1、第五章 瀝青材料,交通工程系：付麗,知識目標(biāo) 1、掌握石油瀝青的組成結(jié)構(gòu)、技術(shù)性質(zhì)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)的測定方法 2、熟悉改性瀝青、乳化瀝青的組成、性質(zhì)及應(yīng)用 能力目標(biāo)1、能針對不同的工程環(huán)境，根據(jù)國家及交通行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正確評價和選擇道路石油瀝青 2、能根據(jù)現(xiàn)行實驗規(guī)程的要求，正確完成道路石油瀝青的各項常規(guī)試驗。,第二節(jié) 改性瀝青,第一節(jié) 石油瀝青,3,第三節(jié) 乳化瀝青,第四節(jié) 煤瀝青,瀝青的定義：,在高度縮合的環(huán)烷環(huán)、芳香環(huán)上帶有長短不同的烷基側(cè)鏈的碳?xì)浠衔铮捌浞墙饘伲∣、S、N）衍生物組成的混合物，并含有微量元素 顏色：暗褐色或黑色 形態(tài)：常溫下為固體或半固體,瀝青,地瀝青,焦油瀝青,

2、天然瀝青：石油在自然條件下，長時間經(jīng)受地球物理因素作用形成的產(chǎn)物,石油瀝青：石油經(jīng)各種煉制工藝加工而得的瀝青產(chǎn)品,煤瀝青：煤經(jīng)干餾所得的煤焦油，經(jīng)再加工后得到煤瀝青,頁巖瀝青：頁巖煉油工業(yè)的副產(chǎn)品,分類,柏油,天然瀝青,天然瀝青是石油在自然條件下，經(jīng)過千百萬年的時間，在溫度、壓力、氣體、無機(jī)物催化劑、微生物以及水分等綜合作用下氧化聚合而成的瀝青類物質(zhì)。 由于它常年與自然環(huán)境共存，故其性質(zhì)特別穩(wěn)定。 由瀝青、礦物質(zhì)、水分構(gòu)成。 根據(jù)天然瀝青生成礦床的不同，可以分為： 湖瀝青 巖瀝青 海底瀝青,（1）湖瀝青,特立尼達(dá)湖瀝青（Triniada Lake Asphalt）是世界上最為著名的天然瀝青之一

3、，它產(chǎn)于南美洲加勒比海島國風(fēng)景秀麗的特立尼達(dá)和多巴哥境內(nèi)的瀝青湖。該瀝青湖又叫彼奇湖，面積44萬平方米，深約82米，湖中瀝青儲量達(dá)1200萬噸，是世界上最大的天然瀝青產(chǎn)地。,特立尼達(dá)瀝青湖,（2）巖瀝青,巖瀝青生成于巖石的夾縫中，縫寬很窄，僅數(shù)十厘米，深可達(dá)幾百米。天然巖瀝青是一種純天然的碳?xì)浠衔铮埸c在150 以上，我國青海及克拉瑪依地區(qū)有所開采，但很少用于道路。美國北部猶他州的Uintah盆地的UNTAITE巖瀝青是世界上最為著名的巖瀝青。,我國道路瀝青生產(chǎn)量,道路瀝青產(chǎn)量，萬頓,第一節(jié) 石油瀝青,1.石油瀝青的生產(chǎn)和分類,2.石油瀝青的組成和結(jié)構(gòu),12,3.石油瀝青的技術(shù)性質(zhì),4.石油

4、瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),主要內(nèi)容,5.1 石油瀝青,5.1.1 石油瀝青的生產(chǎn)工藝簡介插圖 5.1.1.1石油的基屬分類 分類指標(biāo)：“關(guān)鍵餾分特性”和“含硫量”。 1) 關(guān)鍵餾分特性分類 關(guān)鍵餾分： “第一關(guān)鍵餾分”：常壓下，250275C的餾分 “第二關(guān)鍵餾分”：減壓下（5.33kPa） ， 275300C的餾分,5.1.1 石油瀝青生產(chǎn)工藝概述,基屬分類：由兩個關(guān)鍵餾分的特征參數(shù)和K確定,廣泛用于建筑、公路、橋梁等工程中，主要用于生產(chǎn)防水材料和鋪筑瀝青路面、機(jī)場道面等。 土木工程建筑主要應(yīng)用石油瀝青。,應(yīng)用,16,2) 含硫量的分類 低硫原油：含硫量0.5%； 含硫原油：0.53%； 高硫原油：含

