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1、沥青材料的检测与应用沥青是土木工程中不可缺少的材料之一，广泛用于房屋建筑、道路桥梁、水利工程以及其他防水防潮工程中。沥青材料用作防水材料的历史久远，直到现代，仍然以沥青防水材料为主。随着建设事业的突飞猛进以及石油工业的发展，沥青材料在道路和水利工程中也得到大量应用。沥青是一种有机胶凝材料，是由许多高分子碳氢化合物及其非金属（氧、 硫、氮等）衍生物所组成的复杂的混合物。它能溶于二硫化碳等有机溶剂中，在常温下呈褐色或黑褐色固体、半固体及液体状态。81沥青沥青按产源不同分为地沥青与焦油沥青两大类。地沥青中有石油沥青与天然沥青；焦油沥青则有煤沥青、木沥青、页岩沥青及泥炭沥青等几种。土木工程中主要使用石
2、油沥青和煤沥青，以及以沥青为原料通过加入表面活性物质而得到的乳化沥青。8 1 1石油沥青石油沥青是石油（原油）经蒸馏等工艺提炼出各种轻质油及润滑油以后得到的残留物，或者再经加工得到的残渣。当原油的品种不同、提炼加工的方式和程度不同时，可以得到组成、结构和性质不同的各种石油沥青产品。1石油沥青的品种石油沥青的分类方法尚不统一，各种分类方法都有各自的特点和实用价值，现介绍如下。（ 1）按原油加工后所得沥青中含蜡量多少分类石油沥青按原油基层不同分为石蜡基的、沥青基的和中间基的三种。1）石蜡基沥青。它是由含大量烷属烃成分的石蜡基原油提炼制得的，其含蜡量一般均大于 5%。由于其含蜡量较高，其黏性和温度稳
3、定性将受到影响，故这种沥青的软化点高，针入度小，延度低，但抗老化性能较好。2）沥青基沥青（环烷基沥青）。它是由沥青基原油提炼制得的。其含蜡量一般少于2%，含有较多的脂环烃，故其黏性高，延伸性好。3）中间基沥青（混合基沥青） 。它是由含蜡量介于石蜡基和沥青基石油之间的原油提炼制得的。其含蜡量在 2%5% 之间。（ 2）按加工方法分类按加工方法不同，石油可炼制成如图8. 1 所示的不同种类的沥青。原油经过常压蒸馏后得到常压渣油，再经减压蒸馏后，得到减压渣油。这些渣油属于低标号的慢凝液体沥青。为提高沥青的稠度 ,以慢凝液体沥青为原料， 可以采用不同的工艺方法得到黏稠沥青。 渣油再经过减蒸工艺，进一步
4、深拔出各种重质油品，可得到不同稠度的直馏沥青：渣油经不同深度的氧化后，可以得到不同稠度的氧化沥青或半氧化沥青；渣油经不同程度地脱出沥青油，可得到不同稠度的溶剂沥青。除轻度蒸馏和轻度氧化的沥青属于高标号慢凝沥青外，这些沥青都属于黏稠沥青。有时为施工需要，希望在常温条件下具有较大的施工流动性，在施工完成后短时间内又能凝固而具有高的黏结性， 为此在黏稠沥青中掺加煤油或汽油等挥发速度较快的溶剂，这种用快速挥发溶剂作稀释剂的沥青，称之为中凝液体沥青或快凝液体沥青。为得到不同稠度的沥青，也可以采用硬的沥青与软的沥青以适当比例调配，称之为调配沥青。按照比例不同所得成品可以是黏稠沥青，也可以是慢凝液体沥青。图
5、 8. 1石油沥青生产工艺流程示意图快凝液体沥青需要耗费高价的有机稀释剂，同时要求石料必须是干燥的。为节约溶剂和扩大使用范围，可将沥青分散于有乳化剂的水中而形成沥青乳液，这种乳液也称为乳化沥青。为更好地发挥石油沥青和煤沥青的优点， 选择适当比例的煤沥青与石油沥青混合而成一种稳定的胶体，这种胶体称为混合沥青。2石油沥青的化学组成与结构（ 1）沥青的化学组成石油沥青是高分子碳氢化合物及其非金属衍生物的混合物。其主要化学成分是碳（ 80%87% ）和氢（ 10%15% ），少量的氧、硫、氮（约为 5%）及微量的铁、钙、铅、镍等金属元素。由于沥青化学组成结构的复杂性以及分析测试技术的限制，将沥青分离成
6、纯化学单体较困难，而且化学元素含量的变化与沥青的技术性质间也没有较好的相关性，所以许多研究者都着眼于沥青化学组分的分析。化学组分的变化， 将直接影响沥青的技术性质。沥青的化学组分分析就是利用沥青在不同有机溶剂中的选择性溶解或在不同吸附剂上的选择性吸附，将沥青分离为几个化学性质比较接近，而又与其胶体结构性质、流变性质和技术性质有一定联系的化合物组。这些组就称为沥青的组分（也称组丛）。此法主要利用选择性溶解和选择性吸附的原理，所以又称“溶解- 吸附”法。石油沥青主要组分如下：1）油质。它是沥青中最轻的组分。油质含量越多，沥青的稠度、黏度、软化点越低，但它可使沥青的流动性增大，便于施工，且有较好的柔
