要是石油沥青和煤沥青两类,其次是天然沥青。5.2 石油沥青 石油沥青的生产工艺石油沥青的生产工艺 5.2.1蒸馏工艺蒸馏工艺1. 蒸馏工艺是在炼油厂内采用塔式蒸馏法将原油经过加热汽化、冷凝、精馏使之按沸点范围分为汽油、煤油、柴油和蜡油等轻质产品馏分,从分馏塔顶和侧线分别抽出,同时原油中所含高沸点组分浓缩而得到石油沥青。图5-1所示为原油蒸馏工艺生产直馏沥青的示意图。5.2 石油沥青图5-1 原油蒸馏工艺流程示意图5.2 石油沥青氧化工艺氧化工艺2. 沥青生产的氧化工艺是在一
3、定温度条件下向软化点低、针入度及温度敏感性大的减压渣油和溶剂脱油沥青或二者的混合物中吹入空气,使其组成发生变化,宏观表现为软化点升高,针入度和温度敏感性变小,以达到沥青的规格指标和使用性能要求。氧化沥青的工艺流程如图5-2所示。5.2 石油沥青图5-2 塔式氧化沥青的工艺流程示意图1加热炉; 2氧化塔; 3混合冷凝器; 4冷却器; 5循环油罐; 6气液分离罐; 7汁水源; 8柴油循环泵; 9成品泵; 10原料泵5.2 石油沥青溶剂脱沥青工艺溶剂脱沥青工艺3. 溶剂脱沥青是利用轻烃对渣油中各组分的不同溶解能力将渣油分离,得到不含沥青质的脱沥青质和沥青质的脱油沥青。溶剂脱沥青是调节渣油组成的有效手
4、段,它在道路沥青生产中,尤其是从不能通过蒸馏生产合格道路沥青的原油中生产合格道路沥青具有重要作用。如图5-3所示是以丙烷为溶剂的脱沥青基本流程。5.2 石油沥青图5-3 溶剂脱沥青工艺流程示意图5.2 石油沥青 石油沥青的组成和结构石油沥青的组成和结构 5.2.2石油沥青的化学组成石油沥青的化学组成1. 石油沥青是由多种极其复杂的碳氢化合物和一些碳氢化合物的非金属衍生物组成的混合物。表5-1为几种典型石油沥青的化学组成。表5-1 几种典型石油沥青的化学组成5.2 石油沥青石油沥青的化学组分石油沥青的化学组分2.1）油分2）沥青脂胶（树脂）3）地沥青质（沥青质）5.2 石油沥青表5-2 几种石油
5、沥青的化学组成分析（四分法）5.2 石油沥青石油沥青的胶体结构石油沥青的胶体结构3.1)2)3)溶胶型结构凝胶型结构溶-凝胶型结构5.2 石油沥青图5-4 沥青胶体结构示意图5.2 石油沥青 石油沥青的技术性质石油沥青的技术性质 5.2.3物理特征常数物理特征常数1. 介电常数热胀系数 防水性耐蚀性密度1 12 23 34 45 55.2 石油沥青黏滞性黏滞性2. 我国现行标准公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E202011）规定,针入度是指在温度为15 、25 或30 的条件下,以质量(1000.05) g的标准针,经5 s沉入沥青中的深度（0.1 mm称1）来表示。针入度标准针如图
6、5-5所示。1 1）针入度）针入度5.2 石油沥青图5-5 针入度标准针（尺寸单位：mm）5.2 石油沥青黏滞性黏滞性 我国现行标准公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E202011）规定,标准黏度是指液体沥青在一定温度（20 、25 、30 或60 ）条件下,经规定直径（30.025) mm、(4 0.025) mm、(50.025) mm或(100.025) mm）的孔,漏下50 mL所需的秒数。沥青黏度计如图5-6所示。2 2）标准黏度）标准黏度5.2 石油沥青图5-6 沥青黏度计（尺寸单位：mm）5.2 石油沥青塑性塑性3. 塑性是指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏的能力,是
7、沥青性质的重要指标之一。石油沥青的塑性与其组分有关,当树脂含量增加,其组分含量又适当时,则塑性增大；膜层越厚,则塑性越大。 沥青延度仪与延度仪试模如图5-7和图5-8所示。5.2 石油沥青图5-7 沥青延度仪1试模； 2试样； 3电机； 4水槽； 5泄水孔； 6开关柄； 7指针； 8标尺5.2 石油沥青图5-8 延度仪试模A两端模环中心点距离111.5 mm113.5 mm； B试件总长74.5 mm75.5 mm； C端模间距29.7 mm30.3 mm； D肩长6.8 mm7.2 mm； E半径15.75 mm16.25 mm； F最小横断面宽9.9 mm10.1 mm； G端模口宽19.
