沥沥青材料介绍课件.ppt
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1、第九章 沥青材料,沥青的分类,沥青,地沥青,焦油沥青,天然沥青,石油沥青,煤沥青,页岩沥青,木沥青,石油在自然条件下,经长期地球物理因素作用,轻质组分挥发和缩聚而成的沥青类物质。,石油经提炼和加工后所得副产品,各种有机物经干馏后得到的焦油,经再加工后得到的沥青类物质。,按用途将石油沥青分为:道路石油沥青、建筑石油沥青、普通石油沥青,9.1 石油沥青及煤沥青 石油沥青是由石油原油经蒸馏提炼出各种轻质油(如汽油、柴油等)及润滑油以后的残留物,再经过加工而得的产品。9.1.1 石油沥青的组分与结构9.1.1.1 石油沥青的组分 石油沥青是由许多高分子碳氢化合物及其非金属(主要为氧、硫、氮等)衍生物组
2、成的复杂混合物。将沥青中化学成分及性质极为接近,并且与物理力学性质有一定关系的成分,划分为若干个组,这些组就称为“组分”。,沥青中各组分的主要特性简述如下: ()油分。油分为淡黄色至红褐色的油状液体,是沥青中分子量最小和密度最小的组分,密度介于0.71.0cm3之间。在170较长时间加热,油分可以挥发。油分能溶于石油醚、二硫化碳、三氯甲烷、苯、四氧化碳和丙酮等有机溶剂中,但不溶于酒精。油分赋予沥青以流动性。,()树脂(沥青脂胶)。沥青脂胶为黄色至黑褐色粘稠状物质(半固体),分子量比油分大(6001000),密度为1.01.1gcm3。沥青脂胶中绝大部分属于中性树脂。中性树脂能溶于三氯甲烷、汽油
3、和苯等有机溶剂,但在酒精和丙酮中难溶解或溶解度很低,它赋予沥青以良好的粘结性、塑性和可流动性。中性树脂含量增加,石油沥青的延度和粘结力等品质愈好。另外,沥青树脂中还含有少量的酸性树脂,即地沥青酸和地沥青酸酐,是沥青中的表面活性物质。它改善了石油沥青对矿物材料的浸润性,特别是提高了对碳酸盐类岩石的粘附性,并有利于石油沥青的可乳化性。沥青脂胶使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。,()地沥青质(沥青质)。地沥青质为深褐色至黑色固态无定形物质(固体粉末),分子量比树脂更大(1000以上),密度大于1 gcm3,不溶于酒精、正戊烷,但溶于三氯甲烷和二硫化碳,染色力强,对光的敏感性强,感光后就不能溶解。地沥
4、青质是决定石油沥青温度敏感性、粘性的重要组成部分,其含量愈多,则软化点愈高,粘性愈大,即愈硬脆。 另外,石油沥青中还含的沥青碳和似碳物,是石油沥青中分子量最大的。它降低石油沥青的粘结力。 石油沥青中还含有蜡,它会降低石油沥青的粘结性和塑性,同时对温度特别敏感(即温度稳定性差)。所以蜡是石油沥青的有害成分。,9.1.1.2 石油沥青的胶体结构 油分、树脂和地沥青质是石油沥青的三大组分,其中油分和树脂可以互相溶解,树脂能浸润地沥青质,并在地沥青质的超细颗粒表面形成树脂薄膜。所以石油沥青的结构是以地沥青质为核心,周围吸附部分树脂和油分的互溶物而构成胶团,无数胶团分散在油分中而形成胶体结构。根据沥青中
5、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。,(1)溶胶结构。地沥青质含量较少,胶团间完全没有引力或引力很小,在外力作用下随时间发展的变形特性与粘性液体一样。直馏沥青的结构多为溶胶结构。(2)凝胶结构。凝胶结构地沥青质含量很多,胶团间有引力形成立体网状,地沥青质分散在网格之间,在外力作用下弹性效应明显。氧化沥青多属于凝胶结构。(3)溶一凝胶结构介于溶胶与凝胶之间,并有较多的树脂,胶团间有一定吸引力,在常温下受力变形的最初阶段呈现出明显的弹性效应,当变形增加到一定数值后,则变为有阻尼的粘性流动 大部分优质道路沥青均配成溶凝胶型结构,具有粘弹性和触变性,故亦称弹性溶胶。,
