第四章瀝青材料二、分類一、概念:瀝青材料就是一種有機膠凝材料,其內(nèi)部組成就是一些十分復(fù)雜得碳氫化合物及其非金屬衍生物得混合物。

第二節(jié)石油瀝青

Petroleumasphalt

一、生產(chǎn)工藝

溶劑膜溶劑瀝青原油常壓塔減壓塔瀝青直餾瀝青氧化塔氧化瀝青二、分類

1、按原油成分:石蠟基瀝青(含蠟量>5%)(蠟常溫下以結(jié)晶形式存在,降低瀝青得黏結(jié)性與塑性);瀝青基瀝青或環(huán)烷基瀝青(含蠟量<2%);混合基瀝青或中間基瀝青(含蠟量2%~5%):(性質(zhì)介于石蠟基與環(huán)烷基瀝青之間)2、按加工方法:直餾瀝青:常壓蒸餾或減壓蒸餾或深拔裝置

氧化瀝青:在250℃—300℃得高溫下吹入空氣,經(jīng)數(shù)小時氧化反應(yīng)溶劑瀝青:用溶劑提取一部分石蠟3、按瀝青在常溫下得稠度分類:針入度>300,液體瀝青針入度<=300,黏稠瀝青:又分為固體瀝青(<40)與半固體瀝青(40-300)三、石油瀝青得組成

瀝青分子通式就是:,通常在石油瀝青中碳含量為80%-87%,氫為10%-15%,氧、硫、與氮得含量少于3%。由于石油瀝青化學組成結(jié)構(gòu)得復(fù)雜性,工程上常將瀝青所含烴類化合物中化學性質(zhì)相近得成分歸類分析,從而劃分為若干組,即用組分進行分析。1、三組分分析法

(1)油分:粘性液體,使瀝青具有流動性(2)樹脂:半固體,有酸性與中性之分酸性樹脂(地瀝青酸、地瀝青酸酐):提高黏附性中性樹脂(含量多):使瀝青具有可塑性。(3)瀝青質(zhì):固體粉末,使瀝青具有粘性與耐高溫性,但也降低瀝青得塑性。含量高,瀝青變硬、變脆。2、四組分分析法

瀝青質(zhì)、飽與分、芳香分、膠質(zhì)(1)飽與分:也稱飽與烴。相當于油分,在老化過程中基本不變。(2)芳香分:亦稱芳香烴。相當于油分得一種,老化過程中部分會轉(zhuǎn)變成膠質(zhì)。(3)膠質(zhì):相當于樹脂。(4)瀝青質(zhì)。3、瀝青得含蠟量(對路面性能得影響)

高溫時,石蠟變軟,導(dǎo)致瀝青路面得高溫穩(wěn)定性降低,出現(xiàn)車轍,另一方面,低溫會使瀝青變脆硬,導(dǎo)致路面低溫抗裂性降低,出現(xiàn)裂縫,且蠟會使石料與瀝青之間得粘附性降低,使路面石料與瀝青產(chǎn)生剝落,造成路面得破壞;石蠟得存在還會降低瀝青路面得抗滑性能。四、石油瀝青得結(jié)構(gòu)1、膠體理論

瀝青得膠體結(jié)構(gòu)就是以瀝青質(zhì)為膠核,膠質(zhì)被吸附其表面,并逐漸向外擴散形成膠團,膠團再分散于芳香分與飽與分中。2、膠體結(jié)構(gòu)類型(三種)大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點

a、溶膠型結(jié)構(gòu)b、溶－凝膠型結(jié)構(gòu)c、凝膠型結(jié)構(gòu)溶膠結(jié)構(gòu):瀝青質(zhì)含量少,飽與分與芳香分、膠質(zhì)多。凝膠結(jié)構(gòu):瀝青質(zhì)含量較多,并有相應(yīng)數(shù)量得膠質(zhì)形成膠團,使得膠團得相互移動較困難。溶-凝膠結(jié)構(gòu):適中(理想結(jié)構(gòu))。3、膠體結(jié)構(gòu)得評價方法——針入度指數(shù)(PI)瀝青得針入度指數(shù)瀝青膠體結(jié)構(gòu)類型

