《沥青及防水材》PPT课件.ppt
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1、第8章 沥青及防水材料,湖南都市职业学院 建筑工程系,授课教师:刘青峰,本章内容,8.1 沥青材料 8.1.1 石油沥青、煤沥青8.1.2 改性沥青8.1.3 沥青防水材料8.2 防水材料8.2.1 合成高分子防水卷材8.2.2 合成高分子新型防水涂料8.2.3 新型建筑密封材料8.2.4 刚性防水材料,学习要求,掌握石油沥青的组成结构、技术性质、分类标准及选用方法,掌握沥青基防水材料,了解橡胶和树脂基防水材料。掌握各种沥青材料和新型防水材料的应用。重点:石油沥青的技术性质及应用、各种防水材料的特点与应用。,8.1 沥青材料,沥青是一种憎水性的有机胶凝材料,它是复杂的高分子碳氢化合物及非金属(
2、氧、硫、氮等)衍生物的混合物。在常温下呈黑色或黑褐色的黏稠状液体、半固体或固体。,特性:,良好的不透水性、粘结性、塑性、抗冲击性、耐化学腐蚀性及电绝缘性等,它与混凝土、石料、钢材以及木材等材料之间具有良好的粘结性,且具有较强的耐酸、碱、盐腐蚀性。,沥青,地沥青,焦油沥青,天然沥青:石油在自然条件下,长时间经受地球物理因素作用形成的产物,石油沥青:石油经各种炼制工艺加工而得的沥青产品,煤沥青:煤经干馏所得的煤焦油,经再加工后得到煤沥青,页岩沥青:页岩炼油工业的副产品,分类,建筑工程主要应用石油沥青。,应用,制造沥青砂浆、沥青混凝土制造防水卷材、防水涂料、防水油膏、胶粘剂及防锈防腐涂料等。广泛用于
3、路面、屋面、防水、耐腐蚀等工程材料。,北京二环主路铺油用上特立尼达湖沥青,北京青年报2002年5月24日,这种曾用于机场跑道和高速路的高标准沥青,首次用于道路路面,就是为了增加二环路的舒适度,延长使用年限。这也是目前本市路面沥青表层最高的配置。每吨5000元,总共花费了800多万元,比一般的道路投资多出了一倍第一层为加强新旧路面的结合;第二层可加强路面整体的高温稳定性和抗车辙性能;第三层是从特立尼达和多巴哥进口的天然沥青,8.1.1 石油沥青、煤沥青,石油沥青:石油经蒸馏等工序提炼出各种轻质油(如汽油、煤油、柴油等)及润滑油后得到的渣油,或再经加工而得到的物质。煤沥青:由煤干馏得到的煤焦油经再
4、加工而得到的产品,也称煤焦油沥青或柏油。,1石油沥青的分类,(1)按原油的成分分为:石蜡基沥青、沥青基沥青和混合基沥青。(2)按石油加工方法不同分为:残留沥青、蒸馏沥青、氧化沥青、裂化沥青和酸洗沥青。(3)按沥青产品在常温下的稠度分:液体沥青和粘稠沥青。(4)按沥青的用途分为:道路石油沥青、建筑石油沥青、防水防潮石油沥青和普通石油沥青。,2、石油沥青的组成和结构,化学组分 化学组分分析方法:将沥青分离为化学性质相近,而且与其工程性质有一定联系的几个组,这些组就称为组分。沥青的组分主要有油分、树脂和地沥青质,各组分含量多少直接关系到沥青的技术性质。我国现行公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ
5、052-2000)规定有三组分和四组分两种分析法。,(1)三组分分析法,按三组分分析法所得各组分的性状列如下表。,石油沥青三组分分析法的各组分性状,性状,将石油沥青分离为:饱和分、芳香分、胶质和沥青质。石油沥青按四组分分析法所得各组分的性状如下表:,性状,(2)四组分分析法,2、石油沥青的组成和结构,胶体结构(1)溶胶型结构(2)溶-凝胶型结构(3)凝胶型结构,a)b)c)沥青胶体结构示意图a)溶胶型结构;b)溶-凝胶型结构;c)凝胶型结构,沥青胶体结构示意图,1.物理常数 2.粘滞性 3.延性 4.温度敏感性,5.耐久性6.安全性7.其他性质,3石油沥青的技术性质,密度在规定温度条件下,单位