6、9.1.2 石油沥青的技术性质,1、粘滞性2、塑性3、温度敏感性4、大气稳定性5、其他性质,1、粘滞性(粘性),定义:石油沥青的粘滞性是反映沥青材料内 部阻碍其相对流动的一种特性。测定方法:条件粘度: 针入度 (粘稠石油沥青) 粘滞度 (液体石油沥青),(1)、针入度 定义:针入度是在规定温度25条件下,以规定质量100的标准针,在规定时间s内贯入试样中的深度来表示。单位:以1/10mm计。实验过程:表示方法:P(25,100g,5s)意义:针入度反映了石油沥青抵抗剪切变形的能力。针入度值越小,表明粘度越大,是目前我国粘稠石油沥青的分级指标,也就是用针入度划分标号。,针入度测定允许最大差值,(
7、2)、粘滞度定义:是在规定温度t,规定直径d的孔流出50cm3所需的时间,以秒表示。表示方法:常用符号“CdtT”表示粘滞度。例如: C525100,粘滞度测定示意图,2、塑性,定义: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。表征指标延度:延度是把沥青制成“”字形标准试件,在规定的拉伸速度和规定的温度(25 )下拉断时的伸长长度。单位用cm计。实验过程:意义:石油沥青的延度愈大,塑性愈好,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。,3、温度敏感性,定义:温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而
8、变化的性能。表征指标软化点: 沥青软化点一般采用环与球法测定。它是把沥青试样装入规定尺寸(直径16mm,高mm)的铜环内,试样上放置一标准钢球(直径9.53mm,质量3.5),浸入水或甘油中,以规定的速度升温(min),当沥青软化下垂至规定距离(25.4mm)时的温度即为其软化点,以摄氏度()计)实验过程:,沥青软化点测定允许差数,意义:沥青软化点越高,沥青的温度稳定性越好。温度敏感性越小,沥青在应用过程中,夏秀软化点不能太低,否则容易融化发软,冬秀不能太高,否则不易施工,而且太硬,容易开裂。,4、大气稳定性,定义:石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气因素的长期综合作用下抵抗老化的性能,称为大
9、气稳定性。也是沥青材料的耐久性。表征指标:蒸发损失百分率和蒸发后针入度比检验方法:先测定沥青试样的重量和针入度,后沥青试样在160条件下,加热蒸发5h,等待冷却后再测其重量及针入度。,意义:大气稳定性即为沥青抵抗老化的性能。决定沥青的耐久性。,5、其他性质,(1)闪点:(也称闪火点)是指沥青在加热过程中挥发出的可燃气体和空气的混合物,在规定的条件下与火焰接触,初次生闪火(有蓝色闪光)时的沥青温度()。 (2)燃点:又称着火点,指加热沥青产生的气体和空气的混合物,与火焰接触能持续燃烧5s以上时,此时沥青的温度即为燃点( ()。(3)溶解度:指沥青在有机溶剂当中的溶解度。,9.1.3 石油沥青的技
10、术标准 根据我国现行石油沥青标准,在工程建设中常用的石油沥青分道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青等,各品种按技术性质划分牌号。 道路石油沥青、建筑石油沥青和普通石油沥青都是按针入度指标来划分牌号的。在同一品种石油沥青材料中,牌号愈小,沥青愈硬;牌号愈大,沥青愈软。同时随着牌号增加,沥青的粘性减小(针入度增加),塑性增加(延度增大),而温度敏感性增大(软化点降低),9.1.4 石油沥青的应用 在选用沥青材料时,应根据工程性质(房屋、道路、防腐)及当地气候条件、所处工程部位(屋面、地下)来选用不同品种和牌号的沥青。 道路石油沥青牌号较多,主要用于道路路面或车间地面等工程,一般拌制成沥青混凝土