8、8 mm20.2 mm； H两半圆心间距离42.9 mm43.1 mm；I端模孔直径6.5 mm6.7 mm； J厚度9.9 mm10.1 mm5.2 石油沥青温度稳定性温度稳定性4. 软化点是石油沥青材料由固体状态转变为具有一定流动性的膏体时的温度。我国现行标准公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E202011）规定,软化点可通过“环球法”试验测定。将沥青试样装入规定尺寸的试验环中,上置规定尺寸和质量的钢球,再将置球的试验环放在有水或甘油的烧杯中,以5 /min的速率加热至沥青软化下垂至规定距离时的温度（）,即为沥青软化点。沥青软化点试验仪如图5-9所示。1 1）软化点）软化点5.2
9、石油沥青图5-9 沥青软化点试验仪1温度计； 2上盖板；3立柱； 4钢球； 5钢球定位环； 6金属环； 7中层板；8下底板； 9烧杯5.2 石油沥青 脆点是指沥青材料由黏塑状态转变为固体状态达到条件脆裂时的温度。表征沥青在低温下,受到瞬时荷载作用时,出现脆性破坏的性能。弗拉斯脆点仪如图5-10所示,弯曲器如图5-11所示。2 2）脆点）脆点5.2 石油沥青图5-10 弗拉斯脆点仪（尺寸单位：mm）1外筒； 2夹钳； 3硬塑料管； 4真空玻璃管；5试样管； 6、7、9橡胶管； 8通冷却液管道；10温度计； 11摇把5.2 石油沥青图5-11 弯曲器（尺寸单位：mm）5.2 石油沥青加热稳定性加热
10、稳定性5. 沥青蒸发损失是试样在规定条件下,加热并保持一定时间后质量的损失,以百分率表示。试验是将(500.5) g沥青试样装入盛样皿筒状,内径为(551) mm,深为(351) mm内,置于烘箱内,在163 下保持受热时间5 h,冷却测定质量损失,并按规定方法测定残留物的针入度。 沥青经加热损失试验后,由于沥青中轻质馏分挥发,不稳定成分发生氧化、聚合等作用,导致残留物性能与原始材料性能有很大差别,表现为针入度减小、软化点升高和延度降低。1 1）沥青蒸发损失试验）沥青蒸发损失试验5.2 石油沥青 沥青薄膜加热试验是将(500.5) g沥青试样装入盛样皿（筒状,内径为(1401) mm,深为9.
11、510 mm）内,使沥青成为厚约3.2 mm的薄膜,置于烘箱内,在163 下保持受热时间5 h,冷却测定质量损失,并按规定方法测定残留物的针入度、延度等技术指标。沥青薄膜加热烘箱如图5-12所示。2 2）沥青薄膜加热试验）沥青薄膜加热试验5.2 石油沥青图5-12 沥青薄膜加热烘箱（尺寸单位：mm）5.2 石油沥青 液体石油沥青蒸馏试验是测定试样受热时,在规定温度范围内蒸出的馏分含量,以占试样体积百分率表示。液体石油沥青蒸馏装置如图5-13所示。3 3）液体石油沥青蒸馏试验）液体石油沥青蒸馏试验5.2 石油沥青图5-13 液体石油沥青蒸馏装置（尺寸单位：mm）1调节加热器； 2保温罩； 3蒸馏
12、烧瓶； 4冷凝管； 5牛角管； 6量筒 5.2 石油沥青安全性安全性6. 沥青的安全性是指沥青在施工过程中具有的防火性能。沥青材料在使用时必须加热,当加热至一定温度时,沥青材料中挥发的油分蒸气与周围空气组成混合气体,此混合气体遇火焰则易发生闪火。我国现行标准公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E202011）规定,可用克利夫兰开口杯（简称COC）测定黏稠石油沥青、聚合物改性沥青及闪点在79 以上的液体石油沥青的闪点和燃点,以评定施工的安全性。克利夫兰开口杯式闪点仪如图514所示。5.2 石油沥青图5-14 克利夫兰开口杯式闪点仪（尺寸单位：mm）1温度计； 2温度计支架； 3金属试验杯；
