沥青及高分子材料.ppt
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1、第九章 沥青及合成高分子材料,沥青是一种有机胶结材料,是有机化合物的复杂混合物。沥青具有良好的粘结性、塑性、不透水性及耐化学侵蚀性,但会老化。沥青材料广泛应用于道路路面及桥梁工程中,也应用于建筑工程之中。,(一)石油沥青的生产和分类(二)石油沥青的组成和结构(三)石油沥青的主要技术性质(四)石油沥青的技术质量标准、鉴别与应用(五)石油沥青的掺配,第一节 沥青一、石油沥青,(一)油沥青的生产和分类,1、生产工艺,石油沥青生产工艺流程示意图,第一节 沥青一、石油沥青,2、石油沥青的分类,(一)石油沥青的生产和分类,第一节 沥青一、石油沥青,(二)石油沥青的组成和结构,A:石油沥青的元素组成B:石油
2、沥青的化学组分分析法 1.三组分分析法 2.四组分分析法 3.沥青中的含蜡量C:石油沥青的结构,第一节 沥青一、石油沥青,A:石油沥青的元素组成,石油沥青是由多种碳氢化合物及其非金属(氧、硫、氮)的衍生物组成的混合物。,(二)石油沥青的组成和结构,第一节 沥青一、石油沥青,B:石油沥青的化学组分分析法,(1)油分:粘性液体,使沥青具有流动性(2)树脂:半固体,有酸性和中性之分 酸性树脂(沥青酸、沥青酸酐):提高粘接力 中性树脂(含量多):使沥青具有粘性和可塑性。(3)沥青质:固体粉末,使沥青具有粘性和耐高温性,含量高,沥青变硬、变脆。在三组分中,油分树脂可互溶,树脂可浸润地沥青质。其溶解度与温
3、度有关。,1.三组分分析法,(二)石油沥青的组成和结构,第一节 沥青一、石油沥青,B:石油沥青的化学组分分析法,(1)饱和分:也称饱和烃。相当于油分,在老化过程中基本不变。(2)环烷芳香分:亦称芳香烃。相当于油分的一种,老化过程中会转变成胶质。(3)极性芳香分:亦称胶质。相当于树脂。(4)沥青质。,2.四组分分析法,(二)石油沥青的组成和结构,第一节 沥青一、石油沥青,B:石油沥青的化学组分分析法,我国富产石蜡基原油,蜡对沥青性能影响的研究是一个重要课题。蜡对沥青路用性能的影响主要在于:(1)蜡在高温时使沥青变软,导致沥青路面的高温和稳定性降低,出现车辙;(2)蜡在低温时会使沥青脆硬,导致路面
4、低温抗裂性降低,出现裂缝;(3)蜡使沥青与石料的粘附性降低,使石料与沥青产生剥落现象,造成路面破坏;(4)更严重的是,蜡使路面的抗滑性降低,影响行车安全。,3.沥青中的含蜡量,(二)石油沥青的组成和结构,第一节 沥青一、石油沥青,C:石油沥青的结构,在常温下,沥青随组分不同,呈溶胶结构(液态)、溶胶-凝胶结构(半固态)、凝胶结构(固态)3种结构形式。随温度变化,状态也会发生变化。固态(半固态)可变成液态。,(二)石油沥青的组成和结构,第一节 沥青一、石油沥青,(三)石油沥青的主要技术性质,1、粘滞性2、延展性(塑性)3、温度感应性4、大气稳定性(抗老化性)5、闪点和燃点6、溶解度7、含水量,第
5、一节 沥青一、石油沥青,(三)石油沥青的主要技术性质,第一节 沥青,1、粘滞性,粘滞性是沥青在外力作用下抵抗发生形变的性能指标。液体沥青是稀稠程度;半固体与固体沥青是软硬程度。液态沥青的粘滞性用粘滞度表示;半固体或固体沥青的粘滞性用针入度表示。粘滞度是液态沥青在一定温度下,经规定直径的孔洞漏下50mL所需要的时间(s)。针入度是指在温度为25的条件下,以质量100g的标准针,经5s沉入沥青中的深度,每深入0.1mm称为1度。沥青的牌号划分主要是依据针入度的大小确定的。,一、石油沥青,(三)石油沥青的主要技术性质,第一节 沥青,2、延展性(塑性),塑性是指沥青在外力作用下,产生变形而不被破坏的能
