35防水材料

第11章防水材料（沥青及沥青混合料）沥青的分类沥青组成和结构沥青的技术性质和标准其它沥青本章重点：石油沥青的生产工艺、组成结构、技术性质和技术标准。本章要求：通过学习，要求学生应掌握石油沥青的化学组分、胶体结构、技术性质和评价方法；并对其它各类沥青的组成和性质作一般的了解。沥青是一种有机胶凝材料，是一些十分复杂的碳氢化合物及其非金属的衍生物的混合物。在常温下一般呈固体或半固体，颜色为黑褐色或褐色。按照来源的不同，沥青可分为地沥青和焦油沥青两大类。沥青具有良好的憎水性、粘结性和塑性，广泛用于防水、防潮、道路和水利工程；石油沥青是应用最为广泛的沥青材料。沥青地沥青焦油沥青天然（地）沥青石油（地）沥青煤沥青木沥青……页岩沥青第一节石油沥青一、石油沥青的生产和分类（一）石油沥青生产工艺概述（二）石油沥青的分类1、按原油成分分类（1）石蜡基沥青（2）环烷基沥青（3）中间基沥青2、按加工方法分类（1）直馏沥青（2）氧化沥青（3）溶剂沥青二、石油沥青的结构根据沥青中各组分的化学组成和相对含量的不同，可以形成不同的胶体结构，有以下三种类型：当沥青质含量相对较少时，油分和树脂含量相对较高，胶团外膜较厚，胶团之间相对运动较自由，这时沥青形成溶胶结构。当沥青质含量较多而油分和树脂较少时，胶团外膜较薄，胶团靠近聚集，移动比较困难，这时沥青形成凝胶结构。当地沥青质含量适当，并有较多的树脂作为保护膜层时，胶团之间保持一定的吸引力，这时沥青形成溶胶－凝胶结构。1、溶胶结构这种结构的沥青粘滞性小，流动性大，塑性好，温度稳定性较差。2、凝胶结构这种结构的沥青弹性和粘性较高，温度敏感性较小，流动性、塑性较低。3、溶﹣凝胶结构这种结构的沥青在高温时具有较低的感温性，低温时又具有较好的形变能力。三、石油沥青的技术性质（一）粘性沥青的粘性是与沥青力学性质联系最密切的一种性质，指沥青在外力作用下抵抗变形的能力。通常用粘度表示。1、沥青的绝对粘度2、沥青的相对粘度运用沥青的绝对粘度测定较为复杂，在实际应用上多采用测定沥青的相对粘度。测定指标有：（1）针入度针入度是测定道路石油沥青粘滞性的常用技术指标，采用针入度仪测定。针入度值越小，表示粘度越大。我国现行试验方法《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052－2000）规定：标准针和针连杆组合件总质量为50g±0.05g，另加50g±0.05g砝码一只，试验时总质量为100g±0.05g，试验温度为25oC，标准针贯入时间为5s。例：P（25oC，100g，5s）=65（0.1mm）针入度值越大，表示沥青越软（稠度愈小）。（2）粘度粘度是测定液体沥青粘结性的常用技术指标，采用标准粘度计测定。我国现行试验方法《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052－2000）规定：液体状态的沥青材料，在标准粘度计中，于规定的条件下（20oC、25oC、30oC或60oC），通过规定的流孔直径（3mm、4mm、5mm及10mm），流出50ml体积所需的时间（s），以CT，d表示。例：C60，5=100s在相同温度和相同流孔条件下，流出时间愈长，表示沥青粘度愈大。（二）塑性沥青的塑性是指沥青在外力作用下发生变形而不破坏的能力。我国现行试验方法《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052－2000）规定：沥青的塑性用延度表示，用延度仪测定。将沥青试样制成∞字形标准试模（中间最小截面积为1cm2）在规定速度5cm/min±0.25cm/min和规定温度15oC（或10oC）下拉断时的长度，以厘米表示。沥青的延度越大，塑性越好，柔性和抗断裂性越好。（三）温度稳定性（感温性）温度稳定性是指沥青的粘结性和塑性随温度升降而变化的性能。1、高温敏感性用软化点表示软化点是沥青材料由固化点到滴落点的温度间隔的87.21%。我国现行试验方法《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052－2000）规定：沥青的软化点一般采用环球法软化点仪测定。将沥青试样装入规定尺寸内径18.9mm的铜环内，试样上放置质量为3.5kg的标准钢球浸入水或甘油中，以规定的升温速度5oC/min加热，使钢球软化下垂至规定距离时的温度。软化点愈高，表明沥青的耐热性愈好，即温度稳定性愈好。2、低温抗裂性用脆点表示脆点是指沥青材料由粘塑状态转变为固体状态达到条件脆裂时的温度。