長(zhǎng)沙理工大學(xué)土木工程材料第八章課件

第8章瀝青本章主要內(nèi)容

概述石油瀝青液體石油瀝青乳化瀝青煤瀝青

概述1.定義

瀝青——是由高分子碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘伲ㄑ?、氮、硫等）衍生物組成的極其復(fù)雜的混合物。在常溫下，瀝青呈黑色或黑褐色的固體、半固體或液體。2.分類3.應(yīng)用：廣泛用于路面工程、屋面或地下防水工程、防腐蝕工程等。土木工程中主要應(yīng)用石油瀝青。

瀝青地瀝青

焦油瀝青天然瀝青：由瀝青湖或含有瀝青的砂巖等提煉而得。石油瀝青：由石油原油蒸餾后的殘留物經(jīng)加工而得。煤瀝青：由煤焦油蒸餾后的殘留物加工而得。頁(yè)巖瀝青：油頁(yè)巖煉油工業(yè)的副產(chǎn)品。

8.1石油瀝青

石油原油經(jīng)蒸餾提煉出各種輕質(zhì)油（如汽油、煤油、柴油）及潤(rùn)滑油以后的殘留物，或經(jīng)再加工而得的產(chǎn)品。1.石油瀝青的組成通常從工程使用的角度出發(fā)，將瀝青中化學(xué)成分和物理性質(zhì)相近，并且具有某些共同特征的部分，劃分為同一個(gè)組，稱為組分。一般將石油瀝青劃分為三個(gè)組分：油分、樹(shù)脂、瀝青質(zhì)。8.1.1石油瀝青的組成與結(jié)構(gòu)石油瀝青的主要組分特征和作用

組分碳?xì)浔刃再|(zhì)與狀態(tài)分子量含量作用油分0.5～0.7淺黃－紅褐色液體，可溶于大部分溶劑，密度約0.91～0.93300～50040%～60%使瀝青具有流動(dòng)性樹(shù)脂0.7～0.8黃－黑色粘稠半固體，溫度敏感性強(qiáng)，密度1.0以上600～100015%～30%使瀝青具有粘性和塑性瀝青質(zhì)0.8～1.0深褐－黑色固體顆粒，加熱不熔，不溶于溶劑，密度大于1＞100010%～30%決定瀝青的穩(wěn)定性a)溶膠結(jié)構(gòu)b)溶-凝膠結(jié)構(gòu)c)凝膠結(jié)構(gòu)

③溶-凝膠結(jié)構(gòu)：瀝青質(zhì)含量適當(dāng)，并有較多的樹(shù)脂作為保護(hù)膜層時(shí)，膠團(tuán)之間保持一定的吸引力。性質(zhì)：介于二者之間。1.粘滯性（簡(jiǎn)稱粘性）

（1）定義：是反映瀝青材料內(nèi)部阻礙其相對(duì)流動(dòng)的一種特性。它反映了瀝青軟硬、稀稠的程度。

（2）指標(biāo)：

①標(biāo)準(zhǔn)粘度（液體石油瀝青）：在規(guī)定溫度下，通過(guò)規(guī)定直徑的孔流出50cm3瀝青所需的時(shí)間s。用符號(hào)CT,d表示（T為試驗(yàn)溫度℃，d為孔徑mm)。8.1.2石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)

②針入度（固體或半固體瀝青）：在規(guī)定溫度下（25℃），以規(guī)定重量（100克）的標(biāo)準(zhǔn)針，在規(guī)定時(shí)間（5s）內(nèi)貫入試樣中的深度（0.1mm為1度），用P（25℃，100g，5s）表示。

針入度值越大，瀝青越軟，粘度越小。針入度是我國(guó)粘稠瀝青標(biāo)號(hào)劃分的依據(jù)。如：針入度在80～100之間為90號(hào)瀝青。

（1）定義：石油瀝青在外力作用時(shí)產(chǎn)生變形而不破壞，除去外力后仍保持變形后形狀的性質(zhì)。（2）指標(biāo)：延度。把瀝青試樣制成8字形標(biāo)準(zhǔn)試樣，在規(guī)定拉伸速度（5cm/min）和規(guī)定溫度（10℃、15℃）下拉斷時(shí)的長(zhǎng)度，以cm為單位。延度值越大，塑性越好。2.塑性3.溫度敏感性