5、硫量3%。 3）石油基屬與瀝青路用性能的關(guān)系 按照路用性能優(yōu)排隊：環(huán)烷基中間基石蠟基,原油常壓渣油減壓渣油粘稠瀝青 直餾瀝青：較好的變形能力，溫度敏感性較大 氧化瀝青：較好的溫度穩(wěn)定性 溶劑瀝青：丙烷 液體瀝青：在粘稠瀝青中摻加煤油、汽油、柴油 調(diào)配瀝青：調(diào)和瀝青、混合瀝青 乳化瀝青：水乳化劑瀝青,按加工方法分類,5.1.2 石油瀝青的組成和結(jié)構(gòu),5.1.2.1 石油瀝青的化學(xué)元素組成 主要化學(xué)元素： 碳C 氫 H 硫S 氧O 氮N 8288% ； 811%； 06%； 01.5%； 01% 微量金屬元素：釩、鎳、鐵、鎂和鈣 碳?xì)浔龋篊/H 大慶石油瀝青：C/H=0.657 某環(huán)烷基石油瀝青：

6、C/H=0.710,5.1.2.2 石油瀝青的化學(xué)組分,化學(xué)組分分析方法 化學(xué)組分：化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、路用性能 將瀝青分離為化學(xué)性質(zhì)相近，而且與其工程性質(zhì)有一定聯(lián)系的幾個組，這些組就稱為組分。 我國現(xiàn)行公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程 （JTJ052-2000)規(guī)定有三組分和四組分兩種分析方法。 將瀝青分離為化學(xué)性質(zhì)相近，而且與其工程性質(zhì)有一定聯(lián)系的幾個組，這些組就稱為組分。 我國現(xiàn)行公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程 （JTJ052-2000)規(guī)定有三組分和四組分兩種分析方法。,狀態(tài),顏色,褐色或黑褐色,常溫下呈固態(tài)、半固態(tài)或粘性液態(tài),由許多高分子碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成的復(fù)雜混合物,

7、成分,組分,基本性質(zhì),21,22,組分 油分（芳香油和飽和油） 油狀液體，密度最小，加熱可以揮發(fā)，能溶于有機(jī)溶劑，它們賦予瀝青以流動性。分子量為100 500 。 樹脂（瀝青脂膠） 粘稠狀液體（半固體），密度大于油分，屬于中性樹脂，能溶于有機(jī)溶劑（苯、汽油）。它們賦予瀝青以良好的粘結(jié)性、塑性和可流動性，分子量為5001000 。 地瀝青質(zhì)（瀝青質(zhì)） 固態(tài)無定性物質(zhì)，密度大于1，決定瀝青的溫度敏感性和粘滯性，其含量越高，瀝青軟化點越高，粘性越大，越硬脆。分子量大于10006000。,瀝青四組分對瀝青性能的影響,蠟分：高溫軟化、低溫結(jié)晶析出,瀝青的含蠟量 定義：指瀝青在除去瀝青質(zhì)和膠質(zhì)之后，在油分

8、中含有的、經(jīng)冷凍能結(jié)晶析出的組分，與瀝青中的其他組分相比，其組成和結(jié)構(gòu)相對簡單。 蠟對瀝青路用性能的影響，主要是由于瀝青中蠟的存在，在高溫時會使瀝青容易發(fā)軟，導(dǎo)致瀝青路面的高溫穩(wěn)定性降低，出現(xiàn)車轍。在低溫時會使瀝青變得脆硬，導(dǎo)致路面低溫抗裂性降低，出現(xiàn)裂縫。,瀝青中的蠟,蠟會降低石油瀝青的粘結(jié)性和塑性，對溫度特別敏感。 易出現(xiàn)的問題： 高溫發(fā)軟，會導(dǎo)致瀝青路面高溫穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)車轍； 低溫變得脆硬，低溫抗裂性降低，出現(xiàn)裂縫； 瀝青與石料的粘附性降低，在有水的條件下，使路面石子產(chǎn)生剝落現(xiàn)象，造成路面破壞； 路面的抗滑性降低，影響路面的行車安全。,25,組分的相溶特性 油分與樹脂相溶； 樹脂能浸

