建筑材料ppt課件 第六章瀝青材料

1、 瀝青材料的品種很多，按其在自然界獲得的 方式不同，可分為地瀝青和焦油瀝青兩大類。 1地瀝青 是指地下原油演變或加工而得到的 瀝青。又分為天然瀝青和石油瀝青。 2焦油瀝青 是干餾有機(jī)燃料（煤，頁(yè)巖，木 材料等）所收集的石油再經(jīng)加工而得到的一種瀝 青材料，按干餾原料的不同，焦油瀝青可分為煤 瀝青、頁(yè)巖瀝青、木瀝青和泥巖瀝青。工程上常 用的焦油瀝青是煤瀝青。 瀝青材料是這類材料的總稱，它具有良好 的憎水性，粘接性和塑性，可以防水，防潮，因 而廣泛應(yīng)用與道路和水利工程。通常所講的瀝青 是石油瀝青，其它瀝青都要在瀝青倆字前加上名 稱以示區(qū)別。在道路建筑中最常用的是石油瀝青 和煤瀝青兩類,其次是天然瀝青

2、。 一、石油瀝青的分類和產(chǎn)生 （一）石油瀝青生產(chǎn)工藝概述 （二）石油瀝青的分類 二、石油瀝青的組成和結(jié)構(gòu) （一）元素組成 （二）石油瀝青的化學(xué)組分 （三）石油瀝青的結(jié)構(gòu) 在常壓塔底收集的常壓重油，能否直接加工成瀝 青，主要決定于原油的稠度。我國(guó)大多數(shù)油井開(kāi) 采的原油，稠度均較低，所得常壓重油通常需要 進(jìn)入減壓塔作減壓蒸餾后，再進(jìn)入氧化塔或深拔 裝置或溶劑脫瀝青裝置，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步加工才能得 到瀝青。但也有少數(shù)油井開(kāi)采的原油稠度較大， 其常壓重油稠度也較大，直接進(jìn)行減壓蒸或深拔 后即可得到直餾瀝青。 常用石油瀝青主要是由氧化裝置、溶劑脫瀝青裝 置或深拔裝置所產(chǎn)生的粘稠瀝青。為了改善粘稠 瀝青的使用性

3、能，還可采取各種方式將其加工成 液體瀝青，調(diào)和瀝青，乳化瀝青，混合瀝青和其 他改性瀝青等。 1按原油的成分分類 石蠟基瀝青 ； 環(huán)烷基瀝青 ； 中間基瀝 青 ； 2按加工方法分類 直餾瀝青 ； 氧化瀝青 ； 溶劑瀝青 ； 裂化瀝青 3按瀝青在常溫下的稠度分類 4. 按用途分類 道路石油瀝青 ； 建筑石油瀝青 ； 普通 石油瀝青 石油瀝青是由多種碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘伲ㄑ酰?硫，氮）的衍生物組成的混合物，它的分子表達(dá) 通式為CnH2n+aObScNd?；瘜W(xué)組成主要是碳 （80%87%）、氫（10%15%），其次是 非烴元素，如氧、硫、氮等（3%）。此外，還 含有一些微量的金屬元素，如鎳、 釩、鐵、

4、錳、 鎂、鈉等，但含量都極少，約為幾個(gè)至幾十個(gè) ppm(百萬(wàn)分之一) 。 1三組分分析法 石油瀝青的三組分分析法是將石油瀝青分離為油 分、樹(shù)脂、瀝青質(zhì)三個(gè)組分。 2四組分分析法 瀝青質(zhì) ； 飽和分 ； 環(huán)烷芳香烴 ； 極性芳香分 3.瀝青的含蠟量 由于瀝青中蠟的存在，在高溫時(shí)使瀝青容易發(fā)軟， 導(dǎo)致瀝青的高溫穩(wěn)定性降低，出現(xiàn)車轍。同樣低 溫時(shí)會(huì)使瀝青變得脆硬，導(dǎo)致路面低溫抗裂性降 低，出現(xiàn)裂縫。 1膠體理論 2. 膠體的結(jié)構(gòu)類型 根據(jù)瀝青中各組分的化學(xué)組成和相對(duì)含量的不同， 可以形成不同的膠體結(jié)構(gòu)。瀝青的膠體結(jié)構(gòu)，可 分為下列三個(gè)類型： 溶膠型結(jié)構(gòu) 溶-凝膠型結(jié)構(gòu) 凝膠型結(jié)構(gòu) 3. 膠體結(jié)構(gòu)類型