（1）定義：是指石油瀝青的粘性和塑性隨溫度升降而變化的性能。是評(píng)價(jià)瀝青性質(zhì)的重要指標(biāo)之一。

（2）指標(biāo)：

①軟化點(diǎn)：瀝青是高分子非晶態(tài)熱塑性物質(zhì)的混合物，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。瀝青材料從固態(tài)轉(zhuǎn)變至粘流態(tài)有一定的間隔，因此，規(guī)定其中某一狀態(tài)作為從固態(tài)轉(zhuǎn)到粘流態(tài)的起點(diǎn)，相應(yīng)的溫度稱為瀝青軟化點(diǎn)。注意：初始溫度5℃采用環(huán)球法測(cè)定：先把瀝青試樣澆入銅環(huán)內(nèi)，冷卻后放入5℃水中恒溫至少15min，然后取出放入中層板的圓孔中，套上定位環(huán)，放置一個(gè)鋼球，以5℃/min的升溫速度加熱，使瀝青軟化下垂，當(dāng)瀝青下垂到與下底板接觸時(shí)的溫度（℃），即為瀝青的軟化點(diǎn)，用TR&B表示。

軟化點(diǎn)越高，瀝青的耐熱性越好，溫度敏感性越小。有研究表明，大部分瀝青在軟化點(diǎn)時(shí)的針入度值約為800。因此，可以認(rèn)為軟化點(diǎn)是一種人為的等粘溫度。

②針入度指數(shù)：根據(jù)大量試驗(yàn)結(jié)果，瀝青針入度值的對(duì)數(shù)lgP與溫度T具有線性關(guān)系。

式中：

A—針入度-溫度敏感性系數(shù)，表示瀝青針入度隨溫度的變化率。

K—為截距（常數(shù)）。

針入度-溫度感應(yīng)性關(guān)系圖

根據(jù)已知的針入度值P（25℃，100g，5s）和軟化點(diǎn)TR&B（假設(shè)軟化點(diǎn)時(shí)的針入度值為800），建立針入度-溫度敏感性系數(shù)A的基本公式：

針入度-溫度敏感性系數(shù)A值為小數(shù)，使用不方便，普費(fèi)等引入PI值的概念，按下式計(jì)算：

針入度指數(shù)的應(yīng)用：（1）針入度指數(shù)愈大，表示瀝青對(duì)溫度的敏感性越小。（2）劃分瀝青的膠體結(jié)構(gòu)：

PI＜-2者，屬溶膠型瀝青

PI=-2～+2之間者，屬溶-凝膠型瀝青

PI＞+2者，屬凝膠型瀝青

表征石油瀝青的粘滯性、塑性和溫度敏感性這三項(xiàng)性質(zhì)的指標(biāo)為：針入度、延度、軟化點(diǎn)

是評(píng)價(jià)粘稠石油瀝青技術(shù)性質(zhì)最常用的指標(biāo)，被稱為石油瀝青的三大指標(biāo)。

石油瀝青的三大指標(biāo)4.大氣穩(wěn)定性

（1）定義：是指石油瀝青在熱、陽(yáng)光、氧氣、水等因素長(zhǎng)期綜合作用下抵抗老化的性能。在大氣因素的綜合作用下，油分→樹(shù)脂→瀝青質(zhì)。由于樹(shù)脂向?yàn)r青質(zhì)轉(zhuǎn)化的速度遠(yuǎn)比油分變?yōu)闃?shù)脂的速度快得多，因此，石油瀝青隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，樹(shù)脂顯著減少，瀝青質(zhì)顯著增加。瀝青的塑性降低，脆性增加。

（2）指標(biāo)：采用烘箱或薄膜烘箱試驗(yàn)或旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗(yàn)（瀝青試樣在163℃條件下，加熱5h或85min），以瀝青試樣在加熱前后的質(zhì)量變化率和殘留針入度比來(lái)評(píng)價(jià)。質(zhì)量變化率愈小，殘留針入度比愈大，殘留延度愈大，則表示瀝青大氣穩(wěn)定性愈好，老化得越慢。5.溶解度、閃點(diǎn)和燃點(diǎn)

溶解度：石油瀝青在三氯乙烯、四氯化碳和苯中溶解的百分率。用以限制有害的不溶物的含量，不溶物會(huì)降低瀝青的粘結(jié)性。

瀝青使用時(shí)必須加熱，為保證瀝青安全加熱和施工，瀝青在使用前應(yīng)檢測(cè)閃點(diǎn)和燃點(diǎn)。閃點(diǎn)：瀝青加熱產(chǎn)生的氣體和空氣的混合物，在規(guī)定的條件下與火焰接觸，初次產(chǎn)生藍(lán)色閃光時(shí)瀝青的溫度。燃點(diǎn)：若繼續(xù)加熱，產(chǎn)生的氣體和空氣的混合物，與火焰接觸能持續(xù)燃燒5s以上時(shí)瀝青的溫度。

1.建筑石油瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)按針入度值劃分為40號(hào)、30號(hào)和10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。

屋面防水工程，主要考慮瀝青的高溫穩(wěn)定性，宜選針入度較小的10號(hào)瀝青，對(duì)于地下防水工程，主要考慮瀝青的耐老化性，宜選擇針入度較大的40號(hào)瀝青。