9、潤地瀝青質(zhì)； 地瀝青質(zhì)對油分有憎液性。 膠體結(jié)構(gòu) 以地瀝青質(zhì)為核心構(gòu)成膠核； 膠核周圍形成樹脂薄膜，薄膜外吸附一層油分構(gòu)成膠團(tuán)； 無數(shù)膠團(tuán)分散在油分中而形成膠體結(jié)構(gòu)。 分散體結(jié)構(gòu) 分散相是吸附部分樹脂的地瀝青質(zhì)； 分散介質(zhì)是溶有部分樹脂的油分。,石油瀝青的膠體結(jié)構(gòu),石油瀝青不僅取決于它的化學(xué)組分及其化學(xué)結(jié)構(gòu)， 還取決于它的膠體結(jié)構(gòu)。,26,5.1.2.3 瀝青的結(jié)構(gòu),溶膠結(jié)構(gòu) 油分較多，膠團(tuán)較少，溫度穩(wěn)定性差； 膠團(tuán)相對運動自由，流動性和塑性較好。 凝膠結(jié)構(gòu) 油分與樹脂較少，地瀝青質(zhì)較多，溫度穩(wěn)定性好； 膠團(tuán)相互連接成不規(guī)則空間網(wǎng)狀的凝膠結(jié)構(gòu)，彈性和粘性較高，流動性和塑性較低。 溶凝膠結(jié)構(gòu) 介

10、于溶膠結(jié)構(gòu)與凝膠結(jié)構(gòu)之間。,瀝青的膠體結(jié)構(gòu),27,溶膠結(jié)構(gòu),凝膠結(jié)構(gòu),瀝青的膠體結(jié)構(gòu),28,石油瀝青的基本性能,粘滯性,塑性,溫度敏感性,大氣穩(wěn)定性,30,5.1.3 石油瀝青的技術(shù)性質(zhì),衡量指標(biāo),定義,影響因素,5.1.3.1粘滯性,31,定義,粘滯性又稱粘性，反映石油瀝青在外力作用下， 抵抗變形的能力。,32,衡量指標(biāo),液態(tài)瀝青：用粘滯度表示，指液態(tài)瀝青在一定溫度下，經(jīng)規(guī)定直徑的孔洞漏下50mL所需要的時間，用符號Ctd表示。,固態(tài)或半固態(tài)瀝青：用針入度表示，指在溫度為25的條 件下，以質(zhì)量100g的標(biāo)準(zhǔn)針，經(jīng)5s沉入瀝青中的深度（每深 入0.1mm為1）。,粘滯度Ctd ，粘滯性,針入度

11、 ，粘滯性,33,1）瀝青的粘度 圖4- 5牛頓液體 牛頓液體粘度 （單位：Pas） 圖4- 6 與應(yīng)變速率 非牛頓液體視粘度或表觀粘度 C復(fù)合流動系數(shù) 動力粘度和運動粘度,F,dV,dy,牛頓液體受力示意圖,粘滯系數(shù)（粘度）,u,影響因素,組分：地瀝青質(zhì)含量 ，粘滯性,溫度：溫度 ，粘滯性,36,針入度等級,道路石油瀝青 200300 150200 110150 80100 5080,建筑石油瀝青 2540 1025 建筑石油瀝青主要用于屋面及地下防水、溝槽防水及防腐。管道防腐蝕工程，也可制造油氈、油紙、防水涂料等建筑材料。（粘度較大）,38,衡量指標(biāo),定義,影響因素,5.1.3.2塑性,3

12、9,定義,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)。,40,衡量指標(biāo),用延伸度表示，簡稱為延度。延伸度是將石油瀝青標(biāo)準(zhǔn) 試件在規(guī)定溫度（25）和規(guī)定速度（5cm/s）的條件下 在延度儀上進(jìn)行拉伸，以試件拉斷時的伸長值（cm）表示。,延伸度 ，塑性,41,影響因素,組分：樹脂含量 ，塑性,溫度：溫度 ，塑性,拉伸速度：拉伸速度 ，塑性,42,衡量指標(biāo),定義,影響因素,工程實際,5.1.3.3溫度敏感性,定義,溫度敏感性指石油瀝青的粘滯性和塑性隨 溫度升降而變化的性能。,溫度敏感性小：,粘滯性和塑性隨溫度的變化大,粘滯性和塑性隨溫度的變化小,溫度敏感性大：

13、,衡量指標(biāo),用軟化點表示，指瀝青受熱由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢鲃有?膏體時的溫度（）。,軟化點 ，溫度敏感性,軟化點測試示意圖,固態(tài) 液態(tài) 硬化點 滴落點,T R&B(),條件粘度,粘度變化,在規(guī)定的速率下降溫，等速彎曲11次/min，記錄瀝青薄膜的開裂溫度，單位。,瀝青脆點儀和彎曲器,瀝青的粘度等性能隨溫度的不同而產(chǎn)生明顯的變化的特性,針入度溫度關(guān)系,logP=AT+K,A針入度溫度感應(yīng)性系數(shù),A值的確定方法,溫度T,lgP,25,P25,TR&B,PR&B,6001000, 數(shù)組（Pi,Ti）進(jìn)行回歸,2）針入度指數(shù)PI的確定,令：感溫性最大A=，PI值為-10 感溫性最小A=0，PI值為+2