5、的判定 三、石油瀝青的技術(shù)性質(zhì) （一）粘滯性（粘性） 粘滯性是指瀝青在外力作用下抵抗變形的能力。 是反映瀝青內(nèi)部材料阻礙其相對(duì)流動(dòng)的特性。 1瀝青的絕對(duì)粘度（亦稱動(dòng)力粘度） F=A （6-1） 式中：F移動(dòng)頂層平面的力 ( N )（即等于瀝 青薄膜內(nèi)部膠團(tuán)抵抗變形的能力）A瀝青薄膜 層的面積 ( cm2 )V頂層位移的速度 （ m/s ）D瀝青膜的厚度 （ cm ） 反映瀝青粘滯性的系數(shù)，及絕對(duì)粘度 （Pas） 當(dāng)令，=F/A =v/d時(shí)，可將式6-1改寫(xiě)為： （6-2） 式中：剪應(yīng)變 （ N/cm2 ）(瀝青薄膜層單 位面積上所受的剪切力) 剪變率 （ s-1 ）(位移速度在d方向的變化 率

6、) 2. 瀝青的相對(duì)粘度 瀝青的相對(duì)粘度也稱為條件粘度，是反映 瀝青材料在溫度條件下表現(xiàn)出的性質(zhì)。 = 針入度(如圖1所示) 是測(cè)定粘稠石油瀝青粘結(jié)性的常用技術(shù)指標(biāo)，采 用針入度儀測(cè)定。瀝青的針入度是在規(guī)定的溫度 和時(shí)間內(nèi)，附加一定質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)針垂直灌入試樣 的深度，以0.1mm表示。試驗(yàn)條件以PT，m ， t表示其中P為針入度，T為試驗(yàn)溫度，m為荷載 重，t為貫入時(shí)間。針入度值越小，表示粘度越 大。 我國(guó)現(xiàn)行使用的粘稠瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，針入度是 劃分瀝青技術(shù)等級(jí)的主要指標(biāo)。針入度值越大， 表明瀝青愈軟（稠度愈?。?。 粘度 粘度又稱粘滯度，是測(cè)定液體瀝青粘結(jié)性的常用 技術(shù)指標(biāo)。 粘度是指瀝青試樣在

7、規(guī)定溫度下，通過(guò)規(guī)定孔徑， 流出50mL試樣所需的時(shí)間，以s為單位。我國(guó) 目前采用道路標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)測(cè)定. （二） 塑性 塑性是指瀝青在外力作用下發(fā)生變形而不被破壞 的能力。影響塑性大小的因素與瀝青的組分及溫 度有關(guān)。瀝青中樹(shù)脂含量多，油分及瀝青質(zhì)含量 適當(dāng)，則塑性較大。當(dāng)溫度升高，塑性增大，瀝 青膜層愈厚則塑性愈高。反之，塑性愈差。在常 溫下，塑性好的瀝青不易產(chǎn)生裂縫，并減少摩擦 時(shí)的躁聲。同時(shí)它對(duì)于瀝青在溫度降低時(shí)抵抗開(kāi) 裂的性能有著重要影響。瀝青的塑性用延度表示， 用延度儀測(cè)定。 （三）溫度穩(wěn)定性（感溫性） 是指瀝青的粘滯性和塑性隨溫度升降不產(chǎn)生較大 變化的性能。當(dāng)溫度升高時(shí)，瀝青 由固態(tài)或