8.1.3石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與選用建筑石油瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)目質(zhì)量指標(biāo)10號(hào)30號(hào)40號(hào)針入度（25℃，100g，5s）（1/10mm）10～2526～3536～50延度（25℃，5cm/min）（cm）不小于1.52.53.5軟化點(diǎn)（環(huán)球法）（℃）不低于957560溶解度（三氯乙烷、三氯乙烯、四氯化碳或苯）（%）不小于99.5蒸發(fā)損失（163℃，5h）（%）不大于1蒸發(fā)后針入度比（%）不小于65閃點(diǎn)（開(kāi)口）（℃）不低于230脆點(diǎn)，℃報(bào)告瀝青等級(jí)適用范圍A級(jí)瀝青各個(gè)等級(jí)的公路，適用于任何場(chǎng)合和層次。B級(jí)瀝青1.高速公路、一級(jí)公路瀝青下面層及以下的層次，二級(jí)及二級(jí)以下公路的各個(gè)層次；2.用作改性瀝青、乳化瀝青、改性乳化瀝青、稀釋瀝青的基質(zhì)瀝青。C級(jí)瀝青三級(jí)及三級(jí)以下公路的各個(gè)層次。2.道路石油瀝青的標(biāo)準(zhǔn)與選用道路石油瀝青按照質(zhì)量等級(jí)分為A、B、C三個(gè)等級(jí)，各等級(jí)的石油瀝青的適用范圍見(jiàn)下表。道路石油瀝青適用范圍

道路石油瀝青技術(shù)要求指標(biāo)單位等級(jí)瀝青標(biāo)號(hào)160號(hào)130號(hào)110號(hào)90號(hào)70號(hào)50號(hào)30號(hào)針入度25℃,5s,100g0.1mm140～200120～140100～12080～10060～8040～6020～40適用的氣候分區(qū)注注2-12-23-21-11-21-32-22-31-31-42-22-32-41-4注針入度指數(shù)PIA-1.5～+1.0B-1.8～+1.0軟化點(diǎn)（TR&B）不小于℃A384043454446454955B363942434244434653C3537414243455060℃動(dòng)力粘度不小于A—6012016014018016020026010℃延度不小于cmA505040453020302020152520151510B3030303020152015151020151010815℃延度不小于cmAB1008050C80806050403020指標(biāo)單位等級(jí)瀝青標(biāo)號(hào)160號(hào)130號(hào)110號(hào)90號(hào)70號(hào)50號(hào)30號(hào)含蠟量(蒸餾法)不大于%A2.2B3.0C4.5閃點(diǎn)不小于℃230245260溶解度不小于%99.5密度（15℃）g/cm3實(shí)測(cè)記錄TFOT（或RTFOT）后質(zhì)量變化不大于%±0.8殘留針入度比（25℃）不小于%A48545557616365B45505254586062C40454850545860殘留延度（10℃）不小于cmA121210864—B10108642—?dú)埩粞佣龋?5℃）不小于cmC403530201510—1.氧化改性是在250～300℃高溫下向殘留瀝青或渣油吹入空氣，通過(guò)氧化作用和聚合作用，使瀝青分子變大，提高瀝青的粘度和軟化點(diǎn)，從而改善瀝青的性能。8.1.4瀝青改性

改性瀝青：是指摻加橡膠、樹(shù)脂、高分子天然聚合物、天然瀝青、磨細(xì)的橡膠粉或者其他外摻劑，使瀝青或?yàn)r青混合料的性能得以改善而制成的瀝青結(jié)合料。

2.礦物填充改性

為提高瀝青的粘結(jié)能力和耐熱性，降低瀝青的溫度敏感性，經(jīng)常在石油瀝青中加入一定數(shù)量的礦物填充料進(jìn)行改性。3.聚合物改性某些聚合物（包括橡膠和樹(shù)脂）同石油瀝青具有較好的相容性，可賦予石油瀝青優(yōu)良的性能。

（1）SBS改性瀝青（2）SBR改性瀝青（3）APP改性瀝青8.2液體石油瀝青1.定義

是指在常溫下呈液體狀態(tài)的瀝青，它可以是油分含量較高的直餾瀝青，也可以是汽油、煤油、柴油等溶劑將石油瀝青稀釋而成的產(chǎn)品。

2.分類（1）快凝AL(R)：AL(R)-1、AL(R)-2（2）中凝AL(M)：AL(M)-1～AL(M)-6

（3）慢凝AL(S)：AL(S)-1～AL(S)-68.3乳化瀝青1.定義

是指石油瀝青與水在乳化劑、穩(wěn)定劑的作用下經(jīng)乳化加工制得的均勻的瀝青產(chǎn)品，也稱瀝青乳液。

2.優(yōu)點(diǎn)

（1）可冷態(tài)施工、節(jié)約能源；（2）施工便利、節(jié)約瀝青；

（3）環(huán)境友好，無(wú)毒副作用。

3.分類

（1）陽(yáng)離子乳化瀝青；（2）陰離子乳化瀝青；

（3）非離子乳化瀝青。