6、力。沥青塑性的大小与它的组分和所处温度紧密相关。沥青的塑性随温度升高(降低)而增大(减小);沥青质含量相同时,树脂和油分的比例将决定沥青的塑性大小,油分、树脂含量愈多,沥青塑性愈大。沥青的塑性用延伸度来表示。,一、石油沥青,(三)石油沥青的主要技术性质,第一节 沥青,3、温度感应性,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。随着温度的升高,沥青的粘滞性降低,塑性增加,这样变化的程度越大,则表示沥青的温度敏感性越大。沥青的高温感应性用软化点表示。沥青的低温抗裂性用脆点表示。针入度、延度和软化点称为沥青的三大指标。,一、石油沥青,(三)石油沥青的主要技术性质,第一节 沥青,4、大
7、气稳定性(抗老化性),大气稳定性是指沥青长期在阳光、空气、温度等综合作用下,性能稳定的程度。可以用沥青的蒸发损失量及针入度变化来表示。沥青牌号选用时,应考虑软化点要求:选用沥青的软化点应比当地可能出现的最高温度高15-20。在此前提下,尽量选用牌号大的沥青,以延长使用年限。老化是沥青组分在大气、水分、阳光等作用下,随着时间的延长而变化的过程。组分的演变:油分变成树脂(饱和芬不变,芳香芬即不饱和芬变),速度慢;树脂变成地沥青质,速度快。结果:油分、树脂逐渐减少,地沥青质逐渐增多。性能:沥青变硬、变脆。,一、石油沥青,(三)石油沥青的主要技术性质,第一节 沥青,5、闪点和燃点,闪点是指沥青达到软化
8、点后再继续加热,则会发生热分解而产生挥发性的气体,当与空气混合,在一定条件下与火焰接触,初次产生蓝色闪光时的沥青温度。燃点又称着火点。当沥青温度达到闪点,温度如再上升,与火接触而产生的火焰能持续燃烧5s以上时,这个开始燃烧的温度即为燃点。各种沥青的最高加热温度都必须低于其闪点和燃点。,一、石油沥青,(三)石油沥青的主要技术性质,第一节 石油沥青,6、溶解度,沥青的溶解度是指沥青在溶剂中(苯或二硫化碳)溶解的百分率。沥青溶解度是用来确定沥青中有害杂质含量的。沥青中有害物质含量高,主要会降低沥青的粘滞性。一般石油沥青溶解度高达98%以上,而天然沥青因含不溶性矿物质,溶解度低。,一、石油沥青,(三)
9、石油沥青的主要技术性质,第一节 石油沥青,7、含水量,水在纯沥青中溶解度在0.001%-0.01%之间。沥青吸收的水分取决于所含能溶于水的盐分的多少,沥青含盐分越多,水作用时间越长,水分就越大。由于沥青中含有水分,施工前要进行加热熬制。在加热过程中,应加快搅拌,促使水分蒸发,并降低加热温度,而且锅内沥青不能装得过多。,一、石油沥青,(四)石油沥青的技术质量标准、鉴别与应用,第一节 沥青,1、道路石油沥青的技术标准2、建筑石油沥青的技术标准3、防水防潮石油沥青技术标准4、石油沥青的适用与掺配,一、石油沥青,(四)石油沥青的技术质量标准,第一节 沥青,1、道路石油沥青的技术标准,根据道路石油沥青(
10、SH/T0522-2000)规定,道路石油沥青按针入度分为200号、180号、140号、100号、60号五个牌号。各牌号的主要技术指标见表9.1所示。,牌号愈大,沥青愈软,针入度愈大,延度愈大,而软化点愈低。,一、石油沥青,2、建筑石油技术标准 根据建筑石油沥青(GB/T494-2010)规定,建筑石油沥青按针入度不同分为10号、30号、40号三个牌号。各牌号的主要技术指标见表9.2所示,(四)石油沥青的技术质量标准,第一节 沥青,一、石油沥青,牌号愈大,沥青愈软,针入度愈大,延度愈大,而软化点愈低。,3、防水防潮石油沥青技术标准 防水防潮石油沥青是由石油减压渣油经加制作而成。根据防水防潮石油
