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6.沥青和沥青混合料•6.1沥青材料•6.2沥青混合料学习目标：•掌握沥青材料的基本组成、工程性质及测定方法；了解主要沥青制品及其用途。•掌握沥青混合料配合比，包括矿质材料配合比的设计和配制；了解沥青混合料使用要点。6.1沥青材料•6.1.1沥青的分类与基本组成结构•1.沥青的分类•沥青材料是由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属（氧、硫，氮）的衍生物所组成的混合物。•沥青材料按其在自然界中的获得方式可分为二大类：•（1）地沥青：天然沥青；石油沥青。•（2）焦油沥青：煤沥青；页岩沥青。•沥青主要用于道路工程以及防潮、防水、防腐蚀材料。•2.沥青的基本组成结构•（1）石油沥青的基本组成•石油沥青是由石油经蒸馏、吹氧、调和等工艺加工得到的残留物。•化学组分分析就是将沥青分离为几个化学性质相近，而且具有某些共同特征的部分划分为一组，这些组就称为“组分”。•将沥青分离为油分、树脂和沥青质等三组分。•油分赋予沥青以流动性，其含量直接影响沥青的柔软性、抗裂性及施工难度；•树脂主要使沥青具塑性和粘性；•沥青质决定沥青的粘结力、粘度和温度稳定性，以及沥青的硬度、软化点等。组分状态染色比密度分子量含量，%油分油状液体淡黄-红褐色小于1300~50040~60树脂粘稠状物体黄-黑色略大于1600~100015~30地沥青质无定形固体粉末深褐-黑色大于1＞100010~30•2）石油沥青的胶体结构•胶体结构的形成：沥青的胶体结构是以沥青质为胶核，树脂和油分被吸附其表面，并逐渐向外扩散形成胶团，胶团再分散于油分中。•胶体结构类型：•A.溶胶结构——具有较好的自愈性和低温变形能力，但温度稳定性较差。•B.溶-凝胶结构——在高温时具有较低的感温性，低温时又有较好的形变能力。•C.凝胶结构——具有温度稳定性较好，但低温变形能力较差。•6.1.2沥青的主要性质及其测试方法•1.沥青的主要性质及测试方法•（1）粘滞性•石油沥青的粘滞性是反映沥青材料内部阻碍其相对流动的一种特性。也可以说，它反映了沥青软硬、稀稠的程度。是划分沥青牌号的主要技术指标。•液体石油沥青的粘滞性用粘滞度（也称标准粘度）指标表示，它表征了液体沥青在流动时的内部阻力；对于半固体或固体的石油沥青则用针入度指标表示，它反映了石油沥青抵抗剪切变形的能力。•粘滞度是在规定温度t（通常为20℃、25℃、30℃或60℃），规定直径d（为3mm、5mm或者10mm）的孔流出50㎝３沥青所需的时间秒数T。常用符号“”表示。粘滞度测定示意图见下图。•针入度是在规定温度25℃条件下，以规定100g的标准针，在规定时间5s内贯入试样中的深度（1/10mm为1度）表示。针入度测定示意图见下图。显然，针入度越大，表示沥青越软，粘度越小。•一般，地沥青质含量高，有适量的树脂和较少的油分时，石油沥青粘滞性大。温度升高，其粘性降低。TCdt•（2）塑性•塑性是指石油沥青在外力作用时产生变形而不破坏，除去外力后仍保持变形后的形状不变的性质。•石油沥青的塑性用延度指标表示。沥青延度是把沥青试样制成∞字形标准试模（中间最小截面积为1㎝２）在规定的拉伸速度（5cm/min）和规定温度（25℃）下拉断时的伸长长度，以cm为单位。延度指标测定的示意图见下图。延度值愈大，表示沥青塑性愈好。•一般，沥青中油分和地沥青质适量，树脂含量越多，延度越大，塑性越好。温度升高，沥青的塑性随之增大。•（3）温度敏感性•温度敏感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。•1）软化点•软化点是指沥青由固态转变为具有一定流动性膏体的温度，可采用环球法测定（见上图）。•沥青软化点不能太低，不然夏季易融化发软；但也不能太高，否则不易施工，并且品质太硬，冬季易发生脆裂现象。石油沥青温度敏感性与地沥青质含量和蜡含量密切相关。地沥青质增多，温度敏感性降低。工程上往往用加入滑石粉、石灰石粉或其它矿物填料的方法来减小沥青的温度敏感性。