瀝青組分及成分資源借鑒

1、第一章 組分1、組分：可溶質：去掉瀝青質后的，包括瀝青中的油分和膠質的組分。溶于低分子烷烴。瀝青質：采用固定溶質比，用輕質烷烴溶解所得高分子量組分。碳青質：為半油焦質（石油瀝青中含量很少，道路瀝青中一般少于0.2%）油焦質：不溶于二氧化硫的瀝青組分。（石油瀝青中一般不含）可溶質膠質：可溶質用硅膠或氧化鋁吸附后，不能用低分子烷烴沖洗脫附下來，但能用苯-乙醇沖洗脫附下來的物質。含蠟油或稱油分：用以上吸附方法后，低分子烷烴可以沖洗脫附下來的部分。含蠟油經稀釋、冷凍、結晶、過濾后得到的固體部分稱為蠟，液體部分稱為油。瀝青的生產：1、 直接蒸餾2、 氧化法： 使瀝青稠化，溫度敏感性降低，針入度指數(shù)增大。

2、主要生產高軟化點的建筑瀝青。3、溶劑法4、調配法2、煤瀝青 組分：1、游離碳：不溶于苯，高溫分解。游離碳含量增加，可提高粘度和高溫穩(wěn)定性，但低溫脆性增加；2、樹脂：硬樹脂提高粘滯性，軟樹脂使瀝青具有塑性；3、油分：使瀝青有流動性。技術性質（與石油瀝青相比）：1、溫度穩(wěn)定性低 2、粘附性好 3、耐候性較差 4、塑性較差 5、防腐蝕性較好3、石油瀝青：有較高的粘結性、抗張性和抗磨性；硬度大，針入度小，遇冷不變脆，軟化點高，遇熱不變黏；防水防潮性能好，蒸發(fā)損失小，融化時對環(huán)境傷害低。4、道路瀝青規(guī)格及要求： 要求： 1、良好粘結性和持久粘附性 2、沒有車印 3、車輛高速轉彎時無推移現(xiàn)象。 4、具有良

3、好的剎車性能 5、夜行時有良好的反光功能。分類： 粘稠瀝青：針入度（25）在40-200之間，軟化點在30-50之間。使用時必須加熱，利于和石料的拌合和滲透。一般以針入度作為分類指標，以軟化點、伸長度、蒸發(fā)后針入度比等作為控制指標。高速公路、一級公路、夏季高溫、高溫持續(xù)時間長、重載交通、山區(qū)及丘陵上坡段、服務區(qū)、停車場等車速慢的路段宜采用稠度大、60粘度大的瀝青；對冬季寒冷的地區(qū)、交通量小的公路、旅游公路宜選用稠度小低溫粘度大的瀝青；對溫差大、年溫差大的地區(qū)宜選用針入度指數(shù)的的瀝青；當高溫和低溫要求發(fā)生矛盾時應優(yōu)先考慮滿足高溫性能的要求。瀝青三大指標：針入度、軟化點和延度針入度與軟化點具有良好

4、的對應關系;延度愈高，所鋪筑的道路的耐久性愈好；延度表示瀝青在受力破壞前的擴張和伸長的能力。延度大于100cm時，路面的裂縫產生的較少。蠟含量高，瀝青的延度就會不足。5、稀釋瀝青：將針入度為120-300（0.1mm）的石油瀝青，加入適量的石油餾分使其成為流動性好、運輸和施工方便的液體石油瀝青溶液，其中溶劑（石油餾分）比重為20-50%。液體石油瀝青適用于透層、粘層及冷拌瀝青混合料；分類 使用的石油餾分 稀釋后針入度（0.1mm）速凝型 120-205的汽油餾分 80-120中凝型 162-270的煤油餾分 120-250慢凝型 260-483的柴油餾分 6、乳化瀝青：乳化液是一種兩相體系，乳

