瀝青及瀝青混合料,第一節(jié) 瀝青 1. 石油瀝青 石油瀝青是由石油原油經(jīng)蒸餾提煉出各種輕質(zhì)油（如汽油、柴油等）及潤滑油以后的殘留物，再經(jīng)過加工而得的產(chǎn)品。 1.1 石油瀝青的組分 石油瀝青是由許多高分子碳氫化合物及其非金屬（主要為氧、硫、氮等）衍生物組成的復(fù)雜混合物。將瀝青中化學(xué)成分及性質(zhì)極為接近，并且與物理力學(xué)性質(zhì)有一定關(guān)系的成分，劃分為若干個組，這些組就稱為“組分”。,瀝青中各組分的主要特性簡述如下： （）油分。油分為淡黃色至紅褐色的油狀液體，是瀝青中分子量最小和密度最小的組分，密度介于0.71.0cm3之間。在170較長時間加熱，油分可以揮發(fā)。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機溶劑中，但不溶于酒精。油分賦予瀝青以流動性。,()樹脂（瀝青脂膠）。瀝青脂膠為黃色至黑褐色粘稠狀物質(zhì)（半固體），分子量比油分大（6001000），密度為1.01.1gcm3。瀝青脂膠中絕大部分屬于中性樹脂。中性樹脂能溶于三氯甲烷、汽油和苯等有機溶劑，但在酒精和丙酮中難溶解或溶解度很低，它賦予瀝青以良好的粘結(jié)性、塑性和可流動性。中性樹脂含量增加，石油瀝青的延度和粘結(jié)力等品質(zhì)愈好。另外，瀝青樹脂中還含有少量的酸性樹脂，即地瀝青酸和地瀝青酸酐，是瀝青中的表面活性物質(zhì)。它改善了石油瀝青對礦物材料的浸潤性，特別是提高了對碳酸鹽類巖石的粘附性，并有利于石油瀝青的可乳化性。瀝青脂膠使石油瀝青具有良好的塑性和粘結(jié)性。,（）地瀝青質(zhì)（瀝青質(zhì)）。地瀝青質(zhì)為深褐色至黑色固態(tài)無定形物質(zhì)（固體粉末），分子量比樹脂更大（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，染色力強，對光的敏感性強，感光后就不能溶解。地瀝青質(zhì)是決定石油瀝青溫度敏感性、粘性的重要組成部分，其含量愈多，則軟化點愈高，粘性愈大，即愈硬脆。 另外，石油瀝青中還含的瀝青碳和似碳物，是石油瀝青中分子量最大的。它降低石油瀝青的粘結(jié)力。 石油瀝青中還含有蠟，它會降低石油瀝青的粘結(jié)性和塑性，同時對溫度特別敏感（即溫度穩(wěn)定性差）。所以蠟是石油瀝青的有害成分。,1.2 石油瀝青的膠體結(jié)構(gòu) 油分、樹脂和地瀝青質(zhì)是石油瀝青的三大組分，其中油分和樹脂可以互相溶解，樹脂能浸潤地瀝青質(zhì)，并在地瀝青質(zhì)的超細顆粒表面形成樹脂薄膜。所以石油瀝青的結(jié)構(gòu)是以地瀝青質(zhì)為核心，周圍吸附部分樹脂和油分的互溶物而構(gòu)成膠團，無數(shù)膠團分散在油分中而形成膠體結(jié)構(gòu)。根據(jù)瀝青中各組分的相對比例不同，膠體結(jié)構(gòu)可分為溶膠型、凝膠型和溶凝膠型三種類型。,（1）溶膠結(jié)構(gòu)。地瀝青質(zhì)含量較少，膠團間完全沒有引力或引力很小，在外力作用下隨時間發(fā)展的變形特性與粘性液體一樣。直餾瀝青的結(jié)構(gòu)多為溶膠結(jié)構(gòu)。 （2） 凝膠結(jié)構(gòu)。凝膠結(jié)構(gòu)地瀝青質(zhì)含量很多，膠團間有引力形成立體網(wǎng)狀，地瀝青質(zhì)分散在網(wǎng)格之間，在外力作用下彈性效應(yīng)明顯。氧化瀝青多屬于凝膠結(jié)構(gòu)。 （3）溶一凝膠結(jié)構(gòu)介于溶膠與凝膠之間，并有較多的樹脂，膠團間有一定吸引力，在常溫下受力變形的最初階段呈現(xiàn)出明顯的彈性效應(yīng)，當(dāng)變形增加到一定數(shù)值后，則變?yōu)橛凶枘岬恼承粤鲃印?