瀝青材料教案

其次章瀝青材料瀝青的分類與性能瀝青(asphalt)是一種有機(jī)膠結(jié)材料，為有機(jī)化合物的簡(jiǎn)單混合物。瀝青溶于二硫化碳、四氯化碳、苯及其他有機(jī)溶劑，在常溫下呈固體、半固體或液體形態(tài)，顏色呈輝亮褐色以至黑色。瀝青具有良好的粘結(jié)性、塑性、不透面積地下的防水、車間耐腐蝕地面及道路路面等。此外，瀝青是防水卷材、工程的有石油瀝青和煤瀝青兩種。瀝青一般分為地瀝青(asphalt)和焦油瀝青(tarasphalt)兩類。地瀝青按產(chǎn)源分為自然瀝青(naturalasphalt)和石油瀝青(petroleumasphalt)。自然瀝青是和砂中，經(jīng)加工的產(chǎn)品。自然瀝青最有名的產(chǎn)地為中美洲的特里尼達(dá)(Trinidad)瀝青湖。我國(guó)疆雖然也有瀝青礦，但開(kāi)采困難，產(chǎn)量很少，工程中很少應(yīng)用。石油瀝青是石油原油經(jīng)蒸餾煉制出汽油、煤油、柴油及潤(rùn)滑油青、柏油、臭柏油，按產(chǎn)源分為煤瀝青、木瀝青、泥碳瀝青和頁(yè)巖瀝青。煤是油頁(yè)巖殘?jiān)?jīng)加工處理而得。瀝青的分類可表示為：┌固體石油瀝青 ┌道路石油瀝青┌─石油瀝青─┼半固體石油瀝青┬─┼建筑石油瀝青┌地瀝青─┤└液體石油瀝青─┘├專用石油瀝青│ └─自然瀝青└一般石油瀝青│瀝青─┤ ┌煤瀝青│ ├木瀝青└焦油瀝青┼泥碳瀝青└頁(yè)巖瀝青瀝青的化學(xué)組成與構(gòu)造石油瀝青是由多種極簡(jiǎn)單的高分子碳?xì)浠衔?包括烷族CnH2n+2，環(huán)烷族CnH2n，少量芳香烴CnHn，n≮6等)及其非金屬(主要為氧、硫、氮等)衍理性質(zhì)的差異，因此，將瀝青重化學(xué)成分及性質(zhì)極為接近，且與物理力學(xué)性為以下組分：油分油分為淡黃色至紅褐色的油狀液體，主要為烷烴，是瀝青中最輕的組分，分子量為200~700，密度是介于0.7g/cm2~1.0g/cm2之間，能溶于石油醚、二硫化碳、三氯甲烷、苯、四氯化碳和丙酮等有機(jī)溶劑中，但不溶于乙醇。在170℃較長(zhǎng)時(shí)間加熱，油分漸漸揮發(fā)與轉(zhuǎn)化，油分主要起松軟和潤(rùn)滑作用，賜予瀝青以流淌性，是優(yōu)質(zhì)瀝青不行缺少的組分，道路瀝青中一般為40%~50%施工。膠質(zhì)膠質(zhì)為半固體粘稠物質(zhì)，主要為鏈烷烴與雜烷烴，分子量比油分大(600~1000)，密度為1.0g/cm2~1.1g/cm2之間。其性質(zhì)介于油分和瀝青質(zhì)之間，但更近于瀝青質(zhì)，多呈中性，少量酸性，熔點(diǎn)低于100℃。酸性膠質(zhì)是油分氧化后的產(chǎn)物，能被堿皂化，含量不高，但活性很大，對(duì)瀝青與礦物質(zhì)混合材料、石灰石、白云石的結(jié)合起外表親合作用，提高了膠結(jié)力，在120℃長(zhǎng)期加熱則轉(zhuǎn)化為中性膠質(zhì)。酸性膠質(zhì)溶于乙醇、氯仿而難溶于石油必需有適量的膠質(zhì)組分。瀝青質(zhì)瀝青質(zhì)為黑色易碎的粉狀固體，是石油瀝青中分子量最大的無(wú)定形物質(zhì)(1000以上)1.0g/cm2。它沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，加熱到300℃以上分解成氣體和焦炭。