5、化瀝青中瀝青為分散相，分散在連續(xù)相的水中。瀝青可以是石油瀝青、煤瀝青或兩者混合物。顆粒直徑在2um左右。 在潮濕的路面或集料表面可以應用乳化瀝青，但是在噴灑乳化瀝青后應避免雨水將其沖走。特別是陰離子乳化瀝青。 乳化劑分為： 陰離子乳化劑：由長鏈有機陰離子與一種堿構成的鹽。 陽離子乳化劑：以高分子脂肪胺和三胺為代表，其分子溶解于瀝青的是長鏈的陽離子。非離子乳化劑：此類乳化劑在水中并不解離，很少用于道路瀝青。如脂肪酸脂、醚膠體乳化劑：包括天然的細粉末（如黏土、膨潤土）、酪素、動物膠等。陽離子乳化瀝青適用于各種集料，陰離子乳化瀝青適用于堿性石料。陽離子cation 陰離子anion快凝rapid s

6、etting 中凝medium setting 慢凝slow setting所以陽離子中凝乳化瀝青標志為：cms7、建筑瀝青規(guī)格及要求：由于石油瀝青具有良好的黏結性、不透水性、能夠抵抗多種化學藥品的侵蝕及良好的絕緣性和廉價易得，故在建筑部門有很重要的地位。 瀝青主要作用：防水、防潮、良好的黏結性、良好的抗老化性和抗熱老化能力。 常溫下，蠟含量與瀝青粘結力的關系不是很明顯，但當溫度高于50時，含蠟量越高，粘結力越低。瀝青研究的三方向： 1、石油瀝青結構組的研究。（紅外、核磁共振、質譜、x射線衍射、電子掃描共振）荷載 2、石油瀝青的膠體性質和流變性的研究。 3、石油瀝青的生產及使用性能的研究。墊層

7、耐磨層 成型 底層 基層 路基荷載分布于路基上路基：天然路面 成型層：路基表面的起拱或下降基層：通常為一層顆粒狀材料，起到使路面路基隔離污染 底層：是路面的主要結構單元。耐磨層：決定著路面的安全性和行駛性。所用材料質量有較高的要求。墊層：可進一步分散車輛的荷載，厚度一般為耐磨層厚度的2倍。取樣： 粘稠或固體瀝青1.5千克 ； 液體瀝青1升 ； 瀝青乳液4升1、 儲油罐中取樣： （液體瀝青或已加熱至流體的粘稠瀝青） 無攪拌器時，分上中下三部分取樣，經充分混合后檢測。 有攪拌器時，攪拌充分后，從中部取規(guī)定數(shù)量的樣。2、 槽車、罐車、瀝青灑車中取樣： 有取樣閥時，旋開取樣閥，至少流出4千克或4升時再

8、取樣； 有放料閥時，放出全部瀝青的一半時，再取樣。 從頂蓋取樣，用取樣器從中部取樣。3、 裝料或卸料時取樣：在均勻的時間間隔內均勻地至少取三個樣，混合再取規(guī)定數(shù)量的樣。4、 瀝青桶中取樣：同一廠家則隨機取樣，不同廠家看標準。5、 固體瀝青取樣：在至少離表面或上下面5處取樣。可打碎，則打碎取樣；若是軟塑的，則用熱工具取樣。瀝青的保存：1、 出液體瀝青和乳化瀝青外，需加熱的瀝青均應在有密封蓋的金屬容器內保存。2、 乳化瀝青在冬季應有一定的防凍措施。3、 減少重復加熱取樣，取樣時應一次加熱抽取一系列實驗所需樣品，放別處。高溫采用粘度較大的乳化瀝青；低溫采用粘度較小的乳化瀝青。陽離子乳化瀝青可適用于各

9、種集料，陰離子乳化瀝青適用于堿性石料?；|瀝青的加熱溫度嚴禁超過140，液體瀝青的存儲溫度不得高于50。改性瀝青的加工溫度不宜超過180。 第二章 石油瀝青的成分、組成和結構瀝青是一種暗褐色至黑色的有機膠凝材料，由一些復雜的碳氫化合物及其非金屬衍生物組成的混合物，能溶于苯或二硫化碳等溶劑，常溫下呈固體、半固體或液體。1、元素組成： 主要由烷烴（碳原子以單鏈cnh2n+2）、環(huán)烷烴、縮合的芳香烴組成。主要含有c、h兩種化學元素，（含有少量的硫、氮、氧及一些金屬元素，如鈉、鎳、鐵鈣、鎂等。稱為雜原子）c/h值很大程度上反應瀝青的化學成分。其值越大，表明瀝青的環(huán)狀結構越多，尤其是芳香環(huán)結構越多。石蠟