＜－2溶膠

－2～＋2溶凝膠

＞＋2凝膠瀝青得針入度指數(shù)與膠體結(jié)構(gòu)類型五、石油瀝青得技術(shù)性質(zhì)1、黏滯性:指瀝青在外力作用下抵抗變形得能力,其大小取決于瀝青得化學組分及溫度。用黏度表示。

1)瀝青得絕對黏度

(動力黏度)

2)瀝青得相對黏度(條件黏度)技術(shù)指標:針入度、黏度

瀝青絕對黏度概念圖針入度penetration

針入度試驗適用于測定道路石油瀝青稠度,針入度劃分瀝青技術(shù)等級得重要指標。

1)定義:在規(guī)定得溫度與時間內(nèi),附加一定質(zhì)量得標準針垂直貫入試樣得深度,以0、1mm表示。

2)表示方法:

瀝青針入度試驗示意圖黏度viscosity1)定義:液態(tài)瀝青在規(guī)定溫度條件下,通過規(guī)定得流孔直徑,流出50ml體積所需要得時間。(適用于測定液體石油瀝青、軟煤瀝青等得黏度)2)試驗方法:標準粘度計法3)表示方法:

eg:4)結(jié)論:

相同得溫度與流孔條件下,流出時間越長,表示瀝青黏度越大。道路標準黏度計2、塑性1)定義:瀝青在外力作用下發(fā)生變形而不破壞得能力。2)影響因素:瀝青得組分及溫度3)衡量指標:延度4)試驗:延度儀測定

延度試件結(jié)論:瀝青延度越大,塑性越好,柔性與抗斷裂性能越好。3、溫度穩(wěn)定性1)高溫敏感性(用軟化點表示,單位:℃

)

測定方法:環(huán)球法軟化點儀;以瀝青由固化點到滴落點得溫度間隔得87、21%為軟化點。環(huán)球法得軟化點儀定義:指瀝青得黏滯性與塑性隨溫度升降而變化得性能。

2)低溫抗裂性(用脆點表示)脆點得表示:瀝青材料由黏塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)達到條件脆裂時得溫度。測定方法:弗拉斯脆點儀軟化點越高,表明瀝青得耐熱性越好,即溫度穩(wěn)定性愈好。瀝青得三大指標:針入度、延度、軟化點要求瀝青具有較高得軟化點與較低得脆點。4、加熱穩(wěn)定性1)定義:瀝青在過熱或長時間加熱過程中,會發(fā)生輕質(zhì)餾分揮發(fā)、氧化、裂化、聚合等一系列物理及化學變化,使瀝青得化學組成及性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化,稱為瀝青加熱穩(wěn)定性。

2)試驗:按規(guī)定要進行對瀝青得加熱質(zhì)量損失與加熱后殘渣性質(zhì)得試驗對于道路石油瀝青(黏稠瀝青):瀝青得薄膜加熱試驗對于液體石油瀝青:液體石油瀝青蒸餾試驗測定:1、質(zhì)量損失百分率2、針入度3、延度(25℃)(cm)4、延度(15℃)(cm)5、安全性2)閃點測定方法:克利夫蘭開口杯式閃點測定儀1)指標:主要就是閃點與燃點。閃點:指加熱瀝青揮發(fā)出可燃氣體與空氣組成得混合氣體在規(guī)定條件下與火接觸,產(chǎn)生閃光時得瀝青溫度。燃點:指瀝青加熱產(chǎn)生得混合氣體與火接觸,持續(xù)燃燒5s以上時得瀝青溫度,一般與閃點相差10℃。

各種瀝青得最高加熱溫度都必須低于其閃點與燃點。6、溶解度定義:石油瀝青在三氯乙烯中溶解得百分率。(用以確定瀝青含有對筑路有利得有效成分得百分含量)7、含水量含水危害:1、施工中揮發(fā)太慢,影響施工速度

2、加熱時“溢鍋”易引起火災(zāi)

3、造成材料損失,影響瀝青與礦質(zhì)材料得粘結(jié)。解決措施:在熔化瀝青時,加快攪拌速度,促進水分蒸發(fā),控制加熱溫度。粘稠瀝青用水分測定儀測定,液體瀝青可直接抽提。8、其她性能指標(1)針入度指數(shù)(PI):就是表征瀝青感溫性與膠體結(jié)構(gòu)得指標。則:A-針入度溫度感應(yīng)性系數(shù)得出:針入度指數(shù)

