第8章沥青及防水材料

主要内容第一节沥青材料第二节沥青基防水材料第三节新型防水材料沥青：是由高分子碳氢化合物及其非金属（氧、氮、碳等）衍生物组成的极其复杂的混合物，在常温下呈黑色或黑褐色的固体、半固体或液体状态。是一种有机的胶结材料，具有优越的粘性、塑性、耐腐蚀及憎水性等。分类：地沥青：分天然沥青、石油沥青焦油沥青：分煤沥青、木沥青、页岩沥青等。第一节沥青材料主要内容一、石油沥青二、煤沥青三、改性石油沥青一、石油沥青1、石油沥青的定义2、石油沥青的组成与结构3、石油沥青的技术性质4、石油沥青的牌号与应用1、石油沥青的定义石油原油经蒸馏等提炼出各种轻质油（如汽油、柴油等）及润滑油以后的残余物，或再经加工而得到的主要由烃类及其衍生物所组成的产品。在常温下呈固体、半固体或粘性液体，颜色为褐色或黑褐色。2、石油沥青的组成与结构⑴石油沥青的组分树脂(胶质)地沥青质油分——三组分(吸附法)2、石油沥青的组成与结构⑴石油沥青的组分树脂(胶质)地沥青质油分是沥青中分子量、密度最小的组分，含量45-60%，呈淡黄色至红褐色的油状液体。赋予石油沥青以流动性。可溶于石油醚、二硫化碳、三氯甲烷、苯、四氯化碳和丙酮等有机溶剂，但不溶于酒精。------三组分(吸附法)2、石油沥青的组成与结构⑴石油沥青的组分树脂(胶质)地沥青质也称沥青脂胶，分子量比油分大，含量15-30%，呈黄色至黑褐色粘稠状半流体。多属中性树脂，赋予沥青以粘结性、塑性和流动性。可溶于三氯甲烷、苯、汽油等有机溶剂。油分------三组分(吸附法)2、石油沥青的组成与结构⑴石油沥青的组分树脂(胶质)地沥青质油分分子量比树脂更大，含量5-30%，呈深褐色、黑色固态无定形体（固体粉末）。决定石油沥青温度敏感性、粘性。可溶于三氯甲烷、二硫化碳等有机溶剂，染色力强，对光的敏感性强，感光后不溶。------三组分(溶剂法)2、石油沥青的组成与结构⑴石油沥青的组分----四组分(色谱法)沥青正庚烷沉淀溶液不溶物沥青沥青质沉淀硅胶氧化铝色谱柱正庚烷冲洗甲苯冲洗甲苯/乙醇冲洗饱和分芳香分胶质(或胶质+沥青质）(S)(Ar)(R+At)2、石油沥青的组成与结构⑴石油沥青的组分------四组分的特性①沥青质：呈黑色或棕色的无定形固体，不溶于正庚烷而溶于苯的复杂芳香物，极性很强，分子量大(1000),含量在5-25%，赋予沥青较高的粘性。②胶质：呈深棕色的固体或半固体，溶于正庚烷的复杂芳香物，极性强，粘附力好，分子量稍小(1000),是沥青质的扩散剂或胶溶剂。③芳香族：由非极性碳链组成，是分子量最低的环烷芳香化合物，含量在20-50%，为深棕色的粘稠液体，是胶溶沥青质的分散介质。2、石油沥青的组成与结构⑴石油沥青的组分------四组分的特性④饱和分：由直链和支链脂肪属烃、烷基环烃和烷基芳香烃组成的非极性稠状油类，呈稻草色或白色，含量占5-20%，使胶质-沥青质软化(塑化)，保持沥青胶体结构稳定。蜡分：在油分中含有的经冷冻结晶析出的，熔点250C的混合组分。有害，蜡在高温融化，降低沥青粘度，增大温度敏感性；低温时结晶析出，降低延性及与石料表面的粘附力。⑵石油沥青的结构溶胶结构：油分(饱和分和芳香分)多，沥青质(含量10%)较少，胶质适量，沥青质胶团在连续相中自由移动，呈牛顿流动特性。其流动性、塑性较好，温度敏感性大。凝胶结构：油分少，沥青质较多(含量≥30%)，胶团相互连接形成三维网状结构，呈明显的弹性性能。其弹性、粘性较好，温度敏感性小。溶-凝胶结构：介于两者之间。—胶体结构溶胶结构凝胶结构密度：沥青在规定温度（150C、250C）下单位体积所具有的质量(t/m3、g/cm3)。与组成有关，是配合比设计的参数。相对密度：在规定温度下，沥青质量与同体积水的质量之比。常见粘稠沥青的密度密度热胀系数介电常数3、石油沥青的技术性质沥青品种新疆克拉玛依90号欢喜岭90号新加坡壳牌伊朗相对密度0.97311.0041.0341.03⑴物理特征常数沥青随温度上升，体积膨胀；温度下降，体积收缩。体积膨胀系数(A)：通过测定不同温度下的密度来计算。