沥青的脆点采用弗拉斯法测定。将沥青试样涂在金属片上，置于有冷却设备的脆点仪的曲柄，使涂有沥青的金属片产生弯曲，随制冷剂温度降低，沥青薄膜温度逐渐降低，当沥青薄膜在规定弯曲条件下，产生断裂时的温度。3、针入度指数（PI）采用针入度指数（PI）值来判别沥青的胶体结构状态。1）针入度—温度感应性系数A试验研究认为，沥青达到软化点时，此时的针入度在600～1000之间，假定为800（0.1mm），由此针入度﹣温度感应性系数A可由式计算。式中：lgP(25oC，5s，100g)—在25oC，5s，100g条件下测定的针入度值，0.1mmTR&B–25—环球法测定的软化点（oC）测定针入度指数（PI）时，试验温度在15oC、25oC、30oC（或5oC）3个或3个以上（必要时增加10oC、20oC等）的条件下测定沥青的针入度，但用于仲裁试验的温度条件应为5个。25lg800lg&)100,5,25(BRgsCTPA2）针入度指数（PI）的确定（1）实用公式针入度指数（PI）的计算式为：（2）针入度指数（PI）亦可根据针入度指数诺模图求得。（3）按针入度指数（PI）值可将沥青划分为三种胶体结构类型，由表查得。沥青针入度指数（PI）沥青胶体结构类型沥青针入度指数（PI）沥青胶体结构类型沥青针入度指数（PI）沥青胶体结构类型-2溶胶-2~+2溶凝胶+2凝胶沥青的针入度指数和胶体结构类型1050130API（四）加热稳定性沥青在过热或过长时间加热过程中，会发生轻质馏分挥发、氧化、裂化、聚合等一系列物理及化学变化，使沥青的化学组成及性质相应地发生变化，这种性质称为沥青加热稳定性。（五）安全性安全性测定是测定沥青的闪点和燃点指标。闪点（闪火点）是指加热沥青挥发出可燃气体与空气组成混合气在规定条件下与火接触，产生闪光时的沥青温度（oC）。燃点（着火点）是指沥青加热产生的混合气体与火接触能持续燃烧5s以上时的沥青温度（oC）。（六）溶解度指石油沥青在三氯乙烯中溶液的百分率。（七）含水量沥青中含有水分，施工中挥发太慢，影响施工速度，所以要求沥青中含水量不宜过多。（八）非常规的其它性能指标1、劲度模量劲度模量是表示沥青的粘性和弹性联合效应的指标。2、粘附性粘附性是路用沥青重要性能之一，其直接影响沥青路面的使用质量和耐久性。3、老化沥青在自然因素（热、氧化、光和水）的作用下，产生“不可逆”的化学变化，导致路用性能劣化，通常为“老化”。第二节煤沥青煤沥青是用干馏炼焦和制煤气的副产品煤焦油炼制而成。根据煤干馏的温度不同，分为高温煤焦油（700oC以上）和低温煤焦油（450～700oC）两类。一、煤沥青的化学组成和结构特点1、煤沥青的化学组成煤沥青的组成主要是芳香族碳氢化合物及其氧、硫和氮的衍生物的混合物。其组分有：（1）游离碳（2）树脂（3）油分煤沥青表面活性比石油沥青高，与矿料的粘附力较好。2、煤沥青的结构煤沥青与石油沥青的结构相类似。二、煤沥青技术性质与标准1、煤沥青的技术性质（1）温度稳定性差；（2）气候稳定性差；（3）塑性较差；（4）煤沥青与矿质材料表面粘附性能好；（5）防腐性能好。2、煤沥青的技术指标（1）粘度（2）蒸馏试验的馏分含量及残渣性质（3）煤沥青焦油酸含量（4）含萘量（5）甲苯不溶物（6）水分分类品种代号适用范围阳离子乳化沥青PC–1表处、贯入式路面及下封层用PC–2透层油及基层养生用PC–3粘层油用BC–1稀浆封层或冷拌沥青混合料用阴离子乳化沥青PA–1表处、贯入式路面及下封层用PA–2透层油及基层养生用PA–3粘层油用BA–1稀浆封层或冷拌沥青混合料用非离子乳化沥青PN–2透层油用BN–1与水泥稳定集料同时使用(基层路拌或再生)乳化沥青的品种和适用范围第三节乳化沥青（增加流动性）乳化沥青的应用：乳化沥青适用于沥青表面处治路面、沥青贯入式路面、冷拌沥青混合料路面，修补裂缝，喷洒透层、粘层与封层等。乳化沥青的品种和适用范围见表中规定。第四节改性沥青改性沥青是掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂)，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青结合料。改性沥青其机理有两种，一是改变沥青化学组成，二是使改性剂均匀分布于沥青中形成一定的空间网络结构。改性沥青的应用：改性沥青可用于做排水或吸音磨耗层及其下面的防水层；在老路面上做应力吸收膜中间层，以减少反射裂缝，在重载交通道路的老路面上加铺薄和超薄沥青面层，以提高耐久性；在老路面上或新建一般公路上做表面处治，以恢复路面使用性能或减少养护工作量等。