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1、建筑功能材料沥青与保温防水隔声材料知识精讲第六章 建筑功能材料沥青6.1沥青6.1.1 沥青的分类与基本组成结构 沥青的分类沥青是高分子碳氢化合物及其非金属（氧、氮、硫等）衍生物组成的极其复杂的混合物。沥青是一种有机胶凝材料，在常温下呈黑色或黑褐色的固体、半固体成液体状态。沥青在按其产源不同可分为地沥青和焦油沥青，其分类如下所示。沥 青地沥青天然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石油沥青石油经炼制加工后所得到的产品焦油沥青煤沥青由煤干馏所得到的煤焦油再加工所得页岩沥青由页岩炼油所得的工业副产品沥青是一种憎水性的有机胶结材料，常温下呈固体、半固体或粘性液体。沥青能与砂、石、砖
2、、混凝土、木材、金属等材料牢固地粘结在一起，具有良好耐腐蚀性，在建设工程中主要用于道路工程以及防潮、防水、防腐蚀材料。 沥青的基本组成结构石油沥青的基本组成石油沥青是由石油经蒸馏、吹氧、调和等工艺加工得到的残留物，主要为可溶于二硫化碳的碳氢化合物的半固体粘稠状物质。石油沥青的组分主要有油分、树脂和地沥青质其组分性状见表10-1。 表10-1 石油沥青三组分分析法的各组分性状性状外观特性平均分子量碳氢比(原子比)物化特性油分淡黄色透明液体2007000.50.7溶于大部分有机溶剂，具有光学活性，常发现有荧光。树脂红褐色粘稠半固体80030000.70.8温度敏感性高，熔点低于100。地沥青质深褐
3、色固体微粒100050000.81.0加热不熔化而碳化。油分赋予沥青以流动性，油分含量的多少直接影响沥青的柔软性、抗裂性及施工难度。油分在一定条件下可以转化为树脂甚至地沥青质。其含量为4560。树脂主要使沥青具塑性和粘性。它分为中性树脂和酸性树脂，中性树脂使沥青具有一定塑性、可流动性和粘结性，其含量增加，沥青的粘聚力和延伸性增加。沥青树脂中还含有少量的酸性树脂，它是沥青中活性最大的部分，能改善沥青对矿质材料的浸润性，特别是提高了与碳酸盐类岩石的粘附性，增加了沥青的可乳化性。其含量为1530。地沥青质决定着沥青的粘结力、粘度和温度稳定性，以及沥青的硬度、软化点等。沥青质含量增加时，沥青的粘度和粘
4、结力增加，硬度和温度稳定性提高。其含量为530。石油沥青的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、凝胶型、溶胶凝胶型三种不同的胶体结构。随沥青质含量增加，沥青的胶体结构从溶胶结构变为溶胶-凝胶结构，再变为凝胶结构。当沥青质含量相对教少时，油分和树脂含量相对较高，胶团外膜较厚，胶团之间相对运动较自由。这时沥青形成溶胶结构。当沥青质含量较多而油分和树脂较少时，胶团外膜较薄，胶团靠近聚集，移动比较困难，这时沥青形成凝胶结构。当沥青质含量适当，并有较多的树脂作为保护膜层时，胶团之间保持一定的吸引力，这时沥青形成溶胶凝胶结构。其性能可作如下对比：a. 具有溶胶结构的石油沥
5、青粘性小而流动性大，温度稳定性较差。b. 具有凝胶结构的石油沥青弹性和粘结性较高，温度稳定性较好，但塑性较差。c. 溶胶凝胶型石油沥青的性质介于溶胶型和凝胶型两者之间。 沥青的主要性质粘滞性石油沥青的粘滞性是指石油沥青内部阻碍其相对流动的一种特性，它反映石油沥青在外力作用下抵抗变形的能力。粘滞性是划分沥青牌号的主要技术指标。石油沥青粘滞性的大小与其组分有关，石油沥青中地沥青质含量多，同时有适量树脂，而油分含量较少时，粘滞性大。粘滞性受温度影响较大，在一定温度范围内，温度升高，粘度降低，反之，粘度升高。对于固态或半固态粘稠石油沥青，其粘滞性用相对粘度来表示，用针入度仪测定其针入度来衡量。针入度是