8、半 固態(tài)逐漸軟化成粘流狀態(tài)，當(dāng)溫度降低時(shí)由粘流 狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍虘B(tài)或固態(tài)，甚至變脆。溫度穩(wěn)定 性高的瀝青，使用時(shí)不易因夏季高溫而軟化，也 不易因冬季低溫而脆。在工程上使用的瀝青，要 求具有良好的溫度穩(wěn)定性。 高溫敏感性用軟化點(diǎn)表示。軟化點(diǎn)是瀝青材料 由 固體狀態(tài)變?yōu)闉榫哂幸欢鲃?dòng)態(tài)時(shí)的溫度間 隔的87.21%為軟化點(diǎn)。瀝青軟化點(diǎn)用環(huán)球法軟 化點(diǎn)測(cè)定儀測(cè)定。 針入度是在規(guī)定溫度下瀝青的條件粘度，而軟化 點(diǎn)則是瀝青達(dá)到規(guī)定條件粘度時(shí)的溫度。軟化點(diǎn) 既是反映瀝青材料感溫性的一個(gè)指標(biāo)，也是瀝青 粘度的一種量度。 針入度、延度、軟化點(diǎn)是評(píng)價(jià)粘稠石油瀝青路用 性能最常用的經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)，所以通稱“三大指標(biāo)”。 低

9、溫抗裂性用脆點(diǎn)表示。 脆點(diǎn)是指瀝青材料由粘稠狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)達(dá) 到條件脆裂時(shí)的溫度。一般采用弗拉斯脆點(diǎn)儀 測(cè)定。 (四)加熱穩(wěn)定性 瀝青在加熱或長(zhǎng)時(shí)間的加熱過(guò)程中，會(huì)發(fā)生輕餾 分揮發(fā)、氧化、裂化、聚合等一系列物理及化學(xué) 變化，使瀝青的化學(xué)組成及性質(zhì)相應(yīng)的發(fā)生變化。 這種性質(zhì)稱為瀝青熱穩(wěn)定性。 1瀝青的蒸發(fā)損失試驗(yàn) 2瀝青薄膜加熱試驗(yàn) 3液體石油瀝青蒸餾試驗(yàn)（如圖所示） （五） 安全性 閃點(diǎn)（閃火點(diǎn)）（如圖所示） 燃點(diǎn)（著火點(diǎn)） （六）溶解度 （七）含水量（如圖所示） （八）針入度指數(shù) （九）勁度 （十）粘附性：對(duì)瀝青與石料粘附性的試驗(yàn)方法， 我國(guó)規(guī)范公路工程瀝青及瀝青混合試驗(yàn)規(guī)程 規(guī)定：采用

10、水煮法和水浸法，如圖所示。 4老化 瀝青在自然因素（熱，氧化，光和水）的作用下， 產(chǎn)生“不可逆”的化學(xué)變化，導(dǎo)致路用性能劣化， 通常稱之為“老化”。 四、我國(guó)道路石油瀝青的技術(shù)要求 （一）道路石油瀝青的技術(shù)要求 A級(jí)瀝青 ：適用各個(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、用做改性瀝青、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 。 （二）道路液體石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 按液體瀝青凝固速度而分為快凝、中凝、慢凝三 個(gè)等級(jí)，快凝液體石油瀝青又劃分為三個(gè)標(biāo)號(hào)。 一、煤

11、瀝青 （一）煤瀝青的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1煤瀝青的化學(xué)組成 游離碳 ； 樹(shù)脂 ； 油分 ； 2.煤瀝青的結(jié)構(gòu) （二）煤瀝青的技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1煤瀝青的技術(shù)性質(zhì) 粘度 表示煤瀝青的稠度。 蒸餾試驗(yàn)的餾分含量及殘?jiān)再|(zhì) 煤瀝青焦油酸含量 含萘量 甲苯不溶物 含水分 2煤瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)煤瀝青在工程中應(yīng)用要求的不同，按照稠度 可劃分為軟煤瀝青（液體、半固體的）和硬煤瀝 青（固體的）兩大類。 3煤瀝青在技術(shù)性質(zhì)上與石油瀝青的差異： 煤瀝青的溫度穩(wěn)定性差。 煤瀝青的大氣穩(wěn)定性差。 煤瀝青塑性較差。 煤瀝青與礦質(zhì)材料表面粘附性能好。 煤瀝青防腐性能好。 煤瀝青含有對(duì)人體有害成分較多，臭味較重。 （