大部分優(yōu)質(zhì)道路瀝青均配成溶凝膠型結(jié)構(gòu)，具有粘彈性和觸變性，故亦稱彈性溶膠。,1.3 石油瀝青的技術(shù)性質(zhì) （1）粘滯性 石油瀝青的粘滯性又稱粘性。 粘滯性應(yīng)以絕對粘度表示，但因其測定方法較復(fù)雜，故工程中常用相對粘度（條件粘度）來表示粘滯性，對使用粘稠（半固體或固體）的石油瀝青用針入度表示，對液體石油瀝青則用粘滯度表示。,粘稠石油瀝青的針入度是在規(guī)定溫度（25）條件下，以規(guī)定質(zhì)量（100）的標(biāo)準(zhǔn)針，在規(guī)定時間（s）內(nèi)貫入試樣中的深度來表示，單位以1/10mm計。針入度反映了石油瀝青抵抗剪切變形的能力。針入度值越小，表明粘度越大。（P317 附圖6-1） 粘滯度是將一定量的液體瀝青，在某溫度下經(jīng)一定直徑的小孔流出50cm3所需的時間，以秒表示。常用符號“CdtT”表示粘滯度，其中為小孔直徑（mm），為試樣溫度，為流出50 cm3瀝青的時間。有10、mm三種，通常為25或60。,（）塑性 塑性指石油瀝青在外力作用下產(chǎn)生變形而不破壞，除去外力后，仍能保持變形后的形狀的性質(zhì)。瀝青的塑性對沖擊振動荷載有一定吸收能力，并能減少摩擦?xí)r的噪聲，故瀝青是一種優(yōu)良的道路路面材料。 石油瀝青的塑性用延度表示。延度愈大，塑性愈好。延度測定是把瀝青制成“”字形標(biāo)準(zhǔn)試件，置于延度儀內(nèi)25水中，以 5cmmin的速度拉伸，用拉斷時的伸長度來表示，單位用cm計。（P319 附圖6-2）,（）溫度敏感性 溫度敏感性是指石油瀝青的粘滯性和塑性隨溫度升降而變化的性能。由于瀝青是一種高分子非晶態(tài)熱塑性物質(zhì)，故沒有一定的熔點。 瀝青的粘滯性和塑性隨溫度變化而變化。 石油瀝青中地瀝青質(zhì)含量較多時，其溫度敏感性較小。在工程中使用時往往加入滑石粉、石灰石粉等礦物填料，以減小其溫度敏感性。瀝青中含蠟量較多時，則會產(chǎn)生溫度較高（60左右）時就發(fā)生流淌，在溫度較低時又易變硬開裂。,溫度敏感性以軟化點指標(biāo)表示。由于瀝青材料從固態(tài)至液態(tài)有一定的變態(tài)間隔，故規(guī)定以其中某一狀態(tài)作為從固態(tài)轉(zhuǎn)變到粘流態(tài)的起點，相應(yīng)的溫度則稱為瀝青的軟化點。瀝青軟化點一般采用環(huán)與球法測定。它是把瀝青試樣裝入規(guī)定尺寸（直徑15.88mm，高mm）的銅環(huán)內(nèi)，試樣上放置一標(biāo)準(zhǔn)鋼球（直徑9.53mm，質(zhì)量3.5），浸入水或甘油中，以規(guī)定的速度升溫（min），當(dāng)瀝青軟化下垂至規(guī)定距離（25.4mm）時的溫度即為其軟化點，以攝氏度（）計。（P321 附圖6-3）,另外，瀝青的脆點是反映溫度敏感性的另一個指標(biāo)，它是指瀝青從高彈態(tài)轉(zhuǎn)到玻璃態(tài)過程中的某一規(guī)定狀態(tài)的相應(yīng)溫度，該指標(biāo)主要反映瀝青的低溫變形能力。寒冷地區(qū)應(yīng)用的瀝青應(yīng)考慮瀝青的脆點。瀝青的軟化點愈高，脆點愈低，則瀝青的溫度敏感性越小。,（）大氣穩(wěn)定性 石油瀝青在熱、陽光、氧氣和潮濕等大氣因素的長期綜合作用下抵抗老化的性能，稱為大氣穩(wěn)定性。也是瀝青材料的耐久性。在大氣因素的綜合作用下，瀝青中各組分會發(fā)生不斷遞變，低分子化合物將逐步轉(zhuǎn)變成高分子物質(zhì)，即油分和樹脂逐漸減少，而地瀝青質(zhì)逐漸增多。石油瀝青隨著時間的進展，流動性和塑性將逐漸減小，硬脆性逐漸增大，直至脆裂。