瀝青質(zhì)的含量一般為10%~20%，作質(zhì)瀝青的必備組分。蠟蠟與油分均為低分子烷烴。含蠟油經(jīng)稀釋、冷凍、結(jié)晶、過(guò)濾后，固體局部為蠟，液體局部為油分。石油中的蠟按其物理性質(zhì)分為石蠟和地蠟。地蠟是微晶蠟，堅(jiān)韌且有肯定的塑性，石蠟則性脆易裂，蠟對(duì)瀝青使用、延度以及粘附性降低，使瀝青在低溫下易開(kāi)裂。碳青質(zhì)和油焦質(zhì)含量不大，對(duì)瀝青質(zhì)量影響較小。分散介質(zhì)為溶有膠質(zhì)的油分。油分流淌性好，是使膠團(tuán)之間形成嚴(yán)密聯(lián)結(jié)，使瀝青簡(jiǎn)潔成膜、且防水性好的主要緣由。石油瀝青的膠團(tuán)構(gòu)造可分為三種類型。溶膠型(golstructure) 當(dāng)瀝青質(zhì)含量膠少而分子量又與膠質(zhì)相近時(shí)，雖然有膠團(tuán)形成，但數(shù)量少且在油分中高度分散近于真溶液，故成為溶膠型膠體，它聽(tīng)從牛頓定律，在很小的剪切力作用下即發(fā)生變形。這種構(gòu)造的石油瀝青也稱為溶膠型石油瀝青其特點(diǎn)是流淌性和塑性較好開(kāi)裂后自行愈合力量較強(qiáng)，對(duì)溫度很敏感，高溫下粘度很小易流淌低溫下流淌性降低不是由于內(nèi)部形成網(wǎng)狀構(gòu)造，而是由于溶液粘度的增大故性質(zhì)膠脆，在相同軟化點(diǎn)時(shí)，其針入度值最小。由芳香基石油煉制的石油瀝青多屬此類。凝膠型(gelstructure) 當(dāng)瀝青質(zhì)含量較多而無(wú)足夠的油分時(shí)分散介質(zhì)的溶解力量缺乏，將生成較大的膠團(tuán)，由于分子的分散而形成網(wǎng)狀構(gòu)造，成為凝膠型膠體。表現(xiàn)出非牛頓液體的性質(zhì)凝膠構(gòu)造具有構(gòu)造粘度當(dāng)施加較小荷載時(shí)，在肯定時(shí)間內(nèi)具有彈性變形并幾乎可完全恢復(fù)當(dāng)荷載增大超過(guò)屈服值或延長(zhǎng)載荷時(shí)間將消滅不能完全恢復(fù)的變形和粘性變形這種構(gòu)造的是由瀝青稱為凝膠型石油瀝青其特點(diǎn)是彈性和粘性膠高溫度敏感性小、開(kāi)裂后自行愈合力量較差流淌性和塑性較低，氧化建筑瀝青多屬于凝膠型瀝青。溶膠—凝膠型(gol-gelstrcture) 當(dāng)瀝青質(zhì)含量適宜并有較多的膠質(zhì)時(shí)，瀝青中形成的膠團(tuán)相距較近，膠團(tuán)之間具有肯定的吸引力，要將它們分開(kāi)需要肯定的力但這些膠團(tuán)又缺乏以形成連續(xù)的網(wǎng)狀構(gòu)造這種介于溶膠和凝膠兩者之間的構(gòu)造，稱為溶膠-凝膠構(gòu)造。大多數(shù)優(yōu)質(zhì)道路瀝青多配成這種構(gòu)造。量，則瀝青的膠體構(gòu)造發(fā)生轉(zhuǎn)變，性質(zhì)亦發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)變。瀝青的技術(shù)性質(zhì)石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)主要由以下幾個(gè)方面：粘滯性(粘性viscosity) 石油瀝青的粘滯性是反映瀝青材料內(nèi)部阻礙其相對(duì)流淌的一種特性用粘度表示粘性的實(shí)質(zhì)反映了瀝青膠體的嚴(yán)密程度粘性大小與組分含量及溫度有關(guān)地瀝青質(zhì)含量多同時(shí)有適量的膠質(zhì)，而油分含量較少時(shí)，呈凝膠構(gòu)造，粘性大。