11、沥青(SH/T0002-90)规定,按产品的针入度指数分为4个牌号:3号、4号、5号、6号四个牌号。各牌号的主要技术指标见表9.3所示。,(四)石油沥青的技术质量标准,第一节 沥青,一、石油沥青,石油沥青的简易鉴别,使用沥青,应对其牌号加以鉴别。在施工现场可用简易鉴别方法。,沥青简易鉴别方法,(四)石油沥青的技术质量标准,第一节 沥青,一、石油沥青,4、石油沥青的掺配,在实际应用中,若一种沥青不能满足软化点的要求,可使用两种或三种沥青掺配使用。,(四)石油沥青的技术质量标准,第一节 沥青,一、石油沥青,煤沥青(俗称柏油)是炼焦或生产煤气的副产品。烟煤干馏时所挥发的物质冷凝为煤焦油,煤焦油经分馏
12、加工,提取出各种油质后的产品即为煤沥青。,煤沥青可分为硬煤沥青与软煤沥青两种。硬煤沥青是从煤焦油中蒸馏出轻油、中油、重油及蒽油之后的残留物,蒸馏温度高于270C,常温下一般呈硬的固体。软煤沥青是从煤焦油中蒸馏出水分、轻油及部分中油后得到的产品,蒸馏温度低于270。路用煤沥青多为700以上的高温煤焦油加工而得,具有一定的温度稳定性。,(一)煤沥青的组分(二)煤沥青的技术指标(三)煤沥青与石油沥青的区别,第一节 沥青,二、煤沥青,(一)煤沥青的组分,第一节 沥青 二、煤沥青,(二)煤沥青的技术指标,与石油沥青相比,由于组分的不同,由而性能上有以下差异:1.温度稳定性低2.大气稳定性差3.塑性差4.
13、与矿料粘附性好5.密度比石油沥青大6.有毒,第一节 沥青,二、煤沥青,(三)煤沥青与石油沥青的区别,煤沥青与石油沥青都是一种复杂的高分子碳氢化合物,它们的外观相似,具有共同点,但由于组分不同,它们之间存在着很大区别。,第一节 沥青 二、煤沥青,三、其它(改性)沥青,(一)乳化沥青(二)再生沥青(三)改性沥青,第一节 沥青,(一)乳化沥青,将粘稠沥青热融至流动态,经过机械力的作用,使沥青以细小的微粒状态(1-5m)分散于含有乳化剂稳定剂的水溶液中,成均匀稳定的乳状液,又称沥青乳液。,优点:1.冷态施工,节约能源2.便利施工,节约沥青3.保护环境,保障健康,三、其它(改性)沥青,第一节 沥青,(1
14、)沥青:石油沥青,比例占4-60%,针入度愈大愈易乳化;溶胶结构易于乳化,但其粘附性不如溶凝胶结构的沥青。(2)乳化剂:为表面活性剂,包裹沥青微粒表面,使表面带有电荷,相互排斥,使沥青均匀分散于乳液中。通常有阳离子型、阴离子型和两性离子型三种。(3)稳定剂:常用的有氯化钙、聚乙烯醇和聚乙烯醇硝丁醇。使乳液具有良好的贮存稳定性和施工便宜性。(4)水:应采用不含钙、镁等杂质的pH值为7.4左右的纯净水。,1.乳化沥青的组成,(一)乳化沥青,三、其它(改性)沥青,第一节 沥青,2.乳化沥青的乳化过程,(一)乳化沥青,三、其它(改性)沥青,第一节 沥青,4、应用 乳化沥青常应用于透层油和透层油封层;洒
15、布封层;防尘处理;表层补强;稳定作用;冷再生;改性封层;冷拌坑槽修补;粘结封层;预涂层;道路裂缝修补;防护层。,3、分类 乳化沥青按破乳速度分为:快凝型、中凝型和慢凝型。沥青乳液在使用过程中,与矿料接触后,乳液中的水分逐渐散失,水膜逐渐变薄,并使沥青颗粒相互凝聚,将乳化剂薄膜挤裂而成连续的沥青粘结膜层,称为沥青乳液的裂解(破乳)。,(一)乳化沥青,三、其它(改性)沥青,第一节 沥青,(二)再生沥青,沥青再生的步骤:1.掺入油分与较低分子量的沥青树脂和混合液(再生剂),使其充分渗入已老化的旧沥青块中,并使其软化、分解。2.掺入含有较多高分子的石油沥青,用热拌法使它与软化的旧沥青充分融合,拌匀,成