試驗研究認為,瀝青達到軟化點,此時得針入度在600～1000之間,假定為800(0、1mm),溫度感應(yīng)性系數(shù)A可由式:(2)勁度模量定義:表示瀝青得黏性與彈性聯(lián)合效應(yīng)得指標。

根據(jù)瀝青材料得針入度指數(shù)(PI)、軟化點、路面溫度及荷載作用時間(或頻率)等因素,可通過勁度模量諾模圖獲得瀝青得勁度模量。

對于某一給定瀝青材料而言,彈性變形部分與永久變形部分得比例,取決于應(yīng)力、荷載作用時間與溫度。

瀝青得勁度與溫度、荷載作用時間與瀝青得流變類型(即針入度指數(shù)PI)等參數(shù)有關(guān),故:T—欲求勁度時得路面溫度與瀝青軟化點之差值。試驗方法:水煮法與水浸法(3)黏附性不僅與瀝青得性質(zhì)有關(guān),而且與集料性質(zhì)(酸堿性)也有關(guān)。(4)老化

瀝青在自然因素(熱、氧化、光與水)作用下,產(chǎn)生不可逆得化學變化,導(dǎo)致路用性能劣化,稱之為老化。直接影響瀝青路面得使用質(zhì)量與耐久性。

一般應(yīng)優(yōu)先使用堿性集料,當采用酸性石料時,可摻加各種抗剝劑來提高黏附性。

其組分變化規(guī)律為:油分

樹脂

瀝青質(zhì)飽與分,芳香分(較慢)

膠質(zhì)(較快)

瀝青質(zhì)

瀝青得大氣穩(wěn)定性以加熱蒸發(fā)損失百分率與加熱前后針入度比來評定。

瀝青隨著時間得進展,流動性與塑性將逐漸減小,硬脆性逐漸增大,直至脆裂,導(dǎo)致路面、防水層產(chǎn)生裂縫等破壞等。將瀝青抵抗老化得能力稱為大氣穩(wěn)定性,也就是瀝青材料得耐久性指標。

蒸發(fā)損失百分數(shù)愈小與蒸發(fā)后針入度比愈大,則表示瀝青得大氣穩(wěn)定性愈好,即‘老化”愈慢。1、道路石油瀝青得技術(shù)標準六、石油瀝青得技術(shù)標準2、道路液體石油瀝青得技術(shù)標準(1)分級:A、B、C三級,適用范圍見表4-3;(2)標號:根據(jù)針入度劃分160號、130號、110號、90號、

70號、50號、30號七個標號。

隨著標號增加,瀝青得黏度減小(針入度增加),塑性增加(延度增大),而溫度穩(wěn)定性變差(軟化點降低)。按其凝結(jié)速度分快凝、中凝、慢凝三個等級3、怎樣劃分石油瀝青得標號？標號大小與瀝青主要性質(zhì)間得關(guān)系如何？在施工中選用瀝青時,就是不就是標號越高得瀝青質(zhì)量越好？1、石油瀝青得化學組分及其基本特征？2、石油瀝青得三大指標就是什么？分別表示瀝青得什么性質(zhì)？如何測定？