在肯定溫度范圍內(nèi)，溫度上升，粘度降低；反之粘度提高。對(duì)于粘稠石油瀝青的粘度是用針入度儀測(cè)定的針入度(penetration)來(lái)表示。針入度是用肯定重量的標(biāo)準(zhǔn)針(200g,100g或50g)，在肯定的溫度(0℃、25℃或46.1℃)(5s或60s)插入瀝青試樣的深度，以1/10mm100g25℃，貫入時(shí)間5s。針入度值大小反映石油瀝青抵抗剪切變形力量，針入度愈小，說(shuō)明粘度愈大。對(duì)于液體石油瀝青的粘度是用標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)粘度表示度是在規(guī)定溫度(20℃、25℃、3060℃)、規(guī)定直徑(3.510mm)的孔口50cm3瀝青所需時(shí)間，常用符號(hào)“CtdT”表示，d為流孔直徑(mm)，t為試樣溫度，T50cm3瀝青的時(shí)間(s)。T值大，說(shuō)明粘度大。塑性塑性是指石油瀝青受到外力作用時(shí)，產(chǎn)生變形而不破壞，除層越厚，塑性越大，溫度上升，塑性增大。反之瀝青膜層薄，塑性差，當(dāng)膜層薄至1μm，塑性近于消逝，即接近于彈性。瀝青之所以能隨建筑物變形而變形，防水層不致裂開(kāi)。假設(shè)一旦裂開(kāi)，由于其塑性大而具有較強(qiáng)的自愈合聲，故瀝青是一種優(yōu)良的道路路面材料。石油瀝青的塑性用延度(伸長(zhǎng)率)表cm25cm/mi延度越大，瀝青的塑性越大。溫度敏感性溫度敏感性是指石油瀝青的粘滯性和塑性隨溫度升降溫度上升時(shí)，瀝青塑性增大，粘性減小，由固態(tài)或半固態(tài)漸漸軟化，此時(shí)瀝青就像液體一樣發(fā)生粘性流淌，稱為粘流態(tài)。與此相反，當(dāng)溫度降低時(shí)，瀝青的粘性增大，塑性減小，由粘流態(tài)凝固為固態(tài)，進(jìn)而變脆變硬。當(dāng)溫度在肯定范圍升降時(shí)，各種瀝青的粘性和塑性變化程度是不同的。變化程度小，即溫度感應(yīng)性?。环粗?，溫度感應(yīng)性大。青，要求具有較小的溫度敏感性，以免高溫下流淌和低溫下脆裂。瀝青軟化點(diǎn)是反映瀝青的溫度敏感性的重要指標(biāo)試樣上安好鋼球后，置于水或甘油中，以5℃/min的速度升溫，瀝青試件漸漸2.54cm〔1英寸時(shí)水或甘油的瞬間溫度即為軟化點(diǎn)，以℃表示。瀝青加熱過(guò)程，沒(méi)有明顯的熔點(diǎn)，也沒(méi)有狀態(tài)的急劇變化，軟化點(diǎn)只是瀝青到達(dá)肯定稠度時(shí)所表現(xiàn)的溫度，必需在嚴(yán)格固定的條件下試驗(yàn)，才能取得可比性的結(jié)果。軟化點(diǎn)愈高，瀝青溫度感應(yīng)性愈小?！?〕耐久性耐久性在工程上稱為大氣穩(wěn)定性，即瀝青在各種自然因素的長(zhǎng)期綜合作用下保持其性能穩(wěn)定的力量。瀝青在貯運(yùn)、加工、施工及應(yīng)用過(guò)程中，由于長(zhǎng)期患病溫度、空氣、陽(yáng)光、風(fēng)雨等因素的作用，瀝青將發(fā)生蒸發(fā)、脫氫、縮合、氧化等簡(jiǎn)單的物理的變化稱為老化。