16、为再生沥青。,再生沥青是指将老化的沥青掺加再生剂后,使其恢复到原来(或接近原来)性能的一种沥青。,三、其它(改性)沥青,第一节 沥青,(三)改性沥青,常用的方法和改性沥青的种类:1.橡胶改性沥青2.树脂改性沥青3.橡胶和树脂改性沥青4.矿物填充料改性沥青,改性是指提高沥青的粘性,改善沥青的高温稳定性,低温抗裂性,提高沥青的抗老化性能。,三、其它(改性)沥青,第一节 沥青,一、防水卷材的技术性质 1抗拉强度2延伸率3抗撕裂强度4不透水性5温度稳定性,第二节 防水卷材传统防水卷材指油纸和油毡,是由沥青浸渍胎纸制作而成,价格低廉,但性能相对较差。发展趋势:随着合成高分子材料的发展,防水卷材已由沥青基
17、向高聚物改性沥青基和橡胶、树脂等合成高分子防水卷材发展。油毡的胎体也从纸胎向玻璃纤维胎或聚酯胎方向发展。防水层的构造由多层向单层方向发展,一、防水卷材的技术性质 二、沥青防水卷材三、高聚物改性沥青防水卷材四、合成高分子防水卷材,第二节 防水卷材,二、沥青防水卷材1石油沥青纸胎油毡 石油沥青纸胎油毡系采用低软化点石油沥青浸渍原纸(纸胎),用高软化点沥青涂盖油毡两面,再撒以隔离材料而制成的防水卷材。石油沥青纸胎油毡(GB326-2007)规定:油毡按卷重和物理性能分为型、型、型;油毡的幅宽为1000mm(其他规格可由供需双方商定);每卷油毡的总面积为(200.3)m2。其物理性能指标见表9.6。性
18、能:相对较差。应用:型、型油毡适用于辅助防水、保护隔离层、临时性建筑防水、防潮及包装等;型油毡适用于屋面工程的多层防水。,第二节 防水卷材,二、沥青防水卷材2石油沥青玻璃布胎油毡 用玻璃布胎代替纸胎而制成的石油沥青玻璃布胎油毡,与石油沥青纸胎油毡相比,具有拉力大、柔度高、抗霉菌腐蚀性强的特点。石油沥青玻璃布胎油毡(JC/T84-1996),石油沥青玻璃布胎油毡按物理性能分为一等品(B)和合格品(C)二个等级;每卷质量15k(包括不大于0.5kg的硬质卷芯);每卷面积为20m20.3m2。性能:用玻璃布胎代替纸胎,抗拉强度、抗撕裂强度较高。应用:主要用于要求强度高,耐霉菌侵蚀性强,及铺设地下防水
19、、防潮层、金属管道等复杂部位的防水工程。,第二节 防水卷材,二、沥青防水卷材3沥青复合胎柔性防水卷材 沥青复合胎柔性防水卷材是以涤绵无纺布-玻纤网格布复合毡为胎基,浸涂胶粉改性沥青,以细砂、聚乙烯膜、矿物粒(片)料等为覆面材料制成的用于一般建筑防水工程的防水卷材。沥青复合胎柔性防水卷材(JC690-2008)规定,此类卷材的规格及分类如下:幅宽1000mm;厚度分3mm、4mm;面积分10m2、7.5m2;按上表面覆面材料分为聚乙烯膜(PE)、细砂(S)、矿物粒片料(M);按物理力学性能分为型、型。其 主要物理力学性能指标见表9.7 性能:胎基、浸涂沥青均进行改进,性能更好(不透水性强、耐热性
20、及低温柔性好、抗裂性强,且耐老化性能好)。应用:用于环境复杂且对防水要求较高的工程中。,第二节 防水卷材,三、高聚物改性沥青防水卷材 高聚物改性沥青防水卷材是以高聚物改改性沥青为涂盖层,以纤维织物或纤维毡为基胎制作的防水卷材。改性从二个方面:一是改性沥青:以改变传统沥青温度稳定性差、延伸率低的不足。二是改善基胎:用纤维织物或纤维毡的基胎极大地提高了基胎的抗拉能力。性能:高温不流淌、低温不脆裂、拉伸强度高、且延伸率大等。常用种类:1弹性体改性沥青防水卷材 2塑性体改性沥青防水卷材,第二节 防水卷材,四、合成高分子防水卷材 合成高分子防水卷材是以合成树脂、合成橡胶或橡胶塑料共混体为基料,加入适量的