14、0,logP=AT+K,PI與瀝青感溫性的關(guān)系, 針入度指數(shù)的確定方法, 已知條件：不同溫度下的針入度（Pi、Ti）（2組以上） 或針入度與軟化點 計算方法 計算A值PI 查圖,影響因素,組分：地瀝青質(zhì)含量 ，溫度敏感性,石蠟含量：石蠟含量 ，溫度敏感性,工程實際,工程中應(yīng)用的瀝青軟化點不能太低，否則夏季易產(chǎn)生變形，甚至流淌；但也不能太高，否則太硬，不易施工，冬季易發(fā)生脆裂現(xiàn)象。,定義,大氣穩(wěn)定性指石油瀝青在熱、陽光、氧氣和潮濕等大氣 因素長期綜合作用下，抵抗老化的性能。,測定方法,瀝青的大氣穩(wěn)定性通過測定加熱損失、加熱前后針入度、軟 化點等性質(zhì)的改變值來表示。,瀝青的老化指 瀝青在大氣因素的

15、長期綜合作用下，逐漸 失去粘滯性、塑性而變硬變脆的現(xiàn)象。,大氣穩(wěn)定性,初步判斷是因瀝青材料老化及低溫所致： 從裂縫的形狀來看，瀝青老化、低溫引起的裂縫大多為橫向，且裂縫幾乎為等距離間距。這與該圖展示的路面破損情況吻合。該路已修筑多年，瀝青老化后變硬、變脆，延伸性下降，低溫穩(wěn)定性變差，容易產(chǎn)生裂縫、松散。在冬天，氣溫下降，瀝青混合料受基層的約束而不能收縮，產(chǎn)生了應(yīng)力，應(yīng)力超過瀝青混合料的極限抗拉強(qiáng)度，路面便產(chǎn)生開裂。,每到冬天，一些瀝青路面總會 出現(xiàn)一些裂縫，裂縫大多是橫 向的，且?guī)缀鯙榈染嚯x間距的， 在冬天裂縫尤其明顯。,5.1.3.4 老化性,現(xiàn)象：瀝青性質(zhì)隨著時間推移而發(fā)生變化 變脆變硬老

16、化 針入度下降、粘度增加、軟化點增加、瀝青 誘因：熱 氧氣 光（紫外線） 過程：貯存運輸 加熱拌和 使用,老化機(jī)理：輕質(zhì)組分揮發(fā) 氧化、組分轉(zhuǎn)化,老化前,老化后,飽和分S,芳香分A,膠質(zhì)S,瀝青質(zhì)At,膠質(zhì)瀝青質(zhì) 芳香分膠質(zhì),老化性能評價方法： 蒸發(fā)損失試驗 薄膜加熱試驗TFOT 旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗RTFOT PAV壓力老化試驗 評價指標(biāo)：質(zhì)量損失 針入度比 延度,瀝青薄膜加熱烘箱示意圖,試件：50g瀝青試樣試驗條件：163，5h 試驗指標(biāo)：質(zhì)量損失 針入度比 延度,圖5-18瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜加熱烘箱示意圖,試件：35g瀝青試樣，試驗條件：163，75min,PAV壓力老化試驗儀,試件：RTFOT后

17、的薄膜試樣 試驗條件：90110，20h，2.07MPa,瀝青閃點儀示意圖,閃點是指加熱瀝青揮發(fā)出的可燃?xì)怏w與空氣組成混合氣體在規(guī)定條件下與火接觸，產(chǎn)生閃光時的瀝青溫度。 燃點指瀝青加熱產(chǎn)生的混合氣體與火接觸能持續(xù)然繞5S以上是的瀝青溫度。 閃點和燃點溫度相差10度左右,5.1.3.5 安全性,5.1.3.6 瀝青的粘彈性,1）瀝青材料的粘-彈性現(xiàn)象插圖 蠕變在應(yīng)力保持不變的情況下，應(yīng)變隨時間增加而增加 應(yīng)力松弛在保持應(yīng)變不變的情況下，應(yīng)力隨時間增加逐漸衰減插圖,瀝青材料的粘彈性現(xiàn)象,2）瀝青的勁度模量 定義： S=( / ) t, T 確定方法： 滑板粘度試驗 瀝青勁度模量諾模圖： 荷載作用

