沥青材料及防水材料 OK课件.ppt
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1、建筑材料第十章 沥青材料及防水材料,1,建筑材料第十章 沥青材料及防水材料1,本章主要内容与目的: 本章应掌握石油沥青的组成、技术性质和技术标准,在此基础上了解防水材料的基本知识。,2,本章主要内容与目的:2,定义是一种有机胶凝材料,是高分子碳氢化合物和非金属衍生物的混合物。特点 热塑性材料,加热就软化; 憎水性材料,耐水、不溶于水; 良好的粘结性和粘弹性; 较强的耐腐蚀性。,分类按产源分:,地沥青 天然沥青,石油沥青,焦油沥青 煤沥青,木沥青,页岩沥青,第一节 沥青材料,3,定义是一种有机胶凝材料,是高分子碳氢化合物和非金属衍生物,一、石油沥青定义石油原油经蒸馏等提炼各种轻油(如汽油、柴油等
2、)及润滑油后的残留物,或经过加工而得的产品。常温下有固体、半固体或粘性液体三种形态。分类按生产方法不同分: 直馏沥青,溶剂脱沥青,氧化沥青,调和沥青,乳化沥青,改性沥青等。,第一节 沥青材料,4,一、石油沥青第一节 沥青材料4,1. 石油沥青的组成(1)石油沥青的元素组成主要原子:C、H,杂原子:S、N、O,微量金属元素:V、Ni、Fe、Na、Ca、Cu等。,元素的数量组成与沥青性质关系不明确。,(一)石油沥青的组成与结构,5,1. 石油沥青的组成元素的数量组成与沥青性质关系不明确。(一,(2)沥青的化学组分1)石油沥青的化学组成三组分分离法吸附法吸附法是以沥青在吸附剂上的吸附性和在抽提溶剂中
3、溶解性的差异为基础。,沥青,正庚烷沉淀,沥青可溶部分,白土吸附,胶质,油分,沥青质沉淀,(一)石油沥青的组成与结构,6,(2)沥青的化学组分沥青正庚烷沉淀沥青可溶部分白土吸附胶质油,四组分分离法 色谱法美国ASTM D 4124-97,我国SH/T0509-92(1998)。标准试验方法分析流程:,沥青,正庚烷沉淀,沥青可溶部分,硅胶氧化铝色谱柱,饱和分 (S),芳香分(Ar),沥青质沉淀 (At),胶 质(R),正庚烷冲洗,甲苯冲洗,甲苯/乙醇 冲洗,(一)石油沥青的组成与结构,7,四组分分离法 色谱法沥青正庚烷沉淀沥青可溶部分硅胶氧化,2)四组分的结构和特性沥青质沥青质是不溶于正庚烷而溶于
4、苯(或甲苯)的黑色或棕色的无定型固体,除含有碳和氢外,还有一些氮、硫、氧。形态:固体粉末; 分离:在正庚烷中沉淀;分子量:1000100000; 颗粒粒径:530nm;原子:C/H:1.62.8,绝大部分由C、H组成;含量:525,石蜡基原油1,中东原油生产的沥青5;特性:极性很强;随着沥青质含量的增加,沥青的粘结力、粘度增加,温度稳定性、硬度提高;针入度小、软化点高。,(一)石油沥青的组成与结构,8,2)四组分的结构和特性(一)石油沥青的组成与结构8,胶质胶质:也称为树脂。形态:深棕色固体或半固体; 分离:溶解于正庚烷;分子量:100050000; 颗粒粒径:15nm;原子:C/H:1.31
5、.4,大多由C、H组成,含少量的O、S、N;特性:有很强的极性,这一突出的特性使胶质有很好的粘结力。胶质是沥青的扩散剂或胶溶剂,胶质与沥青质的比例在一定程度上决定沥青是溶胶或是凝胶的特性。,(一)石油沥青的组成与结构,9,胶质(一)石油沥青的组成与结构9,芳香族芳香族是由沥青中最低的分子量的环烷芳香化合物组成,是胶溶沥青质的分散介质的主要部分。形态:深棕色的粘稠液体;含量:占沥青总量的2050;分子量:3002000;特性:分子量最低,环烷芳香化合物组成,是胶溶沥青质的分散介质的主要成分;非极性碳链,溶解力很强。,(一)石油沥青的组成与结构,10,芳香族(一)石油沥青的组成与结构10,饱和分饱