沥青中含蜡量多时，其温度敏感性大。•（4）大气稳定性•大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗老化的性能。•在大气因素的综合作用下，沥青中的低分子量组分会向高分子量组分转化递变，即油分一树脂—地沥青质。由于树脂向地沥青质转化的速度要比油分变为树脂的速度快得多，因此石油沥青会随时间进展而变硬变脆，亦即“老化”。•石油沥青的大气稳定性以沥青试样在加热蒸发前后的“蒸发损失百分率”和“蒸发后针入度比”来评定。其测定方法是：先测定沥青试样的质量及其针入度，然后将试样置于烘箱中，在160℃下加热蒸发5h，待冷却后再测定其质量和针入度，则•蒸发损失百分率愈小，蒸发后针入度比愈大，则表示沥青大气稳定性愈好，亦即“老化“愈慢。•(5)闪点和燃点•闪点是指沥青达到软化点后再继续加热，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，•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•各种沥青的最高加热温度都必须低于其闪点和燃点。•(6)•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•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，•(7)水分•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•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。•沥青的主要技术标准以针入度、延伸度、软化点等指标表示，见表6.16.1.3沥青的技术质量标准表6.1石油沥青的质量指标•使用沥青，应对其牌号加以鉴别。在施工现场的简易鉴别方法见表6.2。6.1.4石油沥青的简易鉴别表6.2石油沥青牌号简易鉴别方法牌号简易鉴别方法103060140~100质地较柔软•建筑石油沥青主要用于屋面、地下防水及沟槽防水、防腐蚀等工程。道路石油沥青主要用于沥青混凝土或沥青砂浆，用于道路路面或工业厂房地面等工程。根据工程需要还可以将建筑石油沥青与道路石6.5石油沥青的应用•煤沥青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，煤焦油经分馏加工，提取出各种油质后的产品即为煤沥青。6.2煤沥青的主要技术性质及应用•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，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。6.2.1分类•煤沥青的技术指标按国家标准GB2290—80规定，见表6.3。6.2.2煤沥青的技术指标表6.3煤沥青的技术指标指标名称低温沥青中温沥青高温沥青一类二类电极用一般用软化点(环球法)(℃)甲苯不溶物含量(%)灰分(%)不大于水分(%)挥发分(%)喹啉不溶物含量(%)不大于30~45————＞45~75————＞75~9015~250.35.060~7010＞75~95＜250.55.055~75＞95~120——5.0—•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。石油沥青与煤沥青的主要区别见表6.4。6.2.3煤沥青与石油沥青的区别表6.4石油沥青与煤沥青的主要区别性质石油沥青煤沥青密度(g/cm3)燃烧锤击颜色溶解温度稳定性大气稳定性防水性抗腐蚀性近于1.0烟少、无色、有松香味、无毒韧性较好呈辉亮褐色易溶于煤油与汽油中，呈棕黑色较好较高较好差1.25~1.28烟多、黄色、臭味大、有毒韧性差，较脆浓黑色难溶于煤油与汽油中，呈黄绿色较差较低较差(含酚、能溶于水)强•煤沥青的许多性能都不及石油沥青。煤沥青塑性、温度稳定性较差，冬季易脆，夏季易于软化，老化快。