青質(zhì)增加。組分所發(fā)生的這一變化，必定使瀝青的塑性、粘附性降低，脆性在瀝青的外表，但有時(shí)也會(huì)擴(kuò)展到瀝青內(nèi)部。瀝青在正常使用條件下，溫度一般不會(huì)超過(guò)80℃，但當(dāng)受到陽(yáng)光的輻大，成為老化的主要緣由。通常光氧化作用主要是無(wú)光照下的氧化引起，但老化速度緩慢的很多。中參加1%的硬脂酸銅，可使吸氧量提高4倍，鐵鹽對(duì)氧化則有抑制的作用。久性可能造成的影響，要避開(kāi)帶來(lái)不利的后果。防水性石油瀝青是憎水性材料，幾乎完全不溶于水。不僅本身構(gòu)造成致密的膜層。同時(shí)，它還有肯定的塑性，能適應(yīng)材料或構(gòu)件的變形，所以耐蝕性耐蝕性是石油瀝青抵抗腐蝕介質(zhì)侵蝕的力量。石油瀝青對(duì)于大多數(shù)中等濃度的酸、堿、鹽類都有較好的耐蝕力量。度、閃點(diǎn)和燃點(diǎn)。性能，應(yīng)加以限制。閃點(diǎn)(也稱閃火點(diǎn))是指加熱瀝青至揮發(fā)出可燃?xì)怏w，與火焰接觸閃火時(shí)5s以上時(shí)，此時(shí)瀝青的溫度。燃點(diǎn)的溫度比閃點(diǎn)溫度約高10℃。為安全起見(jiàn)，瀝青應(yīng)與火焰隔離。蒸發(fā)后針入度比、閃點(diǎn)等。專用石油瀝青的標(biāo)號(hào)是按其用途劃分的，一般石1030號(hào)兩73個(gè)標(biāo)號(hào)，建筑石油瀝青的技術(shù)要求建筑石油瀝青按瀝青的針入度值劃分為403010號(hào)三個(gè)標(biāo)號(hào)。建筑石油瀝青針入度較小、軟化點(diǎn)較高，但延度較小。建筑石油瀝青的技術(shù)性能應(yīng)符合GB/T494-1998《建筑石油瀝青》的規(guī)定，見(jiàn)表2-1。質(zhì)量 指 標(biāo)項(xiàng)目質(zhì)量 指 標(biāo)項(xiàng)目溶解度(三氯乙烯,四氯化碳,苯)/%,≮蒸發(fā)損失(60℃,5h)/%,≯蒸發(fā)后針入度比/%,≮閃點(diǎn)(開(kāi)口)/℃,≮脆點(diǎn)/℃99.516523010號(hào)30號(hào)40號(hào)針入度(25℃,100g,5s)/(1/10mm)10~2526~3536~501.52.53.5軟化點(diǎn)(環(huán)球法)/℃,≮957560道路石油瀝青的技術(shù)要求在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50092-96《瀝青路面施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》中，將道路石油交通量道路石油瀝青的技術(shù)要求見(jiàn)表2-2。重交通量道路石油瀝青的技術(shù)要求見(jiàn)表2-3。中、輕交通量道路石油瀝青用于二級(jí)以下大路和城市次干路、支路路面。重交通量道路石油瀝青用于高速大路、一級(jí)大路和城市快速路、主干路鋪筑路面。