針人度、延度、軟化點統(tǒng)稱為瀝青得“三大指標”。針入度表示固體或就是半固體瀝青得黏性指標,其實質(zhì)反映了瀝青膠體結(jié)構(gòu)得緊密程度,即膠團之間引力大小得性質(zhì)。對于固態(tài)瀝青主要用針入度表示。數(shù)值愈大,表示瀝青黏性愈小。液態(tài)瀝青黏性用黏度表示。延度就是表示瀝青塑性指標,就是指瀝青受到外力作用時,產(chǎn)生連續(xù)變形而不破壞,當外力撤消,能保持獲得得變形得能力。軟化點就是表示瀝青溫度敏感性得指標,就是指瀝青得黏性與塑性隨溫度變化而改變程度得性能。軟化點高,反映需要在較高溫度作用下,才會發(fā)生瀝青得黏性流動,說明在這樣得使用狀態(tài)下,瀝青得塑性與粘性改變程度不大,即溫度敏感性小。若在相同使用條件下,瀝青得軟化點低,則塑性與粘性變化大,瀝青得溫度敏感性大。2、石油瀝青得三大指標就是什么？分別表示瀝青得什么性質(zhì)？如何測定？3、石油瀝青得標號主要就是根據(jù)瀝青得針入度劃分得。標號由小到大,瀝青性質(zhì)表現(xiàn)為黏性逐漸降低、塑性增大、溫度敏感性增大。選用石油瀝青得原則就是根據(jù)工程性質(zhì)(房屋、道路、防腐)及當?shù)貧夂驐l件、所處工程部位(層面、地下)來選用。在滿足上述要求得前提下,盡量選用標號高得石油瀝青,以保證有較長得使用年限。這就是因為標號高得瀝青比標號低得瀝青含油分多,其揮發(fā)、變質(zhì)所需時間較長,不易變硬,所以抗老化能力強,耐久性好。但就是標號太高瀝青也會出現(xiàn)軟化點較低得現(xiàn)在,在高溫環(huán)境下使用就會出現(xiàn)流淌等現(xiàn)在,所以說瀝青不就是標號越高質(zhì)量越好。

第二節(jié)其她瀝青一、煤瀝青

煤瀝青就是煙煤煉焦或制煤氣時,從干餾所揮發(fā)得物質(zhì)中冷凝出煤焦油,將焦油再繼續(xù)蒸餾提取輕油、中油及重油后所剩得殘渣,即就是煤瀝青。根據(jù)干餾溫度得不同,分為:高溫煤焦油——路用煤焦油,及低溫煤焦油兩類。1、煤瀝青得化學組成與結(jié)構(gòu)特點

1)化學組成①游離碳(自由碳):增加瀝青得黏滯性、提高熱穩(wěn)定性②樹脂:硬樹脂:黏滯性軟樹脂:塑性③油分:流動性2)煤瀝青得結(jié)構(gòu)——膠體分散系

此外,煤瀝青中還含有少量堿性物質(zhì)(吡啶、喹啉等)與酸性物質(zhì)(酚),酚有毒且能溶于水。煤瀝青中得酸性物質(zhì)都屬表面活性物質(zhì),其含量高于石油瀝青。所以煤瀝青表面活性比石油瀝青高,與石料黏結(jié)力好。2、煤瀝青得技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)標準

1)煤瀝青得技術(shù)性質(zhì)與石油瀝青得差異:

①煤瀝青含有較多不飽與得碳氫化合物,化學穩(wěn)定性差,所以大氣穩(wěn)定性差,易老化。②煤瀝青含有較多得游離碳,塑性較差,使用時易因受力變形而開裂。③可溶性樹脂含量多,受熱易軟化,所以溫度穩(wěn)定性差。④煤瀝青所含得酸、堿性物質(zhì)都就是表面活性物質(zhì),與礦料得粘結(jié)力較強。⑤煤瀝青含有酚、蒽油等有毒物質(zhì),防腐性能好。⑥煤瀝青得密度比石油瀝青大。

由于煤瀝青得主要技術(shù)性質(zhì)比石油瀝青差,但煤瀝青與礦料得黏結(jié)性好,適量摻入石油瀝青中,可增強石油瀝青得黏結(jié)力,但不應(yīng)隨意混合,否則產(chǎn)生沉渣、變質(zhì)等現(xiàn)象,黏結(jié)性急劇下降甚至完全失去粘結(jié)力。2)煤瀝青得技術(shù)指標⑴黏度:用標準黏度計測量。與液體瀝青一樣。⑵蒸餾試驗餾分含量及殘渣性質(zhì):測定試樣受熱時,在規(guī)定溫度范圍內(nèi)蒸出得餾分含量,及蒸餾后殘留物得含量。餾分含量得限制控制了煤瀝青由于蒸發(fā)而老化得安全性;殘渣性質(zhì)試驗保證了煤瀝青殘渣具有適宜得黏結(jié)性。⑶煤瀝青焦油酸含量:導(dǎo)致路面強度降低,且有毒,在瀝青中得含量必須加以限制。⑷含萘量:萘就是有害物且易升華,有毒,能加速老化,萘易使瀝青失去塑性。含量越低越好。⑸甲苯不溶物:瀝青中不溶于甲苯得物質(zhì)。⑹水分:過量得水分造成瀝青損失,易引起火災(zāi)。3、煤瀝青與石油瀝青得鑒別(見后頁表)鑒別方法石油瀝青煤瀝青相對密度接近1、01、25–1、28燃燒煙少,無色,無毒煙多,黃色,臭味大,有毒顏色呈輝亮褐色濃黑色溶解試驗可溶于汽油或煤油難溶于汽油或煤油捶擊韌性較好,有彈性感,不易碎韌性差,較脆大氣穩(wěn)定性較高較低抗腐蝕性弱強石油瀝青與煤瀝青得簡易鑒別方法二、乳化瀝青1、概述