10、基此值最小，環(huán)烷基的此值最大。1、 渣油及瀝青元素組成 國產渣油中，碳含量在85%以上，氫含量在12%左右。c/h比在0.6-0.7之間。 硫元素主要集中在可溶質（膠質及油份）中；氮集中在膠質和瀝青質中。2、 可溶質的元素組成 可溶質的元素組成因來源而異。c/h在0.62-0.7之間，比渣油的較小。 瀝青隨著氧化程度的加深，氧化瀝青中的可溶質中的c/h有較明顯的增大，（故瀝青在吹空氣氧化時主要的反應是縮合脫氫與氧化合成水的反應。）3、 瀝青質的元素組成 與可溶質相比，氫含量減少，c/h一般在0.85-0.90之間4、 微量元素 除碳、氫、硫、氧、氮外的其他元素，一般不超過0.01-0.3%2、

11、瀝青組分分析方法： 二組分：瀝青質和可溶質。 三組分：瀝青質、油份和樹脂。 溶解吸附法 用規(guī)定的溶劑和吸附劑，采用抽提法。 四組分：瀝青質、飽和分、芳香分、膠質。 吸附色層分析法 用規(guī)定的溶劑和吸附劑，采用容積沉淀和色譜柱法。 五組分：瀝青質、氨基、第一酸性分、第二酸性分、鏈烷分。 化學沉淀法飽和分含量增加，使瀝青黏性降低；膠質含量增大，瀝青塑形提高；瀝青質含量增加，瀝青溫度敏感性降低；膠質和瀝青含量增加，使瀝青的黏附性提高。3、瀝青質（瀝青烯）： 深褐色至黑色物質，無固定熔點，加熱時膨脹，300時分解成氣體和焦炭。相對密度大于1，不溶于乙醇、石油醚，但易溶于苯、氯仿、四氯化碳等溶劑。為復雜芳

12、香分物質，強極性。在瀝青中含量一般為5-25% 含量對瀝青的流變性有很大影響。瀝青質含量增加，瀝青的黏度、稠度、軟化點上升。 瀝青質對瀝青的感溫性有影響，瀝青質可使瀝青在高溫下有一定的黏度。 影響瀝青質含量的因素： 1、溶劑性質?？扇苡诒砻鎻埩Υ笥?5×10-3n/m（25）的大部分有機溶劑。 溶劑的溶解能力愈強，同樣濃度的瀝青質溶液的黏度愈小； 瀝青質的分子量愈小，溶液的黏度也愈小。 2、溶劑數(shù)量。 3、溫度。溫度升高，沉淀的瀝青質含量減少。4、膠質（樹脂或極性芳烴）：為半固體或液體狀的黃色至褐色的黏稠狀物質（石油瀝青中呈深黑至黑褐色），有很強的極性。其組成和性質介于瀝青質和油分之

13、間，但更接近瀝青質。相對密度接近1（0.98-1.08），溶于各種石油產品及石油醚、汽油、苯等，不溶于乙醇及其他醇類。膠質在瀝青中起到擴散劑和膠溶劑的作用。膠質賦予瀝青可塑性、流動性和黏結性，對瀝青的延性和粘結力有很大影響。膠質的化學穩(wěn)定性差，在吸附劑的影響下，稍加熱甚至是空氣作用下就可氧化縮合為瀝青質。故可粗略的分為：易氧化和難氧化的兩類。5、油分： 芳香分：深棕色的粘稠液體，由瀝青中的最低分子量的環(huán)烷芳香化合物組成 飽和分：由直鏈烴和直鏈烴組成，是一種非極性稠狀油。油分在瀝青中起潤滑柔軟的作用。油分含量越多，瀝青的軟化點越低，針入度越大，稠度降低。油分經丁酮-苯脫蠟，-20冷凍，會分離出蠟