7、韧性和抗裂性。油质在氧、高温和紫外线等的作用下，将逐渐挥发和转化。2）树脂。其相对分子质量比油质的大。树脂有酸性和中性之分。酸性树脂的含量较少，为表面活性物质，对沥青与矿质材料的结合起表面亲和作用，可提高胶结力；中性树脂可使沥青具有一定的可塑性和黏结力，其含量越高，沥青的品质越好。3）沥青质。它是石油沥青中相对分子质量较大的固态组分，为高分子化合物。沥青质对沥青中的油质显憎液性，在油质中不溶解，面对树脂则显亲液性，在树脂中形成高分散溶液。沥青质决定着沥青的塑性状态界限和由固体变为液体的速度，还决定着沥青的黏滞度、温度稳定性以及硬度等。其含量越高，沥青的黏度、硬度和温度稳定性越高，但其塑性则越低
8、。4）沥青碳和似碳物。它们是由于沥青受高温的影响脱氢而生成的，一般只在高温裂化或加热及深度氧化过程中产生。它们多为深黑色固态粉末状微粒，是石油沥青中相对分子质量最高的组分。沥青碳和似碳物在沥青中的含量不多，一般在 2%3% 以下，它们能降低沥青的黏结力。5）蜡。蜡在常温下呈白色结晶状态存在于沥青中。当温度达45左右时，它就会由固态转变为液态，石蜡含量增加时，将使沥青的胶体结构遭到破坏，从而降低沥青的延度和黏结力，所以蜡是石油沥青的有害成分。国际上大多都规定沥青的含蜡量不应超过 5%。石油沥青各组分含量及性状列于表8.1中。表 8.1石油沥青各组分含量及性状相对密相对分子质碳氢原在沥青组分颜色体
9、态中含量度量子数比/ %油质淡黄色至黏 稠 透红褐色明液体200700 平0.61.00.50.74060均 500树脂红褐色至有 黏 性5003000 平黑褐的 半 固约 1.00.70.81530均 1000体历青质深褐色至固 体 脆黑色性 粉 末1.0100050000.81.01030状微粒历青碳黑色固 体 粉末1.0约 100001.01.323似碳物黑色固 体 粉末1.0约 1.3蜡白色（常白 色 结变化范温）晶 （ 常300700围较大温）特征性能作用几乎溶于所有赋予沥青溶剂，具有光以流动性学活性，在很多情况下发荧光对温度敏感， 赋予沥青熔点低于以黏性和100 塑性加热不熔化，增
10、加沥青分解为硬焦炭的黏性和热稳定性外形似沥青，降低沥青不溶于四氯化的黏性和碳，仅溶于二 塑性硫化碳是沥青质的最降低沥青终产物，不溶 的黏结力于任何溶剂能溶于多种溶降低沥青剂中，对温度的延度和特别敏感黏结力转化方向（ 2）石油沥青胶体结构石油沥青的主要成分是油质、树脂和地沥青质。油质和树脂可以互溶，树脂能浸润地沥青质，在地沥青质的超细颗粒表面能形成树脂薄膜，所以石油沥青的胶体结构是以沥青质为核心，其周围吸附着高相对分子质量的树脂而形成胶团，无数胶团分散于溶有低相对分子质量树脂的油分中而形成胶体结构。在这个稳定的分散系统中，分散相为吸附部分树脂的沥青质，分散介质为溶有部分树脂的油质。分散相与分散介
11、质表面能量相等，它们能形成稳定的亲液胶体。在这个胶体结构中，从地沥青质到油质是均匀地逐步递变的，并无明显界面。石油沥青中各化学组分含量变化时，会形成不同类型的胶体结构。通常根据沥青的流变特性，其胶体结构可分为以下三类。1）溶胶型结构。当油质和低相对分子质量树脂足够多时，胶团外膜层较厚，胶团间没有吸引力或吸引力较小，胶团之间相对运动较自由，这种胶体结构的沥青，称为溶胶型石油沥青。溶胶型石油沥青的特点是：流动性和塑性较好，开裂后自行愈合能力较强，但其温度稳定性较差。直馏沥青多属溶胶型结构。2）凝胶型结构。当油质和低相对分子质量树脂较少时，胶团外膜层较薄，胶团间距离减小，相互吸引力增大，胶团间相互移
12、动比较困难，具有明显的弹性效应，这种胶体结构的沥青称为凝胶型石油沥青。凝胶型石油沥青的特点是：弹性和黏性较高，温度稳定性好， 但流动性和塑性较差，开裂后自行愈合能力较差。氧化沥青多属凝胶型结构。3）溶胶 - 凝胶型结构。当沥青各组分的比例适当，而胶团间又靠得较近时，相互间有一定的吸引力，在常温下受力较小时，呈现出一定的弹性效应；当变形增加到一定数值后，则变为有阻尼的黏性流动，形成一种介于溶胶和凝胶型二者之间的结构，这种结构称为溶胶 - 凝胶型结构。具有这种结构的石油沥青的性质也介于溶胶型沥青和凝胶型沥青之间。它是道路建筑用沥青较理想的结构，大部分优质道路石油沥青均配制成溶胶- 凝胶型结构。溶胶
13、型、溶胶- 凝胶型及凝胶型结构的石油沥青如图8. 2 所示。3石油沥青的技术性质石油沥青作为胶凝材料常用于建筑防水和道路工程。 沥青是憎水性材料几乎完全不溶于水，所以具有良好的防水性。为了保证工程质量，正确选择材料和指导施工，必须了解和掌握沥青的各种技术性质。图 8. 2 石油沥青的胶体结构类型示意图1. 溶胶中的胶粒； 2. 质点颗粒； 3. 分散介质油质； 4. 吸附层；5. 地沥青质； 6. 凝胶颗粒； 7. 结合的分散介质油质（ 1）黏滞性（黏性）沥青作为胶结材料必须具有一定的黏结力， 以便把矿质材料和其他材料胶结为具有一定强度的整体。黏结力的大小与沥青的黏滞性密切有关。黏滞性是指在外力作用下，沥青粒子相互位移时