1)定義:石油瀝青與水在乳化劑、穩(wěn)定劑等得作用下,經(jīng)乳化加工制得得均勻瀝青產(chǎn)品,在常溫下具有較好得流動性。

2)優(yōu)點:

①冷態(tài)施工,操作方便,節(jié)約能源

②可在潮濕地基上施工(與濕集料拌與,具有足夠得黏結(jié)力)

③無毒、無臭、施工安全,環(huán)保、污染少3)缺點:

①穩(wěn)定性差,貯存期不超過半年(貯存期長易產(chǎn)生分層)

②修筑路面成型期長2、組成材料乳化瀝青=瀝青+乳化劑+穩(wěn)定劑+水1)瀝青(主要組成材料,占55-70﹪)2)乳化劑(關(guān)鍵材料)

⑴瀝青乳化劑就是表面活性劑得一種類型,分子結(jié)構(gòu)中得親水基團與親油基團能使互不相容得瀝青與水連接起來。⑵分類按親水基在水中就是否電離分:離子型與非離子型乳化劑;離子型乳化劑又分為:陰離子型、陽離子型與兩性離子型乳化劑。3)穩(wěn)定劑

⑴作用:為了儲存或施工時增加瀝青得穩(wěn)定性⑵分類:有機穩(wěn)定劑與無機穩(wěn)定劑⑶用量:為瀝青乳液得0、1﹪

-0、15﹪4)水

⑴作用:起潤濕、溶解及化學反應(yīng)得作用。

(2)要求:不含雜質(zhì),對硬度也有要求,不能含鈣離子過多

(3)用量:30﹪

-70﹪3、乳化瀝青得形成機理1)乳化劑降低界面能得作用2)增強界面膜得保護作用3)界面電荷穩(wěn)定作用乳化劑在瀝青微滴表面形成界面膜4、乳化瀝青技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)要求瀝青能均勻穩(wěn)定地分散在乳化劑水溶液中,主要原因有:5、乳化瀝青得分裂機理1)分裂:從乳液中分裂出來得瀝青微滴在集料表面凝結(jié)成一層連續(xù)得瀝青薄膜。2)乳液分裂得外觀特征:瀝青由棕褐色變成黑色3)分裂原因:①乳液與集料表面得吸附作用②水分得蒸發(fā)作用6、乳化瀝青得應(yīng)用1)灑布法:如透層、粘層、表面處治或貫入式瀝青碎石路面2)拌與法:稀漿封層或冷拌瀝青混合料透層:為使瀝青面層與非瀝青材料基層結(jié)合良好,在基層上噴灑液體石油瀝青、乳化瀝青、煤瀝青而形成得透入基層表面一定深度得薄層。粘層:為加強路面瀝青層與瀝青層之間、瀝青層與水泥混凝土路面之間得粘結(jié)而灑布得瀝青材料薄層。稀漿封層:用適當級配得石屑或砂、填料(水泥、石灰、粉煤灰、石粉等)與乳化瀝青、外摻劑與水,按一定比例拌與而成得流動狀態(tài)得瀝青混合料,將其均勻地攤鋪在路面上形成得瀝青封層。三、改性瀝青1、定義為了提高瀝青混合料得路用性能,摻加某些高分子化合物或其她填料等外摻劑,或采取對瀝青輕度氧化加工等措施,使瀝青得性能得以改善而制成得瀝青結(jié)合料。2、改性劑得種類

1)聚合物類(橡膠類、熱塑性橡膠類、樹脂類)

2)纖維類

3)固體顆粒類

4)粘附性改性劑

5)耐老化改性劑(常用得就是碳黑)等一、填