11、、沥青拌合料或沥青砂浆等使用。 建筑石油沥青粘性较大,耐热性较好,但塑性较小,主要用作制造油毡、油纸、防水涂料和沥青胶。它们绝大部分用于屋面及地下防水沟槽防水、防腐蚀及管道防腐等工程。对于屋面防水工程,应注意防止过分软化。,为避免夏季流淌,屋面用沥青材料的软化点还应比当地气温下屋面可能达到的最高温度高20以上。但软化点也不宜选择过高,否则冬季低温易发生硬脆甚至开裂。对一些不易受温度影响的部位,可选用牌号较大的沥青。 普通石油沥青含蜡较多,其一般含量大于5,有的高达20以上(称多蜡石油沥青),因而温度敏感性大,故在工程中不直单独使用,只能与其他种类石油沥青掺配使用。,9.1.5 石油沥青的掺配与
12、改性 9.1.5.1 石油沥青的掺配当不能获得合适牌号的沥青时,可采用两种牌号的石油沥青掺配使用,但不能与煤沥青相掺。两种石油沥青的掺配比例可用下式估算: 式中1较软石油沥青用量(); 2较硬石油沥青用量(); 掺配后的石油沥青软化点(); 1较软石油沥青软化点(); 2较硬石油沥青软化点()。 以估算的掺配比例和其邻近的比例(10)进行试配(混合熬制均匀),测定掺配后沥青的软化点,然后绘制“掺配比一软化点”关系曲线,即可从曲线上确定出所要求的掺配比例。,9.1.5.2 氧化改性:通过氧化作用和聚合作用,使分子量变大,提高沥青的粘度和软化点,从而改善沥青的性能。9.1.5.3 矿物填充材料改性
13、:滑石粉、石灰石粉、石棉。由于沥青对矿物填充材料的湿润和填充作用。形成“结构沥青”。9.1.5.4 聚合物改性:聚合物改性沥青复杂,一般认为与沥青有很好的相溶性。改变了体系结构,形成聚合物网络结构。目前使用最多的SBS和APP。,9.1.5.6 煤沥青 煤沥青是炼焦厂或煤气厂的副产品。烟煤在干馏过程中的挥发物质,经冷凝而成黑色粘性液体称为煤焦油,煤焦油经分馏加工提取轻油、中油、重油、蒽油以后,所得残渣即为煤沥青。1、煤沥青的特性 煤沥青的主要组分为油分、脂胶、游离碳等,常含有少量酸、碱物质。由于煤沥青的组分和石油沥青不同,故其性能也不同,主要表现在温度敏感性大,大气稳定性较差,塑性较差。煤沥青
14、中的酸、碱物质都是表面活性物质,由于含表面活性物质较多,故与矿料表面的粘附力较好;防腐性好。因含酚、蒽等有毒物质,防腐蚀能力较强,故适用于木材的防腐处理。2. 煤沥青的应用 煤沥青具有很好的防腐能力、良好的粘结能力。因此可用于配制防腐涂料、胶粘剂、防水涂料,油膏以及制作油毡等。,鉴别方法 由于煤沥青和石油沥青相似,使用时必须加以区别,方法见表8-3鉴别方法,9.2 沥青防水材料,沥青的使用方法很多,可以融化后热用,也可以加熔剂稀释或使其乳化后冷用,涂刷涂层,可以制成沥青胶用来粘贴防水卷材,也可以制成沥青防水制品及配置沥青混凝土。,9.2.1 冷底子油与沥青胶 沥青胶主要用来粘贴防水材料,为了提
15、高与基层的粘结力,常在基层上先涂一层冷底子油。 9.2.1.1 冷底子油 冷底子油是用建筑石油沥青加入汽油、煤油、轻柴油;或者用软化点为50-70度的煤沥青加入苯,融合而配制成的沥青溶液,可以在常温下涂刷,故称冷底子油。 冷底子油作用机理:涂刷在多孔材料表面渗入材料孔隙溶剂挥发沥青形成沥青膜(牢固结合于基层表面,且具有憎水性)。,配制时,常使用30%-40%的石油沥青和60%-70%的溶剂(汽油或煤油),首先将沥青加热至180-200度,脱水后冷却至130-140度,并加入溶剂量的10%煤油,待温度降至约70度时,再加入余下的溶剂(汽油)搅拌均匀为止。冷底子油最好是现用现配。若储藏时,应使用密
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