表2-2 中、輕交通道路石油瀝青技術(shù)要求試驗(yàn)工程標(biāo)號(hào)A-200A-180A-140A-100A-100A-60甲A-60乙甲乙針入度(25℃,100g,5s)/0.1mm200~160~120~90~90~50~850~830020016012012000―10010090607040軟化點(diǎn)(環(huán)球法)/℃,30~435~438~442~542~545~545~55582255閃點(diǎn)(COC)/℃,≮180200230230230230230溶解度(三氯乙烯)/%,≮99.099.099.099.099.099.099.0蒸發(fā)損失試蒸發(fā)損失試驗(yàn)，163℃,5h質(zhì)量損失/%，≯/%，≮11111115060606565707025100cm,15100cm標(biāo) 號(hào)AH-130AH-110AH-90AH-70標(biāo) 號(hào)AH-130AH-110AH-90AH-70AH-50質(zhì)量損失/%，≯/%，≮1.31.21.00.80.64548505558163℃,5h延度(25℃)/cm,≮7575755040延度(15℃)/cm實(shí)測(cè)紀(jì)錄試驗(yàn)工程針入度(25℃,100g,5s)/0.1mm120~140100~12080~10060~8040~60(15℃,5cm/min)/cm,≮10010010010080軟化點(diǎn)(環(huán)球法)/℃,40~5041~5142~5244~5445~55閃點(diǎn)(COC)/℃,≮230溶解度(三氯乙烯)/%,≮99.0(蒸餾法)/%，≯3實(shí)測(cè)紀(jì)錄60℃溫度的動(dòng)力粘度135(mm2/s),并在檢驗(yàn)報(bào)告中注明；對(duì)高速大路、一級(jí)大路和城市快速路、主干路的瀝青路面，如有需要，用戶15℃延度、粘度等指標(biāo)向供方提出要求。液體石油瀝青的技術(shù)要求瀝青的分散速度快慢也不同。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50092-96《瀝青路面施工及驗(yàn)收AL(R)-1和AL(R)-2兩個(gè)標(biāo)號(hào)，中凝和慢凝液體瀝青按粘度分為AL(M)-1~AL(M)-6AL(S)-1AL(S)-6等六個(gè)標(biāo)號(hào)。和蒽油后所得的殘?jiān)Ｒ罁?jù)蒸餾程度不同，煤瀝青為低溫瀝青、中溫瀝青和高溫瀝青。建筑上所承受的煤瀝青多為粘稠或半固體的低溫瀝青。與石油瀝青相比，由于兩者成分不同，煤瀝青具有如下性能特點(diǎn)：由固態(tài)或粘稠態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)(或液態(tài))流淌，而冬天易脆裂，即溫度敏感性較大。含揮發(fā)性成分和化學(xué)穩(wěn)定性差的成分較多，在熱、陽(yáng)光、氧氣等長(zhǎng)期綜合作用下，煤瀝青的組成變化較大，易硬脆，故大氣穩(wěn)定性差。含有較多的游離碳，塑性較差，簡(jiǎn)潔因變形而開(kāi)裂。因含有蒽、酚等，故有毒性和臭味，防腐力量較好，適用于木材的防腐處理。因含外表活性物質(zhì)較多，與礦物外表的粘附力較好。瀝青的摻配、改性及主要瀝青制品于煤瀝青。當(dāng)承受兩種瀝青時(shí)，每種瀝青的協(xié)作量宜按以下公式計(jì)算：TQ 2T1 T2

T1100% (2-1)T1Q 100%Q2 1

(2-2)式中Q——較硬瀝青用量，%；Q2T——摻配后的瀝青軟化點(diǎn)，℃；T——較軟瀝青軟化點(diǎn)，℃；T1T——較硬瀝青軟化點(diǎn)，℃；T2依據(jù)估算的摻配比例和在其鄰