12、三）煤瀝青與石油瀝青的鑒別 二、 乳 化 瀝 青 （一）概 述 乳化瀝青是將粘稠瀝青加熱至流動(dòng)狀態(tài)，再經(jīng)高 速離心、攪拌及剪切等機(jī)械作用，瀝青形成細(xì)小 的微粒（25m左右），使瀝青以微粒狀態(tài) 均勻有乳化劑和穩(wěn)定穩(wěn)定劑的水溶液之中，形成 水包油（O/W）型乳濁液。 乳化瀝青優(yōu)點(diǎn)如下： 可冷態(tài)施工，節(jié)余能源。粘稠瀝青通常要加 熱至160180施工，而乳化瀝青可以在常 溫下進(jìn)行噴灑、貫入或拌和攤鋪，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需加熱， 簡(jiǎn)化了施工程序，操作簡(jiǎn)便，節(jié)省了能源。 可在潮濕基層上使用，能直接與濕集料拌和， 粘結(jié)力不會(huì)減低。而用其它瀝青施工，必須在干 燥的基層或干燥的集料拌和才能保證有足夠的粘 結(jié)力。 無(wú)毒、無(wú)嗅

13、、不燃、施工安全，保護(hù)環(huán)境， 減少污染。 節(jié)省能源、降低成本、增加結(jié)構(gòu)瀝青。 乳化瀝青的缺點(diǎn)： 穩(wěn)定性差，貯存期不超過(guò)半年，貯存期過(guò)長(zhǎng) 容易引起凝聚分層，貯存溫度在0以上。 乳化瀝青修筑路面成型期較長(zhǎng)，最初應(yīng)控制 車輛行使速度。 （二）、乳化瀝青的組成材料 乳化瀝青主要由瀝青、乳化劑、穩(wěn)定劑和水等組 成。 1瀝青 2乳化劑 陰離子型乳化劑 陽(yáng)離子型乳化劑 兩性離子型乳化劑 非離子型乳化劑 3穩(wěn)定劑 為防止已經(jīng)分散的瀝青乳液在貯存期彼此凝聚， 以及在施工噴灑或拌和的機(jī)械作用下有良好的穩(wěn) 定性，必要時(shí)加入適量的穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑可分為 兩類： 有機(jī)穩(wěn)定劑 無(wú)機(jī)穩(wěn)定劑 4水 水是乳化瀝青的主要組成部分。

14、水在乳化瀝青中 起著潤(rùn)濕、溶解及化學(xué)反應(yīng)的作用。所以要求乳 化瀝青中的水應(yīng)當(dāng)純凈，不含其它雜質(zhì)，一般要 求用每升水中氧化鈣含量不得超過(guò)80mg的潔凈 水，否則對(duì)乳化性能將有很大的影響，并且要多 消耗乳化劑。水的用量一般為30%70% 。 （三）乳化瀝青的形成機(jī)理 根據(jù)乳狀液理論，由于瀝青與水這兩種物質(zhì)的表 面張力相差較大，將瀝青分散于水中，則會(huì)因表 面張力的作用使已分散的瀝青顆粒重新聚集結(jié)成 團(tuán)塊。欲使已分散的瀝青能穩(wěn)定均勻地存在（實(shí) 際上是懸?。┯谒?，必須使用乳化劑，以降低 瀝青與水之間的表面張力差。瀝青能夠均勻穩(wěn)定 地分散在乳化劑水溶液中的原因主要是： 乳化劑降低界面能的作用； 增強(qiáng)界面

15、膜的 保護(hù)作用 ； 界面電荷穩(wěn)定作用 （四）乳化瀝青技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)要求 乳化瀝青在使用中，與砂、石骨料拌和成型后， 在空氣中逐漸脫水，水膜變薄，使瀝青微?？繑n， 將乳化劑薄膜擠裂而凝成連續(xù)的瀝青粘結(jié)膜層。 成膜后的乳化瀝青具有一定的耐熱性、粘結(jié)性、 抗裂性、韌性及防水性。 （五）乳化瀝青的生產(chǎn) 乳化劑水溶液的調(diào)制：在水中加入需要數(shù)量 的乳化劑和穩(wěn)定劑。將水溫調(diào)節(jié)至乳化劑和穩(wěn)定 劑溶解所需的溫度，使其在水中充分溶解。 瀝青加熱及貯存。 瀝青與水比例控制機(jī)構(gòu)。 乳化，常用設(shè)備為膠體磨或其它同類設(shè)備。 乳化成品貯存。 （六）乳化瀝青在集料表面分裂機(jī)理 分裂是指從乳液中分裂出來(lái)的瀝青微滴在集料表 面聚