沥青路面的开裂与沥青混合料的膨胀系数有关。不同温度下的密度不同温度；212121112//)(TTTTTDDTTTTDDDA密度热胀系数介电常数3、石油沥青的技术性质⑴物理特征常数密度热胀系数介电常数3、石油沥青的技术性质⑴物理特征常数板电容器的电容真空为介质时相同平行容器的电容沥青为介质时平行板电介电常数介电常数与沥青对氧、雨、紫外线等的耐候性有关。研究认为：沥青路面抗滑阻力的改善与介电常数有关。3、石油沥青的技术性质•⑴物理常数•⑵粘滞性•⑶塑性•⑷温度敏感性•⑸大气稳定性反映沥青材料内部阻碍其相对流动，抵抗剪切变形的一种特性。用绝对粘度、相对粘度表示。相对粘度指标：针入度、标准粘度。3、石油沥青的技术性质•⑴物理常数•⑵粘滞性•⑶塑性•⑷温度敏感性•⑸大气稳定性测定方法：——相对粘度法①标准粘度计法：是测定液体石油沥青、煤沥青和乳化沥青的粘度方法。采用道路标准粘度计法。试验标准见JTJ052T0621-93②针入度法：测定粘稠沥青粘度的方法。标准粘度测定液体沥青在规定温度(20、25、30、60℃)下，由规定孔径(3、5、10㎜)流出50㎝3沥青所需的秒数。以Ct,d表示。在相同温度和相同流孔条件下，流出时间越长，粘度愈大。一般温度越↑针入度↑，粘度越↓针入度的测定针入度在规定25℃、以100g的标准针，经5秒贯入沥青试样的深度值（以1/10㎜为单位）。针入度值↑，沥青粘性↓沥青愈软。3、石油沥青的技术性质•⑴防水性•⑵粘性•⑶塑性•⑷温度敏感性•⑸大气稳定性是指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏，除去外力后，仍保持变形后的形状的性质。用延度指标表示。在25℃的水中，以5㎝/min的形变速度将沥青试件拉断时的伸长值(㎝)。延度越大，塑性越好。延伸度断裂延度的测定3、石油沥青的技术性质•⑴防水性•⑵粘性•⑶塑性•⑷温度敏感性•⑸大气稳定性是指石油沥青的粘性和塑性随温度升降而变化的性能。用温度软化点表示。它指沥青从固态转化到液态时的温度。针入度是在规定温度下沥青的条件粘度，而软化点则是沥青达到规定条件粘度时的温度。它即是反映感温性指标，也是粘度的一种度量。取沥青于标准铜环内，上放一铜球重3.5g，直径9.5㎜，浸入水或甘油中，以5℃/min的速度加热升温，使沥青软化下垂到25.4㎜时的温度值。25.4mm16mm6mm软化点的测定3、石油沥青的技术性质•⑴防水性•⑵粘性•⑶塑性•⑷温度敏感性•⑸大气稳定性是指沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素的长期综合作用下，石油沥青抵抗老化的性能。老化：沥青在使用中，随时间的进展，其流动性和塑性逐渐降低，硬脆性逐渐增大，直至脆裂。用蒸发损失、蒸发针入度比指标表示。%100(%)蒸发前质量蒸发后质量蒸发前质量蒸发损失%100蒸发前针入度蒸发后针入度蒸发后针入度比蒸发损失愈小、蒸发后针入度比愈大，则大气稳定性愈高，“老化”愈慢。原因：随时间延长，三组分不断递变，其规律为：油分树脂地沥青质，使流动性、塑性逐渐减少，硬脆性逐渐增大。溶解度：指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或苯中溶解的百分率。表示石油沥青中有效物质的含量，即纯净程度。闪点：指沥青加热至挥发出的可燃气体与空气的混合物，在规定条件下与火焰接触，初次闪火（有蓝色闪光）时的沥青温度。燃点：加热沥青产生的气体和空气的混合物，与火焰接触能持续燃烧5秒以上时的温度即为燃点。一般燃点比闪点高100C，取决沥青质多少。其它性质4、石油沥青的牌号与应用•分类：有建筑石油沥青、道路石油沥青•三大指标：针入度、延度、软化点，其中针入度是划分牌号的主要依据。•牌号与性能关系：牌号越高，针入度越大，延度越大，软化点越低。•选用原则：依据工程所处的气候条件、工程环境及技术要求选用。牌号越大越好。二、煤沥青煤沥青：是将煤焦油蒸馏，去水及各种轻油、中油、重油和蒽油后所得的残渣。