6、体积的质量。单位:kg/m3或 g/cm3。我国现行试验方法规定测定15下沥青密度。相对密度在规定温度下,沥青质量与同体积水质量 之比。我国现行方法规定测定25下的相对密度。沥青15密度与25相对密度之间的换算公式:沥青与水的相对密度(25/25)=沥青的密度(15)0.996,(1)物理常数,反映沥青材料内部阻碍沥青粒子产生相对流动的能力,简称为粘性,以绝对粘度表示。沥青的粘度是沥青首要考虑的技术指标之一。沥青绝对粘度的测定方法精密度要求高,操作复杂,不适于作为工程试验,因此,工程中通常采用条件粘度反映沥青的粘性。,(2)粘滞性,针入度,针入度的定义针入度在规定温度条件下,以规定质量的标准针
7、经过规定的时间贯入沥青试样的深度,单位:0.1mm。常用试验条件:,规定温度:25 标准针质量:100g 贯入时间:5s,针入度试验仪,表示方法:P(25,100g,5s)。表征意义 沥青的针入度值愈大,表示沥青的粘度愈小。针入度是目前我国粘稠石油沥青的分级指标。标号:一般取针入度的平均值。例如:90号沥青,针入度范围为80(.mm)110号沥青,针入度范围为80(.mm),针入度,是沥青材料当受到外力拉伸作用时,所能承受的塑性变形的总能力,以延度作为条件延性的表征指标。延度将沥青试样制成8字形标准试件,采用延度仪,在规定拉伸速度和规定温度下拉断时的长度,单位:cm。规定条件为:试验温度有0、
8、15、25三种;拉伸速度有1 cm/min、5cm/min两种。,(3)延性,沥青延度测定示意图,延度试验样品,延度的表示方法:D(T,v)其中,T为试验温度,v为拉伸速度。测定延度的意义 沥青延度与其流变特性、胶体结构和化学组分等有着密切的关系。研究表明:随着沥青胶体结构发育成熟度的提高,含蜡量的增加,以及饱和蜡和芳香蜡的比例增大等,都会使沥青的延度值相对降低。沥青延度越大,其塑性变形越大,有利于低温变形。,沥青延度,1)软化点2)针入度指数3)脆点,高温性能指标,低温性能指标,(4)温度敏感性,沥青材料是一种非晶质高分子的混合材料,没有固定的熔点。沥青材料在由固态转变为液态的温度阶段是一种
9、粘滞流动状态,在工程施工和使用中为保证沥青不致由于温度升高而产生流动的状态,常常采用软化点来表示沥青的温度敏感性。软化点人为选定的沥青由固态到液态的转变温度范围中的一个条件粘度。,1)软化点,我国现行试验方法要求采用环与球法软化点。如图,该法是将沥青试样注于规定内径的铜环中,环上置一钢球,在规定的加热速度下,沥青试样逐渐软化,直至在钢球荷重作用下滴落到下层金属板时的温度,称为软化点,单位:。表示:TR&B,注意:初始温度5 加热速度为5/min,软化点测定方法,软化点试验仪,沥青软化点越高,沥青的温度稳定性越好。针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度,软化点则是沥青达到规定条件粘度时的温度。因
10、此,软化点既是反映沥青材料温度稳定性的一项指标,又是沥青粘度的一种量度。,软化点的意义,2)针入度指数,沥青的针入度指数评价沥青技术性质的一个重要指标,既可以反映沥青的感温性,又可以划分沥青的胶体结构。公式 针入度指数(Penetration Index,简称PI)是P.Ph.普费(Pfeifer)和F.M.范杜尔马尔(Van Doormaal)等提出的一种评价沥青感温性的指标。研究观点:沥青针入度值的对数(lgP)与温度(T)具有线性关系,表达式为:,式中:A为直线斜率,称为针入度-温度感应性系数。表示沥青针入度随温度的变化率。如图,A 值越高,沥青对温度的敏感性越大。K为截距(常数)。,针
11、入度-温度感应性关系图,根据已知的针入度值P(25,100g,5s)和软化点TR&B 假设软化点时的针入度值为 800(0.1mm)(沥青达到软化点时,针入度一般为6001000,0.1mm)建立针入度-温度感应性系数A的基本公式:,A值的求取公式:,存在问题:针入度-温度感应性系数A值为小数,使用不方便,引入PI值的概念。经验公式:,A值的求取公式:,针入度指数愈大,表示沥青对温度的敏感性愈低。划分沥青的胶体结构:,针入度指数的应用,沥青材料在低温下受到瞬时荷载时常表现为脆性破坏,沥青脆性的测定极为复杂。目前测试方法:采用弗拉斯(Fraass)脆点。拉斯脆点试验原理:将沥青试样在一个标准的金