18、時間 路面溫度差: Tp-TR&B 瀝青的PI,由針入度指數(shù)預(yù)測瀝青勁度,時間 t,變形 ,溫度T1,溫度T2,彈性,粘性,瀝青材料的粘彈性現(xiàn)象,5.1.3.7 瀝青的粘附性,影響因素： 集料的親水性： SiO2 : 0% 52% 65% 堿性集料 中性集料 酸性集料 瀝青的粘度與極性 瀝青混合料的空隙率 評價方法： 水煮法和水浸法試樣 光電分光光度法,石油瀝青的標(biāo)準(zhǔn)、選用與摻配,1、石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 道路石油瀝青（有七個牌號) 牌號越大，粘性越?。ㄡ樔攵仍酱螅?； 牌號越大，塑性越好（延度越大）； 牌號越大，溫度敏感性越大（軟化點越低）。 建筑石油瀝青（有三個牌號） 牌號越小，粘性越大（針入

19、度越小）； 牌號越大，塑性越差（延度越?。?牌號越大，溫度敏感性越?。ㄜ浕c越高）。,5.1.4 石油瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),2、石油瀝青的選用 選用原則：根據(jù)工程性質(zhì)與要求、適用部位、環(huán)境條件等因素選用，在滿足適用條件的前提下，應(yīng)選用牌號較大的石油瀝青，以保證使用壽命。 道路瀝青 拌制瀝青混凝土、瀝青拌和料或瀝青砂漿； 密封材料、粘結(jié)劑以及瀝青涂料。 建筑石油瀝青 制造油紙，油氈、防水涂料和瀝青膠，絕大部分用于屋面、地下防水、溝槽防水防腐蝕及管道防腐等工程。,第二節(jié) 改性瀝青,改性 通過組成設(shè)計和分子 設(shè)計，達(dá)到理想性能,瀝青的改性,73,不同加工過程瀝青性質(zhì)的變化趨勢,性能等級,Low,HIGH

20、,工藝優(yōu)化,原油選擇,基質(zhì)瀝青,改性瀝青,基質(zhì)瀝青性能范圍,符合PG各等級要求,特殊用途,不同的工藝和不同的改性劑,A,B,C,D,74,不同的問題尋求不同的解決方案,瀝青性質(zhì)削弱,瀝青性質(zhì)得到改善,彈性體改性劑,塑性改性劑,彈性恢復(fù) 抗疲勞 低溫柔性,紫外老化 熱穩(wěn)定性,勁度 熱穩(wěn)定性 抗紫外老化,低溫柔性 彈性恢復(fù),瀝青的質(zhì)量控制,75,瀝青材料的發(fā)展趨勢改性,隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，車流量越來越大，車荷載越來越重，氣溫逐漸變暖，重交通道路瀝青已不能滿足高等級公路和特殊路段的使用要求，為了提高路面的抗永久變形、抗車轍、抗擁包、抗推移、抗疲勞、抗低溫開裂、抗老化、抗水侵害等病害能力，瀝青材料的研

21、究部門和應(yīng)用部門提出了對道路瀝青進(jìn)行改性，以此來提高瀝青材料的綜合性能。,76,所謂改性瀝青就是在基質(zhì)瀝青中添加適當(dāng)和適量的改性劑（一種或多種），以提高或改善瀝青的某些性能，達(dá)到路用要求的過程或手段。,77,改性劑的種類,樹脂類 熱塑性塑料：PE、EVA等； 熱固性塑料：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等； 橡膠類：NR、SBR、CR、BR、IIR等； 熱塑性彈性體：SBS、SIS、SEBS等； 天然瀝青：湖瀝青（TLA）、巖瀝青等。 熱塑性彈性體SBS與瀝青具有較好的相溶性和儲存穩(wěn)定性，兼有較好的高溫性能和低溫性能，是改性瀝青普遍采用的改性劑。,78,SBS瀝青改性劑,嵌段共聚物SBS改性劑的性質(zhì) SBS

22、是一種熱塑性彈性體，是以丁二烯和苯乙烯為單體，環(huán)己烷為溶劑，正丁基鋰為引發(fā)劑，四氫呋喃為活化劑，采用陰離子聚合得到的線型或星型嵌段共聚物。SBS高分子鏈具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的不同嵌段，即塑性段和橡膠段，形成類似合金的組織結(jié)構(gòu)。由于這種獨特的結(jié)構(gòu)，使其既具有塑料的剛性和塑性，又具有橡膠的柔性和彈性，目前在國內(nèi)外，SBS是應(yīng)用量最多、最廣泛的瀝青改性劑。,79,SBS結(jié)構(gòu),SBS結(jié)構(gòu)有線型與星型，苯乙烯和丁二烯的比例在生產(chǎn)時可以控制，其分子量從5萬到30萬。所以，在生產(chǎn)改性瀝青時，要根據(jù)基質(zhì)瀝青的性質(zhì)來篩選SBS，以達(dá)到比較理想的改性效果。,80,SBS改性瀝青的發(fā)展歷程,SBS的性能不同于其它橡膠，它在