6、在规定温度25条件下，以规定质量100g的标准针，经历规定时间5s贯入试样中的深度，以0.1mm 为单位表示。针入度测定示意图见图6-1。显然，针入度越大，表示沥青越软，粘度越小。液体石油沥青或较稀的石油沥青的粘度，用标准粘度计测定的标准粘度表示。塑性塑性是指石油沥青受到外力作用时，产生不可恢复的变形而不破坏的性质。它是石油沥青的主要性能之一。当石油沥青中油分和地沥青质适量，树脂含量越多，地沥青质表面的沥青膜层越厚，塑性越好。温度对石油沥青塑性也有明显影响，当温度升高，沥青的塑性随之增大。石油沥青能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。塑性较好的沥青防水层能随建筑物变形而变
7、形，一旦产生裂缝时，也可能由于特有的粘塑性而自行愈合。沥青的塑性对冲击振动荷载有一定吸收能力，并能减少磨擦时的噪声，故沥青是一种优良的道路路面材料。温度敏感性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。变化程度小，则沥青温度敏感性小，反之则温度敏感性大。在相同的温度变化范围内，各种石油沥青的粘滞性和塑性变化的幅度不相同。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，即温度敏感性较小，以免沥青高温下流淌，低温下脆裂。工程上往往加入滑石粉、石灰石粉或其他矿物填料的方法来减小沥青的温度敏感性。沥青中含蜡量多时，会增大其温度敏感性，因而多蜡沥青不能用于建筑工程。大气稳定性大
8、气稳定性是指石油沥青在大气综合因素（热、阳光、氧气和潮湿等）长期作用下抵抗老化的性能。大气稳定性好的石油沥青可以在长期使用中保持其原有性质。石油沥青在热、阳光、氧气和水分等因素的长期作用下，石油沥青中低分子组分向高分子组分转化，即沥青中油分和树脂相对含量减少，地沥青质逐渐增多，从而使石油沥青的塑性降低，粘度提高，逐渐变得脆硬，直至脆裂，失去使用功能，这个过程称为老化。其它性质为全面评定石油沥青的品质和保证施工安全，还应了解石油沥青的溶解度、闪点和燃点。溶解度是指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或苯中溶解的百分率。不溶解的物质会降低石油沥青的性能（如粘性等），因而溶解度可以表示石油沥青中有效物质含量
9、。闪点（也称闪火点）是指沥青加热挥发出可燃气体，与火焰接触闪火时的最低温度。燃点（也称着火点）是指沥青加热挥发出的可燃气体和空气混合，与火焰接触能持续燃烧时的最低温度。闪点和燃点的高低表明沥青引起火灾或爆炸的可能性的大小，它关系到运输、储存和加热使用等方面的安全。例如，建筑石油沥青闪点约230在熬制时般温度为185200，为安全起见，沥青还应与火焰隔离。石油沥青还具有良好防水性。因为沥青是憎水性材料，几乎完全不溶于水；构造致密；与矿物材料表面有很好的粘结力，能紧密粘附于矿物材料表面；具有一定的塑性，能适应材料或构件的变形。所以石油沥青具有良好的防水性，故广泛用作土木工程的防潮、防水材料。6.1
10、.2 改性沥青建筑上使用的石油沥青必需具有一定的物理性质。如要求在低温条件下应有弹性和塑性；在高温条件下要有足够的强度和稳定性；在加工和使用过程中具有抗老化能力；还应与各种矿料和结构表面有较强的粘附力；以及对构件变形的适应性和耐疲劳性。一般沥青不能全面满足工程上的多项使用要求，因而，常用橡胶、树脂、矿物填料等材料改善沥青性能。橡胶、树脂和矿物填料等通称为石油沥青的改性材料。矿物填充料改性沥青矿物填充料改性沥青可提高沥青的粘结能力、耐热性，减小沥青的温度敏感性。常用的矿物填充料大多是粉状或纤维状矿物，主要有滑石粉、石灰石粉、硅藻土、石棉和云母粉等。矿物改性沥青的机理为：沥青中掺矿物填充料后，由于