6、和分是由直链或支链脂肪属烃以及烷基环烃和一些烷基芳香烃组成的。形态:稻草色或白色,非极性稠状油类。含量:占沥青总量的520 分子量:3002000作用:软化胶质和沥青质。芳香分和饱和分都为油分,在沥青中起着润滑和柔软作用。油分含量愈多,沥青的软化点愈低,针入度愈大,稠度降低。,(一)石油沥青的组成与结构,11,饱和分(一)石油沥青的组成与结构11,蜡分蜡分是指沥青除去沥青质和胶质后,在油分中含有的、经冷冻能结晶析出的,熔点在25以上的混合组分,其主要是高熔点的烃类混合物。结构:结构较简单,正构烷烃及长烷基侧链的少环烃类为主;特点:高温易软化,低温延展性降低,影响沥青与矿料粘结,水稳性差。原因:
7、原油,石蜡基。影响:分析蜡含量对路面性能的影响。,(一)石油沥青的组成与结构,12,蜡分(一)石油沥青的组成与结构12,2、石油沥青的结构胶体理论:大多数沥青属于胶体体系,它是由相对分子量很大,芳香性很高的沥青质分散在分子质量较低的可溶性介质中形成的。 沥青质分子由于对极性强大的胶质具有很强的吸附力,因而形成了以沥青质为中心的胶团核心,而极性相当的胶质吸附在沥青质周围形成中间相。由于胶团的胶溶作用,而使胶团弥散和溶解于分子量较低、极性较弱的芳香分和饱和分组成分散介质中,形成了稳固的胶体。,(一)石油沥青的组成与结构,13,2、石油沥青的结构(一)石油沥青的组成与结构13,组分的相溶特性 油分与
8、胶质相溶;胶质能浸润沥青质;沥青质对油分有憎液性。 胶体结构 以沥青质为核心构成胶核;胶核周围形成胶质薄膜,薄膜外吸附一层油分构成胶团;无数胶团分散在油分中而形成胶体结构。 分散体结构 分散相是吸附部分胶质的沥青质;分散介质是溶有部分胶质的油分。,(一)石油沥青的组成与结构,14,组分的相溶特性 (一)石油沥青的组成与结构14,1. 溶胶结构沥青质含量10,油分及胶质较多,胶团较少,胶团相对运动自由;粘滞性小,流动性大,塑性好,但稳定性较差。,根据沥青中各组分的相对比例不同,胶体结构可分为:溶胶型、凝胶型和溶凝胶型三种类型。,2. 溶凝胶结构介于溶胶结构与凝胶结构之间。高温时具有较低的感温性,
9、低温时又具有较好的形变能力。,(一)石油沥青的组成与结构,15,1. 溶胶结构 根据沥青中各组分的相对比例不同,a、溶胶型结构 b、溶凝胶型结构 c、凝胶型结构,3. 凝胶结构沥青质含量2530,油分与胶质较少,沥青质较多,沥青质胶团间的吸引力增大,且移动较困难,胶团相互连接成不规则空间网状的凝胶结构。弹性和粘性较高,温度敏感性较小,流动和塑性较低。,(一)石油沥青的组成与结构,16,a、溶胶型结构 b、溶凝胶型结构,(二)石油沥青的技术性质,粘滞性(粘性)塑性温度感应性大气稳定性其他性能,17,(二)石油沥青的技术性质粘滞性(粘性)17,1. 粘滞性 粘滞性是指沥青材料在外力作用下沥青粒子产
10、生相互位移的抵抗剪切变形的能力。 粘性用粘度或粘滞度表示,它反映沥青的软硬或稀稠程度。测试方法:绝对粘度法:毛细管法、真空减压毛细管法、布洛克菲尔德法等。相对粘度法:标准粘度、针入度和软化点。,(二)石油沥青的技术性质,18,1. 粘滞性(二)石油沥青的技术性质18,(1)沥青标准粘度试验我国现行试验法(JTJ 052 T 0621-93)规定液体石油沥青、煤沥青和乳化沥青等的粘度,采用道路标准粘度计法。试验方法:液体状态的沥青材料,在标准粘度计中,于规定的温度条件下,通过规定的流孔直径,流出50ml体积所需的时间,以s计。试验条件:以CT,d表示,其中C表示粘度,脚标表示试验条件,其中T表示
11、试验温度,d为流孔直径。试验温度和流孔直径根据液体状态沥青的粘度选择,常用的孔径有3mm、4mm、5mm、10mm等四种。,在相同温度和相同流孔条件下,流出愈长,表示粘度愈大。,(二)石油沥青的技术性质,19,(1)沥青标准粘度试验在相同温度和相同流孔条件下,流出愈长,(二)石油沥青的技术性质,20,(二)石油沥青的技术性质20,(二)石油沥青的技术性质,(2)针入度法是国际上普遍采用测定粘稠沥青稠度的一种方法,也是划分沥青标号采用的一项指标。试验方法:是沥青材料在规定的温度条件下,以规定质量的标准针经过规定时间贯入沥青试样的深度,以0.1mm计。试验条件:针入度以PT,m,t表示,P表示针入