23、常溫下不需要硫化就可以具有良好的彈性，當(dāng)溫度升到180 以上時，它可以變軟、熔化，易于加工。 1、物理改性 SBS物理改性瀝青就是將SBS與瀝青按一定的比例，在180 左右攪拌溶漲，通過膠體磨研磨，使SBS顆粒達(dá)到10微米以下，與瀝青混合的過程。所形成的瀝青體系是非穩(wěn)定體系，產(chǎn)品需要不停攪拌，停止攪拌SBS就凝聚成大膠粒從瀝青中析出。,81,瀝青改性,土木工程中使用的瀝青要求： 在低溫下應(yīng)有彈性和塑性； 在高溫下要有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性； 在加工和使用中具有抗老化能力； 與礦物和結(jié)構(gòu)表面有較強(qiáng)的粘附力； 以及對構(gòu)件變形的適應(yīng)性和耐疲勞性。 瀝青材料本身難以滿足這些性能要求，需用其他材料改性。 氧

24、化改性、礦物填充料改性、聚合物改性三種。,82,第三節(jié) 乳化瀝青,乳化瀝青,乳化瀝青的發(fā)展過程,1.概念 一種物質(zhì)以多個分子形成的集合體（微粒）的形式，分散在另一種物質(zhì)中，形成相對穩(wěn)定的混合物，這一過程就叫做乳化，形成的混合物叫做乳液。,水,油,水,油,乳化瀝青的發(fā)展過程,1.概念 將瀝青加熱融化，在機(jī)械的作用下，使瀝青以微小的顆粒狀態(tài)分散于含有乳化劑的水溶液中，形成一種水包油狀的，相對穩(wěn)定的乳液，叫做乳化瀝青。 乳液： 油包水型 水包油型 普通乳液（120） 精細(xì)乳液（0.01-0.05）,乳化瀝青的發(fā)展過程,乳化瀝青的使用范圍,乳化瀝青的發(fā)展過程,2.乳化瀝青的發(fā)展 20世紀(jì)初 開始 噴灑

25、防塵 20世紀(jì)20年代 應(yīng)用于道路 20世紀(jì)30年代50年代中期 乳化瀝青用量 緩慢增長 1953年起 乳化瀝青用量開始穩(wěn)定上升 近30年來 乳化瀝青迅速發(fā)展,乳化瀝青的發(fā)展過程,3.乳化瀝青在我國的發(fā)展 建國前 少量應(yīng)用 建國初 停止 1978年交通部成立了“陽離子乳化瀝青 路用性能研究”課題協(xié)作組 開始推廣 1985左右 許多省市開始應(yīng)用 90年代中期至今 在我國迅速普及應(yīng)用 近幾年 改性乳化瀝青技術(shù)開始發(fā)展和應(yīng)用,乳化瀝青的發(fā)展過程,4.乳化瀝青的未來發(fā)展 （1）使用量將越來越大 隨著路網(wǎng)的逐漸形成與完善，低等級道路的升級要求，乳化瀝青使用量將越來越大；隨著環(huán)保意識的增強(qiáng)和能源的逐漸緊張

26、，乳化瀝青占瀝青的比例也將越來越大。 （2）使用范圍越來越廣 乳化瀝青的使用，除了新建道路外，更重要的應(yīng)用領(lǐng)域是預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和矯正性養(yǎng)護(hù)。 （3）質(zhì)量越來越高 隨著配方技術(shù)、乳化技術(shù)、膠體磨技術(shù)的不斷發(fā)展，乳化瀝青更趨于專用化，這有利于發(fā)展施工工藝和路面質(zhì)量的提高。,乳化瀝青的發(fā)展過程,5.乳化瀝青的特點及社會經(jīng)濟(jì)效益,減少環(huán)境污染，改善施工條件,乳化瀝青的發(fā)展過程,各種路面結(jié)構(gòu)瀝青用量的比較,乳化瀝青的發(fā)展過程,乳化瀝青車間與熱瀝青車間環(huán)境對比,乳化瀝青的發(fā)展過程,應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到： 1乳化瀝青不是熱瀝青的替代品，各有其優(yōu)缺點，互相補(bǔ)充，相輔相成。 2有一定的適用范圍和方法，不是萬能的，必須科學(xué)地使