12、属薄片上摊成薄层,将其置于脆点仪内并使其稍稍弯曲。当以1/min的速度降温时,沥青薄膜的温度随之逐渐降低,当降至某一温度时,沥青薄膜在规定弯曲条件下会出现一个或多个裂缝,此时的温度即为沥青的脆点。,3)脆点,我们讲述了石油沥青的粘滞性、延性和温度敏感性。表征这三项性质的三大指标为:针入度、延度、软化点 是评价粘稠石油沥青技术性质最常用的经典指标。,石油沥青的三大技术性质,(5)耐久性,影响因素 沥青材料在施工时需要加热,工程完成投入使用过程中又要长期经受大气、日照、降水、气温变化等自然因素的作用而影响耐久性。沥青的老化 1)定义:在上述因素的综合作用下会产生不可逆的化学变化,而导致工程性能逐渐
13、劣化的过程称为老化。2)评价方法:采用蒸发损失试验和薄膜加热试验。(沥青试样在160条件下,加热蒸发5h),3)评价指标:,蒸发后沥青延度,(5)耐久性,沥青使用时必须加热,由于沥青在加热过程中挥发出的油会与周围的空气组成混合气体,当遇到火焰会发生闪火,此时的温度称为闪点。若继续加热,挥发的油分饱和度增加,与空气组成的混合气体遇火极易燃烧,燃烧时的温度称为燃点。评价指标:闪点。闪点和燃点是保证沥青安全加热和施工的一项重要指标。通常采用克利夫兰开口杯法测定(简称COC法)。,(6)安全性,为综合评价沥青的技术性能,还应全面地了解沥青的其他性质,如溶解度、含蜡量、粘附性等。1)溶解度:指沥青在有机
14、溶剂(三氯乙烯、四氯化碳、苯等)中可溶物的百分含量。可以反映沥青中起粘结作用的有效成分的含量。2)蜡:性脆,易裂缝,对沥青的生产和使用都有重要的影响。对我国采用石蜡基原油炼制的沥青尤为重要,含蜡量将直接影响沥青产品的质量。3)粘附性:评价石料的化学等级,等级越高,沥青与石料的粘附性越强。,(7)其他性质,4.石油沥青的技术标准,(1)建筑石油沥青技术标准 标号:建筑石油沥青按针入度值划分为40号、30号和10号 三个标号。特点:与道路石油沥青相比,针入度较小,延度较小,软化 点较高。技术标准:建筑石油沥青GB/T494-98的规定,见下表:,(1)建筑石油沥青技术标准,道路石油沥青的质量应符合
15、道路石油沥青技术标准。沥青结合料各个等级的适用范围、适宜的气候分区应如下表。,(2)道路石油沥青技术标准,(2)道路石油沥青技术标准,沥青路面温度分区由高温和低温组合而成。第一个数字代表高温分区:采用最近30年内年最热月的平均日最高气温的平均值作为反映高温和重载条件下出现车辙等流动变形的气候因子。第二个数字代表低温分区:采用最近30年内的极端最低气温作为反映路面温缩裂缝的气候因子。数字越小表示气候因素越严重。,沥青路面温度,沥青路面温度,5.石油沥青的选用,选用原则是,根据工程性质(道路、房屋、防腐)、使用部位以及气候条件来选用不同品种和牌号的沥青。在满足主要技术性能要求的前提下,应选用较大牌
16、号的石油沥青,以保证其具有较长的使用年限。,道路石油沥青,具有黏滞性小、塑性好等特点,多用于拌制沥青混凝土和沥青砂浆等,用于道路路面或车间地面等工程。道路石油沥青还可用作密封材料、粘结剂及沥青涂料等。在建筑工程中,有时用60号沥青与建筑石油沥青掺配使用。,建筑石油沥青,具有黏滞性较大、塑性较差、温度敏感性较小等特点,主要用作制造防水卷材、防水涂料和沥青胶等,用于屋面及地下防水、沟槽防水、防腐蚀及管道防腐等工程。使用时制成的沥青胶膜较厚,增大了对温度的敏感性。对不受较高温度作用的部位,宜选用牌号较大的沥青。根据要求可选用10号或30号,或将10号与30号,60号掺配使用。严寒地区屋面工程不宜单独
17、使用10号沥青。对于屋面防水工程,应防止沥青因软化而流淌。由于沥青吸热,在夏天高温季节,一般屋面沥青防水层的温度高于当地环境气温2530;为避免夏季流淌,一般屋面用沥青的软化点应高于当地屋面最高温度20以上,并适当考虑屋面的坡度。,防水防潮石油沥青,针入度均与30号建筑石油沥青相近,但软化点比30号沥青高1530,所以质量优于建筑石油沥青,特别适合用作防水卷材的涂料及屋面与地下防水的粘结材料。3号沥青温度敏感性一般,适用于一般温度下的室内及地下防水工程4号沥青温度敏感性较小,适用于一般地区可行走的缓坡屋面防水5号沥青温度敏感性小,适用于一般地区暴露屋顶或气温较高地区的屋面防水6号沥青温度敏感性