11、沥青对矿物填充料有良好的润湿和吸附作用，在矿物颗粒表面形成一层稳定、牢固的沥青薄膜，带有沥青薄膜的矿物颗粒具有良好的粘性和耐热性。矿物填充料的掺入量要恰当，以形成恰当的沥青薄膜层。橡胶改性沥青橡胶是一类重要的石油改性材料。它与沥青有较好的混溶性，并能使沥青具有橡胶的很多优点，如高温变形小，低温柔性好等。沥青中掺入一定量橡胶后，可改善其耐热性、耐候性等。常用于沥青改性的橡胶有氯丁橡胶、丁基橡胶、再生橡胶等。氯丁橡胶改性沥青，可使其气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐光性、耐臭氧性、耐气候性和耐燃烧性得到大大改善。丁基橡胶改性沥青具有优异的耐分解性，并有较好的低温抗裂性和耐热性能，多用于道路路面工程
12、和制作密封材料和涂料。树脂改性沥青树脂改性沥青，可以改进沥青的耐寒性、耐热性、粘结性和不透气性。由于石油沥青中含芳香性化合物较少，因而树脂和石油沥青的相溶性较差，而且用于改性沥青的树脂品种也较少，常用品种有：古马隆树脂、聚乙烯、无规聚丙烯APP、酚醛树脂及天然松香等。无规聚丙烯APP改性沥青克服单纯沥青冷脆热流缺点，具有较好的耐高温性，特别适合于炎热地区。APP改性沥青主要用于生产防水卷材和防水涂料。橡胶和树脂改性沥青橡胶和树脂同时用于沥青改性，可使沥青同时具有橡胶和树脂的特性。如耐寒性，且树脂比橡胶便宜，橡胶和树脂间有较好的混溶性，故效果较好。橡胶和树脂改性沥青可用于生产卷材、片材、密封材料
13、和防水涂料等。6.2 防水材料 防水卷材防水卷材是建筑工程防水材料的主要品种之一，目前我国防水卷材是使用量最大的防水材料。防水卷材主要包括普通沥青防水卷材、改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材三个系列。普通沥青防水卷材普通沥青防水卷材是指用原纸、纤维织物、纤维毡等胎体材料浸涂沥青、表面撒布粉状、粒状或片状材料制成可卷曲的片状防水材料。常见的有石油沥青纸胎油毡、石油沥青纤维胎油毡、石油沥青玻纤布胎油毡、石油沥青聚酯毡胎体油毡等。普通沥青防水卷材中最具代表性的是石油沥青纸胎油毡（油纸）。用低软化点的石油沥青浸渍原纸，即构成油纸，如果再用高软化点的石油沥青涂盖油纸的两面，再涂或撤隔离材料则制成油毡。
14、隔离材料是防止油毡包装时卷材各层彼此粘结而起隔离作用，油毡按所用隔离材料分为“粉毡”和“片毡”，分别代表所用的隔离材料为粉状（如滑石粉）和片状（如云母片）。隔离材料在使用前应扫掉。沥青纸胎防水卷材是传统的防水卷材，它抗拉能力低、易腐烂、耐久性差，但由于其价格较低，在我国的建筑防水工程中仍然广泛采用。近年来，通过对油毡胎体材料加以改进、开发，已由最初的纸胎油毡发展成为玻璃纤维胎沥青油毡、玻璃纤维布胎沥青油毡、聚酯毡胎沥青油毡和等一系列沥青防水卷材。如石油沥青玻璃布胎油毡是以玻璃纤维织成的布作代替纸作为胎体材料，这种油毡的抗拉强度，耐腐烛性均优于沥青纸胎油毡。改性沥青防水卷材改性沥青防水卷材是以改
15、性沥青为涂盖层，纤维织物或纤维毡为胎体，粉状，片状，粒状或薄膜材料为覆盖层材料制成可卷曲的片状防水材料。改性沥青防水卷材改善了普通沥青防水卷材温度稳定性差、延伸率小等缺点，具有高温不流淌、低温不脆裂、拉伸强度较高、延伸率较大等特点。我国常用改性沥青防水卷材有弹性体改性沥青防水卷材、塑性体改性沥青防水卷材、改性沥青聚乙烯胎防水卷材、沥青复合胎柔性防水卷材、自粘橡胶沥青防水卷材等。A. 弹性体改性沥青防水卷材弹性体改性沥青防水卷材是以聚酯毡或玻纤毡为胎体、苯乙烯丁二烯苯乙烯（SBS）热塑性弹性体作改性剂，两面覆以隔离材料所制成的防水卷材。此防水卷材耐高低温性能有较明显的提高，同时还提高了卷材的弹性和耐疲劳性，并将传统的油毡热施工改为冷施工。该类防水卷材广泛适用于各类建筑防水、防潮工程，尤其适用于寒冷地区的建筑物防水。B. 塑性体改性沥青防水卷材 塑性体改性沥青防水卷材是以聚酯毡或玻纤毡为胎体、无规聚丙烯（APP）或聚烯烃类聚合物（APAO、APO）作改性剂，两面覆以隔离材料所制成的防水卷材。常用塑性体改性沥青防水卷材为APP改性沥青防水卷材，这类防水卷材广泛适用于各类建筑防水、防潮工程。它可在130以下的温度环境中使用，且耐紫外线的能力强，