27、用乳化瀝青。 3其技術(shù)含量很高，必須掌握它的內(nèi)在規(guī)律，才能真正發(fā)揮出它獨特的作用。 4.乳化瀝青技術(shù)發(fā)展至今還不十分完善，許多技術(shù)方面的問題還需要我們做進(jìn)一步研究和探討。 總的來說 乳化瀝青是一種節(jié)約、安全、環(huán)保、有效且通用的道路材料系統(tǒng)。,瀝青的乳化劑和乳化原理,一、表面活性劑 分子內(nèi)含有親水基和親油基，能夠降低液體的表面張力和不相容兩液面間的界面張力的物質(zhì)，叫做表面活性劑。 表面活性劑分子的特殊結(jié)構(gòu) 親油基 C-H結(jié)構(gòu) 非極性 與油相似 易溶于油 親水基 離子或相似離子結(jié)構(gòu) 極性 與水相似,親油基,親水基,瀝青的乳化劑和乳化原理,表面活性劑的基本性質(zhì) 1、膠束的形成 當(dāng)表面活性劑溶于水后，

28、它的親水基一端可溶于水，而親油基的一端有排斥水的趨勢，這樣，表面活性劑分子就會在水溶液的表面或油水界面，采取一種定向的排列。,水,油,瀝青的乳化劑和乳化原理,2、表面張力與表面活性劑濃度之間的關(guān)系,0.2,0.4,0.6,0.8,10,80,90,70,60,50,40,30,20,表面活性劑濃度（%）,表面張力（N/m),瀝青的乳化劑和乳化原理,2、表面張力與表面活性劑濃度之間的關(guān)系,1、極稀溶液,2、稀溶液,3、臨界膠束濃度,4、大于臨界膠束濃度,瀝青的乳化劑和乳化原理,2、表面張力與表面活性劑濃度之間的關(guān)系 表面活性劑溶液，只有當(dāng)其濃度高于臨界膠束濃度的時候，才能顯示其作用。 臨界膠束濃

29、度不是一個特別明顯的界限，所以臨界膠束濃度應(yīng)看作是一個范圍，它不是一個精確的點。 表面活性劑的臨界膠束濃度都很低，一般為0.001-0.02mol/L,即0.02%-0.04%。 瀝青乳化劑是表面活性劑的一種,它也遵循上述規(guī)律。,瀝青的乳化劑和乳化原理,3.表面活性劑的親水親油平衡（HLB） （1）概念 規(guī)定：石蠟的HLB=0 （親水性最差） 油酸的HLB=1 油酸鉀的HLB=20 烷基硫酸鈉的HLB=40 （親水性最好） 其他的表面活性劑的HLB值，用乳化試驗的乳化效果來確定。,瀝青的乳化劑和乳化原理,（2）HLB值的計算 HLB=20(1-M0/M) MO親油基的分子量 M表面活性劑的分子

30、量 HLB=7+(親水基團(tuán)數(shù))- （親油基團(tuán)數(shù)） HLB混=（HLB單質(zhì)量%）,瀝青的乳化劑和乳化原理,（3）HLB值的作用 大體判斷該表面活性劑的水溶性,瀝青的乳化劑和乳化原理,大體判斷其作用,0,3,5,7,9,10,12,15,18,20,消泡作用,乳化作用 油包水W/O,滲透作用,增容作用,洗滌作用,乳化作用 水包油O/W,瀝青的乳化劑和乳化原理,大體判斷其用途,瀝青的乳化劑和乳化原理,二、瀝青乳化劑 1.概念 用于瀝青乳化的表面活性劑，一般叫做瀝青乳化劑。 1、瀝青乳化劑具有表面活性劑的基本特性。 2、表面活性劑有幾千種之多，但可用于瀝青乳化的表面活性劑只有很少一部分。 3、瀝青乳化

31、劑的HLB值一般在8-18之間。,瀝青的乳化劑和乳化原理,2.瀝青乳化劑的類型 按離子的類型分類 離子型乳化劑 陽離子型乳化劑 非離子型乳化劑,兩性離子型乳化劑,陰離子型乳化劑,-,+,+/-,瀝青的乳化劑和乳化原理,瀝青,-,-,-,-,-,-,-,-,乳化劑與瀝青微粒的結(jié)合形式,瀝青,+,+,+,+,+,+,+,+,陰離子乳化劑,陽離子乳化劑,瀝青的乳化劑和乳化原理,按親水基的種類分類 （1）陰離子乳化劑 R-COONa 羧酸鹽 RSO3Na 磺酸鹽 ROSO3Na 硫酸脂鹽 ROPO3Na 磷酸脂鹽 （2）陽離子型乳化劑 R-NHCH2CH2CH2NH2 烷基胺 R-NH2HCl 伯胺鹽