21、助剂和填充料,经过特定工序而制成的防水卷材。特点:具有强度高、延伸率大、弹性高、高低温稳定性好、防水性能优异等。应用:用于高级宾馆、大厦、游泳池、厂房等要求有良好防水性的屋面、地下等防水工程。常用种类:1三元乙丙橡胶(EPDM)防水卷材 2聚氯乙烯(PVC)防水卷材 3氯化聚乙烯橡胶共混防水卷材,第三节 建筑涂料,建筑涂料是指涂抹在建筑物表面(墙面、地面或特殊部位),与表面牢固粘接而形成连续膜层,起保护功能、装饰功能或其他特殊功能的材料。,按使用部位分,外墙涂料内墙涂料地面涂料,按成膜物质的化学组成分,有机高分子涂料无机涂料有机复合涂料,溶剂型水溶型乳液型,按功能分,装饰涂料防火涂料防水涂料防
22、腐涂料保温涂料,第三节 建筑涂料,一、防水涂料,防水涂料是指在常温下呈粘稠状态的物质(高分子材料、沥青等),涂布在基体表面,经溶剂或水分挥发,或各组分间的化学变化,形成具有一定弹性的连续薄膜,使基层表面与水隔绝,并能抵抗一定的水压力,从而起到防水、防潮和粘结的作用。,(一)沥青类防水涂料(二)高聚物改性沥青防水涂料(三)合成高分子防水涂料(四)聚合物水泥防水涂料,第三节 建筑涂料,一、防水涂料,(一)沥青类防水涂料1、冷底子油(1)制作。将建筑石油沥青(10号、30号、40号)加入汽油、柴油溶合而成的常温下呈液态,可直接用于涂刷的沥青溶液。工程中一般要求现用现配,并用密闭容器存放,以防溶剂挥发
23、。常用配比为:石油沥青:汽油=30:70;石油沥青:汽油或柴油=40:60。(2)应用。冷底子油一般不单独作为防水材料使用,多作为打底材料与沥青胶配合使用,以提高沥青胶与基层的粘接力。,第三节 建筑涂料,一、防水涂料,(一)沥青类防水涂料2、沥青胶(又称玛蹄脂)(1)制作。在沥青材料中加入了粉状填料、纤维状填料而制成的胶体状材料。填料的加入可提高沥青胶的耐热性、柔韧性。常用的粉状填料有石灰石粉、白云石粉、滑石粉等;纤维状材料有木质纤维、石棉屑等。(2)应用。主要用作粘贴防水卷材,施工中可采用冷用法和热用法,热用法防水效果好于冷用法。沥青胶有S-60、S-65、S-70、S-75、S-80、S-
24、85等几个标号,选用时应根据屋面坡度及历年最高温度选择。,第三节 建筑涂料,一、防水涂料,(一)沥青类防水涂料3、水乳型沥青防水涂料(1)制作。以水为介质,采用化学乳化剂或矿物乳化剂制得的沥青基防水涂料。此类涂料分为L型和H型;外观要求搅拌后均匀无色差、无凝胶、无结块、无明显沥青丝。(2)特点。此涂料为沥青乳化液,常温下可施工,且无油类挥发,对环境影响较小。(3)应用。主要用于防水要求不高(、)的屋面、厨房及洗漱间等防水。,第三节 建筑涂料,一、防水涂料,(二)高聚物改性沥青防水涂料 1、生产。高聚物改性沥青防水涂料是以沥青为基料,用合成高分子聚合物进行改性,制成的水乳型或溶剂型防水涂料。2、
25、特点。改性沥青防水涂料的原材料来源广泛、性能适中、价格低廉。3、主要品种。氯丁橡胶改性沥青涂料、丁基橡胶改性沥青涂料、丁苯橡胶改性沥青涂料、SBS改性沥青涂料和APP改性沥青涂料等。4、应用。适用于级及以下防水等级的屋面、地面、地下室和卫生间等部位的防水工程。,第三节 建筑涂料,一、防水涂料,(三)合成高分子防水涂料 1、生产。合成高分子防水涂料是以合成橡胶或合成树脂为主要成膜物质配制而成的水乳型或溶剂型防水涂料。2、特点(共性)。由于合成高分子材料本身的优异性能,以此为原料制成的合成高分子防水涂料有较高的强度和延伸率,优良的柔韧性、耐高低温性能、耐久性和防水能力。3、主要品种(特性)及应用。
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