這個過程稱為石油瀝青的“老化”。所以大氣穩(wěn)定性即為瀝青抵抗老化的性能。,石油瀝青的大氣穩(wěn)定性以加熱蒸發(fā)損失百分率和加熱前后針入度比來評定。其測定方法是：先測定瀝青試樣的質(zhì)量及其針入度，然后將試樣置于烘箱中，在160下加熱蒸發(fā)h,，待冷卻后再測定其質(zhì)量及針入度。計算出蒸發(fā)損失質(zhì)量占原質(zhì)量的百分數(shù)，稱為蒸發(fā)損失百分率；測得蒸發(fā)后針入度占原針入度的百分數(shù)，稱為蒸發(fā)后針入度比。蒸發(fā)損失百分數(shù)愈小和蒸發(fā)后針入度比愈大，則表示瀝青的大氣穩(wěn)定性愈好，即老化”愈慢。 以上四種性質(zhì)是石油瀝青材料的主要性質(zhì)，前三項是劃分石油瀝青牌號的依據(jù)。此外，為評定瀝青的品質(zhì)和保證施工安全，還應(yīng)了解石油瀝青的溶解度、閃點和燃點等性質(zhì)。,1.4 石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用 （）石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)我國現(xiàn)行石油瀝青標(biāo)準(zhǔn)，在工程建設(shè)中常用的石油瀝青分道路石油瀝青、建筑石油瀝青和普通石油瀝青等，各品種按技術(shù)性質(zhì)劃分牌號。 道路石油瀝青、建筑石油瀝青和普通石油瀝青都是按針入度指標(biāo)來劃分牌號的。在同一品種石油瀝青材料中，牌號愈小，瀝青愈硬；牌號愈大，瀝青愈軟。同時隨著牌號增加，瀝青的粘性減小（針入度增加），塑性增加（延度增大），而溫度敏感性增大（軟化點降低）,（2）石油瀝青的應(yīng)用 在選用瀝青材料時，應(yīng)根據(jù)工程性質(zhì)（房屋、道路、防腐）及當(dāng)?shù)貧夂驐l件、所處工程部位（屋面、地下）來選用不同品種和牌號的瀝青。 道路石油瀝青牌號較多，主要用于道路路面或車間地面等工程，一般拌制成瀝青混凝土、瀝青拌合料或瀝青砂漿等使用。 建筑石油瀝青粘性較大，耐熱性較好，但塑性較小，主要用作制造油氈、油紙、防水涂料和瀝青膠。它們絕大部分用于屋面及地下防水溝槽防水、防腐蝕及管道防腐等工程。對于屋面防水工程，應(yīng)注意防止過分軟化。,為避免夏季流淌，屋面用瀝青材料的軟化點還應(yīng)比當(dāng)?shù)貧鉁叵挛菝婵赡苓_到的最高溫度高20以上。但軟化點也不宜選擇過高，否則冬季低溫易發(fā)生硬脆甚至開裂。對一些不易受溫度影響的部位，可選用牌號較大的瀝青。 普通石油瀝青含蠟較多，其一般含量大于5，有的高達20以上（稱多蠟石油瀝青），因而溫度敏感性大，故在工程中不直單獨使用，只能與其他種類石油瀝青摻配使用。,1.5 石油瀝青的摻配與稀釋 當(dāng)不能獲得合適牌號的瀝青時，可采用兩種牌號的石油瀝青摻配使用，但不能與煤瀝青相摻。兩種石油瀝青的摻配比例可用下式估算： 式中 1較軟石油瀝青用量（）； 2較硬石油瀝青用量（）； 摻配后的石油瀝青軟化點（）； 1較軟石油瀝青軟化點（）； 2較硬石油瀝青軟化點（）。 以估算的摻配比例和其鄰近的比例（10）進行試配（混合熬制均勻），測定摻配后瀝青的軟化點，然后繪制“摻配比一軟化點”關(guān)系曲線，即可從曲線上確定出所要求的摻配比例。,2. 煤瀝青 煤瀝青是煉焦廠或煤氣廠的副產(chǎn)品。煙煤在干餾過程中的揮發(fā)物質(zhì)，經(jīng)冷凝而成黑色粘性液體稱為煤焦油，煤焦油經(jīng)分餾加工提取輕油、中油、重油、蒽油以后，所得殘渣即為煤瀝青。 2.1煤瀝青的特性 煤瀝青的主要組分為油分、脂膠、游離碳等，常含有少量酸、堿物質(zhì)。由于煤瀝青的組分和石