13、 4试验标准球； 5试验火焰喷嘴； 6加热板； 7试验火焰调节开关； 8加热器具； 9加热器调节钮； 10加热板支架5.2 石油沥青溶解度溶解度7. 溶解度是指石油沥青在三氯乙烯中的溶解百分率,用以表示沥青中有效物质的含量,即纯净程度。测定石油沥青用古氏坩埚如图 5-15 所示。图5-15 古氏坩埚5.2 石油沥青含水量含水量8. 如果沥青中含有水分且施工中挥发太慢,即会影响施工速度,所以要求沥青中含水量不宜过多。沥青在加热过程中,如水分过多,可产生“溢锅”现象,引起火灾,使材料损失。所以在熔化沥青时应加快搅拌速度,促进水分蒸发,控制加热温度。我国现行标准公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JT
14、G E202011）规定,需用沥青含水量测定仪测定石油沥青、煤沥青、乳化沥青的含水量。石油沥青含水量测定仪如图5-16所示。5.2 石油沥青图5-16 石油沥青含水量测定仪1冷凝管； 2水分接收器； 3烧瓶5.2 石油沥青老化老化9. 石油沥青中各组分是不稳定的。在阳光、热、氧气、水等外界因素作用下,密度小的组分会逐渐转化为密度大的组分,油分、树脂的含量会逐渐减少,地沥青质的含量逐渐增多,这一过程称为沥青的老化。沥青老化后流动性、塑性降低,脆性增加,易发生脆裂甚至松散,使沥青失去防水、防腐作用。压力老化试验仪（PAV）如图5-17所示。5.2 石油沥青图5-17 压力老化试验仪（PAV）1压缩
15、空气瓶； 2压力调节器； 3针阀； 4压力计； 5安全膜； 6压力缓释阀； 7减压阀；8针阀； 9铂电阻； 10压力容器； 11温度控制箱5.2 石油沥青黏附性黏附性10. 沥青与骨料的黏附性是路用沥青重要性能之一,直接影响沥青路面的使用质量和耐久性,特别是对酸性骨料和潮湿骨料在施工时更为重要。沥青与骨料黏附性的试验方法,我国目前采用水煮法和水浸法。5.2 石油沥青 石油沥青的技术标准石油沥青的技术标准 5.2.4道路石油沥青的技术标准道路石油沥青的技术标准1. 道路石油沥青的等级有A级、B级、C级,按针入度划分为160号、130号、110号、90号、70号、50号和30号等标号,对各标号沥青
16、的延度、软化点、闪点、含蜡量等技术指标有不同的要求。我国行业标准公路沥青路面施工技术规范（JTG F402004）规定其各项技术要求应符合表5-3的规定。5.2 石油沥青表5-2 几种石油沥青的化学组成分析（四分法）5.2 石油沥青续表5.2 石油沥青液体石油沥青的技术标准液体石油沥青的技术标准2. 液体石油沥青是指用汽油、煤油、轻柴油等溶剂将石油沥青稀释而成的沥青产品,也称轻制沥青或稀释沥青。我国行业标准公路沥青路面施工技术规范（JTG F402004）规定其各项技术要求应符合表5-4的规定。5.2 石油沥青表5-4 道路用液体石油沥青的技术要求5.2 石油沥青建筑石油沥青的技术标准建筑石油沥青的技术标准3. 建筑石油沥青按针入度值可划分为40号、30号和10号三个标号。与道路石油沥青相比,其特性是针入度、延度较小,软化点较高。按我国现行规范建筑石油沥青（GB/T 4942010）规定其各项技术要求应符合表5-5的规定。5.2 石油沥青表5-5 建筑石油沥青的技术要求5.2 石油沥青 石油沥青的选用石油沥青的选用 5.2.5道路石油沥青的适用范围道路石油沥青的适用范围1. 沥青路面采