18、最小,适用于一般地区,特别是用于寒冷地区的屋面及其他防水工程。,6、煤沥青,化学组成和组分 煤沥青的组成主要是芳香族碳氢化合物及其氧、硫、碳的 衍生物的混合物。煤沥青化学组分的分析方法与石油沥青的方 法相似,目前主要将煤沥青分离为:油分、树脂A、树脂B、游 离碳C1和游离碳C2等5个组分。技术性质 煤沥青与石油沥青相比,在技术性质上有下列差异:(1)温度稳定性较差。(2)气候稳定性较差。(3)与矿质集料的粘附性较好。(4)防腐能力强,适用于地下防水工程及防腐工程,还可以浸渍油毡。将其用于木材防腐中,有较好的效果。,煤沥青和石油沥青简易的鉴别方法,通常可用烧热的铁棒去烫,煤沥青发出刺激性臭味,石
19、油沥青有松香味。也可以取一点沥青渣,在少量汽油或煤油中试溶,全溶者为石油沥青,不溶者为煤沥青。煤沥青因含有葸、萘、酚等而有毒性,在贮运和施工中,应遵守有关劳保规定,以防止中毒。,8.1.2 改性沥青,在沥青中加入适量的磨细矿物填充料、橡胶、树脂等添加剂制成改性沥青基材料,以满足使用要求。1基层处理剂(1)冷底子油(2)乳化沥青 2矿物填充料改性沥青沥青玛蹄脂3聚合物改性(1)苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)改性沥青。(2)无规聚丙烯(APP)改性沥青。4其他改性(1)再生橡胶改性沥青。(2)橡胶和树脂共混改性沥青。,1基层处理剂,冷底子油乳化沥青,(1)冷底子油,将沥青溶解于有机溶剂中的沥青涂
20、料。它可以用3040的10号或30号石油沥青与60一70的稀释剂(汽油、煤油、柴油)按比例配制而成。由于它多在常温下用于防水工程的底层,故称为冷底子油。粘度小,能渗透到混凝土、砂浆、木材等基底的表层内,待溶剂挥发后,会在基底表面形成一层粘结牢固的沥青膜层。作用:使基底表面具有憎水性,并为粘贴同类防水材料创造有利条件。随用随配,若贮存时,应使用密闭容器,以防止溶剂挥发。,(2)乳化沥青,乳化沥青是将粘稠沥青热融,经过机械的作用,以细小的微滴(粒径约为25m)状态分散于含有乳化稳定剂的水溶液中,形成水包油状的沥青乳液。乳化沥青的优点1)常温施工、节约能源。2)便于施工、节约沥青3)保护环境、保障健
21、康。4)路面粗糙,减少事故。,乳化沥青的应用,一般,针入度为1030(0.1mm)的石油沥青多用来制备建筑防水用乳化沥青;针入度为100300(0.1mm)的石油沥青多用来制备路用乳化沥青。近几年阳离子乳化沥青发展很快。在道路工程中,以阳离子乳化沥青为主,可以用于路面的保护层结构、修补路面,也可以用作路面抗滑表层。,2矿物填充料改性沥青沥青玛蹄脂,沥青与适量的粉状或纤维状矿物质填充料的混合物。目前,以石油沥青玛蹄脂为主,而焦油沥青玛蹄脂已极少使用。沥青胶常用l0号或30号石油沥青配制。掺入填料的目的不仅是为了节省沥青,更主要的是为了提高沥青玛蹄脂的粘结性、耐热性及大气稳定性等。使用纤维状填料还
22、可以提高柔韧性和抗裂性。常用的粉状填料有石灰石粉、滑石粉,常用的纤维状填料有石棉绒和石棉粉等。,(1)沥青玛蹄脂的技术要求,1)耐热性:沥青玛蹄脂的耐热性用耐热度来表示。其测定方法是将用2mm厚的沥青玛蹄脂粘合的两张油纸放在45斜面上,在一定温度下停放5h,沥青玛蹄脂不流淌,油纸不相互滑动时的最高恒温温度即为耐热度。2)粘结性:沥青玛琦脂的粘结性是保证被粘结材料与底层粘结牢固的性质。其测定方法是在两张油纸之间涂2mm厚沥青玛蹄脂,然后慢慢撕开,若油纸与沥青玛蹄脂脱离的面积不超过粘结面积的12,则粘结性合格。3)柔韧性:柔韧性是保证沥青玛蹄脂在使用中受到基层变形影响时不致破坏的性质。其测定方法是
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