加热燃烧时，烟呈黄色，有刺激性臭味，略有毒性，但具有较高的抗微生物侵蚀作用，适用于地下防水工程或作为防腐材料用。6.2.4煤沥青的应用•6.3沥青的掺配、改性及主要沥青制品•1.沥青的掺配•施工中，若采用一种沥青不能满足配制沥青胶所要求的软化点时，可用两种或三种沥青进行掺配。掺配要注意遵循同源原则，即同属石油沥青或同属煤沥青（或煤焦油）的才可掺配。•两种沥青掺配的比例可用下式估算：•6.4改性石油沥青•1、矿物填料改性沥青•在沥青中加入一定数量的矿物填充料，可以提高沥青的粘性和耐热性，减小沥青的温度敏感性，同时也减少了沥青的耗用量，主要适用于生产沥青胶。•（１）常用矿物填料•矿物填料有粉状和纤维状两种，常用的有滑石粉、石灰石粉、硅藻土、石棉绒和云母粉等。•（２）矿物填充料改性机理•由于沥青对矿物填充料的润湿和吸附作用，沥青可以单分子状态排列在矿物颗粒（或纤维）表面，形成结合力牢固的沥青薄膜，称之为“结构沥青”。结构沥青具有较高的粘性和耐热性等，但是矿物填充料的掺入量要适当，一般掺量为２０％～４０％时，可以形成恰当的结构沥青膜层。•2、树脂改性沥青•用树脂改性石油沥青，可以改善沥青的耐寒性、耐热性、粘结性和不透气性。在生产卷材、密封材料和防水涂料等产品时均需应用。常用的树脂有：古马隆树脂，聚乙烯，聚丙烯，酚醛树脂及天然松香等。•3、橡胶改性沥青•（１）氯丁橡胶改性沥青•石油沥青中掺入氯丁橡胶后，可使其气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐光、耐臭氧性、耐候性和耐燃性等得到大大改善。氯丁橡胶掺入的方法有溶剂法和水乳法。溶剂法是先将氯丁橡胶溶于一定的溶剂（如甲苯）中形成溶液，然后掺入液态沥青中并混合均匀即可。水乳法是将橡胶和石油沥青分别制成乳液，然后混合均匀即可使用。•（2）丁基橡胶改性沥青•丁基橡胶沥青的配制方法与氯丁橡胶沥青类似。•（３）热塑性丁苯橡胶（SBS）改性沥青•SBS热塑性橡胶兼有橡胶和塑料的特性，常温下具有橡胶的弹性，在高温下又能像塑料那样熔融流动，成为可塑的材料。所以采用ＳＢＳ橡胶改性沥青，其耐高、低温性能均有较明显提高。•（４）再生橡胶改性沥青•再生橡胶掺入石油沥青中，同样可大大提高石油沥青的气密性，低温柔性，耐光、热和臭氧性，以及耐候性，且价格低廉。•第二节沥青基防水材料•1.沥青防水卷材•凡用原纸或玻璃布、石棉布、棉麻织品等胎料浸渍石油沥青（或焦油沥青）制成的卷状材料，称为浸渍卷材（有胎卷材）。将石棉、橡胶粉等掺入沥青材料中，经碾压制成的卷状材料称为辊压卷材（无胎卷材）。这两种卷材通称沥青防水卷材。•1.1普通原纸胎基油毡和油纸•采用低软化点沥青浸渍原纸所制成的无涂盖层的纸胎防水卷材叫油纸，当再用高软化点沥青涂盖油纸的两面，并撒布隔离材料后，则称为油毡。按原纸1m2的质量克数，油毡分为200、350和500三种标号，油纸分为200和350两种标号。•1.2新型有胎沥青防水卷材•新型有胎沥青防水卷材主要有麻布油毡、石棉布油毡、玻璃纤维布油毡、合成纤维布油毡等。这些油毡的制法与纸胎油毡相同，但抗拉强度、耐久性等都比纸胎油毡好得多，适用于防水性、耐久性和防腐性要求较高的工程。•SBS改性沥青柔性油毡是近年来生产的一种弹性体沥青防水卷材，它以聚酯纤维无纺布为胎体，以ＳＢＳ橡胶改性沥青为面层，以塑料薄膜为隔离层，油毡表面带有砂粒。它的耐撕裂强度比玻璃纤维胎油毡大15～17倍，耐刺穿性大15～19倍，可用氯丁粘合剂进行冷粘贴施工，也可用汽油喷灯进行热熔施工，是目前性能最佳的油毡之一。弹性体（SBS）改性沥青防水卷材塑性体改性沥青防水卷材（APP卷材）•塑性体(APP)改性沥青防水卷材是以聚酯粘或玻纤粘为胎体，以无规聚丙烯（APP）或聚烯类聚合物(APAO、APO)作改性剂，以PE膜为底面防粘隔层或单面粘砂粒自带保护层的塑性体改性沥青防水卷材。•产品用途：用于工业与民用建筑的屋面、地下室、卫生间的防水、防潮以及桥梁、停车场、游泳池、隧道、蓄水池等建筑物的防水。APP适用于环境温度较高地区的建筑防水。产品特点：弹性大、抗拉强度和延伸率高、高温不流淌、低温不脆裂、耐疲劳、抗老化、施工操作简便、环