12、度,脚标表示试验条件,其中T为试验温度,m为标准针(包括连杆及砝码)的质量,t为贯入时间。我国现行试验法(T 060493)规定:常用的试验条件为P25,100g,5s。指标特性:针入度值愈大,表示沥青愈软(稠度愈小)。实质上,针入度是测量沥青稠度的一种指标。通常稠度高的沥青,其粘度亦高。,21,(二)石油沥青的技术性质(2)针入度法21,沥青的针入度试验,规定的温度、荷载和时间下进行,(二)石油沥青的技术性质,22,沥青的针入度试验规定的温度、荷载和时间下进行P针入度开始时5,(二)石油沥青的技术性质,2塑性 塑性指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏,除去外力后,仍能保持变形后的形状的性质
13、。 沥青的塑性对冲击振动荷载有一定吸收能力,并能减少摩擦时的噪声,故沥青是一种优良的道路路面材料。 石油沥青的塑性用延度表示。延度愈大,塑性愈好。,23,(二)石油沥青的技术性质2塑性23,试验方法:将沥青试样制成8字形标准试件(最小断面1cm2),在规定拉伸速度和规定温度下拉断时的长度,以cm计,称为延度。沥青的延度采用延度仪来测度。,延度,(二)石油沥青的技术性质,24,试验方法:将沥青试样制成8字形标准试件(最小断面1cm2),,http:/202.117.64.98/ec/C24/net/swf/yd.htm,(二)石油沥青的技术性质,25,延度试验沥青样品模具厘米刻度延度仪http:
14、/202.11,我国国家标准(沥青路面施工及验收规范)(GB 5009296)对重交通道路石油沥青规定延度试验温度采用15,对中、轻交通道路石油沥青规定延度试验温度为25,拉伸速度v=50.25cm/min。指标特性:沥青的延度与沥青的流变特性、胶体结构和化学组分等有密切的关系。研究表明,当沥青化学组分的不协调,胶体结构的不均匀,含蜡量的增加时,都会使沥青的延度值相对降低。,(二)石油沥青的技术性质,26,我国国家标准(沥青路面施工及验收规范)(GB 5009,3沥青的感温性概念:温度感应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。意义:对于路用沥青,温度和粘度的关系是极其重要的性能。
15、沥青混合料在施工过程中的拌和、摊铺和碾压以及铺筑后的使用期间,都要求沥青的粘度在适当的范围之内,否则将影响沥青路面的质量。,(二)石油沥青的技术性质,27,3沥青的感温性(二)石油沥青的技术性质27,(二)石油沥青的技术性质,温度感应性通常用软化点表示。 沥青材料是一种非晶质高分子材料,它由液态凝结为固态,或由固态熔化为液态时,没有明确的固化点或液化点,通常采用条件的硬化点和滴落点来表示,取滴落点和硬化点之间温度间隔的87.21%作为软化点。,28,(二)石油沥青的技术性质 温度感应性通常用软,(二)石油沥青的技术性质,试验方法:环与球法软化点,该法是沥青试样注于内径为18.9mm的铜环中,环
16、上置一重3.5g的钢球,在规定的加热温度(5/min)下进行加热,沥青试样逐渐软化,直至在钢球荷重作用下,使沥青产生25.4mm垂度(即接触底板)时的温度,称为软化点,以计。,29,(二)石油沥青的技术性质试验方法:环与球法软化点,该法是沥青,沥青软化点测量,(二)石油沥青的技术性质,30,沥青软化点测量开始时终止时钢球(二)石油沥青的技术性质30,指标特性:研究认为,多种沥青在软化点时的粘度约为1200Pas或相当于针入度值为800(0.1mm)。针入度是在规定条件下测定沥青的条件粘度,而软化点则是沥青达到规定条件粘度时的温度。故软化点既是反映沥青材料热稳定性的一个指标,也是沥青条件粘度的一
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