特点：⑴温度敏感性较大⑵大气稳定性较差⑶塑性较差，容易变形开裂⑷有毒性和臭味，防腐能力较好⑸与矿料表面的粘附力较好。三、改性沥青•改性沥青应具有的特性：⑴低温下应有一定的弹性和塑性。⑵高温下要应有足够的强度和稳定性。⑶在加工和使用时应有抗“老化”能力。⑷与各种矿料的表面有较强的粘附力。⑸对构件变形的适应性和耐疲劳性。•改性材料：橡胶、树脂和矿物填料等1、橡胶改性沥青橡胶：是弹性体的一种，在常温下具有显著的高弹性能，在外力作用下会发生变形，变形可达百分之数百。当除去外力后，又很快恢复原来的状态，且保持这种性质的温度区间范围很大。分类：有氯丁橡胶、丁基橡胶、热塑性弹性体（SBS）及再生橡胶改性沥青等多种。SBS改性沥青SBS改性沥青：是热塑性弹性体苯乙烯—丁二烯嵌段共聚物，常温下具有橡胶的弹性，高温下又能像树脂熔融流动，成为可塑的材料。特点：①低温柔性好，冷脆点降至-400C；②弹性、延伸率大，延度可达200%；③热稳性高，耐热度达90-1190C。④耐候性好。2、树脂改性沥青树脂：可以改进沥青的耐寒、耐热性、粘结性和不透气性。常用树脂：有古马隆树脂、聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)，无规聚丙烯APP等。APP改性沥青：其软化点高，延度大，冷脆点低，粘度大。具有优异的耐热性和抗老化性。3、矿物填充料改性沥青品种：滑石粉、石灰石粉、石棉等粉状或纤维状。改性机理：沥青对矿料的润湿和吸附作用结构沥青：指沥青成单分子状排列在矿物颗粒(或纤维)表面，形成结合力牢固的沥青薄膜。它具有较高的粘性和耐热性。沥青中掺入适当的矿物填充料，以形成恰当的结构沥青膜层。第二节沥青基防水材料一、冷底子油与沥青胶二、沥青防水卷材三、沥青防水涂料四、沥青嵌缝油膏一、冷底子油与沥青胶冷底子油：是用建筑石油沥青加入汽油、煤油、轻柴油，或者用软化点为50-70度的煤沥青加入苯，经融合而制成的沥青溶液，可以在常温下涂刷。作用机理：涂刷在多孔材料表面→渗入材料孔隙→溶剂挥发→形成沥青膜（牢固结合于基层表面，且具有憎水性）。一、冷底子油与沥青胶沥青胶（也称玛碲脂）：是在沥青中加入适量的矿质粉料(石灰石粉、滑石粉)或加入部分纤维状填料(石棉）配置而成的。其粘性、耐热性和柔韧性较好。应用：用于粘贴卷材、嵌缝、接头、补漏及做防水层的底层。标号：以耐热度表示划分为S-60、S-65、S-70、S-75、S-80、S-85六个标号二、沥青防水卷材1、石油沥青纸胎油毡、油纸：油纸：用低软化点沥青浸渍，无涂盖层的纸胎防水卷材。油毡：用高软化点沥青浸渍，撒隔离材料制成的纸胎防水卷材。根据GB，按1m2原纸克数分200、350、500三个号，每牌号分优、一、合格三等。2、石油沥青玻璃纤维胎油毡：以玻璃纤维布为胎体，浸涂沥青，两面撒以隔离材料而制成的防水卷材。用于屋面、地下防水、防腐层及管道防腐保护层。3、石油沥青玻璃布油毡：以玻璃纤维薄毡为胎体，浸涂沥青，表面撒以隔离材料或覆盖聚乙烯膜所制成的防水卷材。以10m2质量kg分15、25、35三个标号。二、沥青防水卷材二、沥青防水卷材4、铝箔面油毡：以玻纤毡为胎基浸涂氧化沥青，表面用压纹铝箔贴面，底面撒矿料或PE膜制成的具有热反射和装饰功能的防水材料。按标称卷重分30、40两个号。绿豆砂沥青胶油毡沥青胶油毡沥青胶冷底子油或乳化沥青混凝土基层“两毡三油一砂”防水层做法三、沥青防水涂料是以沥青为基料配制而成的。分水乳型或溶剂型防水涂料。溶剂型：性能较差，不单独使用。如冷底子油水乳型：以乳化沥青为基料制成的防水涂料。乳化沥青：以水为分散介质，在乳化剂(如石灰)的作用下，将沥青微粒(10μm)分散成乳液型稳定的分散体系。有矿物胶体乳化剂和化学乳化剂细砂稀释涂料涂料无纺布涂料无纺布涂料底涂料（涂料与水等比混合）混凝土基层“两布三涂”防水做法四、沥青嵌缝油膏以石油沥青为基料加入改性材料、稀释剂、填料等配制而成的黑色膏状嵌缝材料。分类：按耐热性和低温柔性分