14、。6、蠟： 指原油、渣油及瀝青在冷凍時，能結晶析出、熔點在25以上的混合物組分。對瀝青性能的影響：1、 流變性。 蠟主要溶解于油分中，當它以溶解狀態(tài)存在時，會降低分散相的黏度；當它以結晶狀態(tài)存在時，會使瀝青屈服應力的結構；如果以松散粒子存在時，使瀝青常溫下黏度增大，當接近石蠟融化溫度（50）時，蠟含量增加，反而使瀝青的黏度降低。因此蠟含量高的瀝青溫度敏感性強。2、 低溫性能。低溫下高蠟含量瀝青的結晶結構網增加了瀝青的剛性，表現(xiàn)出了較高的彈性和粘性，隨蠟含量的增加，瀝青脆性也增大。 蠟使得瀝青具有較高的溫度敏感性。 （低溫下，蠟結晶使瀝青的脆性增大，從而導致瀝青的低溫性和黏性降低，使瀝青變硬變脆

15、導致路面低溫抗裂性能降低，出現(xiàn)裂縫；高溫下，蠟的熔融會使瀝青的黏度降低，使瀝青發(fā)軟，導致路面的高溫性能降低，出現(xiàn)車轍、壅包等病害。）3、 界面性質。蠟會降低瀝青對食療的黏附，同時，蠟集中在瀝青表面使其失去光澤，并影響路面的摩阻性能。4、 膠體結構。蠟的結晶網格促使瀝青向凝膠型膠體方向發(fā)展，但膠體系統(tǒng)結構不穩(wěn)且具有明顯的觸變性。膠體結構：7、 膠體結構及其脫穩(wěn)凝聚機理大分子溶液或溶膠膠凝后，凝膠的結構仍在繼續(xù)形成與發(fā)展。隨著時間的延續(xù)，膠體粒子或大分子會進一步靠近和定向更完全，從而使凝膠骨架收縮，一部分液體從凝膠中分離出來，稱為脫水收縮作用或離漿作用一、膠體結構及其 

16、0;電位圖4-1是膠體粒子的雙電層結構及其電位分布示意圖。粒子的中心，是由數(shù)百以至數(shù)萬個分散相固體物質分子組成的膠核。在膠核表面，有一層帶同號電荷的離子，稱為電位離子層，電位離子層構成了雙電層的內層，電位離子所帶的電荷稱為膠體粒子的表面電荷，其電性正負和數(shù)量多少決定了雙電層總電位的符號和膠體粒子的整體呈現(xiàn)為電中性。為了平衡電位離子所帶的表面電荷，液相一側必須存在眾多電荷數(shù)與表面電荷相等而電性與電位離子相反的離子，稱為反離子。反離子層構成了雙電層的外層，其中緊靠電位離子的反離子被電位離子牢固吸引著，并隨膠核一起運動，稱為反離子吸附層。吸附層的厚度一般為幾納米，它和電位離子層一起構成膠體粒子的固定

17、層。固定層外圍的反離子由于受電位離子的引力較弱，受熱運動和水合作用的影響較大，因而不隨膠核一起運動，并趨于向溶液主體擴散，稱為反離子擴散層。擴散層中，反離子濃度呈內濃外稀的遞減分布，直至與溶液中的平均濃度相等。圖4-1膠體粒子結構及其點位分布固定層與擴散層之間的交界面稱為滑動面(sliding surface)。當膠核與溶液發(fā)生相對運動時，膠體粒子就沿滑動面一分為二，滑動面以內的部分是一個作整體運動的動力單元，稱為膠粒。由于其中的反離子所帶電荷數(shù)少于表面電荷總數(shù)，所以膠?？偸菐в惺Ｓ嚯姾伞ＪＳ嚯姾傻碾娦耘c電位離子的電性相同，其數(shù)量等于表面電荷總數(shù)與吸附層反離子所帶電荷之差。膠粒和擴散層一起構成

18、電中性的膠體粒子（即膠團）。膠核表面電荷的存在，使膠核與溶液主體之間產生電位，稱為總電位或  電位。膠粒表面剩余電荷，使滑動面與溶液主體之間也產生電位，稱為電動電位或  電位。圖4-1中的曲線ac和bc段分別表示出  電位和  電位隨與膠核距離不同而變化的情況。  電位和  電位的區(qū)別是：對于特定的膠體，  電位是固定不變的，而 電位則隨溫度、ph值及溶液中的反離子強度等外部條件而變化，是表征膠體穩(wěn)定性強弱和研究膠體凝聚條件的重要參數(shù)。根據(jù)電學的