32、 R-NH2(CH3)Cl 仲胺鹽 R-NH(CH3)2Cl 叔胺鹽 R-N(CH3)4Cl 季胺鹽,瀝青的乳化劑和乳化原理,按親水基的種類分類 （3）兩性離子型乳化劑 R-NHCH2CH2COOH 氨基酸型 R-N(CH3)2CH2COOH 甜菜堿型 （4）非離子型乳化劑 R-O-(CH2CH2O)n-H 聚氧乙烯型 R-COOC(CH2OH)3 多元醇型,瀝青的乳化劑和乳化原理,按施工時的破乳速度分 慢裂型 中裂型 快裂型 慢裂快凝型,瀝青的乳化劑和乳化原理,3.乳化劑的復(fù)配 單一的乳化劑，有時乳化效果不好，如果加入其他一些乳化劑或者助劑則能達(dá)到較好的效果。 助劑加入達(dá)到的作用 生產(chǎn)出合格

33、的乳化瀝青 降低乳化瀝青的生產(chǎn)成本 滿足不同的施工要求 如果加入的物質(zhì)屬于乳化劑 第二乳化劑 如果加入的物質(zhì)不屬于乳化劑 添加劑或助劑,瀝青的乳化劑和乳化原理,（1）復(fù)合乳化劑 1、陽-陽復(fù)配 2、陽-非復(fù)配 3、陰-陰復(fù)配 4、陰-非復(fù)配 （2）穩(wěn)定劑或助劑的加入 1、無機(jī)類助劑 2、增稠劑 3、調(diào)酸堿類助劑,瀝青的乳化劑和乳化原理,4.乳化劑對乳化瀝青性能的影響 （1）乳化劑對瀝青性能的影響 原瀝青延度與乳化瀝青蒸發(fā)殘留物延度的實驗對比,瀝青的乳化劑和乳化原理,（2）乳化瀝青的起泡性 防止起泡：生產(chǎn)和運輸過程中，輸送液體時，將管子插到容器底部，也可加入消泡劑消泡，但會增加成本。 （3）乳化

34、劑對儲存穩(wěn)定性的影響 用不同的乳化劑生產(chǎn)的乳化瀝青，其穩(wěn)定性不同。一般情況下乳化劑用量越多，乳液的穩(wěn)定性越好 （4）乳化劑對破乳速度的影響 影響破乳速度的因素很多，最主要的是乳化劑的結(jié)構(gòu)。陰離子乳化劑多數(shù)為慢裂乳化劑，陽離子乳化瀝青的破乳速度趨于加快。 乳化劑用量大，破乳速度就慢，乳化劑的用量小，則破乳速度加快。,瀝青的乳化劑和乳化原理,三、瀝青的乳化原理 乳化劑連接了瀝青與水兩種互不相溶的體系，降低了瀝青與水界面的表面張力，使瀝青能夠以微小的顆粒狀態(tài)分散于水溶液中，形成相對穩(wěn)定的混合物。 乳化瀝青的必要條件 1.瀝青 2.水 3.乳化劑 4.穩(wěn)定劑 減少乳化劑用量，降低成本。提高乳液的穩(wěn)定性

35、 。有些乳化劑，需調(diào)酸才可使用。,瀝青的乳化劑和乳化原理,乳化瀝青的性質(zhì) 1、常溫下，乳化瀝青是一種黑色或棕黑色的易流動的液態(tài)混合物。 2、乳化瀝青由瀝青、水、乳化劑三種基本成分組成。 3、瀝青以微粒的形式分散（或懸浮）于水溶液中。 4、乳化瀝青是一個不穩(wěn)定的體系，在某些條件改變時會破乳析出瀝青。 5、乳化瀝青是一種水包油狀的乳液。,第四節(jié) 煤瀝青,什么是煤瀝青？,煤瀝青是煤焦油瀝青的簡稱，是煤焦油蒸餾后的殘渣，為煤焦油加工過程中的大宗產(chǎn)品，是制取各種碳素材料不可替代的原料。中國是煤瀝青生產(chǎn)和應(yīng)用的大國，目前煤瀝青的產(chǎn)量已達(dá)200萬t，占煤焦油總量的50以上。目前，煤瀝青主要用于制造冶金業(yè)中碳素電極的粘結(jié)劑，高附加值的碳材料和針狀焦，以及防水和建筑材料，其中以粘結(jié)劑的應(yīng)用最為廣泛。但是，未經(jīng)改質(zhì)的煤焦油瀝青，其軟化點低，揮發(fā)份高，結(jié)焦值低。所生產(chǎn)的電極制品比電阻大，抗氧化和熱穩(wěn)定性差，機(jī)械強(qiáng)度低。因此，煤焦油瀝青要經(jīng)過改質(zhì)，改善其理化性質(zhì)