16、結(jié)成一層連續(xù)的瀝青薄膜，這一過(guò)程稱為分 裂（俗稱破乳）。 1蒸發(fā)作用 2乳液與集料表面的吸附作用 陰離子乳液（瀝青微滴帶負(fù)電荷）與帶正電 荷堿性集料（石灰石、玄武石等）具有較好的粘 結(jié)性。 陽(yáng)離子乳液（瀝青微滴帶正電荷）與帶負(fù)電 荷的酸性集料（花崗巖、石英石等）具有較好的 粘結(jié)性。同時(shí)與堿性集料也有較好的親和力。 （七）乳化瀝青的應(yīng)用 乳化瀝青用于修筑路面，不論是陽(yáng)離子型乳化瀝 青或陰離子型乳化瀝青有兩種施工方法： 1）灑布法：如透層、粘層、表面處治或貫入式 瀝青碎石路面。 2）拌和法：如瀝青碎石或?yàn)r青混合料路面。 三、再生瀝青 （一）瀝青材料的老化 瀝青材料的老化是瀝青材料在使用中受到自然因

17、 素（氧、光、熱和水等）的作用，隨時(shí)間而產(chǎn)生 “不可逆”的化學(xué)組成結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性 能變化的過(guò)程。 1化學(xué)組分的變化 2物理力學(xué)性質(zhì)變化 （二）瀝青再生 1. 瀝青再生機(jī)理；2. 瀝青化學(xué)組分調(diào)節(jié) 四、改性瀝青 （一）概述 改性瀝青是指摻加橡膠，樹(shù)脂，高分子聚合物， 磨細(xì)的橡膠粉或其他填料等外摻劑（改性劑）， 或采用對(duì)瀝青輕度氧化加工等措施，是瀝青的性 能得以改善。改性劑是指在瀝青中加入天然的或 人工的有機(jī)或無(wú)機(jī)材料，可熔融、分散在瀝青中， 改善或提高瀝青路面性能材料。 從狹義來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在所指道路改性瀝青一般指聚合 物改性瀝青。用于改性的聚合物的種類也很多， 按照改性劑的不同，一般分為以下幾類：

18、 熱塑性橡膠類改性瀝青 橡膠類改性瀝青 熱塑性樹(shù)脂類改性瀝青 摻加天然瀝青的改性瀝青 其他改性瀝青 (三)我國(guó)改性瀝青標(biāo)準(zhǔn) 1各類聚合物改性瀝青的質(zhì)量應(yīng)符合公路瀝 青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTGF402004）技 術(shù)要求。 2關(guān)于改性瀝青的分類及適用范圍 （四）改性瀝青的應(yīng)用和發(fā)展 目前，改性瀝青可用做排水或吸音磨耗層及下面 的防水層；在老路面上做應(yīng)力吸收膜中間層，以 減少反射裂縫，在重載交通道路的老路面上加鋪 薄或超薄的瀝青面層，以提高耐久性；在老路面 上或新建一般公路上做表面處置，以恢復(fù)路面使 用性能或減少養(yǎng)護(hù)工作量等。 SBS改性瀝青無(wú)論在高溫、低溫、彈性等方面都 優(yōu)于其他改性劑，所以我國(guó)改性瀝青的發(fā)展方向 應(yīng)該以SBS改性瀝青作為主要方向。 圖圖1 針入度法測(cè)定粘稠瀝青針入度示意圖針入度法測(cè)定粘稠瀝青針入度示意圖 圖圖2 標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)測(cè)定液體瀝青示意圖標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)測(cè)定液體瀝青示意圖 1-瀝青試樣；瀝青試樣；2-活動(dòng)球塞；活動(dòng)球塞；3-流孔；流孔；4-水水 圖圖3 延度儀延度儀 1-試模；試模；2-試樣；試樣；3-電機(jī)；電機(jī)；4-水槽；水槽；5-泄水孔；泄水孔；6-開(kāi)關(guān)；開(kāi)關(guān)；7-指針；指針；8-標(biāo)尺標(biāo)尺 荷蘭學(xué)者普費(fèi)（Pfeiffer）等研究提出，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的針入度和軟化點(diǎn)試驗(yàn) 結(jié)果，找出其間的變化規(guī)律能表征瀝青的感溫性和膠體結(jié)構(gòu)的指標(biāo)，稱 “針入度指數(shù)