19、基本定律，可導出  電位的表達式為                            （4-1）式中    膠體粒子的電動電荷密度，即膠粒表面與溶液主體間的電荷差（sc）； 擴散層厚度，cm； 水的介電常數(shù)，其值隨水溫升高而減小。由式（

20、4-1）可見，在電荷密度和水溫一定時，  電位取決于擴散層厚度  ，  值愈大，  電位也愈高，膠粒間的靜電斥力就愈大，膠體的穩(wěn)定性愈強。二、膠體的脫穩(wěn)和凝聚膠體因  電位降低或消除，從而失去穩(wěn)定性的過程稱為脫穩(wěn)(destabilization)。脫穩(wěn)的膠粒相互聚集為微絮粒的過程稱為凝聚。不同的化學藥劑能使膠體以不同的方式脫穩(wěn)和凝聚。按機理，脫穩(wěn)和凝聚可分為壓縮雙電層、電性中和、吸附橋連和網羅卷帶4種。1. 壓縮雙電層壓縮雙電層(electronic double-layer comp

21、ression)是指在膠體分散系中投加能產生高價反離子的活性電解質，通過增大溶液中的反離子強度來減小擴散層厚度，從而使  電位降低的過程。該過程的實質是新增的反離子與擴散層內原有反離子之間的靜電斥力把原有反離子程度不同地擠壓到吸附層中，從而使擴散層減薄。如果從膠體間相互作用勢能的角度進行分析，那末在膠粒間存在靜電斥力的同時，總是存在著范德華引力，兩種力的作用強度可分別用排斥勢能和吸引勢能來表述。膠體的視在穩(wěn)定性就取決于上述兩種勢能中何者占主導地位。理論分析說明，排斥勢能和吸引勢能都隨與膠粒中心距的縮小而增大，不同的是吸引勢能的變化幅度要比排斥勢能陡峭，而且與溶液中的反離子強

22、度無關，而排斥勢能則能與反離子強度緊密相關。因此，對一種特定膠體只有一種吸引勢能曲線，但隨反離子強度的不同而有多種排斥勢能曲線。將排斥勢能  和吸引勢能  疊加，可得作用于粒子上的總勢能w。膠粒間作用勢能與中心距的關系可用圖4-2所示的勢能曲線表述。圖中，  表示低反離子強度下的高排斥勢能曲線，  表示高反離子強度下的低排斥勢能曲線。如果對  和  進行幾何疊加，可繪出相應的綜合勢能曲線  和  。由圖可見，在  范

23、圍內， 曲線位于橫軸上方，并在  處出現(xiàn)一個極大值  ；隨著  值的增大，又逐漸變?yōu)樨撝担⒃?#160; 處出現(xiàn)一個極大值  ，最后趨近于零。  曲線則隨  值由大變小而連續(xù)增大，并始終處于橫軸下方。 圖4-2 膠粒勢能曲線上述  曲線上的極大值  稱為勢能峰或勢能壘，可看作膠粒接觸碰撞所必須克服的“活化能”，只有將它降低到小于膠粒的動能時，膠粒之間才能發(fā)生碰撞和凝聚。在穩(wěn)定的膠體分散系中，膠粒

24、的動能主要來自布朗運動，其值不過1.5kt（k為波爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23j/k，t為絕對溫度，（k），）而勢能峰卻高達數(shù)百以至數(shù)千kt，因而膠粒始終不能超越勢能峰的阻礙而發(fā)生凝聚。但是，如果向體系中投加電解質來壓縮雙電層，使 電位由  降低至  ，  曲線由  降低至  。此時  曲線上的  值依次減小并向左移動。當  由  降低至  時，膠粒開始脫穩(wěn)；當  =0時，勢能峰消失，  曲線進一步降低至在所有  值范圍內wa都占主導的  ，膠粒的每次碰撞都促成聚集，膠體分散系便達到了快速凝聚狀態(tài)。2. 電性中和當投加的電解質為鐵鹽、鋁鹽時，它們能在一定條件下離解和水解，生成各種絡離子，如al(h2